Hoja de Datos del Display LED LTD-2601JS - Altura de Dígito 0.28 Pulgadas - Amarillo AlInGaP - Tensión Directa 2.6V - Disipación de Potencia 70mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTD-2601JS es un módulo de visualización alfanumérica de dos dígitos y siete segmentos, diseñado para aplicaciones que requieren lecturas numéricas claras y brillantes. Su función principal es representar visualmente números y algunos caracteres limitados a través de segmentos direccionables individualmente. La tecnología central utiliza material semiconductor de AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio), específicamente diseñado para emitir luz en el espectro de longitud de onda amarilla. Esta elección de material ofrece ventajas en eficiencia y pureza de color en comparación con tecnologías más antiguas. El dispositivo presenta una pantalla frontal gris con marcas de segmento blancas, proporcionando un alto contraste para una legibilidad óptima bajo diversas condiciones de iluminación. Se clasifica como una configuración de ánodo común, un diseño estándar que simplifica el multiplexado en aplicaciones de múltiples dígitos.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

La pantalla cuenta con varias ventajas clave que definen su posición en el mercado. Su altura de dígito de 0.28 pulgadas (7 mm) ofrece un formato compacto pero legible, adecuado para medidores de panel, instrumentación, electrodomésticos de consumo e interfaces de control industrial donde el espacio es limitado. El uso de la tecnología AlInGaP proporciona una alta intensidad luminosa y una excelente apariencia de los caracteres, garantizando la visibilidad incluso en entornos muy iluminados. Un amplio ángulo de visión es otra característica crítica, que permite leer la pantalla con precisión desde varias posiciones, lo cual es esencial para equipos montados en panel. El dispositivo también está categorizado por intensidad luminosa, lo que significa que las unidades se clasifican para garantizar un brillo uniforme, y se ofrece en un paquete sin plomo que cumple con las directivas RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas), haciéndolo adecuado para mercados globales con estrictas regulaciones ambientales. El mercado objetivo incluye a diseñadores de equipos de prueba y medición, terminales punto de venta, cuadros de mando automotrices (visualizaciones secundarias) y electrodomésticos que requieren indicadores numéricos confiables y de bajo mantenimiento.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

Una comprensión exhaustiva de los parámetros eléctricos y ópticos es crucial para un diseño de circuito adecuado y para garantizar la fiabilidad a largo plazo.

2.1 Especificaciones Absolutas Máximas

Estas especificaciones definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No son para operación continua.

• Disipación de Potencia por Segmento:70 mW. Esta es la potencia máxima que un solo segmento LED puede disipar de forma segura en forma de calor. Superar este límite arriesga la degradación térmica de la unión semiconductor.
• Corriente Directa de Pico por Segmento:60 mA. Esta es la corriente pulsada instantánea máxima que un segmento puede manejar, típicamente relevante para esquemas de multiplexado con pulsos de alto ciclo de trabajo.
• Corriente Directa Continua por Segmento:25 mA a 25°C. Esta es la corriente máxima recomendada para operación en estado estable (DC). Se especifica un factor de reducción de 0.28 mA/°C, lo que significa que la corriente continua máxima permitida disminuye a medida que la temperatura ambiente (Ta) aumenta por encima de 25°C para evitar el sobrecalentamiento.
• Tensión Inversa por Segmento:5 V. Aplicar una tensión de polarización inversa superior a esta puede causar ruptura y dañar el LED.
• Rango de Temperatura de Operación y Almacenamiento:-35°C a +105°C. El dispositivo está clasificado para operar y almacenarse dentro de este amplio rango de temperatura, adecuado para la mayoría de los entornos industriales y de consumo.

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 (Iv):200 (Mín), 600 (Típ) µcd a una corriente directa (If) de 1 mA. Este parámetro, medido con un filtro que simula la respuesta del ojo humano (curva CIE), cuantifica el brillo percibido. El amplio rango indica que se utiliza un sistema de clasificación (binning).
• Longitud de Onda de Emisión de Pico (λp):588 nm (Típ) a If=20mA. Esta es la longitud de onda a la cual la potencia óptica de salida es máxima, definiendo el color amarillo.
• Ancho Medio de Línea Espectral (Δλ):15 nm (Típ). Esto indica la pureza espectral; un ancho más estrecho significa un color amarillo más saturado y puro.
• Longitud de Onda Dominante (λd):587 nm (Típ). Esta es la longitud de onda única percibida por el ojo humano para igualar el color del LED, estrechamente relacionada con la longitud de onda de pico.
• Tensión Directa por Segmento (Vf):2.05 (Mín), 2.6 (Típ) V a If=20mA. Esta es la caída de tensión a través del LED cuando conduce. Es crucial para diseñar el circuito limitador de corriente.
• Corriente Inversa por Segmento (Ir):100 µA (Máx) a Vr=5V. Esta es la pequeña corriente de fuga cuando el LED está polarizado inversamente en su especificación máxima.
• Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa:2:1 (Máx). Esto especifica la variación máxima de brillo permitida entre segmentos dentro del mismo dígito o entre dígitos, asegurando una apariencia uniforme.
• Diafonía (Cross Talk):≤2.5%. Este parámetro mide la iluminación no deseada de un segmento adyacente cuando un segmento vecino está energizado, causada por reflexión óptica interna o fuga eléctrica.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

La hoja de datos establece explícitamente que el dispositivo está "Categorizado por Intensidad Luminosa". Esto implica un proceso de clasificación o selección posterior a la fabricación.

• Clasificación por Intensidad Luminosa:La especificación Iv muestra un mínimo de 200 µcd y un valor típico de 600 µcd a 1mA. Las unidades se prueban y clasifican en diferentes categorías de intensidad (por ejemplo, alto brillo, brillo estándar). Los diseñadores pueden seleccionar una categoría específica para aplicaciones que requieren un brillo consistente en múltiples pantallas o series de producción.
• Clasificación por Longitud de Onda/Color:Aunque no se detalla explícitamente con múltiples categorías, las especificaciones ajustadas para la longitud de onda de pico (588 nm) y dominante (587 nm) indican un control de proceso estricto. Para aplicaciones críticas de coincidencia de color, una clasificación adicional por longitud de onda podría estar disponible como opción personalizada.
• Clasificación por Tensión Directa (Vf):El rango de Vf (2.05V a 2.6V) sugiere cierta variación natural. Para diseños sensibles al voltaje de la fuente de alimentación o que buscan una coincidencia precisa de corriente en matrices multiplexadas, seleccionar LEDs de una categoría de Vf ajustada puede ser importante.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Aunque el extracto del PDF menciona "CURVAS TÍPICAS DE CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS / ÓPTICAS", los gráficos específicos no se incluyen en el texto. Basándose en el comportamiento estándar de los LED, estas curvas normalmente incluirían:

• Curva Corriente vs. Tensión (I-V):Este gráfico mostraría la relación exponencial entre la corriente directa (If) y la tensión directa (Vf). Es esencial para determinar la tensión de accionamiento requerida para una corriente deseada y para diseñar controladores de corriente constante.
• Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa (Curva L-I):Este gráfico muestra cómo aumenta la salida de luz con la corriente. Generalmente es lineal a corrientes más bajas pero puede saturarse a corrientes más altas debido a la caída térmica y de eficiencia. Esta curva ayuda a optimizar la corriente de accionamiento para el brillo y la eficiencia deseados.
• Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Esta curva ilustra cómo disminuye la salida de luz a medida que aumenta la temperatura de la unión. Comprender esta reducción es crítico para aplicaciones que operan en entornos de alta temperatura.
• Curva de Distribución Espectral:Un gráfico de potencia óptica relativa versus longitud de onda, que muestra el pico en ~588 nm y el ancho medio espectral de ~15 nm, confirmando las características del color amarillo.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones del Paquete y Tolerancias

La pantalla se ajusta a un formato estándar DIP (Dual In-line Package) de orificio pasante. Las notas dimensionales clave de la hoja de datos incluyen: todas las dimensiones están en milímetros con una tolerancia general de ±0.25 mm a menos que se especifique lo contrario. La tolerancia de desplazamiento de la punta del pin es de ±0.4 mm, lo cual es importante para la colocación de los orificios en el PCB. Se señalan controles de calidad específicos: material extraño en un segmento debe ser ≤10 mils, contaminación de tinta en la superficie ≤20 mils, la curvatura debe ser ≤1/100, y las burbujas dentro del material del segmento deben ser ≤10 mils.

5.2 Conexión de Pines y Circuito Interno

El dispositivo tiene 10 pines en una sola fila. El diagrama del circuito interno muestra que es de tipo ánodo común con dos pines de ánodo común separados (Pin 6 para el Dígito 2, Pin 9 para el Dígito 1). Cada segmento (A, B, C, D, E, F, G y Punto Decimal) tiene su propio pin de cátodo dedicado. Esta configuración es estándar para el multiplexado: al habilitar secuencialmente un ánodo común (dígito) a la vez y accionar los pines de cátodo apropiados para los segmentos de ese dígito, se pueden controlar múltiples dígitos con un número reducido de pines de E/S.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

La hoja de datos proporciona condiciones específicas de soldadura para prevenir daños térmicos durante el montaje del PCB: "Condiciones de Soldadura: 1/16 de pulgada por debajo del plano de asiento durante 3 segundos a 260°C." Esto se refiere a la soldadura por ola. La punta del soldador debe posicionarse a 1.6mm (1/16") por debajo del cuerpo plástico de la pantalla, y el tiempo de contacto no debe exceder los 3 segundos a una temperatura máxima de 260°C. Esto evita que la carcasa plástica se derrita o que los cables de unión internos se dañen por el calor excesivo. Para la soldadura por reflujo, el perfil no debe exceder la temperatura máxima derivada de la temperatura de almacenamiento (+105°C) más un margen de seguridad, aunque no se proporciona un perfil de reflujo específico. Los componentes deben almacenarse en sus bolsas originales con barrera de humedad en un entorno controlado para prevenir la absorción de humedad, lo que puede causar "efecto palomita de maíz" durante el reflujo.

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Circuitos de Aplicación Típicos

El método de accionamiento más común es el multiplexado. Un microcontrolador usaría dos pines de E/S como selectores de dígito (sumidero de corriente para los ánodos comunes a través de transistores) y 8 pines de E/S (o un registro de desplazamiento) para sumidero de corriente para los cátodos de segmento. Se requiere una resistencia limitadora de corriente en serie con cada cátodo de segmento o con cada ánodo común. El valor de la resistencia se calcula usando R = (Vcc - Vf\_led) / I\_deseada. Dado que Vf es típicamente 2.6V a 20mA, con una fuente de 5V, R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 Ohmios. Para operación multiplexada, la corriente instantánea por segmento puede ser mayor (por ejemplo, 20mA) pero la corriente promedio, considerando el ciclo de trabajo, debe permanecer dentro de la especificación continua.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Limitación de Corriente:Siempre use resistencias en serie o controladores de corriente constante. Nunca conecte un LED directamente a una fuente de voltaje.
• Frecuencia de Multiplexado:Use una frecuencia de refresco lo suficientemente alta para evitar parpadeo visible (típicamente >60 Hz por dígito). La persistencia de la visión integra la luz.
• Ángulo de Visión:Posicione la pantalla de modo que la dirección de visión principal esté dentro del amplio ángulo de visión especificado para obtener el mejor contraste.
• Protección contra ESD:Aunque no se establece explícitamente, los LED son sensibles a las descargas electrostáticas. Manipule con precauciones ESD durante el montaje.
• Disipación de Calor:En aplicaciones de alto brillo o alta temperatura ambiente, asegúrese de que el diseño del PCB permita cierta disipación de calor desde el paquete del LED, especialmente si se acciona cerca de la corriente continua máxima.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con las pantallas LED rojas más antiguas de GaAsP (Fosfuro de Arsénico y Galio), la tecnología AlInGaP en el LTD-2601JS ofrece una eficiencia luminosa significativamente mayor, lo que resulta en pantallas más brillantes con la misma corriente, o un brillo equivalente con menor potencia. El color amarillo (587-588 nm) se encuentra en una región de alta sensibilidad para la visión fotópica (diurna) humana, lo que lo hace parecer subjetivamente más brillante que los LED rojos o verdes de potencia radiante similar. En comparación con las pantallas contemporáneas de punto o matriz de puntos, el formato de siete segmentos es más simple de accionar y decodificar, ofreciendo un menor costo del sistema para aplicaciones puramente numéricas. Su paquete de orificio pasante proporciona una fijación mecánica robusta en comparación con las alternativas de montaje superficial, lo cual es beneficioso en aplicaciones sujetas a vibraciones.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

• P: ¿Puedo accionar esta pantalla con un microcontrolador de 3.3V?R: Sí. La Vf típica es de 2.6V, por lo que con una fuente de 3.3V, hay un margen de 0.7V para una resistencia limitadora de corriente. El valor de la resistencia sería menor: R = (3.3 - 2.6) / I\_deseada. Asegúrese de que la corriente deseada sea alcanzable dentro de las capacidades de suministro/sumidero de corriente del pin del microcontrolador.
• P: ¿Cuál es el propósito del factor de reducción para la corriente continua?R: El factor de reducción (0.28 mA/°C) tiene en cuenta la capacidad reducida de disipación de calor a temperaturas ambientales más altas. A 85°C ambiente, la corriente continua máxima permitida es 25mA - [0.28mA/°C * (85°C-25°C)] = 25mA - 16.8mA = 8.2mA. Operar por encima de esta corriente reducida arriesga exceder la temperatura máxima de la unión.
• P: La hoja de datos menciona un "Punto Decimal a la Derecha". ¿Qué significa?R: Esto indica la posición del segmento del punto decimal. Un "Punto Decimal a la Derecha" significa que el punto decimal está ubicado a la derecha del dígito, que es la convención estándar para mostrar números fraccionarios (por ejemplo, "12.3").
• P: ¿Se requiere un disipador de calor?R: Para operación típica a 20mA por segmento o menos en una temperatura ambiente moderada, no se requiere un disipador de calor dedicado. El PCB en sí actúa como un difusor de calor. Sin embargo, para operación continua en las especificaciones absolutas máximas o en entornos de alta temperatura, se debe considerar la gestión térmica.

10. Caso Práctico de Diseño y Uso

Caso: Diseño de una Lectura Digital Simple para un Voltímetro.Un diseñador necesita una pantalla de dos dígitos para mostrar voltajes de 0.0 a 9.9V para una fuente de alimentación de banco. Se selecciona el LTD-2601JS por su legibilidad e interfaz simple. El ADC del microcontrolador lee el voltaje, lo convierte en un número decimal y busca los códigos de 7 segmentos para el dígito de las decenas, el dígito de las unidades y el punto decimal. Se utilizan dos transistores NPN para conmutar los pines de ánodo común (Dígitos 1 y 2) a tierra. Ocho pines de E/S del microcontrolador, cada uno con una resistencia en serie de 120 ohmios, se conectan a los cátodos de segmento (A-G y DP). El firmware multiplexa los dígitos a 100 Hz. La pantalla frontal gris/segmento blanco proporciona un excelente contraste contra el panel negro de la fuente de alimentación. El alto brillo garantiza que sea visible en un laboratorio bien iluminado. El cumplimiento sin plomo satisface los estándares ambientales de la empresa para nuevos productos.

11. Introducción al Principio de Operación

El principio fundamental es la electroluminiscencia en una unión P-N semiconductor. El material AlInGaP es un semiconductor de banda prohibida directa. Cuando se aplica una tensión directa que excede el potencial incorporado de la unión (aproximadamente igual a Vf), los electrones de la región N se inyectan a través de la unión en la región P, y los huecos de la región P se mueven hacia la región N. Estos portadores minoritarios inyectados (electrones en el lado P, huecos en el lado N) se recombinan con los portadores mayoritarios. En un material de banda prohibida directa como el AlInGaP, una parte significativa de estas recombinaciones es radiativa, lo que significa que liberan energía en forma de fotones (luz). La energía específica del fotón, y por lo tanto su longitud de onda (color), está determinada por la energía de la banda prohibida del material semiconductor, que se diseña mediante las proporciones precisas de Aluminio, Indio, Galio y Fósforo. El sustrato de GaAs no transparente ayuda a reflejar la luz hacia arriba, aumentando la intensidad luminosa directa. Cada segmento es un chip LED separado, y la combinación de segmentos encendidos forma el número o carácter deseado.

12. Tendencias y Avances Tecnológicos

Si bien las pantallas de siete segmentos de orificio pasante como el LTD-2601JS siguen siendo relevantes para prototipos, kits educativos y aplicaciones que requieren montaje mecánico robusto, la tendencia más amplia de la industria se dirige decididamente hacia paquetes de dispositivo de montaje superficial (SMD). Los LED SMD ofrecen una huella más pequeña, un perfil más bajo, idoneidad para el montaje automatizado pick-and-place y, a menudo, un mejor rendimiento térmico mediante la fijación directa al PCB. Para las pantallas, los CI controladores integrados son cada vez más comunes, combinando la matriz LED con lógica de escaneo y, a veces, incluso interfaces de comunicación serie (como I2C o SPI), reduciendo drásticamente la sobrecarga de E/S y software del microcontrolador. En términos de materiales, mientras que el AlInGaP es excelente para rojo, naranja y amarillo, el InGaN (Nitruro de Indio y Galio) domina los mercados de LED azul, verde y blanco debido a su mayor capacidad de ajuste de banda prohibida. Para las pantallas futuras, las tecnologías micro-LED y mini-LED prometen una densidad, brillo y eficiencia aún mayores, aunque actualmente están dirigidas a pantallas de video de alta resolución en lugar de simples pantallas de segmentos. Sin embargo, el principio perdurable del formato de siete segmentos asegura su utilidad en aplicaciones numéricas críticas de legibilidad y sensibles al costo en un futuro previsible.