Hoja de Datos del Display LED Azul LTS-3401TBE de 0.8 Pulgadas - Altura de Dígito 20.32mm - Tensión Directa 3.8V - Potencia 70mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTS-3401TBE es un módulo de visualización alfanumérica de siete segmentos de estado sólido, diseñado para aplicaciones que requieren lecturas numéricas claras y brillantes. Su función principal es representar visualmente dígitos (0-9) y algunas letras utilizando segmentos LED direccionables individualmente. El dispositivo utiliza chips LED azules basados en epitaxia de InGaN (Nitruro de Galio e Indio) sobre un sustrato de zafiro. El display presenta una cara gris claro y color de segmento blanco, lo que proporciona un alto contraste para una excelente legibilidad. Se clasifica como un display de tipo ánodo común, lo que significa que los ánodos de todos los segmentos están conectados internamente a pines comunes, requiriendo una configuración de controlador de sumidero de corriente.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Este display está diseñado para operación de bajo consumo, lo que lo hace adecuado para dispositivos alimentados por batería o conscientes de la energía. Las ventajas clave incluyen su bajo requerimiento de corriente, con segmentos capaces de ser excitados eficazmente con corrientes tan bajas como 1mA, y una excelente coincidencia de intensidad luminosa entre segmentos para una apariencia uniforme. Su alto brillo y amplio ángulo de visión garantizan la visibilidad desde diversas perspectivas. Su construcción de estado sólido ofrece alta fiabilidad y larga vida operativa en comparación con otras tecnologías de visualización. Los mercados objetivo principales incluyen instrumentación portátil, electrónica de consumo, paneles de control industrial, equipos de prueba y cualquier dispositivo que requiera una pantalla numérica compacta y fiable.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

2.1 Características Fotométricas y Ópticas

El rendimiento óptico es fundamental para la funcionalidad del display. Bajo una condición de prueba estándar de una corriente directa (I_F) de 10mA por segmento, la intensidad luminosa promedio (I_V) oscila entre un mínimo de 6.4 milicandelas (mcd) y un valor típico de 10 mcd. Esta intensidad se mide utilizando un sensor filtrado para coincidir con la curva de respuesta fotópica del ojo CIE, asegurando que el valor se correlacione con la percepción humana. La longitud de onda dominante (λ_d) se especifica en 470 nanómetros (nm), situando la emisión en la región azul del espectro visible. La longitud de onda de emisión pico (λ_p) es típicamente de 468 nm, y el ancho medio espectral (Δλ) es de 25 nm, indicando un color azul relativamente puro. La relación de coincidencia de intensidad luminosa entre segmentos es de 2:1 como máximo, asegurando una uniformidad aceptable en todo el dígito.

2.2 Parámetros Eléctricos

Las características eléctricas definen los requisitos y límites de excitación. La corriente directa continua absoluta máxima por segmento es de 20 mA a 25°C, reduciéndose linealmente en 0.25 mA/°C a medida que aumenta la temperatura ambiente. La corriente directa pico, para operación pulsada con un ciclo de trabajo de 1/10 y un ancho de pulso de 0.1ms, puede alcanzar los 100 mA. La tensión directa (V_F) por segmento, medida a I_F=20mA, tiene un valor máximo de 3.8 voltios, con un valor típico de 3.3 voltios. Este parámetro es crucial para diseñar el circuito limitador de corriente. La disipación de potencia máxima por segmento es de 70 mW. La corriente inversa (I_R) está limitada a un máximo de 100 µA a una tensión inversa (V_R) de 5V, aunque el dispositivo no está diseñado para operación en polarización inversa continua.

2.3 Especificaciones Térmicas y Ambientales

El dispositivo está clasificado para un rango de temperatura de operación de -35°C a +85°C, con un rango de temperatura de almacenamiento idéntico. Este amplio rango lo hace adecuado para diversas condiciones ambientales. Una especificación de manejo crítica es el límite de temperatura de soldadura: el dispositivo puede soportar un máximo de 260°C durante hasta 3 segundos, medido a 1.6mm (1/16 de pulgada) por debajo del plano de asiento, lo cual es información esencial para el montaje de PCB utilizando procesos de soldadura por reflujo.

3. Información Mecánica y de Empaquetado

3.1 Dimensiones y Tolerancias

El display tiene una altura de dígito de 0.8 pulgadas (20.32 mm). Todas las dimensiones del paquete se proporcionan en milímetros. Las tolerancias generales son de ±0.25 mm a menos que se especifique lo contrario. Las notas mecánicas clave incluyen una tolerancia de desplazamiento de la punta del pin de ±0.4 mm, límites en material extraño y contaminación de tinta en la superficie del segmento, y un límite en la flexión del reflector (≤1% de su longitud). El diámetro de orificio de PCB recomendado para los pines es de 1.0 mm para garantizar un ajuste adecuado.

3.2 Diagrama de Conexión y Pinout

El dispositivo tiene 18 pines en una configuración de paquete dual en línea (DIP). El diagrama de circuito interno confirma una arquitectura de ánodo común. La conexión de pines es la siguiente: Los pines 4, 6, 12 y 17 son conexiones de Ánodo Común. Los cátodos de segmento se distribuyen en otros pines: A (Pin 2), B (Pin 15), C (Pin 13), D (Pin 11), E (Pin 5), F (Pin 3) y G (Pin 14). Además, hay cátodos para el punto decimal izquierdo (L.D.P, Pin 7) y el punto decimal derecho (R.D.P, Pin 10). Los pines 1, 8, 9, 16 y 18 se indican como sin conexión (NO PIN). Este pinout es esencial para diseñar el layout de la PCB y el circuito de control.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a curvas típicas de características eléctricas y ópticas, que son estándar para componentes LED. Si bien los gráficos específicos no se detallan en el texto proporcionado, estas curvas típicamente incluyen la relación entre la corriente directa (I_F) y la tensión directa (V_F), que es no lineal y crucial para el diseño del controlador. Otra curva común muestra la intensidad luminosa frente a la corriente directa, demostrando cómo aumenta el brillo con la corriente. Una tercera curva típica ilustra el cambio en la longitud de onda dominante o la tensión directa en relación con la temperatura de la unión. Analizar estas curvas permite a los diseñadores optimizar el rendimiento, comprender la eficiencia y predecir el comportamiento bajo diferentes condiciones de operación, como variaciones de temperatura o esquemas de atenuación.

5. Guías de Soldadura y Montaje

5.1 Parámetros de Soldadura por Reflujo

Como se indica en las especificaciones máximas absolutas, el dispositivo puede soportar una temperatura máxima de soldadura de 260°C durante un máximo de 3 segundos. Esto se alinea con los perfiles típicos de soldadura por reflujo sin plomo. Los diseñadores deben asegurarse de que el perfil térmico utilizado durante el montaje de la PCB no exceda este límite para evitar daños en los chips LED internos, las conexiones de alambre o el paquete de plástico.

5.2 Precauciones contra Descargas Electroestáticas (ESD)

Los LED son sensibles a las descargas electrostáticas. Para prevenir daños por ESD durante el manejo y montaje, se recomienda encarecidamente las siguientes medidas: El personal debe usar pulseras conductoras o guantes antiestáticos. Todo el equipo, mesas de trabajo y estanterías de almacenamiento deben estar correctamente conectados a tierra. Se debe usar un ionizador (soplador de iones) para neutralizar las cargas estáticas que puedan acumularse en la superficie del paquete de plástico debido a la fricción durante el manejo o almacenamiento. Estas precauciones son vitales para mantener un alto rendimiento y fiabilidad en la fabricación.

5.3 Condiciones de Almacenamiento

El dispositivo debe almacenarse dentro de su rango de temperatura especificado de -35°C a +85°C. Es recomendable almacenar los componentes en bolsas barrera de humedad con desecante si son sensibles a la absorción de humedad, aunque este requisito específico no se menciona en la hoja de datos proporcionada. El manejo adecuado para evitar tensiones mecánicas en los pines o en la cara del display también es importante.

6. Sugerencias de Aplicación

6.1 Escenarios de Aplicación Típicos

El LTS-3401TBE es ideal para cualquier aplicación que requiera una pantalla numérica compacta y de bajo consumo. Los usos comunes incluyen multímetros digitales, contadores de frecuencia, displays de reloj, básculas, equipos de monitorización médica, lecturas de tablero de instrumentos automotriz (para información no crítica) e indicadores de procesos industriales. Su color azul ofrece buena visibilidad y puede elegirse para diferenciación estética o funcional de los displays rojos o verdes tradicionales.

6.2 Consideraciones de Diseño y Circuitos

Al diseñar un circuito de control, se debe considerar la configuración de ánodo común. Esto típicamente implica conectar los pines de ánodo común a una tensión de alimentación positiva (V_CC) a través de una posible resistencia limitadora de corriente para la línea común. Cada cátodo de segmento se conecta luego a un CI controlador capaz de sumidero de la corriente de segmento requerida. La corriente para cada segmento debe limitarse en función del brillo deseado y de las especificaciones máximas. Usando la tensión directa típica de 3.3V-3.8V, el valor de la resistencia limitadora se puede calcular como R = (V_CC- V_F) / I_F. Para multiplexar múltiples dígitos, la corriente pico debe gestionarse para mantenerse dentro de la clasificación de corriente pulsada mientras se mantiene el brillo promedio. Los diseñadores también deben tener en cuenta la especificación máxima de diafonía del 2.5%, que define la iluminación no deseada de un segmento no seleccionado.

7. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con los antiguos displays incandescentes o de fluorescencia de vacío (VFD), este display LED ofrece un consumo de energía significativamente menor, una vida útil más larga y una mayor fiabilidad debido a su naturaleza de estado sólido. Dentro del segmento de displays LED, sus diferenciadores clave son su optimización específica de baja corriente (hasta 1mA por segmento), que es menor que la de muchos displays estándar, y su categorización por intensidad luminosa, proporcionando una mejor consistencia de brillo. El color azul, logrado con tecnología InGaN, típicamente ofrece mayor eficiencia y diferentes opciones estéticas en comparación con los antiguos LED rojos de GaAsP. La inclusión de puntos decimales izquierdo y derecho añade flexibilidad para diferentes necesidades de formato numérico.

8. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Cuál es la diferencia entre ánodo común y cátodo común?

R: En un display de ánodo común, todos los ánodos de los segmentos LED están conectados entre sí a un pin común (o pines), que se conecta a la alimentación positiva. Los segmentos se encienden aplicando una señal BAJA (tierra) a sus respectivos pines de cátodo. En un display de cátodo común, los cátodos son comunes y están conectados a tierra, y los segmentos se encienden aplicando una señal ALTA a sus ánodos. El LTS-3401TBE es de tipo ánodo común.

P: ¿Puedo excitar este display con un microcontrolador de 5V?

R: Sí, pero debes usar resistencias limitadoras de corriente. Dado que la tensión directa es de aproximadamente 3.3-3.8V, se necesita una resistencia para caer el voltaje restante (por ejemplo, 5V - 3.5V = 1.5V) y limitar la corriente al valor deseado (por ejemplo, 10mA requeriría una resistencia de 150Ω). Los pines de control del microcontrolador deben poder sumidero la corriente de segmento requerida.

P: ¿Qué significa "categorizado por intensidad luminosa"?

R: Significa que los displays son probados y clasificados (agrupados) en función de su salida luminosa medida. Esto asegura una mayor consistencia de brillo entre diferentes unidades del mismo modelo, lo que lleva a una apariencia más uniforme si se usan múltiples displays en un solo producto.

P: ¿Cómo conecto los cuatro pines de ánodo común?

R: Todos los pines de ánodo común (4, 6, 12, 17) deben conectarse entre sí a la misma línea de tensión positiva de alimentación, típicamente a través de una sola resistencia limitadora de corriente si se excitan todos los segmentos de un solo dígito simultáneamente. Esto asegura que todos los segmentos tengan la misma tensión de referencia.

9. Ejemplo Práctico de Diseño y Uso

Considere diseñar un display simple para un voltímetro digital. El convertidor analógico-digital del microcontrolador lee una tensión, la procesa y necesita mostrar un valor de 3 dígitos (por ejemplo, 5.12V). Se usarían tres displays LTS-3401TBE. Los pines de ánodo común de los tres dígitos se conectarían a tres pines de E/S separados del microcontrolador configurados como salidas digitales para el control de multiplexación. Todos los cátodos de segmento correspondientes (todos los segmentos 'A', todos los segmentos 'B', etc.) a través de los tres dígitos se conectarían entre sí y luego a ocho pines de E/S del microcontrolador (siete segmentos + un punto decimal) a través de resistencias limitadoras de corriente apropiadas, probablemente usando un arreglo de transistores o un CI controlador de display dedicado para manejar el sumidero de corriente. El microcontrolador cicla rápidamente (multiplexa) a través de cada dígito, encendiendo un ánodo común a la vez mientras establece el patrón de cátodo para ese dígito específico. La persistencia de la visión hace que todos los dígitos parezcan continuamente encendidos. El punto decimal derecho en el dígito medio se iluminaría para mostrar la posición decimal. La capacidad de baja corriente permite que este esquema de multiplexación funcione de manera eficiente sin un consumo de energía excesivo.

10. Introducción al Principio de Funcionamiento

Un display LED de siete segmentos es un conjunto de diodos emisores de luz dispuestos en un patrón de figura ocho. Cada uno de los siete segmentos (etiquetados de la A a la G) es un LED individual. Al alimentar selectivamente diferentes combinaciones de estos segmentos, se pueden formar los patrones para los números 0-9 y algunas letras. En el LTS-3401TBE, estos LED están fabricados con material semiconductor de InGaN depositado sobre un sustrato de zafiro. Cuando se aplica una tensión directa que excede el umbral del diodo, los electrones y los huecos se recombinan en la región activa, liberando energía en forma de fotones (luz). La composición específica de las capas de InGaN determina la longitud de onda (color) de la luz emitida, en este caso, azul. El diseño de ánodo común simplifica el circuito de control en muchas aplicaciones donde la fuente de alimentación es positiva en relación con la tierra de la lógica de control.

11. Tendencias y Contexto Tecnológico

Los displays LED de siete segmentos representan una tecnología de visualización madura y fiable. Si bien los displays de matriz de puntos y OLED/LCD gráficos ofrecen más flexibilidad para mostrar caracteres y gráficos arbitrarios, los displays de siete segmentos siguen siendo muy relevantes debido a su simplicidad, bajo costo, alto brillo, excelente legibilidad en diversas condiciones de iluminación (incluida la luz solar directa) y un consumo de energía extremadamente bajo en escenarios estáticos o de baja multiplexación. La tendencia en este segmento es hacia LED de mayor eficiencia (más lúmenes por vatio), permitiendo corrientes de excitación aún más bajas o mayor brillo, y hacia paquetes de dispositivo de montaje superficial (SMD) para montaje automatizado, aunque los paquetes DIP de orificio pasante como este todavía se usan ampliamente para prototipos, reparaciones y ciertas aplicaciones industriales. El cambio hacia empaquetado sin plomo y compatible con RoHS, como se ve en este dispositivo, es ahora un requisito estándar de la industria.