Hoja de Datos del Display LED LTC-4727JD - Altura de Dígito 0.4 Pulgadas - Rojo Hiperintenso (650nm) - Tensión Directa 2.6V - Disipación de Potencia 70mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTC-4727JD es un módulo de visualización alfanumérico de cuatro dígitos y siete segmentos, diseñado para aplicaciones que requieren lecturas numéricas claras y brillantes. Su función principal es representar visualmente datos numéricos a través de segmentos direccionables individualmente. El dispositivo está construido con chips LED avanzados de AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio) montados sobre un sustrato de GaAs no transparente. Esta elección de material es crucial para el rendimiento del dispositivo, ya que los semiconductores AlInGaP son reconocidos por su alta eficiencia y excelente salida luminosa en las regiones espectrales del rojo al ámbar. La presentación visual cuenta con una placa frontal gris con marcas de segmentos blancas, proporcionando un alto contraste para una legibilidad óptima bajo diversas condiciones de iluminación.

La ventaja principal de esta pantalla radica en su fiabilidad de estado sólido, derivada de la tecnología LED, que ofrece una vida operativa significativamente más larga en comparación con tecnologías antiguas como las pantallas fluorescentes de vacío o incandescentes. Está categorizado por intensidad luminosa, lo que significa que las unidades son clasificadas y probadas para garantizar niveles de brillo consistentes. El encapsulado cumple con los requisitos de fabricación sin plomo. El diseño de la pantalla prioriza una excelente apariencia de los caracteres, alto brillo y un amplio ángulo de visión, lo que la hace adecuada tanto para interfaces de consumo como industriales donde la legibilidad desde múltiples ángulos es esencial.

1.1 Interpretación Profunda de los Parámetros Técnicos

1.1.1 Características Fotométricas y Ópticas

El rendimiento óptico se define bajo condiciones de prueba estándar a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C. El parámetro clave, la Intensidad Luminosa Promedio (Iv), tiene un rango especificado desde un mínimo de 200 µcd hasta un máximo de 650 µcd cuando se alimenta con una corriente directa (IF) de 1mA. Este rango indica el proceso de clasificación en producción, donde los dispositivos se ordenan según su salida real. El valor típico sirve como punto de referencia central para los cálculos de diseño. La relación de coincidencia de intensidad luminosa para áreas de luz similares se especifica como máximo 2:1, lo cual es crucial para garantizar un brillo uniforme en todos los segmentos y dígitos, evitando una apariencia irregular o desigual.

Las características de color están definidas por la longitud de onda. La Longitud de Onda de Emisión Pico (λp) es típicamente de 650 nanómetros (nm), situando la salida en la región hiperroja del espectro. La Longitud de Onda Dominante (λd) se especifica en 639 nm. Es importante entender la distinción: la longitud de onda pico es el punto de máxima potencia espectral, mientras que la longitud de onda dominante es la percepción monocromática del color por el ojo humano. El Ancho Medio de Línea Espectral (Δλ) es de 20 nm, lo que indica el estrecho ancho de banda de la luz emitida, lo que contribuye a un color rojo puro y saturado.

1.1.2 Parámetros Eléctricos

Las características eléctricas definen los límites y condiciones de operación del dispositivo. Los Valores Máximos Absolutos establecen los límites más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente. La Corriente Directa Continua por segmento está clasificada en 25 mA. Se aplica un factor de reducción de 0.33 mA/°C linealmente desde 25°C, lo que significa que la corriente continua máxima segura disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente. Esta es una consideración de diseño crítica para la gestión térmica. Para operación pulsada, se permite una Corriente Directa Pico más alta de 90 mA bajo condiciones específicas: un ciclo de trabajo de 1/10 y un ancho de pulso de 0.1ms. Esto permite esquemas de multiplexación donde se puede usar una corriente instantánea más alta para lograr un brillo percibido manteniendo baja la potencia promedio.

La Tensión Directa (VF) por segmento varía de 2.1V a 2.6V con IF=20mA. Este parámetro es esencial para diseñar el circuito limitador de corriente, típicamente resistencias o controladores de corriente constante. La Tensión Inversa (VR) nominal es de 5V, y la Corriente Inversa (IR) es un máximo de 100 µA a esta tensión, lo que indica las características de fuga del diodo en estado de apagado. La Disipación de Potencia por segmento está limitada a 70 mW, lo que se relaciona directamente con el diseño térmico de la aplicación.

1.1.3 Especificaciones Térmicas y Ambientales

El dispositivo está clasificado para un Rango de Temperatura de Operación de -35°C a +105°C. Este amplio rango lo hace adecuado para aplicaciones en entornos hostiles, incluidos controles industriales e interiores automotrices (áreas no críticas). El idéntico Rango de Temperatura de Almacenamiento garantiza que el dispositivo pueda soportar estos extremos cuando no está energizado. La condición de reflujo de soldadura se establece explícitamente: el componente puede someterse a 260°C durante 3 segundos, medido a 1/16 de pulgada (aproximadamente 1.59 mm) por debajo del plano de asiento. Esta información es vital para los procesos de ensamblaje de PCB para prevenir daños térmicos durante la soldadura.

1.2 Explicación del Sistema de Clasificación

La hoja de datos indica que el dispositivo está "Categorizado por Intensidad Luminosa". Esto implica un proceso de clasificación donde las unidades fabricadas se prueban y clasifican en grupos (bins) según su salida de luz medida a una corriente de prueba estándar (probablemente 1mA o 20mA). Los diseñadores pueden seleccionar bins para garantizar consistencia en el brillo entre múltiples pantallas en un solo producto. Aunque no se detalla explícitamente con códigos de bin en este documento, dicho sistema permite la adquisición de piezas con una intensidad luminosa mínima o típica garantizada, lo cual es crucial para aplicaciones que requieren un rendimiento visual uniforme.

1.3 Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a "Curvas Típicas de Características Eléctricas / Ópticas", que son herramientas esenciales para comprender el comportamiento del dispositivo más allá de las especificaciones de un solo punto. Aunque las curvas específicas no se detallan en el texto proporcionado, las curvas típicas para tales dispositivos incluirían:

• Intensidad Luminosa Relativa vs. Corriente Directa (Curva I-V):Esta curva muestra cómo aumenta la salida de luz con la corriente. Suele ser no lineal, con la eficiencia a menudo cayendo a corrientes muy altas debido a efectos térmicos.
• Tensión Directa vs. Corriente Directa:Esto muestra la característica IV del diodo, importante para calcular caídas de tensión y requisitos de la fuente de alimentación.
• Intensidad Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Esta curva demuestra el efecto de extinción térmica, donde la salida del LED disminuye a medida que aumenta la temperatura de la unión. Comprender esto es clave para diseños que operan a altas temperaturas ambientales.
• Distribución Espectral:Un gráfico que muestra la potencia relativa emitida a través de las longitudes de onda, centrada alrededor del pico de 650nm con el ancho medio especificado de 20nm.

Estas curvas permiten a los diseñadores optimizar las condiciones de excitación para un equilibrio entre brillo, eficiencia y longevidad.

2. Información Mecánica y de Empaquetado

2.1 Dimensiones y Dibujo de Contorno

El dibujo del encapsulado proporciona datos mecánicos críticos. Todas las dimensiones principales se especifican en milímetros. La tolerancia estándar para estas dimensiones es de ±0.25 mm a menos que una nota de característica específica indique lo contrario. Una nota importante especifica una tolerancia de desplazamiento de la punta del pin de +0.4 mm, lo que explica la posible desalineación menor de los terminales durante el proceso de moldeo, afectando la ubicación de los orificios del PCB o el diseño del zócalo. El tamaño general está dictado por la altura de dígito de 0.4 pulgadas (10.0 mm), que se refiere a la altura física de un solo carácter numérico.

2.2 Pinout y Diagrama de Conexión

El dispositivo tiene una configuración de 16 pines, aunque no todas las posiciones están ocupadas o conectadas. Está configurado como una pantalla deCátodo Común Multiplexado. Esta arquitectura es fundamental para su operación:

• Cátodos Comunes:Los pines 1, 2, 4, 6 y 8 son las conexiones de cátodo común para el Dígito 1, Dígito 2, un grupo de segmentos (L1,L2,L3), Dígito 3 y Dígito 4, respectivamente. En un esquema multiplexado, estos cátodos se conmutan a tierra secuencialmente para seleccionar qué dígito está activo.
• Ánodos de Segmento:Los pines 3, 5, 7, 11, 13, 14, 15 y 16 son las conexiones de ánodo para los segmentos individuales (A, B, C, D, E, F, G, DP) y algunos segmentos de dos puntos/puntuación (L1, L2, L3). Los ánodos apropiados se activan en alto (a través de una resistencia limitadora de corriente) para iluminar segmentos específicos del dígito actualmente seleccionado.
• El diagrama de circuito interno muestra la interconexión de estos ánodos y cátodos, formando una matriz que permite controlar 4 dígitos y un punto decimal/dos puntos con solo 13 líneas de señal efectivas, en lugar de las 36+ líneas que requeriría una excitación estática.

3. Guías de Soldadura y Ensamblaje

La sección de valores máximos absolutos proporciona el parámetro clave de soldadura: el dispositivo puede soportar una temperatura de soldadura de 260°C durante 3 segundos, medida en un punto a 1.59mm (1/16 de pulgada) por debajo del plano de asiento. Esta es una referencia de perfil de reflujo estándar. Para soldadura manual, se debe usar una temperatura más baja y un tiempo de contacto más corto para evitar sobrecalentamiento localizado. Es crítico asegurar que la temperatura del propio encapsulado LED no exceda la clasificación máxima de temperatura de almacenamiento durante cualquier parte del proceso de ensamblaje. Se deben seguir los procedimientos adecuados de manejo ESD (Descarga Electroestática), ya que los chips LED son sensibles a la electricidad estática.

4. Sugerencias de Aplicación

4.1 Escenarios de Aplicación Típicos

Esta pantalla es ideal para aplicaciones que requieren una lectura numérica compacta, fiable y brillante. Usos comunes incluyen:

• Equipos de Prueba y Medición:Multímetros digitales, contadores de frecuencia, fuentes de alimentación.
• Controles Industriales:Medidores de panel para temperatura, presión, RPM, visualizadores de conteo.
• Electrónica de Consumo:Equipos de audio (volumen de amplificador/pantallas), electrodomésticos de cocina, relojes.
• Mercado de Accesorios Automotrices:Calibradores y módulos de visualización (donde las especificaciones ambientales sean adecuadas).

4.2 Consideraciones de Diseño e Implementación del Circuito

Excitar esta pantalla requiere un controlador de multiplexación, que puede ser un CI controlador de pantalla dedicado (como el MAX7219 o TM1637) o un microcontrolador con suficientes pines de E/S y software. El diseño debe tener en cuenta:

• Limitación de Corriente:Se debe colocar una resistencia en serie con cada ánodo de segmento (o un conjunto de ánodos si se usa un controlador de corriente constante) para establecer la corriente directa. El valor se calcula usando R = (Vcc - VF) / IF. Usando el VF máximo de 2.6V y una fuente de 5V con un IF objetivo de 10mA, R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 ohmios.
• Frecuencia de Multiplexación:La frecuencia de refresco debe ser lo suficientemente alta para evitar parpadeo visible, típicamente por encima de 60-100 Hz por dígito. Con 4 dígitos, la frecuencia de escaneo necesita ser de 240-400 Hz.
• Corriente Pico vs. Corriente Promedio:Para lograr un brillo promedio deseado, la corriente pico durante el corto tiempo de ENCENDIDO puede ser más alta. Si el ciclo de trabajo es 1/4 (para 4 dígitos), una corriente pico de 20mA produce una corriente promedio de 5mA por segmento, manteniéndose dentro de la clasificación continua.
• Disipación de Calor:Asegurar que la disipación de potencia promedio por segmento (IF * VF * ciclo de trabajo) no exceda los 70mW, especialmente a altas temperaturas ambientales.

5. Comparación y Diferenciación Técnica

El LTC-4727JD se diferencia por el uso de tecnología AlInGaP sobre un sustrato de GaAs. En comparación con los LED rojos antiguos de GaP (Fosfuro de Galio), AlInGaP ofrece una eficiencia luminosa significativamente mayor, lo que resulta en pantallas más brillantes con la misma corriente o menor consumo de energía para el mismo brillo. El sustrato no transparente ayuda a mejorar el contraste al prevenir la dispersión interna de la luz. La característica de "segmentos uniformes continuos" indica un diseño de chip y lente de alta calidad que evita huecos o iluminación desigual dentro de un segmento. El encapsulado sin plomo garantiza el cumplimiento de las regulaciones ambientales modernas (RoHS).

6. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Cuál es la diferencia entre la longitud de onda pico y la longitud de onda dominante?

R: La longitud de onda pico es el punto físico de mayor potencia espectral de salida del LED. La longitud de onda dominante es el punto de color percibido por el ojo humano, calculado a partir del espectro completo. A menudo difieren ligeramente.

P: ¿Puedo excitar esta pantalla con un microcontrolador de 3.3V?

R: Sí, pero debes verificar la tensión directa. Con un VF máximo de 2.6V, solo hay un margen de 0.7V (3.3V - 2.6V) para la resistencia limitadora de corriente. Esta pequeña caída de tensión hace que la corriente sea más sensible a las variaciones en VF. Se recomienda un controlador de corriente constante para sistemas de 3.3V, o usar una corriente objetivo más baja.

P: ¿Por qué hay un factor de reducción para la corriente directa?

R: Los LED generan calor en la unión del semiconductor. A medida que aumenta la temperatura ambiente, la temperatura de la unión aumenta para una disipación de potencia dada. El factor de reducción disminuye la corriente máxima permitida para evitar que la temperatura de la unión exceda su clasificación máxima, lo que reduciría drásticamente la vida útil o causaría fallos.

P: ¿Qué significa "cátodo común multiplexado" para mi circuito controlador?

R: Significa que enciendes un dígito a la vez conectando su pin de cátodo común a tierra (bajo). Luego aplicas tensión a los pines de ánodo de segmento para el patrón que deseas en ese dígito. Ciclas rápidamente a través de todos los dígitos. El ojo humano integra la luz, haciendo que todos los dígitos parezcan encendidos continuamente.

7. Estudio de Caso de Implementación Práctica

Considera diseñar un voltímetro simple de 4 dígitos usando un microcontrolador y esta pantalla. El ADC del microcontrolador lee una tensión, la convierte en un número y excita la pantalla. El microcontrolador tendría 8 pines de E/S conectados a los ánodos de segmento (A-G, DP) a través de resistencias limitadoras de corriente. Cuatro pines de E/S adicionales controlarían transistores NPN (o usarían un CI de matriz de transistores) que absorben corriente de los cuatro pines de cátodo de dígito (1, 2, 6, 8). El pin 4 (cátodo común para los dos puntos) podría conectarse a tierra si los dos puntos están siempre encendidos, o controlarse por separado. El firmware implementaría una interrupción de temporizador para refrescar la pantalla. En la rutina de interrupción, apagaría todos los cátodos de dígito, enviaría el patrón de segmentos para el siguiente dígito al puerto de ánodos y luego encendería el cátodo de ese dígito. Este proceso se repite para cada dígito, creando una lectura estable y sin parpadeo.

8. Introducción al Principio de Operación

El principio de operación fundamental se basa en la electroluminiscencia en una unión P-N de semiconductor. Cuando se aplica una tensión directa que excede el umbral del diodo, los electrones de la región N de AlInGaP se recombinan con los huecos de la región P. Este evento de recombinación libera energía en forma de fotones (luz). La longitud de onda específica de 650 nm (rojo) está determinada por la energía de la banda prohibida del material semiconductor AlInGaP, que se diseña durante el proceso de crecimiento del cristal. El sustrato no transparente de GaAs absorbe la luz emitida hacia abajo, mejorando el contraste. Los segmentos individuales están formados por múltiples chips LED o un solo chip con un ánodo modelado, cableados internamente a los pines del encapsulado. El esquema de multiplexación es una técnica eléctrica para reducir el número de líneas de control requeridas aprovechando la persistencia de la visión del ojo humano.

9. Tendencias Tecnológicas

Si bien AlInGaP sigue siendo una tecnología de alto rendimiento para LED rojos y ámbar, las tendencias más amplias de la industria de pantallas impactan en estos componentes. Existe un impulso continuo hacia una mayor eficiencia (más lúmenes por vatio), permitiendo pantallas más brillantes con menor potencia o menor generación de calor. La miniaturización es otra tendencia, aunque la altura del dígito a menudo está limitada por los requisitos de legibilidad. La integración es una tendencia significativa; los módulos de pantalla modernos a menudo incluyen el CI controlador, el controlador y, a veces, incluso un microcontrolador dentro del mismo encapsulado, simplificando la interfaz a un simple bus serie (I2C o SPI). Sin embargo, las pantallas discretas como el LTC-4727JD siguen siendo vitales para diseños sensibles al costo, diseños personalizados o aplicaciones donde la electrónica de control está centralizada. El movimiento hacia materiales sin plomo y sin halógenos en cumplimiento de las regulaciones ambientales globales es ahora estándar. Los desarrollos futuros pueden ver mayores ganancias de eficiencia a partir de nuevos materiales de sustrato o diseños de chips, pero la arquitectura básica multiplexada de siete segmentos sigue siendo una solución confiable y rentable para las necesidades de visualización numérica.