Hoja de Datos del Display LED de Siete Segmentos LTF-2502KG - Altura de Dígito 0.26 Pulgadas - Verde AlInGaP - Tensión Directa 2.6V - Potencia 70mW - Documentación Técnica en Español

1. Descripción General del Producto

El LTF-2502KG es un módulo de display LED de siete segmentos y cinco dígitos diseñado para aplicaciones de lectura numérica. Cuenta con una altura de dígito de 0.26 pulgadas (6.8 mm), proporcionando caracteres claros y legibles. El dispositivo utiliza chips LED de AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio) crecidos sobre un sustrato de GaAs, conocidos por su alta eficiencia y brillo en el espectro verde. El display presenta una apariencia de alto contraste con segmentos luminosos blancos sobre una cara negra, mejorando la legibilidad bajo diversas condiciones de iluminación. Sus mercados objetivo principales incluyen electrónica de consumo, paneles de control industrial, instrumentación y cualquier aplicación que requiera un display numérico compacto, fiable y con un excelente rendimiento visual.

1.1 Características Principales

• Altura de dígito compacta de 0.26 pulgadas (6.8 mm).
• Iluminación de segmentos continua y uniforme para una apariencia de carácter consistente.
• Bajo consumo de energía, adecuado para dispositivos alimentados por batería.
• Excelente apariencia de carácter con alto brillo y contraste.
• Amplio ángulo de visión para visibilidad desde diferentes posiciones.
• Alta fiabilidad debido a su construcción de estado sólido.
• La intensidad luminosa está categorizada (binning) para un rendimiento consistente.
• Paquete libre de plomo conforme con las directivas RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas).

1.2 Identificación del Dispositivo

El número de parte LTF-2502KG denota específicamente un display de ánodo común multiplexado con LEDs verdes AlInGaP y una configuración de punto decimal a la derecha. Esta configuración está optimizada para circuitos de excitación multiplexados, que reducen el número de pines de E/S del microcontrolador requeridos.

2. Parámetros Técnicos: Interpretación Objetiva en Profundidad

Esta sección proporciona un análisis detallado de las características eléctricas y ópticas que definen el rango de rendimiento del display y guían el diseño adecuado del circuito.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los umbrales de estrés más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente al dispositivo. No se garantiza la operación en o bajo estos límites.

• Disipación de Potencia por Segmento:70 mW. Esta es la potencia máxima que puede disiparse de forma segura como calor por un solo segmento LED.
• Corriente Directa de Pico por Segmento:90 mA. Esto solo se permite bajo condiciones pulsadas (ciclo de trabajo 1/10, ancho de pulso 0.1ms) para lograr un brillo instantáneo muy alto sin sobrecalentamiento.
• Corriente Directa Continua por Segmento:25 mA a 25°C. Esta corriente se reduce linealmente a una tasa de 0.33 mA/°C a medida que la temperatura ambiente (Ta) aumenta por encima de 25°C. Por ejemplo, a 50°C, la corriente continua máxima sería aproximadamente 25 mA - (0.33 mA/°C * 25°C) = 16.75 mA.
• Rango de Temperatura de Operación:-35°C a +85°C. Se garantiza que el dispositivo funcione dentro de este rango de temperatura ambiente.
• Rango de Temperatura de Almacenamiento:-35°C a +105°C.
• Condición de Soldadura:El dispositivo puede soportar soldadura por ola con el punto de soldadura a 1/16 de pulgada (≈1.6mm) por debajo del plano de asiento durante 3 segundos a 260°C.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos son los parámetros de rendimiento típicos medidos a Ta=25°C bajo condiciones de prueba especificadas.

• Intensidad Luminosa Promedio (I_V):Esta es la medida principal del brillo.
  • MÍN: 200 µcd, TÍP: 540 µcd a I_F= 1 mA.
  • TÍP: 5940 µcd a I_F= 10 mA. Esto muestra la relación altamente no lineal entre la corriente y la salida de luz.
• Longitud de Onda de Emisión de Pico (λ_p):571 nm (Típica). Esta es la longitud de onda a la cual la potencia espectral de salida es máxima, ubicándola en la región verde del espectro visible.
• Ancho Medio de Línea Espectral (Δλ):15 nm (Típica). Esto indica la pureza espectral; un valor más pequeño significa una luz más monocromática.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):572 nm (Típica). Esta es la longitud de onda percibida por el ojo humano, que coincide estrechamente con la longitud de onda de pico.
• Tensión Directa por Chip (V_F):2.6V (Típica), con una tolerancia de ±0.1V, a I_F= 20 mA. Este es un parámetro crítico para diseñar el circuito limitador de corriente.
• Corriente Inversa por Segmento (I_R):100 µA (Máxima) a V_R= 5V. Este parámetro es solo para fines de prueba; está prohibida la operación en polarización inversa continua.
• Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa:2:1 (Máxima). Esto garantiza uniformidad entre segmentos, lo que significa que el segmento más brillante no será más del doble de brillante que el más tenue bajo las mismas condiciones de excitación.
• Diafonía:≤2.5%. Esto especifica la cantidad máxima de fuga de luz no deseada desde un segmento sin alimentación cuando un segmento adyacente está encendido.

3. Explicación del Sistema de Binning

El display emplea un sistema de binning para la intensidad luminosa para garantizar un nivel de brillo consistente dentro de una sola unidad y entre múltiples unidades en un ensamblaje. Los códigos de bin (F, G, H, J, K) representan rangos específicos de intensidad luminosa mínima en microcandelas (µcd) medidos a I_F= 1 mA.

• Bin F:200 - 320 µcd
• Bin G:321 - 500 µcd
• Bin H:501 - 800 µcd
• Bin J:801 - 1300 µcd
• Bin K:1301 - 2100 µcd

Implicación de Diseño:Para aplicaciones que utilicen dos o más displays en un mismo ensamblaje, se recomienda encarecidamente utilizar displays del mismo código de bin para evitar diferencias notables en el brillo (desuniformidad de tono) entre ellos.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Si bien las gráficas específicas no se detallan en el texto proporcionado, las curvas típicas para un dispositivo de este tipo incluirían:

• Curva I-V (Corriente-Tensión):Muestra la relación exponencial entre la tensión directa y la corriente. La curva tendrá un voltaje de rodilla alrededor de 2.0-2.2V, después del cual la corriente aumenta rápidamente con un pequeño aumento de tensión, destacando la necesidad de regulación de corriente, no de regulación de tensión.
• Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa:Una curva que muestra que la salida de luz aumenta de forma superlineal con la corriente a niveles bajos y puede acercarse a la saturación a corrientes más altas. Esto informa sobre la compensación entre brillo y eficiencia/disipación de potencia.
• Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Normalmente muestra un coeficiente de temperatura negativo, donde la salida de luz disminuye a medida que aumenta la temperatura de unión. Esto es crucial para diseñar en entornos de alta temperatura.
• Tensión Directa vs. Temperatura Ambiente:Suele mostrar un coeficiente de temperatura negativo, lo que significa que V_Fdisminuye ligeramente a medida que aumenta la temperatura.
• Distribución Espectral:Una curva en forma de campana centrada alrededor de 571-572 nm, con un ancho definido por el ancho medio de 15 nm.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones del Paquete

El display tiene una huella estándar de paquete dual en línea (DIP). Las notas dimensionales clave incluyen:

• Todas las dimensiones están en milímetros (mm).
• La tolerancia general es de ±0.25 mm a menos que se especifique lo contrario.
• La tolerancia de desplazamiento de la punta del pin es de ±0.4 mm.
• Límites de defectos en la cara del display: material extraño ≤10 mils, contaminación de tinta ≤20 mils, burbujas en el segmento ≤10 mils.
• La flexión del reflector está limitada a ≤1% de su longitud.
• El diámetro de orificio de PCB recomendado para los pines es de 1.0 mm.

5.2 Conexión de Pines y Polaridad

El LTF-2502KG es un dispositivo deánodo común multiplexado. Esto significa que los ánodos de los LEDs para cada dígito están conectados internamente, mientras que los cátodos para cada tipo de segmento (A-G, DP) están conectados a través de los dígitos.

Pinout (DIP de 16 pines):

• Pin 1: Cátodo E
• Pin 2: Cátodo D
• Pin 3: Cátodo DP (Punto Decimal)
• Pin 4: Ánodo Común para el Dígito 3
• Pin 6: Cátodo G
• Pin 8: Cátodo C
• Pin 10: Ánodo Común para el Dígito 5
• Pin 11: Ánodo Común para el Dígito 4
• Pin 12: Cátodo B
• Pin 13: Cátodo F
• Pin 14: Ánodo Común para el Dígito 2
• Pin 15: Cátodo A
• Pin 16: Ánodo Común para el Dígito 1
• Pines 5, 7, 9: Sin Conexión (N/C)

Circuito Interno:El diagrama interno mostraría cinco nodos de ánodo común (uno por dígito), cada uno conectado a los ánodos de 7 segmentos (A-G) y el punto decimal (DP) para ese dígito específico. El cátodo de cada tipo de segmento (por ejemplo, todos los segmentos 'A') está conectado entre sí a través de los cinco dígitos.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

6.1 Perfil de Soldadura por Ola

Se proporciona un perfil de temperatura de soldadura por ola recomendado. Los parámetros clave incluyen:

• Una etapa de precalentamiento a una temperatura entre 100-110°C durante un mínimo de 2 minutos para reducir el choque térmico.
• Una temperatura de soldadura máxima en el rango de 250-260°C.
• El tiempo transcurrido dentro de 5°C de esta temperatura máxima debe ser de 3 a 5 segundos para garantizar la formación adecuada de la junta de soldadura sin dañar el componente.

7. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

7.1 Precauciones de Diseño y Uso

Estos puntos son críticos para una operación confiable a largo plazo:

• Diseño del Circuito de Excitación:Se recomienda encarecidamente la excitación de corriente constante sobre la de tensión constante para garantizar un brillo uniforme y proteger los LEDs. El circuito debe diseñarse para acomodar el rango completo de tensión directa (V_F= 2.5V a 2.7V).
• Protección:El circuito de excitación debe incorporar protección contra tensiones inversas y picos de tensión transitorios durante el encendido/apagado, ya que estos pueden causar migración de metales y fallos.
• Gestión Térmica:La corriente de operación debe reducirse según la temperatura ambiente máxima. Exceder las clasificaciones de corriente o temperatura conduce a una degradación severa de la salida de luz y a un fallo prematuro.
• Ambiental:Evitar cambios rápidos de temperatura en ambientes húmedos para prevenir la condensación en el display.
• Mecánico:No aplicar fuerza anormal al cuerpo del display durante el montaje. Si se aplica una película decorativa, evitar que presione directamente contra un panel frontal, ya que podría desplazarse.
• Binning para Uso con Múltiples Displays:Como se indicó, utilice displays del mismo bin de intensidad luminosa para una apariencia uniforme.

7.2 Condiciones de Almacenamiento

Para prevenir la oxidación de los pines y mantener la soldabilidad:

• Recomendado:Almacenar en el embalaje original de barrera de humedad.
• Temperatura:5°C a 30°C.
• Humedad:Por debajo del 60% HR.
• Gestión de Inventario:Evitar el almacenamiento a largo plazo de grandes cantidades. Utilizar principios de primero en entrar, primero en salir (FIFO). Los productos almacenados fuera de estas condiciones pueden requerir reprocesamiento antes de su uso.

8. Escenarios de Aplicación Típicos

El LTF-2502KG es adecuado para una amplia gama de aplicaciones que requieren indicación numérica clara y fiable:

• Equipos de Prueba y Medición:Multímetros digitales, contadores de frecuencia, fuentes de alimentación.
• Controles Industriales:Temporizadores de procesos, displays de contadores, lecturas de temperatura en maquinaria.
• Electrónica de Consumo:Equipos de audio (volumen de amplificador/displays), temporizadores de electrodomésticos de cocina.
• Mercado de Accesorios Automotrices:Calibradores y displays para monitoreo de rendimiento (donde se cumplan las especificaciones ambientales).
• Dispositivos Médicos:Displays de parámetros simples en equipos no críticos (consultar al fabricante para usos críticos para la seguridad).

9. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con otras tecnologías de display de siete segmentos:

• vs. LEDs Rojos GaAsP/GaP:Los LEDs verdes AlInGaP generalmente ofrecen una mayor eficiencia luminosa y brillo, lo que resulta en una mejor visibilidad y potencialmente un menor consumo de energía para el mismo brillo percibido.
• vs. LCDs:Los LEDs son emisivos, proporcionan su propia luz, lo que los hace muy superiores en condiciones de poca luz y ofrecen ángulos de visión más amplios sin la complejidad de la retroiluminación. También son generalmente más robustos y tienen un tiempo de respuesta más rápido.
• vs. Displays de Dígitos Más Grandes:El tamaño de 0.26 pulgadas ofrece un equilibrio entre legibilidad y ahorro de espacio en la placa, lo que lo hace ideal para dispositivos compactos donde un display más grande sería poco práctico.
• Ventaja Clave de esta Parte:La combinación de la tecnología AlInGaP (para eficiencia), la configuración de ánodo común multiplexado (para simplicidad del controlador) y la intensidad luminosa categorizada (para consistencia) lo convierte en una opción completa para diseños de producción en volumen sensibles al costo.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

1. P: ¿Por qué se recomienda la excitación de corriente constante en lugar de usar una simple resistencia con una fuente de tensión?
   R: Si bien una resistencia en serie es común, proporciona una regulación imperfecta porque la tensión directa del LED (V_F) varía con la temperatura y entre unidades individuales. Una fuente de corriente constante asegura que la corriente (y por lo tanto el brillo) permanezca estable independientemente de estas variaciones de V_F, lo que conduce a un rendimiento más uniforme y confiable.
2. P: ¿Puedo excitar este display directamente con un microcontrolador?
   R: Para multiplexación, sí, pero no directamente para la corriente del segmento. Los pines del microcontrolador tienen una capacidad limitada de suministro/absorción de corriente (típicamente 20-25mA). Debes usar controladores externos (transistores o circuitos integrados controladores de LED dedicados) para manejar la corriente del segmento (hasta 25mA continuos por segmento) y la mayor corriente acumulada del ánodo del dígito.
3. P: ¿Qué significa la relación de coincidencia de intensidad luminosa 2:1 para mi diseño?
   R: Significa que, en el peor de los casos, un segmento podría ser el doble de brillante que otro segmento en el mismo display cuando se excitan de manera idéntica. Un buen diseño de placa de circuito (longitudes/resistencias de traza iguales) y una regulación de corriente adecuada ayudan a minimizar las diferencias visibles. Para aplicaciones críticas, la calibración de brillo por software por segmento es una opción.
4. P: La humedad de almacenamiento es inferior al 60% HR. ¿Qué sucede si se almacena en un ambiente más húmedo?
   R: La alta humedad puede provocar la oxidación del recubrimiento de estaño/libre de plomo en los pines, lo que resulta en una mala soldabilidad cuando finalmente se utilice la pieza. Esto puede causar juntas de soldadura defectuosas durante el montaje.

11. Caso Práctico de Diseño y Uso

Escenario: Diseñando un temporizador simple de 5 dígitos.

1. Selección del Microcontrolador:Elegir un MCU con suficientes pines de E/S. Para un display multiplexado de 5 dígitos, 7 segmentos + DP, necesitas 5 pines para los ánodos de los dígitos y 8 pines para los cátodos de los segmentos, totalizando 13 líneas de control.
2. Circuito Controlador:Usar un arreglo de controlador de lado bajo (por ejemplo, un arreglo de transistores Darlington ULN2003A) para absorber la corriente de las 8 líneas de cátodo. Usar transistores NPN individuales o un controlador de lado alto para suministrar corriente a las 5 líneas de ánodo.
3. Configuración de Corriente:Determinar el brillo requerido. Para uso en interiores, 5-10mA por segmento podría ser suficiente. Calcular las resistencias limitadoras de corriente para los controladores de ánodo o configurar su circuito integrado controlador de corriente constante en consecuencia, recordando reducir la corriente para la temperatura ambiente máxima.
4. Software de Multiplexación:Escribir firmware que recorra cada dígito, encendiendo su ánodo y estableciendo el patrón de cátodo apropiado para el valor de ese dígito. La frecuencia de actualización debe ser lo suficientemente alta (por ejemplo, >100Hz) para evitar parpadeo visible.
5. Diseño de PCB:Asegurar que las trazas de alimentación hacia los controladores de ánodo y cátodo sean suficientemente anchas. Mantener el display cerca de los controladores para minimizar la inductancia de las trazas.

12. Introducción al Principio de Funcionamiento

El LTF-2502KG se basa en la electroluminiscencia de semiconductores. Cuando se aplica una tensión de polarización directa que excede el potencial de unión del diodo a través de la unión p-n de AlInGaP, los electrones y huecos se inyectan en la región activa. Su recombinación libera energía en forma de fotones (luz). La composición específica de las capas de Aluminio, Indio, Galio y Fosfuro en la estructura epitaxial determina la energía de la banda prohibida, que define directamente la longitud de onda (color) de la luz emitida—en este caso, verde a ~572 nm. El formato de siete segmentos se crea colocando chips LED individuales (o arreglos de chips) en la forma de segmentos numéricos estándar, que luego se interconectan eléctricamente en una matriz de ánodo común multiplexada para minimizar las conexiones externas.

13. Tendencias Tecnológicas

Las tendencias en la tecnología de display LED de siete segmentos se centran en varias áreas clave:

• Mayor Eficiencia:Las mejoras continuas en ciencia de materiales en AlInGaP y el auge de InGaN (para azul/verde/blanco) apuntan a lograr más lúmenes por vatio, permitiendo displays más brillantes o menor consumo de energía.
• Miniaturización:Existe un impulso constante hacia pasos de píxel más pequeños y mayor densidad, permitiendo más dígitos o información en la misma huella, aunque el rango de 0.2"-0.5" sigue siendo popular para la legibilidad según factores humanos.
• Integración:Más displays están incorporando el circuito integrado controlador y, a veces, incluso un controlador simple (como para funciones de reloj) en el paquete del módulo, simplificando el diseño del circuito del usuario final.
• Fiabilidad y Robustez Mejoradas:Las mejoras en materiales de empaquetado y resinas epoxi mejoran la resistencia a la humedad, ciclos térmicos y estrés mecánico, ampliando el rango de entornos operativos.
• Opciones de Color y RGB:Si bien los displays monocromáticos como este verde son predominantes, hay un uso creciente de displays multicolor o RGB completos en segmentos, permitiendo la indicación de estado (por ejemplo, verde para normal, rojo para alarma) dentro del mismo dígito.

A pesar de la proliferación de displays gráficos de matriz de puntos y OLED, el LED de siete segmentos sigue siendo una solución altamente rentable, confiable y fácilmente legible para salida numérica dedicada, asegurando su relevancia continua en el diseño electrónico.