Hoja de Datos del Display LED LTS-3401LJF - Altura de Dígito 0.8 Pulgadas - Color Naranja Amarillento - Tensión Directa 2.6V - Disipación de Potencia 70mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTS-3401LJF es un display de diodo emisor de luz (LED) de siete segmentos y un solo dígito, diseñado para aplicaciones que requieren una indicación numérica clara y de bajo consumo. Su tecnología central se basa en material semiconductor de Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio (AlInGaP), conocido por producir luz de alta eficiencia en el espectro del ámbar al rojo anaranjado. Este dispositivo específico emite en un color naranja amarillento. El display presenta una cara gris y segmentos blancos, lo que mejora el contraste y la legibilidad bajo diversas condiciones de iluminación. Los objetivos principales de diseño de este componente son el bajo consumo de energía, una excelente apariencia de los caracteres con iluminación uniforme de los segmentos y una fiabilidad de estado sólido, lo que lo hace adecuado para una amplia gama de dispositivos electrónicos de consumo e industriales donde los datos numéricos deben presentarse de forma clara y eficiente.

1.1 Ventajas Principales

• Funcionamiento de Baja Potencia:Diseñado para un consumo de energía mínimo, ideal para aplicaciones alimentadas por baterías o sensibles al consumo energético.
• Alta Visibilidad:Ofrece una excelente apariencia de los caracteres con segmentos continuos y uniformes y un amplio ángulo de visión, garantizando la legibilidad desde diversas posiciones.
• Fiabilidad de Estado Sólido:Como dispositivo basado en LED, presume de una larga vida operativa, resistencia a los golpes y un rendimiento consistente en comparación con displays mecánicos o basados en filamentos.
• Interfaz Estándar:Los requisitos de control compatibles con circuitos integrados simplifican la integración con microcontroladores y circuitos lógicos comunes.
• Rendimiento Categorizado:Los dispositivos se clasifican (binning) por intensidad luminosa, permitiendo una coincidencia de brillo consistente en aplicaciones de múltiples dígitos.

2. Análisis Profundo de Especificaciones Técnicas

Esta sección proporciona un análisis objetivo y detallado de los principales parámetros eléctricos, ópticos y físicos definidos en la hoja de datos.

2.1 Características Eléctricas

Los parámetros eléctricos definen los límites y condiciones de funcionamiento del display.

• Valores Máximos Absolutos:Son límites de estrés que no deben superarse bajo ninguna condición para evitar daños permanentes.
  • Disipación de Potencia por Segmento:70 mW máximo. Esto limita el efecto combinado de la corriente directa y la caída de tensión en cada segmento LED.
  • Corriente Directa Continua por Segmento:25 mA máximo a 25°C. Se aplica un factor de reducción lineal de 0.33 mA/°C a medida que la temperatura ambiente supera los 25°C.
  • Corriente Directa Pico por Segmento:60 mA máximo, pero solo en condiciones pulsadas (ciclo de trabajo 1/10, ancho de pulso 0.1 ms). Esto permite una sobreexcitación breve para lograr un brillo pico más alto en aplicaciones multiplexadas.
  • Tensión Inversa por Segmento:5 V máximo. Superar este valor puede dañar la unión PN del LED.
  • Rango de Temperatura de Operación y Almacenamiento:-35°C a +85°C.
  • Temperatura de Soldadura:260°C durante 3 segundos a una distancia de 1/16 de pulgada (aprox. 1.6 mm) por debajo del plano de asiento. Este es un parámetro crítico para procesos de soldadura por ola o de reflujo.
• Características Eléctricas/Ópticas (a T_A=25°C):Estos son los parámetros de operación típicos.
  • Tensión Directa (V_F):2.05V (Mín), 2.6V (Típ) a I_F=20mA. Esta es la caída de tensión a través de un segmento activo cuando se excita con la corriente especificada.
  • Corriente Inversa (I_R):100 µA máximo a V_R=5V. Esto indica la corriente de fuga mínima cuando el LED está polarizado en inversa.

2.2 Características Ópticas

Los parámetros ópticos cuantifican la salida de luz y las propiedades de color del display.

• Intensidad Luminosa Promedio (I_V):320 µcd (Mín), 900 µcd (Típ) a I_F=1mA. Esta es una medida del brillo percibido de un segmento según lo medido por un sensor filtrado para coincidir con la respuesta fotópica del ojo humano (curva CIE). El amplio rango indica un proceso de clasificación (binning).
• Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa (I_V-m):2:1 máximo a I_F=10mA. Esto especifica la variación de brillo máxima permitida entre diferentes segmentos del mismo dígito o entre diferentes unidades, asegurando uniformidad visual.
• Longitud de Onda de Emisión Pico (λ_p):611 nm (Típ) a I_F=20mA. Esta es la longitud de onda a la cual la potencia óptica de salida es mayor.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):605 nm (Típ) a I_F=20mA. Esta es la longitud de onda única percibida por el ojo humano que mejor coincide con el color de la luz emitida, definiendo su tono naranja amarillento.
• Ancho Medio de Línea Espectral (Δλ):17 nm (Típ) a I_F=20mA. Esto indica la pureza espectral o el ancho de banda de la luz emitida; un valor más pequeño significa un color más monocromático (puro).

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

La hoja de datos indica que los dispositivos están \"Categorizados por Intensidad Luminosa\". Esto se refiere a un proceso de clasificación posterior a la producción (binning).

• Clasificación por Intensidad Luminosa:Después de la fabricación, los LEDs se prueban y agrupan en función de su intensidad luminosa medida a una corriente de prueba estándar (por ejemplo, 1mA o 10mA). El valor típico especificado de 900 µcd y el mínimo de 320 µcd definen las posibles categorías. El uso de piezas clasificadas asegura niveles de brillo consistentes en todos los segmentos de un display de múltiples dígitos, lo cual es crítico para la uniformidad estética y funcional en el producto final. Los diseñadores deben consultar al fabricante para conocer la disponibilidad de códigos de categoría específicos y las especificaciones para la adquisición.

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. Típicamente, dichas curvas incluirían:

• Intensidad Luminosa Relativa vs. Corriente Directa (Curva I-V):Este gráfico mostraría cómo la salida de luz aumenta con la corriente de excitación, típicamente de forma sub-lineal, destacando los cambios de eficiencia.
• Tensión Directa vs. Corriente Directa:Ilustra la relación exponencial I-V del diodo, crucial para diseñar el circuito limitador de corriente.
• Intensidad Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Muestra cómo la salida de luz disminuye a medida que aumenta la temperatura de la unión, lo cual es vital para la gestión térmica en aplicaciones de alta temperatura o alto brillo.
• Distribución Espectral:Un gráfico de intensidad relativa versus longitud de onda, que muestra visualmente las longitudes de onda pico y dominante y el ancho medio espectral.

Los diseñadores siempre deben consultar la hoja de datos completa con gráficos para comprender completamente estas relaciones y lograr un diseño de circuito robusto.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones Físicas

El dispositivo se describe como un display con altura de dígito de 0.8 pulgadas, lo que corresponde a 20.32 mm para la altura del carácter numérico en sí. El dibujo de dimensiones del paquete (referenciado pero no detallado en el texto) especificaría la longitud, anchura y altura total del encapsulado plástico, el espaciado de las patillas y la ubicación de los segmentos. Las tolerancias son típicamente de ±0.25 mm a menos que se indique lo contrario. Los dibujos mecánicos precisos son esenciales para el diseño de la huella en la PCB y para asegurar un ajuste adecuado dentro de una carcasa.

5.2 Configuración de Patillas y Circuito Interno

El LTS-3401LJF es un display deánodo común. Esto significa que los ánodos de todos los segmentos LED (y los puntos decimales) están conectados internamente y salen a patillas comunes (4, 6, 12, 17). Los cátodos de los segmentos individuales (A-G, y puntos decimales izquierdo/derecho) tienen sus propias patillas. Para iluminar un segmento, su patilla de cátodo correspondiente debe ponerse a nivel bajo (conectada a tierra o a un sumidero de corriente) mientras la patilla de ánodo común se mantiene a nivel alto (conectada a V_CCa través de una resistencia limitadora de corriente). La tabla de patillas es crítica para un diseño correcto del layout de la PCB y el desarrollo de la rutina de control por software. Varias patillas (1, 8, 9, 16, 18) se listan como \"NO PIN\" (SIN PATILLA), lo que significa que están físicamente presentes pero no conectadas eléctricamente (N/C).

6. Directrices de Soldadura y Montaje

La hoja de datos proporciona un parámetro clave de soldadura: el paquete puede soportar una temperatura de soldadura de 260°C durante 3 segundos, medida a 1/16 de pulgada (1.6 mm) por debajo del plano de asiento. Esta es una referencia estándar para soldadura por ola. Para soldadura por reflujo, sería aplicable un perfil estándar sin plomo con una temperatura pico alrededor de 260°C, pero el tiempo por encima del líquidus debe controlarse. Se recomienda seguir las directrices estándar JEDEC/IPC para el manejo de dispositivos sensibles a la humedad (si aplica) y evitar tensiones mecánicas en las patillas durante el montaje. El almacenamiento debe realizarse dentro del rango de temperatura especificado de -35°C a +85°C en un ambiente seco.

7. Recomendaciones de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Equipos de Prueba y Medición:Multímetros digitales, contadores de frecuencia, fuentes de alimentación.
• Electrónica de Consumo:Relojes, temporizadores, electrodomésticos de cocina, displays de equipos de audio.
• Controles Industriales:Medidores de panel, indicadores de proceso, lecturas de sistemas de control.
• Mercado Secundario Automotriz:Cuadrantes y displays donde se necesita alta visibilidad y fiabilidad.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Limitación de Corriente:Siempre use una resistencia en serie para cada conexión de ánodo común (o cada segmento en un esquema multiplexado) para establecer la corriente directa. Calcule el valor de la resistencia usando R = (V_CC- V_F) / I_F. Use el V_Fmáximo de la hoja de datos para un diseño seguro.
• Multiplexación:Para displays de múltiples dígitos, es común un circuito de control multiplexado. Esto implica ciclar la alimentación (a través del ánodo común) a cada dígito rápidamente mientras se presentan los datos de segmento correspondientes para ese dígito. Esto reduce enormemente el número de pines de E/S requeridos. Asegúrese de no exceder la clasificación de corriente pico (60 mA a 1/10 de ciclo de trabajo) en tales configuraciones.
• Ángulo de Visión:El amplio ángulo de visión es beneficioso, pero considere la línea de visión del usuario previsto al montar el display.
• Gestión Térmica:Aunque es de baja potencia, en ambientes de alta temperatura o configuraciones de alto brillo, asegúrese de que la temperatura del paquete se mantenga dentro de los límites considerando el layout de la placa y el flujo de aire.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

El diferenciador principal del LTS-3401LJF es su uso de la tecnologíaAlInGaPpara la emisión naranja amarillenta. En comparación con tecnologías más antiguas como los LEDs estándar de GaAsP (Fosfuro de Arsénico de Galio), el AlInGaP ofrece una eficiencia luminosa significativamente mayor, lo que resulta en una salida más brillante para la misma corriente de excitación o un menor consumo de energía para el mismo brillo. También proporciona generalmente una mejor estabilidad y consistencia de color con la temperatura y a lo largo de la vida útil. En comparación con los LEDs blancos (que típicamente son LEDs azules con un recubrimiento de fósforo), este dispositivo monocromático ofrece una mayor eficacia para aplicaciones donde se desea un color ámbar/naranja específico, como en entornos de poca luz o compatibles con visión nocturna.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

• P: ¿Cuál es el propósito de las conexiones \"Sin Patilla\" (No Pin)?
  
  R: Son marcadores de posición mecánicos que ayudan a asegurar el paquete durante la soldadura y proporcionan integridad estructural. No deben conectarse a ninguna red eléctrica en su circuito.
• P: ¿Puedo excitar este display directamente desde un pin de un microcontrolador de 5V?
  
  R: No. Debe usar una resistencia limitadora de corriente. Conectar 5V directamente al cátodo (con el ánodo a nivel alto) intentaría extraer una corriente excesiva, dañando tanto el LED como posiblemente el pin del microcontrolador. Calcule la resistencia en función de su tensión de alimentación y la corriente de segmento deseada.
• P: ¿Qué significa \"Ánodo Común\" para mi diseño de circuito?
  
  R: Significa que usted suministra tensión positiva (V_CC) a la(s) patilla(s) de ánodo común, y usted deriva corriente a tierra a través de las patillas de cátodo individuales para encender los segmentos. Su circuito de control (por ejemplo, un microcontrolador) activará un segmento estableciendo su pin de E/S conectado al cátodo en un estado lógico BAJO (0V).
• P: ¿Cómo logro un brillo uniforme en un diseño de múltiples dígitos?
  
  R: Obtenga componentes del mismo código de categoría de intensidad luminosa del fabricante. Además, asegure valores idénticos de resistencia limitadora de corriente para todos los segmentos y use una corriente de excitación consistente en su esquema de control multiplexado o estático.

10. Estudio de Caso de Diseño y Uso

Escenario: Diseño de una Lectura Digital Simple para un Voltímetro.

Un diseñador está creando un display de voltímetro DC de 3 dígitos usando el LTS-3401LJF. Utiliza un microcontrolador con un convertidor analógico-digital (ADC) para medir la tensión. Se usan tres displays. Los pines del microcontrolador son insuficientes para excitar todos los segmentos (3 dígitos * 8 segmentos = 24 líneas) directamente, por lo que se elige un diseño multiplexado. Se utiliza un único registro de desplazamiento de 8 bits con salidas de sumidero de corriente constante (por ejemplo, un 74HC595 con transistores externos o un CI controlador de LED dedicado) para controlar todos los cátodos de segmento (A-G, DP) para todos los dígitos. Se usan tres pines de E/S del microcontrolador para habilitar selectivamente el ánodo común de cada dígito mediante pequeños transistores PNP o MOSFETs. El software recorre rápidamente la habilitación de cada dígito (1, 2, 3) mientras envía el patrón de segmento correspondiente para ese dígito al registro de desplazamiento. La persistencia retiniana hace que todos los dígitos parezcan encendidos continuamente. El diseñador calcula las resistencias limitadoras de corriente para las líneas de ánodo común basándose en una alimentación de 5V, un V_Fde 2.6V, y una corriente de segmento promedio deseada de 10mA, ajustando para el ciclo de trabajo de 1/3 al multiplexar tres dígitos.

11. Introducción al Principio Tecnológico

El LTS-3401LJF se basa en el principio de electroluminiscencia en una unión PN semiconductor hecha de AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio). Cuando se aplica una tensión directa, los electrones del material tipo N se recombinan con los huecos del material tipo P en la región activa, liberando energía en forma de fotones (luz). La composición específica de la aleación de AlInGaP determina la energía de la banda prohibida del semiconductor, lo que dicta directamente la longitud de onda (color) de la luz emitida—en este caso, naranja amarillento (~605 nm de longitud de onda dominante). El uso de un sustrato de GaAs no transparente ayuda a mejorar el contraste al absorber la luz dispersa, contribuyendo a la excelente apariencia de los caracteres del display. Los siete segmentos individuales están formados por múltiples chips LED diminutos de AlInGaP dispuestos en un patrón, cada uno eléctricamente aislado y direccionable.

12. Tendencias Tecnológicas

Si bien los displays LED de siete segmentos siguen siendo una solución robusta y rentable para lecturas numéricas, el panorama más amplio de la tecnología de displays está evolucionando. Existe una tendencia hacia una mayor integración, como displays con controladores incorporados (interfaz I2C o SPI) que reducen drásticamente las E/S del microcontrolador requeridas y la complejidad del software. En términos de materiales, la tecnología AlInGaP es madura y muy eficiente para colores ámbar/rojo. Para aplicaciones a color completo o blancas, los LEDs basados en InGaN (Nitruro de Indio y Galio) azules/verdes/blancos dominan. Las tendencias futuras pueden incluir tensiones de operación aún más bajas, mayor eficiencia (más luz por vatio) y la integración de displays en sustratos flexibles o transparentes, aunque estos son más relevantes para tipos de displays más nuevos que para los dispositivos numéricos segmentados tradicionales. Las ventajas centrales de los LEDs—fiabilidad, longevidad y funcionamiento a baja tensión—aseguran su uso continuado en aplicaciones donde estos factores son primordiales.