Hoja de Datos del Display LED LTS-3403JF de 0,8 Pulgadas en Color Amarillo-Naranja - Altura del Dígito 20,32mm - Tensión Directa 2,6V - Potencia 70mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTS-3403JF es un módulo de visualización alfanumérica de un dígito y siete segmentos, diseñado para aplicaciones que requieren lecturas numéricas claras y brillantes. Su función principal es representar visualmente números (0-9) y algunas letras utilizando segmentos LED direccionables individualmente. La tecnología central emplea material semiconductor de AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio), específicamente diseñado para emitir luz en el espectro amarillo-naranja. Esta elección de material ofrece un equilibrio entre eficiencia, brillo y pureza de color. El dispositivo se clasifica como de cátodo común, lo que significa que todos los cátodos (terminales negativos) de los segmentos LED están conectados internamente, simplificando el diseño del circuito para sistemas basados en microcontroladores donde los segmentos se activan típicamente suministrando corriente.

2. Análisis en Profundidad de los Parámetros Técnicos

2.1 Características Ópticas

El rendimiento óptico es fundamental para la funcionalidad de la pantalla. LaIntensidad Luminosa Promedio (Iv)se especifica entre 320 y 700 microcandelas (μcd) con una corriente directa (I_F) de 1mA. Este rango indica un proceso de clasificación (binning) en producción, donde los dispositivos se ordenan según su salida medida. LaLongitud de Onda de Emisión Pico (λ_p)es de 611 nanómetros (nm), y laLongitud de Onda Dominante (λ_d)es de 605 nm, ambas medidas a I_F=20mA. La longitud de onda dominante es el color percibido por el ojo humano. ElAncho de Línea Espectral a Media Altura (Δλ)de 17 nm describe la pureza del color emitido; un ancho más estrecho indica un color más monocromático y puro. LaRelación de Coincidencia de Intensidad Luminosade 2:1 (máx.) garantiza uniformidad visual al limitar la variación de brillo entre los diferentes segmentos de un mismo dígito.

2.2 Características Eléctricas

Los parámetros eléctricos definen los límites de funcionamiento y los requisitos de potencia. LaTensión Directa por Segmento (V_F)es típicamente de 2,6V con un máximo de 2,6V a I_F=20mA. Este valor es crucial para diseñar las resistencias limitadoras de corriente en el circuito de excitación. LaCorriente Inversa por Segmento (I_R)es un máximo de 100 μA con una Tensión Inversa (V_R) de 5V, lo que indica las características de fuga del dispositivo cuando está polarizado en inversa, generalmente despreciable en operación normal.

2.3 Límites Absolutos y Consideraciones Térmicas

Estos límites definen los niveles de estrés más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente. LaCorriente Directa Continua por Segmentoes de 25 mA a 25°C, con un factor de reducción de 0,33 mA/°C. Esto significa que la corriente máxima segura disminuye a medida que la temperatura ambiente (T_a) aumenta por encima de 25°C. Por ejemplo, a 85°C, la corriente máxima sería aproximadamente 25 mA - (0,33 mA/°C * 60°C) = 5,2 mA. LaDisipación de Potencia por Segmentoes de 70 mW, calculada como V_F* I_F. LaCorriente Directa Picopara operación pulsada (ciclo de trabajo 1/10, ancho de pulso 0,1ms) es de 90 mA, permitiendo una sobreexcitación breve para lograr un brillo pico más alto. El rango de temperatura de operación y almacenamiento es de -35°C a +85°C.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

La hoja de datos indica explícitamente que el dispositivo está"Categorizado por Intensidad Luminosa."Esto se refiere a un proceso de clasificación posterior a la producción (binning) basado en la salida de luz medida. Las unidades se prueban en condiciones estándar (I_F=1mA) y se agrupan en lotes según su valor de Iv (por ejemplo, 320-450 μcd, 450-580 μcd, 580-700 μcd). Esto garantiza la consistencia dentro de un lote de producción. Aunque no se detalla explícitamente para tensión o longitud de onda en este documento, dicha categorización es común en la fabricación de LEDs para ofrecer un rendimiento predecible a los diseñadores.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Aunque las curvas específicas no se detallan en el texto proporcionado, las curvas de rendimiento 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 tensión de codo (donde la corriente comienza a aumentar bruscamente) suele estar alrededor de 1,8-2,0V para LEDs de AlInGaP.
• Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa (I_vvs. I_F):Esta curva es generalmente lineal a corrientes bajas, pero puede saturarse a corrientes más altas debido a la caída térmica y de eficiencia.
• Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente (I_vvs. T_a):Muestra cómo disminuye la salida de luz a medida que aumenta la temperatura de la unión. Los LEDs de AlInGaP suelen tener un mejor rendimiento a altas temperaturas en comparación con otros materiales.
• Distribución Espectral:Un gráfico que representa la intensidad relativa frente a la longitud de onda, mostrando el pico a 611 nm y el ancho a media altura de 17 nm.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

El dispositivo presenta una altura de dígito estándar de 0,8 pulgadas (20,32 mm). El encapsulado tiene unacara gris claroy uncolor de segmento blancocuando está apagado, lo que mejora el contraste cuando los segmentos amarillo-naranja se iluminan. El dibujo dimensional (referenciado en el PDF) proporciona las medidas críticas para el diseño de la huella en PCB y los recortes del panel. Todas las dimensiones están en milímetros con una tolerancia estándar de ±0,25 mm a menos que se especifique lo contrario. El encapsulado de doble línea de 18 pines es una huella común para este tipo de displays.

6. Conexión de Pines y Circuito Interno

La asignación de pines se define para un encapsulado de 18 pines. Las conexiones clave son: Ánodos para los segmentos A, F, E, P.D.I. (Punto Decimal Izquierdo), P.D.D. (Punto Decimal Derecho) y D. Cátodos para los segmentos C, G y B. Hay múltiples pines de Cátodo Común (pines 4, 6, 17) que están conectados internamente, ofreciendo flexibilidad para el diseño del PCB. El pin 12 aparece como "ÁNODO COMÚN", lo que parece ser un error o específico de una variante diferente, ya que el dispositivo se describe como de tipo Cátodo Común. El diagrama del circuito interno muestra la configuración estándar de cátodo común para un display de siete segmentos más dos puntos decimales.

7. Directrices de Soldadura y Montaje

La hoja de datos especifica una temperatura máxima de soldadura de260°C durante un máximo de 3 segundos, medida a 1,6mm (1/16 de pulgada) por debajo del plano de asiento. Esta es una directriz típica para reflow o soldadura manual destinada a prevenir daños térmicos en los chips LED, las conexiones de alambre y el encapsulado plástico. Es fundamental respetar este perfil para mantener la fiabilidad. Se deben observar las precauciones estándar contra descargas electrostáticas (ESD) durante la manipulación.

8. Sugerencias de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

• Equipos de Prueba y Medición:Multímetros digitales, fuentes de alimentación, contadores de frecuencia.
• Electrónica de Consumo:Equipos de audio (amplificadores, receptores), electrodomésticos de cocina, relojes.
• Controles Industriales:Medidores de panel, indicadores de proceso, displays de temporizador.
• Mercado de Accesorios Automotrices:Cuadrantes y lecturas (donde las especificaciones ambientales sean adecuadas).

8.2 Consideraciones de Diseño

• Limitación de Corriente:Se requieren resistencias externas para cada ánodo de segmento (o para el cátodo común) para establecer la corriente de operación. Calcular usando R = (V_{de alimentación}- V_F) / I_F.
• Multiplexación:Para displays de varios dígitos, la multiplexación es común. El bajo requisito de corriente del LTS-3403JF (hasta 1mA por segmento) es ventajoso aquí, ya que permite corrientes pico más altas durante el breve tiempo "encendido" multiplexado para lograr el brillo promedio deseado sin exceder los límites de potencia promedio.
• Ángulo de Visión:El amplio ángulo de visión es beneficioso para paneles donde el usuario puede no estar directamente frente a la pantalla.
• Excitación con Microcontrolador:La mayoría de los microcontroladores modernos pueden suministrar/absorber suficiente corriente (20mA por pin es común) para excitar estos LEDs directamente, a menudo requiriendo simples buffers de transistores para el cátodo común debido a la mayor corriente total.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

Los diferenciadores clave del LTS-3403JF dentro de su categoría son:

• Material (AlInGaP):Ofrece mayor eficiencia y mejor estabilidad térmica en comparación con los antiguos LEDs rojos/amarillos de GaAsP (Fosfuro de Arsénico y Galio), y un color distinto en comparación con los LEDs azules/verdes/blancos de InGaN (Nitruro de Indio y Galio).
• Operación a Corriente Muy Baja:La especificación de operación hasta 1mA por segmento es una característica significativa para diseños alimentados por batería o de ultra bajo consumo, donde cada miliamperio cuenta.
• Encapsulado de Alto Contraste:La cara gris claro con segmentos blancos proporciona un excelente contraste en estado apagado, mejorando la legibilidad en diversas condiciones de iluminación.
• Salida Luminosa Categorizada:Proporciona previsibilidad al diseñador, garantizando una apariencia consistente entre unidades en un producto.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Puedo excitar esta pantalla con una fuente de alimentación de microcontrolador de 3,3V?

R: Sí. Con una V_Ftípica de 2,6V, una alimentación de 3,3V proporciona un margen adecuado (0,7V) para una resistencia limitadora de corriente. Con I_F=10mA, R = (3,3V - 2,6V) / 0,01A = 70 Ohmios.

P: ¿Cuál es el propósito de tener múltiples pines de cátodo común?

R: Están conectados internamente. Proporcionar múltiples pines ayuda a distribuir la corriente total del cátodo (que puede ser 7x I_Fo más cuando todos los segmentos están encendidos), reduce la densidad de corriente por pin y ayuda en el diseño del PCB y la disipación de calor.

P: ¿Cómo logro un brillo uniforme si la intensidad luminosa tiene una relación de coincidencia de 2:1?

R: La relación 2:1 es un límite máximo entre el segmento más brillante y el más tenue en un solo dispositivo. En la práctica, la variación suele ser menor. Para aplicaciones críticas, utilice un driver de corriente constante o PWM (Modulación por Ancho de Pulso) para calibrar digitalmente el brillo de cada segmento.

P: ¿Puedo usarlo en exteriores?

R: El rango de temperatura de operación (-35°C a +85°C) es amplio, pero la hoja de datos no especifica un índice de protección IP contra agua o polvo. Para uso en exteriores, la pantalla requeriría un sellado adicional o una carcasa para protegerla de la humedad.

11. Caso Práctico de Diseño

Escenario:Diseñar una lectura de voltímetro de 4 dígitos utilizando multiplexación con una alimentación de 5V y un microcontrolador.

1. Selección de Corriente:Elija I_F= 5mA por segmento para un buen equilibrio entre brillo y potencia. La corriente pico durante la multiplexación será mayor (por ejemplo, 20mA si se usa un ciclo de trabajo del 25% por dígito).
2. Cálculo de la Resistencia:Para excitación estática: R = (5V - 2,6V) / 0,005A = 480 Ohmios (usar valor estándar de 470 Ohmios).
3. Excitación Multiplexada:Para lograr un promedio de 5mA, la corriente pico durante la ranura de tiempo activa debe ser de 20mA (5mA / 0,25 ciclo de trabajo). Recalcular la resistencia: R = (5V - 2,6V) / 0,020A = 120 Ohmios. Verificar que esta corriente pico esté dentro de los límites absolutos para operación pulsada (90mA).
4. Circuito:Conecte los ánodos de los segmentos a los pines de E/S del microcontrolador a través de las resistencias de 120 ohmios. Conecte los cuatro pines de cátodo común (uno por dígito) al colector de transistores NPN (por ejemplo, 2N3904). Las bases de los transistores son excitadas por pines del microcontrolador a través de resistencias de base. El microcontrolador enciende secuencialmente el transistor de un dígito y establece el patrón en las líneas de segmentos.
5. Software:Implemente una interrupción de temporizador para refrescar la pantalla a una velocidad lo suficientemente alta para evitar parpadeo (típicamente >60Hz).

12. Principio de Funcionamiento

El dispositivo funciona según el principio deelectroluminiscenciaen una unión p-n semiconductor. Cuando se aplica una tensión directa que excede la tensión de encendido del diodo (aproximadamente 1,8-2,0V para AlInGaP), los electrones del material tipo n y los huecos del material tipo p se inyectan en la región activa (los pozos cuánticos en la capa de AlInGaP). Cuando estos portadores de carga se recombinan, liberan energía en forma de fotones (luz). La composición específica de la aleación de AlInGaP determina la energía del bandgap, que a su vez dicta la longitud de onda (color) de la luz emitida—en este caso, amarillo-naranja. El sustrato de GaAs no transparente ayuda a reflejar la luz hacia arriba, mejorando la eficiencia general de extracción de luz desde la parte superior del chip.

13. Tendencias Tecnológicas

Si bien los displays LED discretos de siete segmentos siguen siendo relevantes para aplicaciones específicas, las tendencias más amplias en tecnología de visualización incluyen:

• Integración:Movimiento hacia displays con circuitos integrados de excitación integrados (I2C, SPI) para reducir el número de pines del microcontrolador y simplificar el software.
• Avances en Materiales:Investigación continua en LEDs más eficientes con conversión de fósforo y semiconductores de color directo para expandir la gama de colores y la eficiencia.
• Tecnologías Alternativas:En muchas aplicaciones de consumo, los displays de siete segmentos están siendo reemplazados por módulos OLED o LCD de matriz de puntos que ofrecen mayor flexibilidad (alfanuméricos completos, gráficos) en una huella similar, aunque a menudo con un costo y consumo de energía mayores para el brillo equivalente.
• Cambio en la Aplicación:La aplicación principal para dispositivos como el LTS-3403JF está cada vez más en equipos industriales, de instrumentación y legados, donde se prioriza la simplicidad, robustez, alto brillo y amplios ángulos de visión sobre la capacidad gráfica.

El LTS-3403JF representa una solución madura y optimizada dentro de su nicho, ofreciendo un rendimiento confiable basado en la bien conocida tecnología AlInGaP.