Hoja de Datos del Módulo de Visualización LED LTA-1000KR - Barra de Luz Rectangular - Color Rojo Superintenso - Tensión Directa 2.6V - Disipación de Potencia 70mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTA-1000KR es un módulo de visualización de diodos emisores de luz (LED) de estado sólido, diseñado como una barra de luz rectangular de diez segmentos. Su función principal es proporcionar una gran área de iluminación brillante y uniforme para aplicaciones que requieren un indicador visual continuo o una fuente de luz. El dispositivo está diseñado para fiabilidad y eficiencia, utilizando materiales semiconductores avanzados para ofrecer un rendimiento consistente.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Las ventajas clave de este producto incluyen su gran superficie emisora de luz uniforme, ideal para indicadores de estado, iluminación de paneles o retroiluminación donde se desea un patrón rectangular definido. Opera con un bajo requerimiento de potencia, contribuyendo a un diseño de sistema energéticamente eficiente. Su alto brillo y relación de contraste garantizan una excelente visibilidad incluso en entornos bien iluminados. Su construcción de estado sólido ofrece una fiabilidad y longevidad superiores en comparación con los indicadores incandescentes o fluorescentes tradicionales, sin filamentos que se rompan ni gases que se degraden. El dispositivo está categorizado por intensidad luminosa, lo que permite un emparejamiento de brillo consistente en producción. Además, cumple con los requisitos de empaquetado sin plomo, alineándose con las regulaciones ambientales modernas (RoHS). Esta combinación de características lo hace adecuado para paneles de control industrial, instrumentación, electrónica de consumo y aplicaciones de tableros de automóviles donde una señalización visual clara y confiable es crítica.

2. Análisis Profundo de Especificaciones Técnicas

Esta sección proporciona un análisis objetivo y detallado de los parámetros eléctricos, ópticos y físicos del dispositivo, tal como se definen en la hoja de datos.

2.1 Características Fotométricas y Ópticas

El rendimiento óptico es fundamental para la función del dispositivo. Los chips LED utilizados se basan en tecnología AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio) sobre un sustrato de GaAs no transparente, conocido por su alta eficiencia en el espectro de longitudes de onda rojo/naranja. La longitud de onda de emisión pico típica (λp) es de 639 nm cuando se excita con una corriente directa (IF) de 20 mA, ubicándolo en el rango de color "Rojo Superintenso". La longitud de onda dominante (λd) se especifica en 631 nm. El ancho medio espectral (Δλ) es de 20 nm, lo que indica una banda de luz emitida relativamente estrecha, lo que contribuye a la pureza del color.

La intensidad luminosa promedio (Iv) por segmento es un parámetro clave. Bajo una condición de prueba de IF=1 mA, la intensidad varía desde un mínimo de 200 μcd hasta un valor típico de 675 μcd. La relación de emparejamiento de intensidad luminosa entre áreas de luz similares se especifica como máximo 2:1, lo cual es importante para garantizar una apariencia uniforme en los diez segmentos cuando se iluminan simultáneamente.

2.2 Parámetros Eléctricos y Valores Absolutos Máximos

Comprender los límites eléctricos es crucial para un diseño de circuito confiable. Los valores absolutos máximos definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente.

• Disipación de Potencia por Segmento:70 mW máximo. Esta es la potencia máxima que un solo segmento LED puede disipar de forma segura en forma de calor.
• Corriente Directa Continua por Segmento:25 mA máximo a 25°C. Este valor se reduce linealmente a 0.33 mA/°C a medida que la temperatura ambiente (Ta) aumenta por encima de 25°C. Los diseñadores deben calcular la corriente máxima reducida a la temperatura de operación más alta de su aplicación.
• Corriente Directa Pico por Segmento:90 mA máximo, pero solo bajo condiciones pulsadas (ciclo de trabajo 1/10, ancho de pulso 0.1 ms). Esto permite una sobreexcitación breve para lograr un brillo instantáneo más alto.
• Tensión Directa por Segmento (VF):Típicamente 2.6 V a IF=20 mA, con un máximo de 2.6 V. El mínimo es 2.0 V. Esta caída de tensión es importante para calcular los valores de las resistencias limitadoras de corriente en serie.
• Tensión Inversa por Segmento:5 V máximo. Exceder este valor puede dañar la unión del LED.
• Corriente Inversa por Segmento (IR):100 μA máximo cuando se aplica una tensión inversa (VR) de 5 V.

2.3 Especificaciones Térmicas y Ambientales

El dispositivo está clasificado para un rango de temperatura de operación de -35°C a +105°C. El rango de temperatura de almacenamiento es idéntico. Este amplio rango garantiza la funcionalidad en entornos hostiles. La reducción de la corriente directa con la temperatura (0.33 mA/°C) es una consecuencia directa de las características térmicas del LED; temperaturas más altas reducen la eficiencia y la corriente máxima de operación segura. La condición de soldadura especificada es un proceso de ola o reflujo donde la temperatura del cuerpo del encapsulado no excede los 260°C durante 3 segundos, medida a 1/16 de pulgada (aproximadamente 1.6 mm) por debajo del plano de asiento. Esta guía es crítica para el montaje, para prevenir daños térmicos en el encapsulado plástico o en las conexiones internas por alambre.

3. Información Mecánica y de Empaquetado

3.1 Dimensiones Físicas y Construcción

El dispositivo se describe como una barra de luz rectangular. El encapsulado tiene una cara gris y segmentos blancos, lo que probablemente mejora el contraste al proporcionar un fondo oscuro para los segmentos iluminados. Las dimensiones exactas se proporcionan en un dibujo (referenciado en la hoja de datos pero no detallado en el texto). Todas las dimensiones están en milímetros, con tolerancias estándar de ±0.25 mm a menos que se indique lo contrario. Una tolerancia específica para el desplazamiento de la punta del pin es de ±0.4 mm, lo cual es importante para el diseño de la huella en la PCB y el montaje automatizado.

3.2 Conexión de Pines y Circuito Interno

El LTA-1000KR tiene una configuración de 20 pines. El patillaje está claramente definido: los pines 1 al 10 son los ánodos para los segmentos A a K (nota: se omite la 'I', usando J y K). Los pines 11 al 20 son los cátodos correspondientes en orden inverso (Cátodo K a Cátodo A). Esta disposición sugiere una conexión de estilo cátodo común para cada segmento, pero con acceso individual tanto al ánodo como al cátodo de cada LED. Esto proporciona la máxima flexibilidad para multiplexación o control individual de segmentos. Se referencia un diagrama de circuito interno, que típicamente muestra diez elementos LED independientes.

4. Guías de Aplicación y Consideraciones de Diseño

4.1 Escenarios de Aplicación Típicos

Esta barra de luz está diseñada para aplicaciones que requieren un arreglo lineal de indicadores brillantes. Los usos potenciales incluyen:

• Indicadores de Nivel:Para medidores de intensidad de señal, volumen, presión o temperatura, donde la longitud iluminada corresponde a un valor.
• Barras de Progreso:En instrumentación o dispositivos de consumo para mostrar el estado de finalización.
• Retroiluminación:Para paneles iluminados por los bordes o señalización donde se necesita una iluminación rectangular uniforme.
• Pantallas de Estado Industrial:En paneles de control para mostrar el estado de la máquina o condiciones de alarma a través de múltiples canales.

4.2 Diseño de Circuito y Consideraciones de Excitación

Para operar el LTA-1000KR de manera segura y efectiva, se deben seguir varias reglas de diseño:

1. Limitación de Corriente:Los LED son dispositivos excitados por corriente. Se debe usar una resistencia en serie con cada segmento (o un circuito excitador regulado en corriente) para limitar la corriente directa a un valor seguro, típicamente en o por debajo del valor nominal continuo de 25 mA. El valor de la resistencia se calcula usando la Ley de Ohm: R = (Vsuministro - VF) / IF, donde VF es la tensión directa del LED (usar el valor máximo para el cálculo de corriente en el peor caso).
2. Gestión Térmica:Aunque la disipación de potencia por segmento es baja (70 mW máx.), el total para diez segmentos puede ser de 700 mW. Puede ser necesario un área de cobre adecuada en la PCB u otro disipador de calor si todos los segmentos se excitan continuamente a alta corriente, especialmente en altas temperaturas ambientales.
3. Multiplexación:El acceso individual al ánodo y cátodo hace que el dispositivo sea muy adecuado para esquemas de excitación multiplexados. Esto reduce el número de pines de E/S del microcontrolador requeridos. Se debe tener cuidado de asegurar que la corriente pico durante el pulso de multiplexación no exceda el valor nominal de 90 mA, y que la corriente promedio en el tiempo respete el valor nominal continuo.
4. Protección contra Tensión Inversa:En circuitos donde son posibles transitorios de tensión inversa, pueden ser necesarios diodos de protección externos, ya que la tensión inversa nominal propia del LED es de solo 5V.

4.3 Montaje y Manipulación

Es obligatorio adherirse al perfil de soldadura (260°C máx. durante 3 segundos) para prevenir grietas o delaminación del encapsulado. Se deben observar las precauciones estándar contra descargas electrostáticas (ESD) durante la manipulación y el montaje, ya que los chips LED son sensibles a la electricidad estática. El almacenamiento debe estar dentro de los rangos de temperatura y humedad especificados para prevenir la absorción de humedad, que puede causar el efecto "palomita de maíz" durante la soldadura por reflujo.

5. Análisis de Rendimiento y Comparación Técnica

5.1 Análisis de Parámetros Clave

El uso de tecnología AlInGaP es un factor significativo. En comparación con tecnologías más antiguas como los LED rojos estándar de GaAsP (Fosfuro de Arsénico y Galio), el AlInGaP ofrece una eficiencia luminosa sustancialmente mayor, lo que resulta en un mayor brillo para la misma corriente de excitación. El sustrato de GaAs no transparente ayuda a dirigir la luz hacia arriba, mejorando la salida de luz útil desde la superficie superior. La relación de emparejamiento de intensidad luminosa especificada de 2:1 es un grado estándar para este tipo de pantallas, garantizando una uniformidad visual aceptable. Los diseñadores que requieran una uniformidad más estricta necesitarían implementar calibración eléctrica o seleccionar piezas clasificadas si están disponibles.

5.2 Comparación con Soluciones Alternativas

En comparación con un grupo de LED discretos, esta barra de luz integrada proporciona una solución más uniforme y mecánicamente robusta, con un montaje simplificado (un componente frente a diez). En comparación con las pantallas fluorescentes de vacío o electroluminiscentes, los LED ofrecen una vida útil mucho más larga, un voltaje de operación más bajo y ningún riesgo de fugas de gas o degradación del fósforo. La principal compensación podría ser el ángulo de visión y el punto de color específico, que está fijo en el espectro rojo intenso para este modelo.

6. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Puedo excitar los diez segmentos a 25 mA simultáneamente?

R: Sí, eléctricamente puede hacerlo, ya que cada segmento es independiente. Sin embargo, debe considerar la disipación de potencia total (hasta 700 mW) y asegurarse de que la PCB y el entorno ambiental puedan manejar el calor resultante para mantener la fiabilidad, especialmente cerca del límite superior de temperatura.

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

R: La longitud de onda pico (λp=639nm) es la longitud de onda a la que el espectro de emisión tiene su máxima intensidad. La longitud de onda dominante (λd=631nm) es la longitud de onda única de luz monocromática que parecería tener el mismo color para el ojo humano. La diferencia se debe a la forma del espectro de emisión del LED.

P: ¿Cómo interpreto la nota "La intensidad luminosa se mide con... la curva de respuesta del ojo CIE"?

R: Esta nota confirma que los valores de intensidad (en microcandelas, μcd) son unidades fotométricas, ponderadas por la curva estándar de sensibilidad visual humana fotópica (adaptada a la luz diurna). Esto hace que los números sean significativos para predecir el brillo percibido, a diferencia de las unidades radiométricas (vatios) que miden la potencia total de la luz independientemente del color.

P: El patillaje muestra ánodos y cátodos individuales. ¿Puedo cablearlo como una pantalla de ánodo común o cátodo común?

R: El patillaje físico es fijo. Para simular una pantalla de cátodo común, conectaría todos los pines de cátodo (11-20) juntos en su PCB. Para simular una pantalla de ánodo común, conectaría todos los pines de ánodo (1-10) juntos. La configuración proporcionada ofrece la flexibilidad de implementar cualquiera de las dos en hardware.

7. Caso de Estudio de Diseño y Uso

Escenario: Diseño de un Indicador de Nivel de Carga de Batería

Un diseñador está creando un cargador para una batería de herramienta. Quiere un gráfico de barras de 10 segmentos para mostrar el nivel de carga del 0% al 100%. Se selecciona el LTA-1000KR por su color rojo brillante y forma de segmento rectangular, que es fácil de leer.

Implementación:El microcontrolador del sistema tiene un número limitado de pines de E/S. El diseñador utiliza un esquema de multiplexación. Conecta los diez ánodos (pines 1-10) a diez pines individuales del microcontrolador configurados como salidas. Conecta los diez cátodos (pines 11-20) juntos y hunde este nodo común a través de un solo MOSFET de canal N controlado por otro pin del microcontrolador. Para iluminar un segmento, su pin de ánodo correspondiente se establece en alto (a través de una resistencia limitadora de corriente), y el MOSFET de cátodo común se enciende. El microcontrolador recorre rápidamente cada segmento (por ejemplo, 1ms por segmento). La corriente pico por segmento se establece en 20 mA mediante el cálculo de la resistencia: R = (5V - 2.6V) / 0.020A = 120 Ohmios (usar valor estándar de 120Ω o 150Ω). La corriente promedio por segmento es de 2 mA (20 mA * ciclo de trabajo 1/10), muy por debajo del valor nominal continuo. La pantalla aparece uniformemente iluminada debido a la persistencia de la visión. El brillo se ajusta fácilmente en software variando el ciclo de trabajo de la multiplexación.

8. Introducción al Principio Técnico

Los Diodos Emisores de Luz (LED) son dispositivos semiconductores de unión p-n. Cuando se aplica una tensión directa, los electrones de la región tipo n y los huecos de la región tipo p se inyectan en la región de la unión. Cuando estos portadores de carga se recombinan, se libera energía. En materiales como el AlInGaP, esta energía se libera principalmente como fotones (luz) en lugar de calor. La longitud de onda específica (color) de la luz emitida está determinada por la energía de la banda prohibida del material semiconductor, que se diseña durante el proceso de crecimiento del cristal ajustando las proporciones de aluminio, indio, galio y fósforo. El sustrato no transparente absorbe la luz emitida hacia abajo, mejorando la eficiencia general al reducir la pérdida interna y fomentando que la luz salga desde la superficie superior del chip. La cara gris y los segmentos blancos del encapsulado actúan como reflector y difusor, respectivamente, para crear una apariencia rectangular uniforme a partir de los chips LED discretos montados debajo.

9. Tendencias y Contexto Tecnológico

El LTA-1000KR representa una tecnología de visualización LED madura. La tendencia más amplia de la industria ha sido hacia una mayor eficiencia y una mayor integración. Si bien las barras de luz LED discretas como esta siguen siendo vitales para factores de forma específicos, están surgiendo nuevas tecnologías. Los arreglos de LED de montaje superficial (SMD) ofrecen huellas aún más pequeñas y son más adecuados para el montaje automatizado pick-and-place. Además, el desarrollo de LED orgánicos (OLED) y micro-LED permite pantallas completamente direccionables, flexibles y de ultra alta resolución. Sin embargo, para aplicaciones que requieren indicadores simples, robustos y de alto brillo en un formato de barra específico, los arreglos de LED inorgánicos como el LTA-1000KR basado en AlInGaP continúan ofreciendo un equilibrio óptimo entre rendimiento, fiabilidad y costo. El cambio hacia el empaquetado sin plomo, como se ve en este dispositivo, refleja el cambio generalizado de la industria hacia procesos de fabricación ambientalmente sostenibles impulsados por regulaciones globales como RoHS y REACH.