Hoja de Datos del Display LED LTC-47C1SW - Altura de Dígito 0.4 Pulgadas - Color Blanco - Tensión Directa 3.2V - Disipación de Potencia 35mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTC-47C1SW es un módulo de visualización alfanumérica de siete segmentos y cuatro dígitos. Cuenta con una altura de dígito de 0.4 pulgadas (10.16 mm), lo que lo hace adecuado para aplicaciones que requieren lecturas numéricas claras y de tamaño medio. El display utiliza diodos emisores de luz (LED) blancos basados en tecnología de semiconductores de InGaN (Nitruro de Galio e Indio) montados sobre un sustrato de zafiro. El dispositivo presenta una apariencia de alto contraste con segmentos luminosos blancos sobre un fondo negro. Está construido como un paquete sin plomo, cumpliendo con las directivas RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas).

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Este display ofrece varios beneficios clave para los ingenieros de diseño electrónico. Su bajo requerimiento de potencia lo hace energéticamente eficiente, mientras que el alto brillo y la excelente apariencia de los caracteres garantizan la legibilidad en diversas condiciones de iluminación. El amplio ángulo de visión es crucial para aplicaciones donde el display puede ser visto desde posiciones fuera del eje. La fiabilidad inherente del estado sólido de la tecnología LED proporciona una larga vida operativa y resistencia a golpes y vibraciones. Estas características hacen del LTC-47C1SW ideal para electrónica de consumo, instrumentación industrial, equipos de prueba y medida, terminales punto de venta (TPV) y cuadros de instrumentos automotrices donde se requiere información numérica clara y fiable.

2. Interpretación Profunda de los Parámetros Técnicos

2.1 Características Fotométricas y Eléctricas

El rendimiento del LTC-47C1SW se define bajo condiciones de prueba estándar a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C. Los parámetros clave proporcionan una comprensión integral de su rango operativo.

• Intensidad Luminosa (Iv):La intensidad luminosa típica por segmento es de 18 milicandelas (mcd) cuando se alimenta con una corriente directa (IF) de 10 mA. El valor mínimo especificado es de 12.8 mcd. Este parámetro cuantifica el brillo percibido del segmento encendido.
• Tensión Directa (VF):La caída de tensión a través de un segmento LED cuando conduce corriente. Para este dispositivo, la tensión directa típica está entre 2.70V y 3.2V a una corriente de prueba de 5 mA. Este valor es crítico para diseñar el circuito limitador de corriente en el controlador.
• Coordenadas de Cromaticidad (x, y):Estas coordenadas definen el punto de color de la luz blanca en el diagrama de cromaticidad CIE 1931. Los valores típicos proporcionados (x=0.294, y=0.286) indican un tono específico de blanco. Se aplica una tolerancia de ±0.01 a estas coordenadas.
• Corriente Inversa (IR):La corriente de fuga máxima cuando se aplica una polarización inversa de 5V es de 100 µA. Es importante señalar que este parámetro es solo para fines de prueba; el dispositivo no está diseñado para operación continua bajo tensión inversa.
• Diafonía (Crosstalk):Una especificación de ≤ 2.5% indica la fuga de luz máxima permitida o la interferencia eléctrica entre segmentos o dígitos adyacentes, asegurando la claridad de los caracteres.

2.2 Límites Absolutos Máximos

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

• Disipación de Potencia por Segmento:35 mW máximo.
• Corriente Directa Pico por Segmento:50 mA máximo, bajo condiciones pulsadas (frecuencia de 1 kHz, ciclo de trabajo del 10%).
• Corriente Directa Continua por Segmento:La corriente continua máxima se reduce linealmente desde su valor a 25°C a una tasa de 0.125 mA/°C a medida que aumenta la temperatura ambiente.
• Rango de Temperatura de Operación:-35°C a +80°C.
• Rango de Temperatura de Almacenamiento:-35°C a +105°C.
• Condiciones de Soldadura:El dispositivo puede soportar soldadura por ola o de reflujo con la temperatura en un punto a 1/16 de pulgada (aproximadamente 1.6 mm) por debajo del plano de asiento sin exceder los 260°C durante 3 segundos.

3. Explicación del Sistema de Clasificación por Tono

El LTC-47C1SW emplea un sistema de clasificación por tono (binning) para categorizar los dispositivos según su punto de color blanco preciso. Esto es esencial para aplicaciones que requieren consistencia de color entre múltiples displays o dentro de una unidad de varios dígitos. Los lotes (bins) se definen por cuadriláteros en el diagrama de cromaticidad CIE 1931, especificados por sus coordenadas de esquina (x, y). La hoja de datos enumera varios lotes (por ejemplo, S1-2, S2-2, S3-1, S3-2, S4-1, S4-2, S5-1, S6-1). Cada lote tiene una tolerancia definida de ±0.01 en ambas coordenadas x e y. Este sistema permite a los fabricantes seleccionar LEDs de lotes específicos para lograr una apariencia blanca uniforme en todos los segmentos y dígitos, minimizando la variación visual de color.

4. Información Mecánica y de Empaquetado

4.1 Dimensiones y Tolerancias

El dibujo del contorno del paquete proporciona dimensiones mecánicas críticas para el diseño de la PCB (Placa de Circuito Impreso) y el ensamblaje. Todas las dimensiones principales están en milímetros con una tolerancia estándar de ±0.25 mm a menos que se especifique lo contrario.

• Tolerancia de Desplazamiento de la Punta del Pin:La desviación permitida en la posición de las puntas de los pines es de ±0.25 mm.
• Detalle del Espaciador:Una característica de espaciador está diseñada para permitir una tolerancia de deslizamiento de ±0.5 mm, probablemente para ayudar en la alineación durante el ensamblaje.
• Diámetro Recomendado del Agujero en la PCB:Se sugiere 0.9 mm para las patillas.

4.2 Especificaciones Visuales y Cosméticas

La hoja de datos incluye varios parámetros de control de calidad relacionados con la apariencia del display:

• El material extraño en un segmento debe ser ≤ 10 mils (0.254 mm).
• La contaminación por tinta en la superficie debe ser ≤ 20 mils (0.508 mm).
• La flexión del reflector debe ser ≤ 1% de su longitud.
• Las burbujas dentro de un segmento deben ser ≤ 10 mils (0.254 mm).
• Una nota específica exige el uso de \"solo pines de dureza\", indicando un requisito de pines con suficiente rigidez mecánica.

5. Circuito Interno y Configuración de Pines

El LTC-47C1SW es un display de cátodo común. El diagrama del circuito interno muestra que cada uno de los cuatro dígitos comparte su conexión de cátodo. Los siete segmentos (A, B, C, D, E, F, G) y los dos puntos decimales (DP1, DP2) tienen sus ánodos conectados en un arreglo multiplexado. Específicamente, los ánodos de los segmentos se agrupan entre pares de dígitos (Dígitos 1 y 2, y Dígitos 3 y 4) para facilitar la multiplexación por división de tiempo, una técnica común para controlar displays de múltiples dígitos con menos pines de controlador.

La tabla de conexión de 20 pines es esencial para un cableado correcto:

• Los pines 5, 10, 15, 20 son los cátodos comunes para los dígitos 2, 4, 3 y 1, respectivamente.
• Los pines 2 y 7 son los ánodos para los puntos decimales DP1 y DP2.
• Los pines restantes son los ánodos para los diversos segmentos (A-G), compartidos entre pares de dígitos específicos como se indica en la tabla. Por ejemplo, el Pin 1 es el ánodo para el segmento D de los dígitos 1 y 2.

6. Directrices de Soldadura y Ensamblaje

El manejo y ensamblaje adecuados son cruciales para la fiabilidad. El dispositivo es sensible a las Descargas Electroestáticas (ESD). Se recomienda encarecidamente el uso de una pulsera antiestática o guantes antiestáticos durante el manejo, y asegurar que todo el equipo y las estaciones de trabajo estén correctamente conectados a tierra.

Para la soldadura, el parámetro clave es limitar la temperatura en el cuerpo del dispositivo. La especificación permite una temperatura máxima de 260°C medida a 1.6 mm por debajo del plano de asiento durante un máximo de 3 segundos en procesos de soldadura por ola o de reflujo. Respetar estos límites previene daños térmicos en los chips LED y en el paquete de plástico.

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Circuitos de Aplicación Típicos

La estructura de cátodo común y ánodos multiplexados está diseñada para usarse con un microcontrolador o un CI controlador de LED dedicado. Un circuito típico implica el uso de interruptores de transistor (por ejemplo, BJT NPN o MOSFET de canal N) para drenar corriente a través del cátodo de cada dígito de forma secuencial (escaneo de dígitos). Las líneas de ánodo de los segmentos se activan con el patrón apropiado a través de resistencias limitadoras de corriente. La frecuencia de multiplexación debe ser lo suficientemente alta (típicamente >60 Hz) para evitar parpadeo visible debido a la persistencia de la visión.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Limitación de Corriente:Las resistencias externas son obligatorias para cada línea de ánodo para establecer la corriente directa (por ejemplo, 5-10 mA por segmento según la hoja de datos). El valor de la resistencia se puede calcular usando R = (Vcc - VF) / IF, donde Vcc es el voltaje de alimentación, VF es la tensión directa del LED (usar el valor máximo por seguridad) e IF es la corriente directa deseada.
• Capacidad del Controlador:El CI controlador o el puerto del microcontrolador debe ser capaz de suministrar la corriente acumulativa para todos los segmentos encendidos en un dígito durante su tiempo activo.
• Ángulo de Visión:El amplio ángulo de visión permite flexibilidad en la posición de montaje relativa al usuario.
• Gestión Térmica:Aunque la disipación de potencia es baja, asegurar una ventilación adecuada en la carcasa ayuda a mantener la longevidad del LED, especialmente a temperaturas ambientales más altas.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con otros displays de siete segmentos, el uso de chips SMD blancos de InGaN en el LTC-47C1SW ofrece ventajas sobre tecnologías más antiguas como los LED rojos de GaAsP o los LED blancos filtrados. Los LED de InGaN generalmente proporcionan mayor eficiencia, mejor estabilidad de color a lo largo del tiempo y un punto de color blanco más consistente. La altura de dígito de 0.4 pulgadas lo posiciona entre displays más pequeños usados en dispositivos portátiles y otros más grandes para señalización. Su configuración de pines multiplexados es un diseño estándar que minimiza el número requerido de pines de E/S del controlador para un display de 4 dígitos, ofreciendo una solución rentable y eficiente en espacio en comparación con displays con pines controlados individualmente para cada segmento de cada dígito.

9. Preguntas Frecuentes Basadas en Parámetros Técnicos

P: ¿Cuál es el propósito del sistema de clasificación por tono (binning)?

R: La clasificación por tono asegura la consistencia del color. Para un display de varios dígitos, usar LEDs del mismo lote o de lotes adyacentes garantiza que todos los dígitos emitan un tono idéntico de blanco, evitando que un dígito se vea notablemente diferente (por ejemplo, más azulado o amarillento) que sus vecinos.

P: ¿Puedo controlar este display con un microcontrolador de 5V?

R: Sí, pero debes usar resistencias limitadoras de corriente. Dado que la tensión directa típica es de alrededor de 3V, una alimentación de 5V forzaría una corriente excesiva a través del LED sin una resistencia, pudiendo destruirlo. Siempre se requiere una resistencia en serie.

P: ¿Qué significa \"cátodo común\" para mi diseño de circuito?

R: Cátodo común significa que todos los LEDs en un dígito comparten una conexión negativa (tierra). Para encender un dígito, conectas su pin de cátodo a tierra (a través de un interruptor de transistor) y aplicas un voltaje positivo (a través de una resistencia limitadora de corriente) a los ánodos de los segmentos que deseas iluminar.

P: ¿Cómo interpreto la especificación de corriente directa pico?

R: La especificación de pico de 50 mA al 10% de ciclo de trabajo permite pulsos breves de mayor corriente para lograr un brillo instantáneo mayor en un sistema multiplexado. La corriente promedio a lo largo del tiempo no debe exceder la especificación de corriente continua, que es más baja y se reduce con la temperatura.

10. Introducción al Principio de Funcionamiento

Un display de siete segmentos es un conjunto de diodos emisores de luz dispuestos en un patrón de figura ocho. Al iluminar selectivamente segmentos específicos (etiquetados de la A a la G), puede formar los diez números (0-9) y algunas letras. El LTC-47C1SW integra cuatro de estos arreglos de dígitos en un solo paquete. El material semiconductor de InGaN utilizado en los LEDs emite luz azul cuando los electrones se recombinan con huecos a través de la banda prohibida del material. Esta luz azul se convierte parcialmente en longitudes de onda más largas (amarillo) por un recubrimiento de fósforo dentro del paquete LED, resultando en la percepción de luz blanca por el ojo humano. La técnica de multiplexación utilizada para controlar cuatro dígitos con un solo conjunto de controladores de segmentos funciona alimentando rápidamente cada dígito en secuencia. Solo un dígito está encendido en cualquier instante, pero debido a la persistencia de la visión humana, los cuatro dígitos parecen estar continuamente iluminados si la frecuencia de ciclo es suficientemente alta.

11. Tendencias de Desarrollo

La tendencia en la tecnología de displays de siete segmentos continúa enfocándose en varias áreas clave. Las mejoras de eficiencia en los chips LED de InGaN conducen a un mayor brillo con corrientes de accionamiento más bajas, reduciendo el consumo de energía y la generación de calor. También hay un movimiento hacia una consistencia de color aún mayor y un rango más amplio de temperaturas de color blanco disponibles (por ejemplo, blanco frío, blanco neutro, blanco cálido) para adaptarse mejor a la estética de la aplicación. La integración es otra tendencia, con algunos displays incorporando el CI controlador y las resistencias limitadoras de corriente dentro del mismo módulo, simplificando el diseño para el ingeniero final. Además, los avances en el empaquetado pueden permitir perfiles más delgados y una mayor robustez para aplicaciones en entornos hostiles.