Hoja de Datos del Display LED LTC-5675KG - Altura de Dígito 0.52 Pulgadas - AlInGaP Verde - Voltaje Directo 2.6V - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTC-5675KG es un módulo de visualización alfanumérica de siete segmentos y cuatro dígitos. Su función principal es proporcionar información numérica y alfanumérica limitada, clara y de alta visibilidad en diversos dispositivos electrónicos e instrumentación. La tecnología central utiliza chips LED de AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio) montados sobre un sustrato de GaAs no transparente, conocido por producir luz verde de alta eficiencia. El display presenta una pantalla frontal gris con marcas de segmentos blancas, ofreciendo un excelente contraste para los segmentos verdes iluminados. Este diseño está dirigido a aplicaciones que requieren indicadores numéricos de estado sólido confiables, con bajo consumo de energía y rendimiento visual superior, como paneles de control industrial, equipos de prueba, electrodomésticos e instrumentación donde se necesitan múltiples dígitos en un factor de forma compacto.

1.1 Características y Ventajas Clave

• Tamaño del Dígito:Altura de carácter de 0.52 pulgadas (13.2 mm), proporcionando una buena legibilidad.
• Diseño del Segmento:Segmentos uniformes y continuos para una excelente apariencia y estética del carácter.
• Rendimiento Óptico:Alto brillo y alto contraste para una visibilidad clara bajo diversas condiciones de iluminación.
• Ángulo de Visión:Amplio ángulo de visión, asegurando que la pantalla sea legible desde posiciones fuera del eje.
• Eficiencia Energética:Bajo requisito de potencia, haciéndolo adecuado para aplicaciones alimentadas por batería o conscientes del consumo energético.
• Fiabilidad:Fiabilidad de estado sólido sin partes móviles, lo que conduce a una larga vida operativa.
• Control de Calidad:Los dispositivos están categorizados por intensidad luminosa, permitiendo una coincidencia de brillo consistente en aplicaciones de múltiples dígitos o múltiples unidades.
• Cumplimiento Ambiental:Paquete libre de plomo conforme con las directivas RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas).

2. Análisis Profundo de Especificaciones Técnicas

Esta sección proporciona un análisis objetivo y detallado de los parámetros eléctricos y ópticos especificados en la hoja de datos.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los niveles de estrés más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente al dispositivo. No se recomienda operar fuera de estos límites.

• Disipación de Potencia por Segmento:70 mW máximo. Esto limita la corriente continua máxima basada en el voltaje directo.
• Corriente Directa de Pico por Segmento:60 mA máximo, pero solo bajo condiciones pulsadas (1 kHz, ciclo de trabajo del 25%). Esta especificación es para multiplexación o condiciones de sobretensión breves.
• Corriente Directa Continua por Segmento:25 mA máximo a 25°C. Esta corriente se reduce linealmente en 0.33 mA/°C a medida que la temperatura ambiente aumenta por encima de 25°C. Por ejemplo, a 85°C, la corriente continua máxima permitida sería aproximadamente: 25 mA - ((85°C - 25°C) * 0.33 mA/°C) = 5.2 mA.
• Voltaje Inverso por Segmento:5 V máximo. Exceder esto puede causar ruptura de la unión.
• Rango de Temperatura de Operación:-35°C a +85°C. El dispositivo está clasificado para rangos de temperatura industrial.
• Rango de Temperatura de Almacenamiento:-35°C a +85°C.
• Condiciones de Soldadura:260°C durante 3 segundos, con la estipulación de que esto se mide 1/16 de pulgada (aprox. 1.6mm) por debajo del plano de asiento del componente. Esta es una guía típica del perfil de reflujo.

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

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

• Intensidad Luminosa Promedio (I_V):Este es el parámetro clave de brillo.
  • Mínima: 320 µcd a I_F= 1 mA
  • Típica: 1050 µcd a I_F= 10 mA
  • Máxima: 11550 µcd a I_F= 10 mA. El amplio rango de mínimo a máximo indica que los dispositivos están clasificados ("binned"). Los diseñadores deben seleccionar de las categorías apropiadas para un brillo uniforme.
• Longitud de Onda de Emisión de Pico (λ_p):571 nm (típica) a I_F=20mA. Esto está en la región verde del espectro visible.
• Ancho Medio de Línea Espectral (Δλ):15 nm (típica). Esto indica la pureza espectral o el ancho de banda de la luz verde emitida.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):572 nm (típica). Ligeramente diferente de la longitud de onda de pico, esta es la longitud de onda única percibida por el ojo humano para igualar el color de la fuente.
• Voltaje Directo por Segmento (V_F):2.1V (mín), 2.6V (típica) a I_F=20mA. Esto es crucial para diseñar el circuito limitador de corriente. El circuito controlador debe suministrar suficiente voltaje para superar este V_F.
• Corriente Inversa por Segmento (I_R):100 µA máximo a V_R=5V. Un valor bajo indica una buena calidad de la unión.
• Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa (I_V-m):2:1 máximo para segmentos dentro del "área de luz similar". Esto significa que el segmento más brillante no debe ser más del doble de brillante que el segmento más tenue dentro de un solo dígito o grupo especificado, asegurando uniformidad visual.

Nota sobre la Medición:La intensidad luminosa se mide utilizando una combinación de sensor y filtro que se aproxima a la curva de respuesta del ojo fotópico CIE, asegurando que los valores correspondan a la percepción humana del brillo.

3. Explicación del Sistema de Clasificación

La hoja de datos establece explícitamente que los dispositivos están "categorizados por intensidad luminosa". Este es un proceso de clasificación ("binning").

• Clasificación por Intensidad Luminosa:La amplia dispersión en la especificación de I_V(320 a 11550 µcd a 10mA) implica que existen múltiples categorías de brillo. Los fabricantes prueban y clasifican los componentes en grupos ("bins") según su salida medida. Esto permite a los clientes comprar piezas con niveles de brillo mínimo garantizados (por ejemplo, una categoría con I_V> 8000 µcd) para aplicaciones de alto brillo, o categorías estándar para diseños sensibles al costo. El uso de piezas clasificadas es esencial para lograr una apariencia uniforme en múltiples displays o dígitos.
• Consistencia de Longitud de Onda:Aunque no se establece explícitamente como clasificada, los valores típicos ajustados para λ_p(571 nm) y λ_d(572 nm) sugieren un buen control del proceso, resultando en un color verde consistente entre lotes de producción.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a "Curvas Típicas de Características Eléctricas / Ópticas". Aunque los gráficos específicos no se proporcionan en el texto, podemos inferir su contenido estándar e importancia.

• Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva I-V):Este gráfico mostraría la relación exponencial. Es crítico para determinar el voltaje de alimentación necesario para una corriente de accionamiento dada y para calcular la disipación de potencia (P = V_F* I_F).
• Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa:Esta curva muestra cómo aumenta el brillo con la corriente. Típicamente es no lineal, con la eficiencia (lúmenes por vatio) a menudo disminuyendo a corrientes muy altas debido al calentamiento. La hoja de datos proporciona puntos discretos a 1mA y 10mA.
• Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Para los LEDs de AlInGaP, la salida de luz generalmente disminuye a medida que aumenta la temperatura de la unión. Esta curva es vital para diseñar aplicaciones que operen en todo el rango de temperatura (-35°C a +85°C) para asegurar un brillo adecuado a altas temperaturas.
• Distribución Espectral:Un gráfico que muestra la intensidad relativa frente a la longitud de onda, centrado alrededor de 571-572 nm con un ancho medio de ~15 nm, confirmando la salida de color verde.

5. Información Mecánica y del Paquete

.1 Package Dimensions

El dispositivo utiliza un paquete estándar de display LED. El dibujo dimensional (referenciado pero no detallado en el texto) típicamente mostraría:

• Longitud, anchura y altura total del módulo.
• Espaciado entre dígitos (paso).
• Dimensiones y espaciado de los segmentos.
• Espaciado, longitud y diámetro de las patillas (pines). La nota establece que todas las dimensiones están en milímetros con una tolerancia general de ±0.25 mm a menos que se especifique lo contrario.

5.2 Configuración de Pines y Polaridad

El LTC-5675KG es un dispositivo deánodo común. Esto significa que los ánodos de todos los LEDs para cada dígito están conectados internamente y salen a un solo pin por dígito (Pines 10-13: Ánodo Dígito 1-4). Los cátodos de cada segmento (A-G, DP) son compartidos entre todos los dígitos y conectados a sus respectivos pines (Pines 27-30, 35-37 para segmentos A-G; Pines 31-34 para puntos decimales). Esta configuración es ideal para multiplexación.

Operación de Multiplexación:Para mostrar un número, un microcontrolador haría:

1. Establecer el patrón de cátodos de segmentos (A-G) para el carácter deseado.
2. Encender (aplicar voltaje a) el pin de ánodo común para el dígito específico donde debe aparecer ese carácter.
3. Ciclar secuencialmente a través del ánodo de cada dígito a alta frecuencia (por ejemplo, 100Hz+), creando la percepción de que todos los dígitos están encendidos simultáneamente. Esto reduce enormemente los pines de control necesarios y el consumo de energía en comparación con el accionamiento estático.

Diagrama de Circuito Interno:El diagrama referenciado confirma visualmente la arquitectura de ánodo común y multiplexada, mostrando los cuatro ánodos de dígito y los siete+1 cátodos de segmentos.

6. Pautas de Soldadura y Montaje

• Soldadura por Reflujo:La condición especificada es 260°C durante 3 segundos, medida 1.6mm por debajo del cuerpo del componente. Esto se alinea con los perfiles típicos de reflujo sin plomo (temperatura máxima 245-260°C).
• Precauciones:
  • Evitar el estrés mecánico en las patillas durante el manejo.
  • Asegurarse de que el display no esté sujeto a temperaturas que excedan la temperatura máxima de almacenamiento antes o después de la soldadura.
  • Seguir las precauciones estándar ESD (Descarga Electroestática) durante el manejo.
• Condiciones de Almacenamiento:Almacenar dentro del rango de temperatura especificado de -35°C a +85°C en un ambiente seco para prevenir la absorción de humedad, lo que podría causar "popcorning" durante el reflujo.

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Instrumentación Industrial:Medidores de panel, controladores de procesos, displays de temporizadores.
• Equipos de Prueba y Medición:Multímetros digitales, contadores de frecuencia, fuentes de alimentación.
• Electrodomésticos Comerciales/Consumidor:Hornos microondas, equipos de audio, terminales punto de venta.
• Mercado Secundario Automotriz:Instrumentos y displays donde se necesita alto brillo para visibilidad diurna.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Limitación de Corriente:SIEMPRE usar resistencias limitadoras de corriente en serie para cada cátodo de segmento o ánodo de dígito (dependiendo del esquema de accionamiento). El valor de la resistencia se calcula como R = (V_{alimentación}- V_F) / I_F. Para una alimentación de 5V, V_F=2.6V, e I_F=10mA: R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 Ω.
• Controlador de Multiplexación:Usar un microcontrolador con suficientes pines de E/S o circuitos integrados controladores de LED dedicados (por ejemplo, MAX7219, TM1637) que manejen la multiplexación y el control de corriente. Los CI controladores simplifican el diseño y a menudo proporcionan control de brillo.
• Disipación de Potencia:Calcular la potencia total, especialmente cuando se accionan todos los segmentos de múltiples dígitos simultáneamente durante la multiplexación. Asegurarse de que no exceda las clasificaciones y considerar la gestión térmica si se opera a altas temperaturas ambiente.
• Coincidencia de Brillo:Para obtener los mejores resultados visuales, especificar una categoría de intensidad luminosa a su proveedor, especialmente si se usan múltiples displays.
• Ángulo de Visión:El amplio ángulo de visión permite un montaje flexible, pero considerar la línea de visión principal del usuario durante el diseño mecánico.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con tecnologías más antiguas como los LEDs verdes estándar de GaP (Fosfuro de Galio) o displays incandescentes filtrados, la tecnología AlInGaP en el LTC-5675KG ofrece:

• Mayor Eficiencia y Brillo:AlInGaP proporciona una eficacia luminosa superior, resultando en displays más brillantes a corrientes más bajas.
• Mejor Saturación de Color:El color verde es típicamente más puro y vibrante.
• Fiabilidad Mejorada:Los LEDs de estado sólido tienen una vida útil mucho más larga que los displays incandescentes o de fluorescencia de vacío (VFD).
• Menor Consumo de Energía:Esencial para dispositivos portátiles y alimentados por batería.
• En comparación con algunos LEDs blancos modernos de chip azul + fósforo utilizados detrás de filtros, el verde AlInGaP a menudo es más eficiente para aplicaciones monocromáticas verdes.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

1. P: ¿Cuál es la diferencia entre "longitud de onda de pico" y "longitud de onda dominante"?
   
   R: La longitud de onda de pico es la única longitud de onda a la que el espectro de emisión tiene su máxima intensidad. La longitud de onda dominante es la única longitud de onda de luz monocromática que coincidiría con el color percibido de la fuente. A menudo están cerca pero no son idénticas, siendo la longitud de onda dominante más relevante para la percepción humana.
2. P: ¿Puedo accionar este display con un microcontrolador de 3.3V sin un CI controlador?
   
   R: Posiblemente, pero con cuidado. El V_Ftípico es 2.6V a 20mA. A 3.3V, el margen de voltaje para la resistencia limitadora de corriente es de solo 0.7V. Para una corriente de 10mA, necesitaría una resistencia de 70Ω. Esto es factible, pero las variaciones en V_Fy el voltaje de alimentación podrían causar una variación significativa de corriente. Un controlador de LED dedicado o un buffer con transistor es más robusto.
3. P: ¿Por qué la corriente continua se reduce con la temperatura?
   
   R: A medida que la temperatura de la unión del LED aumenta, su eficiencia interna disminuye y el riesgo de fuga térmica aumenta. Reducir la corriente evita una generación excesiva de calor, asegurando la fiabilidad a largo plazo y previniendo la degradación del brillo o fallos.
4. P: ¿Qué significa "categorizado por intensidad luminosa" para mi diseño?
   
   R: Significa que debe trabajar con su distribuidor para seleccionar una categoría de brillo específica (por ejemplo, un valor mínimo de I_V). Si no lo hace, puede recibir piezas de diferentes categorías, lo que lleva a diferencias de brillo notables entre dígitos o entre diferentes unidades de su producto.

10. Estudio de Caso de Diseño y Uso

Escenario: Diseñar un medidor de panel de voltaje DC de 4 dígitos.

1. Selección del Microcontrolador:Elegir un MCU con al menos 12 pines de E/S digitales (4 ánodos de dígito + 7 cátodos de segmento + 1 punto decimal) o usar un expansor de E/S.
2. Circuito de Accionamiento:Implementar multiplexación en el firmware. El MCU ciclará rápidamente a través de los dígitos 1-4. Para cada dígito, establece el patrón de segmentos en los pines del cátodo y habilita el pin de ánodo correspondiente a través de un pequeño transistor NPN (ya que la corriente de ánodo para un dígito '8' completamente iluminado podría ser 8 segmentos * 10mA = 80mA, excediendo los límites de la mayoría de los pines del MCU).
3. Limitación de Corriente:Colocar ocho resistencias de 220Ω (una para cada cátodo de segmento A-G y DP). Esto limita la corriente por segmento a ~10-11mA con una alimentación de 5V y V_F.
4. Control de Brillo:Implementar PWM (Modulación por Ancho de Pulso) por software en el tiempo de habilitación del dígito para atenuar globalmente la pantalla si es necesario.
5. Resultado:Un display compacto, eficiente y brillante que muestra lecturas de voltaje desde 0.000 hasta 19.99V, con excelente legibilidad en condiciones de iluminación interior y exterior gracias a los segmentos de AlInGaP de alto contraste y alto brillo.

11. Introducción al Principio Tecnológico

El LTC-5675KG se basa en la tecnología de semiconductorAlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio). Este sistema de material se crece epitaxialmente sobre unsustrato no transparente de GaAs (Arseniuro de Galio). Cuando se aplica un voltaje directo a través de la unión p-n de las capas de AlInGaP, los electrones y los huecos se recombinan, liberando energía en forma de fotones. La composición específica de los átomos de Al, In, Ga y P en la capa activa determina la energía del bandgap, que dicta directamente la longitud de onda (color) de la luz emitida. Para este dispositivo, la composición está ajustada para producir luz verde centrada alrededor de 572 nm. El sustrato no transparente significa que la luz se emite principalmente desde la superficie superior del chip, lo que es adecuado para la estructura de display basada en segmentos. Los chips LED individuales se conectan mediante bonding de alambre y se ensamblan en el patrón estándar de siete segmentos dentro del paquete de plástico.

12. Tendencias y Contexto Tecnológico

La tecnología AlInGaP representa una solución madura y altamente optimizada para LEDs rojos, naranjas, ámbar y verdes de alta eficiencia. En el panorama de displays:\p>

• Para Displays Monocromáticos:AlInGaP sigue siendo una opción principal para verde puro, rojo y ámbar debido a su eficiencia y pureza de color, a menudo superando a los LEDs blancos de chip azul+fósforo filtrados para estos colores.
• Contexto de Mercado:Mientras que las matrices de puntos OLED y las TFT-LCD dominan en displays de contenido de información completo y color, los displays LED de siete segmentos como el LTC-5675KG mantienen una posición sólida en aplicaciones que requieren indicadores numéricos simples, muy brillantes, de bajo costo, confiables y de bajo consumo.
• Desarrollos Futuros:Las tendencias incluyen mejoras adicionales en la eficiencia, una clasificación de brillo y color aún más estricta para aplicaciones de gama alta, y la integración de la electrónica de control e interfaces de comunicación (como I2C) directamente en el módulo de display, simplificando el diseño del sistema. Sin embargo, es probable que el factor de forma fundamental de siete segmentos y la tecnología AlInGaP para colores estándar sigan siendo relevantes durante muchos años en sus aplicaciones objetivo.