Hoja de Datos del Display LED Cuádruple LTC-5653KF de 0.56 Pulgadas - Altura de Dígito 14.22mm - Color Naranja Amarillento - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTC-5653KF es un módulo de display LED de siete segmentos y cuatro dígitos de alto rendimiento, diseñado para aplicaciones que requieren una lectura numérica clara. Su función principal es proporcionar una visualización brillante y legible para instrumentos, paneles de control, equipos de prueba y electrónica de consumo donde la presentación de datos numéricos es crítica.

La ventaja principal de este dispositivo radica en el uso de tecnología de semiconductores avanzada AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio) para los chips emisores de luz. Este sistema de materiales es conocido por su alta eficiencia y excelente pureza de color en el espectro del rojo al naranja amarillento. El display presenta una cara gris con marcas de segmentos blancas, lo que mejora significativamente el contraste y la legibilidad cuando los segmentos están iluminados, especialmente bajo diversas condiciones de iluminación ambiental.

El mercado objetivo para este componente incluye automatización industrial, instrumentación médica, sub-displays de tableros automotrices, terminales punto de venta y equipos de laboratorio. Su diseño prioriza la fiabilidad, una larga vida operativa y un rendimiento óptico consistente, lo que lo hace adecuado tanto para aplicaciones comerciales como de grado industrial.

2. Interpretación Profunda de los Parámetros Técnicos

2.1 Características Fotométricas y Ópticas

El rendimiento óptico se define bajo condiciones de prueba estándar a una temperatura ambiente (T_A) de 25°C. Los parámetros clave son:

• Intensidad Luminosa Promedio (I_V):Esta es la medida de la potencia percibida de la luz emitida por un segmento. El valor típico es de 2222 µcd (microcandelas) cuando se alimenta con una corriente directa (I_F) de 1mA. El valor mínimo garantizado es de 800 µcd. Este alto brillo garantiza la visibilidad a distancia y en entornos bien iluminados.
• Longitud de Onda de Emisión Pico (λ_p):La longitud de onda a la que el espectro de emisión alcanza su máxima intensidad. Para este dispositivo Naranja Amarillento, el valor típico es de 611 nm (nanómetros). Este parámetro define el punto de color dominante de la luz emitida.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):Este es de 605 nm, que es la percepción de color de una sola longitud de onda que más se aproxima al color real de salida del LED. Es ligeramente diferente de la longitud de onda pico debido a la forma de la curva de sensibilidad espectral del ojo humano.
• Ancho Medio Espectral (Δλ):Este es de 17 nm, lo que indica la pureza espectral de la luz. Un ancho medio más estrecho significa un color más saturado y puro. Este valor es típico de la tecnología AlInGaP y contribuye al tono naranja amarillento distintivo.
• Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa:Especificada como 2:1 máximo para áreas de luz similares. Esto significa que la diferencia de brillo entre dos segmentos cualesquiera del mismo dígito no debe exceder un factor de dos, asegurando una apariencia uniforme en todo el display.

2.2 Parámetros Eléctricos

Las características eléctricas definen los límites y condiciones de funcionamiento para un uso confiable.

• Tensión Directa por Segmento (V_F):Típicamente 2.6V a I_F=20mA, con un máximo de 2.6V. Esta es la caída de tensión a través de un segmento LED cuando conduce corriente. Los diseñadores deben asegurarse de que el circuito de excitación pueda proporcionar suficiente voltaje para superar esta caída.
• Corriente Directa Continua por Segmento (I_F):La corriente continua máxima recomendada para operación continua es de 25 mA. Exceder este valor puede provocar una degradación acelerada y una vida útil reducida.
• Corriente Directa Pico por Segmento:Se permite una corriente más alta de 90 mA en condiciones pulsadas (ciclo de trabajo 1/10, ancho de pulso 0.1ms). Esto es útil para esquemas de multiplexación donde se necesita un brillo instantáneo más alto.
• Tensión Inversa (V_R):La tensión de polarización inversa máxima permitida es de 5V. Exceder esto puede causar una falla inmediata y catastrófica de la unión LED.
• Corriente Inversa (I_R):Típicamente menor a 100 µA a la tensión inversa máxima de 5V, lo que indica una buena calidad de la unión.
• Disipación de Potencia por Segmento:Limitada a 70 mW. Esto se calcula como V_F* I_F. Operar dentro de este límite es crucial para la gestión térmica.

2.3 Especificaciones Térmicas y Ambientales

• Rango de Temperatura de Operación:-35°C a +105°C. Este amplio rango hace que el display sea adecuado para entornos hostiles, desde frío extremo hasta entornos industriales calurosos.
• Rango de Temperatura de Almacenamiento:-35°C a +105°C.
• Reducción de Corriente por Temperatura:La corriente directa continua debe reducirse linealmente desde 25 mA a 25°C. Esto significa que a medida que la temperatura ambiente supera los 25°C, la corriente continua máxima permitida debe reducirse para evitar el sobrecalentamiento. El factor de reducción es de 0.28 mA/°C.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

Si bien la hoja de datos proporcionada no detalla explícitamente un sistema de clasificación multinivel para parámetros como longitud de onda o intensidad, sí especifica rangos estrechos para las características ópticas clave. Los valores típicos para la longitud de onda pico (611 nm) y la longitud de onda dominante (605 nm) sugieren un proceso de fabricación controlado. La intensidad luminosa tiene un valor mínimo definido (800 µcd) y un valor típico (2222 µcd), lo que indica que los dispositivos son seleccionados para cumplir con el umbral mínimo de rendimiento. Para aplicaciones que requieren una coincidencia de color o brillo más estricta, los usuarios deben consultar al fabricante para opciones de clasificación específicas o seleccionar dispositivos del mismo lote de producción.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a curvas características típicas, que son esenciales para comprender el comportamiento del dispositivo en condiciones no estándar. Aunque los gráficos específicos no se proporcionan en el texto, las curvas estándar de LED normalmente incluirían:

• Curva I-V (Corriente-Tensión):Muestra la relación entre la tensión directa y la corriente directa. Es no lineal, con un aumento brusco de la corriente una vez que la tensión directa supera el umbral de la unión (alrededor de 2V para AlInGaP).
• Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa:Esta curva muestra que la salida de luz aumenta con la corriente, pero puede volverse sub-lineal a corrientes muy altas debido a la caída térmica y de eficiencia.
• Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Para los LED AlInGaP, la salida de luz generalmente disminuye a medida que aumenta la temperatura. Esta curva es crítica para diseñar sistemas que operen en todo el rango de temperatura.
• Distribución Espectral:Un gráfico de intensidad relativa versus longitud de onda, que muestra un pico alrededor de 611 nm con un ancho característico (Δλ) de 17 nm.

Los diseñadores deben usar estas curvas para determinar las corrientes de excitación apropiadas para el brillo deseado a diferentes temperaturas y para comprender los requisitos de tensión del circuito de excitación.

5. Información Mecánica y del Paquete

El dispositivo es un componente de orificio pasante con un paquete dual-in-line estándar de 12 pines.

• Altura del Dígito:0.56 pulgadas (14.22 mm). Esto define el tamaño físico de cada carácter numérico.
• Dimensiones del Paquete:Todas las dimensiones se proporcionan en milímetros. La tolerancia general para las dimensiones mecánicas es de ±0.25 mm a menos que se especifique lo contrario. Una nota específica menciona una tolerancia de desplazamiento de la punta del pin de +0.4 mm, lo cual es importante para la colocación de orificios en la PCB y los procesos de soldadura por ola.
• Identificación de Polaridad:El dispositivo utiliza una configuración de ánodo común. El diagrama de circuito interno (referenciado pero no mostrado) detallaría cómo los ánodos de todos los segmentos de cada dígito están conectados internamente, y cómo los cátodos de los segmentos individuales se sacan a pines separados. Esta configuración es común para las excitaciones multiplexadas.
• Conexión de Pines:La asignación de pines está claramente definida: Los pines 6, 8, 9 y 12 son los ánodos comunes para los dígitos 4, 3, 2 y 1, respectivamente. Los pines restantes son cátodos para segmentos específicos (A-G y DP) del dígito 1. Para un display cuádruple completo, es probable que los cátodos de segmento estén conectados internamente entre dígitos (por ejemplo, todos los segmentos 'A' comparten un pin de cátodo), un detalle que se confirmaría en el diagrama de circuito interno.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

La hoja de datos proporciona condiciones de soldadura específicas para prevenir daños durante el montaje.

• Soldadura por Ola o Manual:La condición recomendada es soldar a 260°C durante un máximo de 3 segundos, con la punta del soldador posicionada al menos 1/16 de pulgada (aproximadamente 1.6 mm) por debajo del plano de asiento del cuerpo del paquete. Esto evita que el calor excesivo viaje por las patillas y dañe los chips LED internos y las conexiones de alambre.
• Precaución General:La temperatura de la unidad LED en sí durante el proceso de montaje no debe exceder su calificación de temperatura máxima (105°C de operación, presumiblemente similar para exposición a corto plazo durante la soldadura).
• Condiciones de Almacenamiento:Los dispositivos deben almacenarse dentro del rango de temperatura de almacenamiento especificado (-35°C a +105°C) en un ambiente seco. Los dispositivos sensibles a la humedad deben mantenerse en bolsas selladas con desecante hasta su uso.

7. Embalaje e Información de Pedido

El número de pieza principal del dispositivo es LTC-5653KF. Este número codifica atributos clave: probablemente la serie (LTC), tamaño/tipo (5653) y color/característica (KF para Naranja Amarillento con punto decimal a la derecha). La hoja de datos no especifica detalles de embalaje a granel (por ejemplo, cantidades en tubo, bandeja o carrete). Para producción, los usuarios deben contactar al proveedor para obtener opciones de embalaje específicas, tamaños de carrete y especificaciones de cinta compatibles con equipos de colocación automatizada.

8. Sugerencias de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Temporizadores y Contadores Industriales:Para mostrar tiempos de proceso, conteos de producción u horas de operación de máquinas.
• Equipos de Prueba y Medición:Multímetros digitales, contadores de frecuencia, fuentes de alimentación y lecturas de sensores.
• Electrodomésticos:Hornos microondas, lavadoras, amplificadores de audio (para nivel de volumen o frecuencia de estación).
• Displays para Automoción (Aftermarket):Instrumentos para voltaje, temperatura o RPM en instalaciones personalizadas.

8.2 Consideraciones de Diseño

• Circuito de Excitación:Debido a la configuración de ánodo común, se requiere un CI controlador adecuado (como un decodificador/excitador de 7 segmentos o un microcontrolador con capacidad suficiente de suministro de corriente). Los ánodos se conectan a Vcc, mientras que los cátodos se ponen a nivel bajo para encender un segmento.
• Limitación de Corriente:Las resistencias limitadoras de corriente externas son obligatorias para cada línea de cátodo (o potencialmente para cada ánodo común en una configuración multiplexada) para establecer la corriente directa a un valor seguro (por ejemplo, 10-20 mA). El valor de la resistencia se calcula como R = (V_suministro- V_F) / I_F.
• Multiplexación:Para un display de 4 dígitos, casi siempre se utiliza la multiplexación para minimizar el número de pines en el controlador. Esto implica ciclar rápidamente la alimentación al ánodo común de cada dígito mientras se presentan los datos de segmento para ese dígito en las líneas de cátodo comunes. La persistencia de la visión crea la ilusión de que todos los dígitos están encendidos simultáneamente. La clasificación de corriente pico (90 mA) permite una corriente instantánea más alta durante el pulso corto de multiplexación para lograr un brillo promedio.
• Ángulo de Visión:El amplio ángulo de visión es beneficioso para aplicaciones donde el display puede verse desde un costado.

9. Comparación Técnica

La diferenciación principal del LTC-5653KF radica en su tecnología AlInGaP y su factor de forma mecánico específico.

• vs. LED Estándar GaP o GaAsP:AlInGaP ofrece una eficiencia luminosa significativamente mayor y una mejor saturación de color en el espectro rojo-naranja-amarillo, lo que resulta en displays más brillantes con menor consumo de energía para el mismo brillo percibido.
• vs. Displays SMD (Dispositivo de Montaje Superficial):Este es un componente de orificio pasante. En comparación con los displays de siete segmentos SMD, es más fácil de prototipar y puede percibirse como más robusto para ciertas aplicaciones, pero requiere más espacio en la PCB y soldadura manual o por ola.
• vs. Otros Colores:El color Naranja Amarillento (605-611 nm) ofrece una estética distintiva y puede ser más suave para la vista en condiciones de poca luz en comparación con los displays rojo brillante o verde, manteniendo al mismo tiempo una alta visibilidad.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

• P: ¿Cuál es el propósito de la "cara gris y segmentos blancos" mencionada en la descripción?
  
  R: Este es un filtro cosmético. La cara gris reduce la reflectividad del área inactiva del display, mejorando el contraste. Las marcas de segmentos blancas ayudan a difundir la luz naranja amarillenta emitida de manera uniforme a través del segmento cuando está iluminado, creando una apariencia uniforme.
• P: ¿Puedo excitar este display directamente desde un pin de un microcontrolador de 5V?
  
  R: No, no directamente. La tensión directa es de aproximadamente 2.6V, por lo que una señal de 5V podría quemar el LED debido al exceso de corriente. Debes usar una resistencia limitadora de corriente en serie con cada cátodo. Además, un pin de microcontrolador normalmente no puede suministrar o absorber suficiente corriente para múltiples segmentos. Generalmente se requiere un CI controlador o un arreglo de transistores.
• P: La corriente continua máxima absoluta es de 25mA, pero la condición de prueba para V_Fusa 20mA. ¿Cuál debo usar para el diseño?
  
  R: Para una operación confiable a largo plazo, es una práctica estándar diseñar para una corriente por debajo del máximo absoluto. Usar 20mA como se especifica en la condición de prueba es un punto de diseño seguro y común. Puedes usar corrientes más bajas (por ejemplo, 10-15 mA) para aumentar la vida útil y reducir el consumo de energía si el brillo es suficiente.
• P: ¿Qué significa "Ánodo Común" para mi diseño de circuito?
  
  R: En un display de ánodo común, todos los ánodos de los LED en un dígito están conectados juntos a un solo pin. Para encender un segmento, conectas su pin de cátodo a un voltaje bajo (tierra) mientras aplicas un voltaje alto (Vcc) al pin de ánodo común. Esto es lo opuesto a un display de cátodo común.

11. Caso de Uso Práctico

Diseño de una Lectura Simple de Voltímetro de 4 Dígitos:Un microcontrolador con un convertidor analógico-digital (ADC) mide un voltaje. El firmware convierte este valor a cuatro dígitos para mostrar. El microcontrolador, al carecer de suficientes pines de E/S para excitar 28 segmentos individuales (7 segmentos x 4 dígitos), utiliza un esquema de multiplexación con un CI controlador. Las salidas del CI controlador se conectan a los cátodos de segmento (A-G, DP) del LTC-5653KF. Cuatro de los pines de E/S del microcontrolador, cada uno conectado a través de un transistor de suministro de corriente, controlan los cuatro pines de ánodo común (Dígitos 1-4). El firmware secuencia rápidamente los dígitos: enciende el transistor para el ánodo del Dígito 1, envía el patrón de segmentos para el primer dígito al CI controlador, espera un corto tiempo (por ejemplo, 2ms), luego apaga el Dígito 1 y repite para el Dígito 2, y así sucesivamente. Las resistencias limitadoras de corriente se colocan en las líneas de cátodo entre el CI controlador y el display. El color naranja amarillento proporciona una visibilidad clara en el panel del instrumento.

12. Introducción al Principio de Funcionamiento

Un display de siete segmentos es un conjunto de diodos emisores de luz (LED) dispuestos en un patrón de figura ocho. Cada uno de los siete segmentos (etiquetados de la A a la G) es un LED individual. A menudo se incluye un LED adicional para un punto decimal (DP). Al iluminar selectivamente combinaciones específicas de estos segmentos, se pueden formar todos los dígitos numéricos (0-9) y algunas letras. En un display cuádruple como el LTC-5653KF, cuatro de estos conjuntos de dígitos están alojados en un solo paquete. La conexión eléctrica interna puede ser de ánodo común (todos los ánodos conectados) o cátodo común (todos los cátodos conectados), lo que determina la topología del circuito de excitación requerido. El principio de emisión de luz es la electroluminiscencia en una unión p-n de semiconductor. Cuando está polarizado en directa, los electrones y huecos se recombinan en la región activa (la capa de AlInGaP), liberando energía en forma de fotones. La composición específica del material (Al, In, Ga, P) determina la energía del bandgap y, por lo tanto, la longitud de onda (color) de la luz emitida.

13. Tendencias de Desarrollo

La evolución de displays numéricos como el LTC-5653KF está influenciada por tendencias más amplias en optoelectrónica. Si bien los módulos discretos de siete segmentos de orificio pasante siguen siendo relevantes para aplicaciones específicas que requieren robustez o facilidad de mantenimiento, la tendencia general es hacia la tecnología de montaje superficial (SMT) para una mayor densidad y montaje automatizado. Además, hay un cambio gradual desde los displays de segmentos LED discretos hacia displays de matriz de puntos integrados o incluso pequeños paneles OLED o TFT-LCD, que ofrecen una flexibilidad mucho mayor para mostrar números, letras, símbolos y gráficos simples. Sin embargo, para aplicaciones que demandan un brillo extremo, una larga vida útil, simplicidad y bajo costo para una salida puramente numérica, los displays LED basados en AlInGaP como este continúan siendo una solución altamente efectiva y confiable. Las futuras iteraciones pueden ver mejoras en la eficiencia, permitiendo un consumo de energía aún menor, o la integración de la electrónica de excitación dentro del propio paquete del display.