Hoja de Datos del Display LED LTD-5721AJF - Altura de Dígito 0.56 Pulgadas - AlInGaP Amarillo Naranja - Tensión Directa 2.6V - Disipación de Potencia 70mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTD-5721AJF es un módulo de visualización alfanumérica de siete segmentos y dos dígitos, diseñado para aplicaciones que requieren lecturas numéricas claras y brillantes. Su función principal es representar visualmente números y algunos caracteres alfanuméricos limitados mediante segmentos LED direccionables individualmente. La tecnología central utiliza material semiconductor de Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio (AlInGaP) depositado sobre un sustrato de Arseniuro de Galio (GaAs) no transparente para producir su característica emisión de luz amarillo-naranja. Este dispositivo presenta una placa frontal gris con marcas de segmentos blancas, lo que mejora el contraste y la legibilidad cuando los segmentos están iluminados o apagados. La pantalla se clasifica en función de la intensidad luminosa, garantizando la consistencia en los niveles de brillo para aplicaciones donde una apariencia uniforme entre múltiples unidades es crítica.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

La pantalla ofrece varios beneficios clave que la hacen adecuada para una gama de aplicaciones industriales y de consumo. Su alto brillo y excelente relación de contraste garantizan la legibilidad incluso en entornos muy iluminados. El amplio ángulo de visión permite leer la información mostrada desde varias posiciones sin una pérdida significativa de claridad. Como dispositivo de estado sólido, ofrece alta fiabilidad, larga vida operativa y resistencia a golpes y vibraciones en comparación con tecnologías de visualización mecánicas o más antiguas, como las pantallas fluorescentes de vacío (VFD). El bajo requerimiento de potencia la hace energéticamente eficiente. Estas características hacen del LTD-5721AJF una opción ideal para mercados objetivo que incluyen equipos de prueba y medición, paneles de control industrial, terminales punto de venta, instrumentación de tableros automotrices y varios dispositivos electrónicos de consumo donde se necesita una visualización numérica confiable.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

Esta sección proporciona un análisis objetivo de los principales parámetros eléctricos y ópticos especificados en la hoja de datos, explicando su importancia para los ingenieros de diseño.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los umbrales de estrés más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente en el dispositivo. No están destinados para operación normal.

• Disipación de Potencia por Segmento:70 mW. Esta es la potencia máxima permitida que puede disiparse como calor por un solo segmento LED bajo cualquier condición. Exceder este valor puede provocar sobrecalentamiento y degradación acelerada del chip LED.
• Corriente Directa de Pico por Segmento:60 mA (a ciclo de trabajo 1/10, ancho de pulso 0.1 ms). Este límite es para operación breve y pulsada, utilizada a menudo en esquemas de multiplexación para lograr un brillo percibido más alto sin exceder el límite de corriente promedio.
• Corriente Directa Continua por Segmento:25 mA (derratado linealmente desde 25°C a 0.33 mA/°C). Esta es la corriente máxima de CC recomendada para operación continua a 25°C. El factor de derratado indica que la corriente de operación segura debe reducirse a medida que aumenta la temperatura ambiente (Ta) para evitar la fuga térmica.
• Tensión Inversa por Segmento:5 V. Aplicar una tensión de polarización inversa superior a esta puede causar ruptura y fallo de la unión LED.
• Rango de Temperatura de Operación y Almacenamiento:-35°C a +85°C. El dispositivo está clasificado para funcionar y almacenarse dentro de este rango de temperatura.
• Temperatura de Soldadura:260°C durante 3 segundos, medida a 1/16 de pulgada por debajo del plano de asiento. Esto define las condiciones del perfil de soldadura por reflujo para evitar dañar el encapsulado o las uniones internas.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas (a Ta=25°C)

Estos son los parámetros de rendimiento típicos bajo condiciones de prueba especificadas.

• Intensidad Luminosa Promedio (I_V):320 - 900 µcd (Típico 900 µcd) a I_F=1mA. Esto mide la potencia de salida de luz percibida por el ojo humano. El rango indica un proceso de clasificación (binning); los diseñadores deben considerar el valor mínimo (320 µcd) para garantizar un brillo suficiente en su aplicación.
• Longitud de Onda de Emisión de Pico (λ_p):611 nm (Típico) a I_F=20mA. Esta es la longitud de onda en la que la distribución espectral de potencia de la luz emitida es máxima. Define el color percibido (amarillo-naranja).
• Ancho Medio de Línea Espectral (Δλ):17 nm (Típico) a I_F=20mA. Este parámetro indica la pureza espectral o el ancho de banda de la luz emitida. Un valor más pequeño significa una salida más monocromática (color puro).
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):605 nm (Típico) a I_F=20mA. Esta es la longitud de onda única que mejor coincide con el color percibido del LED por el ojo humano, utilizada a menudo para especificar el color.
• Tensión Directa por Segmento (V_F):2.05 - 2.6 V (Típico 2.6V) a I_F=20mA. Esta es la caída de tensión a través del LED durante su operación. Es crucial para diseñar el circuito limitador de corriente. El valor máximo (2.6V) debe usarse para el diseño del peor caso, asegurando una tensión de accionamiento suficiente.
• Corriente Inversa por Segmento (I_R):100 µA (Máx.) a V_R=5V. Esta es la pequeña corriente de fuga que fluye cuando el LED está polarizado inversamente dentro de su límite máximo.
• Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa (I_V-m):2:1 (Máx.). Esto especifica la relación máxima permitida entre el segmento más brillante y el más tenue dentro de un solo dispositivo o entre dispositivos del mismo lote (bin). Una relación de 2:1 significa que el segmento más tenue puede ser no menos de la mitad de brillante que el más brillante, asegurando uniformidad visual.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

La hoja de datos indica que el dispositivo está "clasificado por intensidad luminosa". Esto se refiere a un proceso de clasificación o selección realizado durante la fabricación.

3.1 Clasificación por Intensidad Luminosa

Debido a las variaciones inherentes en la fabricación de semiconductores, los chips LED de un mismo lote de producción pueden tener diferentes salidas de luz. Para garantizar la consistencia a los clientes, los LED se prueban y clasifican en grupos (bins) según su intensidad luminosa medida a una corriente de prueba estándar (por ejemplo, 1mA). El rango especificado del LTD-5721AJF de 320 a 900 µcd probablemente representa la dispersión entre múltiples bins. Un código de pedido específico o un sufijo en el número de pieza completo indicaría típicamente el bin comprado, garantizando que la intensidad cae dentro de un rango más estrecho y predefinido (por ejemplo, 700-900 µcd). Los diseñadores deben consultar la documentación de clasificación del fabricante o especificar el bin requerido al realizar el pedido para garantizar la consistencia del brillo en su producto.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Si bien el extracto del PDF menciona "Curvas Típicas de Características Eléctricas / Ópticas", los gráficos específicos no están incluidos en el texto. Basándose en el comportamiento estándar de los LED, estas curvas típicamente ilustrarían las siguientes relaciones, que son críticas para comprender el rendimiento del dispositivo en condiciones no estándar:

• Corriente Directa (I_F) vs. Tensión Directa (V_F):Muestra la característica exponencial I-V del diodo. Importante para determinar la tensión de accionamiento necesaria para una corriente deseada.
• Intensidad Luminosa (I_V) vs. Corriente Directa (I_F):Generalmente muestra una relación casi lineal a corrientes bajas, pudiendo saturarse a corrientes muy altas debido a efectos térmicos. Esencial para el control de brillo mediante modulación de corriente o PWM.
• Intensidad Luminosa (I_V) vs. Temperatura Ambiente (T_a):Típicamente muestra una disminución en la salida de luz a medida que aumenta la temperatura. Este derratado térmico debe considerarse para aplicaciones que operan en entornos de alta temperatura.
• Distribución Espectral:Un gráfico que traza la intensidad relativa frente a la longitud de onda, mostrando el pico en ~611 nm y la forma definida por el ancho medio de 17 nm.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Dimensiones del Encapsulado

El dispositivo presenta un encapsulado LED estándar de siete segmentos y dos dígitos. El dibujo (referenciado pero no detallado en el texto) mostraría la longitud, anchura y altura total del módulo, la altura del dígito (0.56 pulgadas / 14.22 mm), las dimensiones de los segmentos y el espaciado entre dígitos. También especificaría la ubicación y el diámetro de los orificios de montaje, si los hubiera. Las tolerancias son típicamente de ±0.25 mm a menos que se indique lo contrario en el dibujo.

5.2 Conexión de Pines y Polaridad

El LTD-5721AJF tiene una configuración de 18 pines y utiliza una arquitectura de circuito deÁnodo Común. Esto significa que los ánodos de todos los LED para cada dígito están conectados internamente a un pin común (Pin 13 para el Dígito 2, Pin 14 para el Dígito 1). Para iluminar un segmento, su correspondiente pin cátodo debe llevarse a un nivel lógico bajo (tierra o un sumidero de corriente) mientras que el ánodo común para ese dígito se mantiene a una tensión positiva (a través de una resistencia limitadora de corriente). La lista de asignación de pines proporciona la conexión de cátodo específica para cada segmento (A-G y DP) para ambos dígitos. La identificación correcta del pin 1 (a menudo marcado por una muesca, bisel o punto en el encapsulado) es crucial para la orientación adecuada durante el ensamblaje.

5.3 Diagrama de Circuito Interno

El esquema (referenciado en el PDF) representa visualmente la estructura de ánodo común. Muestra dos bloques (uno para cada dígito), cada uno conteniendo siete segmentos LED (A-G) y un LED de punto decimal (DP). Todos los ánodos dentro de un bloque de dígito están unidos al pin de ánodo común para ese dígito. Los cátodos de cada segmento individual se sacan a pines separados, permitiendo un control independiente.

6. Guías de Soldadura y Ensamblaje

Los Límites Absolutos Máximos especifican un parámetro clave de soldadura: el encapsulado puede soportar una temperatura máxima de 260°C durante 3 segundos, medida en un punto a 1/16 de pulgada (aproximadamente 1.6 mm) por debajo del plano de asiento (típicamente la superficie de la PCB). Esta es una clasificación estándar para procesos de soldadura por ola o reflujo utilizando soldadura sin plomo (SnAgCu). Los diseñadores deben asegurarse de que el perfil de su horno de reflujo no exceda esta combinación tiempo-temperatura para evitar dañar el encapsulado plástico, las uniones internas de alambre o los propios chips LED. Se deben observar las precauciones estándar contra descargas electrostáticas (ESD) durante el manejo y ensamblaje. El almacenamiento debe realizarse dentro del rango especificado de -35°C a +85°C en un ambiente de baja humedad.

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Circuitos de Aplicación Típicos

Para una pantalla de ánodo común como el LTD-5721AJF, un circuito de accionamiento típico implica usar un microcontrolador o un CI controlador de pantalla dedicado. Los pines de ánodo común (13, 14) se conectan a una tensión de alimentación positiva (por ejemplo, 5V) a través de resistencias limitadoras de corriente individuales o mediante transistores de conmutación si se multiplexa. Los pines de cátodo de segmento (1-12, 15-18) se conectan a las salidas sumidero del controlador. La corriente para cada segmento debe limitarse al valor de Corriente Directa Continua (25 mA máx., típicamente operado a 10-20 mA para equilibrar brillo y longevidad). La caída de tensión directa (máx. 2.6V) debe restarse de la tensión de alimentación para calcular el valor apropiado de la resistencia limitadora: R = (V_{alimentación}- V_F) / I_F.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Multiplexación:Para controlar dos dígitos con menos pines de E/S, se utiliza una técnica de multiplexación. Los dígitos se iluminan uno a la vez en sucesión rápida (por ejemplo, a 100Hz o más). El ojo humano percibe esto como si ambos dígitos estuvieran constantemente encendidos. Esto requiere accionar los ánodos comunes con una señal de conmutación y sincronizar los datos de segmento para cada dígito. La corriente de pico por segmento puede aumentarse durante su breve tiempo de encendido (hasta el límite de pico de 60mA) para compensar el ciclo de trabajo reducido y mantener el brillo promedio.
• Gestión Térmica:Si bien la disipación de potencia es baja por segmento, la potencia total de todos los segmentos iluminados en un dígito puede sumarse. Asegure una ventilación adecuada si la pantalla está encerrada, especialmente en altas temperaturas ambientales, para evitar que la temperatura de unión exceda los límites seguros.
• Ángulo de Visión:El amplio ángulo de visión es una ventaja, pero el diseño mecánico de la carcasa del producto (por ejemplo, la profundidad de la ventana de visualización, el uso de filtros o lentes) puede afectar el ángulo de visión efectivo para el usuario final.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

El diferenciador principal del LTD-5721AJF es su uso de la tecnología de semiconductorAlInGaPpara la emisión amarillo-naranja. En comparación con tecnologías más antiguas como los LED amarillos estándar de Fosfuro de Galio (GaP), el AlInGaP ofrece una eficiencia luminosa significativamente mayor, resultando en un mayor brillo para la misma corriente de accionamiento. También generalmente proporciona mejor saturación de color y estabilidad con la temperatura y a lo largo de la vida útil. En comparación con las pantallas que usan luz filtrada (por ejemplo, un LED blanco con un filtro de color), el AlInGaP proporciona una salida espectral más pura y mayor eficiencia, ya que no se pierde luz en el proceso de filtrado. El diseño de placa frontal gris/segmentos blancos ofrece una apariencia profesional y de alto contraste tanto encendido como apagado, lo que puede ser preferible a las placas frontales verdes o rojas en ciertas aplicaciones.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Cuál es la diferencia entre la Longitud de Onda de Emisión de Pico y la Longitud de Onda Dominante?

R: La longitud de onda de pico es el pico físico del espectro de luz emitido. La longitud de onda dominante es la longitud de onda única de luz monocromática que parecería tener el mismo color para un observador humano. A menudo están cerca pero no son idénticas, especialmente para LED con curvas espectrales asimétricas. La longitud de onda dominante es más relevante para la coincidencia de colores.

P: ¿Puedo accionar esta pantalla con un microcontrolador de 3.3V sin un cambiador de nivel?

R: Posiblemente, pero se necesita un cálculo cuidadoso. Si los pines de E/S del microcontrolador pueden sumir la corriente de segmento requerida (por ejemplo, 10-20mA), y usa una alimentación de 3.3V para el ánodo común, la caída de tensión directa (máx. 2.6V) deja solo 0.7V para la resistencia limitadora. Esto resulta en un valor de resistencia muy pequeño (por ejemplo, 35 ohmios para 20mA), lo que puede ser poco práctico y sensible a las variaciones en V_F. Una alimentación de 5V para los ánodos es más típica y proporciona un mejor margen para un control de corriente estable.

P: ¿Qué significa "Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa 2:1" para mi diseño?

R: Significa que dentro de una unidad de visualización, el segmento más tenue podría ser la mitad de brillante que el segmento más brillante. Si la uniformidad absoluta es crítica (por ejemplo, en equipos médicos), debe seleccionar dispositivos de un bin más ajustado o implementar una calibración de brillo por software para cada segmento, lo cual es complejo. Para muchas aplicaciones, una relación 2:1 es aceptable y no distrae visualmente.

10. Ejemplo de Caso de Uso Práctico

Escenario: Diseñando un temporizador digital/cronómetro simple.

El LTD-5721AJF es una excelente opción para mostrar minutos y segundos (MM:SS). Se puede usar un microcontrolador de bajo costo para gestionar el cronometraje y accionar la pantalla. Los dos dígitos se multiplexarían. El ánodo común para el dígito de "minutos" y el de "segundos" se conectaría a dos pines GPIO separados configurados como salidas, conmutados a nivel alto (a través de un transistor para mayor capacidad de corriente) uno a la vez. Las siete líneas de cátodo de segmento (A-G) se conectarían a otros siete pines GPIO configurados como drenador abierto o activados a nivel bajo, con una resistencia en serie en cada línea (o una sola resistencia en la ruta del ánodo común si la uniformidad del brillo es menos crítica). El software del microcontrolador actualiza el patrón de segmentos para el dígito activo, luego cambia rápidamente al otro dígito. El color amarillo-naranja a menudo se asocia con precaución o atención, lo que lo hace adecuado para una pantalla de temporizador. El alto brillo asegura que sea visible en diversas condiciones de iluminación.

11. Introducción al Principio de Operación

El dispositivo opera bajo el principio deelectroluminiscenciaen una unión p-n de semiconductor. El sistema de material AlInGaP tiene un bandgap directo correspondiente a energías de fotones en la región amarillo-naranja del espectro visible (~2.0 eV). Cuando se aplica una tensión de polarización directa que excede el potencial incorporado de la unión (la tensión directa V_F), los electrones de la región tipo n y los huecos de la región tipo p se inyectan a través de la unión. Cuando estos portadores de carga se recombinan en la región activa del semiconductor, liberan energía en forma de fotones (luz). La composición específica de la aleación de Aluminio, Indio, Galio y Fosfuro determina la energía del bandgap y, por lo tanto, el color (longitud de onda) de la luz emitida. El sustrato de GaAs no transparente absorbe cualquier luz emitida hacia abajo, haciendo que el dispositivo sea más eficiente en la dirección de visión prevista.

12. Tendencias Tecnológicas

Si bien el AlInGaP sigue siendo una tecnología de alto rendimiento para LED rojos, naranjas y amarillos, el panorama más amplio de la tecnología de visualización continúa evolucionando. Para las pantallas numéricas de siete segmentos, las tendencias incluyen: 1)Mayor Integración:Los módulos con CI controladores integrados, controladores e incluso interfaces de comunicación (I2C, SPI) son cada vez más comunes, simplificando el diseño del sistema. 2)Tecnologías Alternativas:Los segmentos de LED orgánicos (OLED) ofrecen perfiles ultra delgados y amplios ángulos de visión, aunque la vida útil y el costo pueden ser factores. 3)Miniaturización y Densidad:Si bien 0.56 pulgadas es un tamaño estándar, existe demanda tanto de pantallas más pequeñas (para dispositivos portátiles) como de pantallas más grandes y de mayor brillo. 4)Opciones de Color y RGB:Las pantallas de siete segmentos multicolor o a todo color que utilizan chips LED RGB permiten el cambio dinámico de color, aunque requieren una electrónica de accionamiento más compleja. Las ventajas fundamentales de la tecnología LED (fiabilidad, eficiencia y robustez de estado sólido) aseguran su relevancia continua en aplicaciones de visualización numérica en un futuro previsible.