Hoja de Datos del Display LED LTS-4801JR 0.39 Pulgadas Rojo Super - Altura de Dígito 10.0mm - Tensión Directa 2.6V - Potencia 70mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTS-4801JR es un módulo de visualización alfanumérica de un dígito y siete segmentos. Cuenta con una altura de dígito de 0.39 pulgadas (10.0 milímetros), lo que lo hace adecuado para aplicaciones que requieren lecturas numéricas claras y de tamaño medio. El dispositivo utiliza tecnología semiconductora avanzada de AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio) para producir una salida de color rojo super. El encapsulado presenta una cara gris con marcas de segmento blancas, proporcionando un alto contraste para una excelente legibilidad de los caracteres. Este display está diseñado como tipo de ánodo común, una configuración habitual para simplificar el circuito de excitación en aplicaciones multiplexadas.

1.1 Características y Ventajas Clave

• Altura de Dígito de 0.39 Pulgadas:Ofrece un tamaño equilibrado para una buena visibilidad sin un consumo de potencia excesivo.
• Segmentos Continuos y Uniformes:Garantiza una emisión de luz consistente en cada segmento para un aspecto profesional.
• Bajo Requerimiento de Potencia:La eficiente tecnología AlInGaP permite una salida brillante con corrientes directas relativamente bajas.
• Alto Brillo y Alto Contraste:Los chips AlInGaP rojo super combinados con el diseño de cara gris/segmentos blancos ofrecen una excelente legibilidad en diversas condiciones de iluminación.
• Amplio Ángulo de Visión:Proporciona luminosidad y color consistentes en un amplio rango de visión.
• Categorizado por Intensidad Luminosa:Las unidades son clasificadas por intensidad, permitiendo un brillo uniforme en displays de múltiples dígitos.
• Encapsulado Libre de Plomo (Conforme a RoHS):Fabricado de acuerdo con las regulaciones ambientales que restringen sustancias peligrosas.
• Fiabilidad de Estado Sólido:Los LED ofrecen una larga vida operativa, resistencia a golpes y tolerancia a vibraciones en comparación con otras tecnologías de visualización.

1.2 Aplicaciones Objetivo y Mercado

Este display está destinado a su uso en equipos electrónicos ordinarios. Las áreas de aplicación típicas incluyen paneles de instrumentación, electrónica de consumo, lecturas de control industrial, equipos de prueba y medida, y electrodomésticos donde se requiere una visualización numérica clara. Es adecuado para aplicaciones donde la fiabilidad, la legibilidad y el funcionamiento de baja potencia son consideraciones clave. La hoja de datos advierte explícitamente contra el uso de este dispositivo en sistemas críticos para la seguridad (por ejemplo, aviación, soporte vital médico) sin consulta previa, indicando que su mercado principal es la electrónica comercial e industrial.

2. Especificaciones Técnicas e Interpretación Objetiva

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estos valores definen los límites más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se recomienda operar el display continuamente en o cerca de 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 está permitido en condiciones pulsadas (ciclo de trabajo 1/10, ancho de pulso 0.1ms) para multiplexación.
• Corriente Directa Continua por Segmento:25 mA a 25°C. Esta corriente se reduce linealmente en 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 y Almacenamiento:-35°C a +85°C. El dispositivo puede soportar y operar dentro de este amplio rango de temperatura.
• Temperatura de Soldadura:260°C máximo durante 5 segundos, medida a 1/16 de pulgada (≈1.6mm) por debajo del plano de asiento.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos son parámetros de rendimiento típicos medidos a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C.

• Intensidad Luminosa Promedio (I_V):200 ucd (Mín), 520 ucd (Típ) a I_F=1mA. Esta es la salida de luz por segmento. La relación de coincidencia 2:1 asegura que dentro de un lote, el segmento más brillante no sea más del doble de brillante que el más tenue, lo cual es importante para una apariencia uniforme.
• Longitud de Onda de Emisión de Pico (λ_p):639 nm (Típ). Esta es la longitud de onda a la cual la potencia espectral de salida es más alta, definiendo el color "rojo super".
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):631 nm (Típ). Esta es la longitud de onda única percibida por el ojo humano, que puede diferir ligeramente de la longitud de onda de pico.
• Ancho Medio de Línea Espectral (Δλ):20 nm (Típ). Esto indica la pureza del color; un valor más pequeño significa una luz más monocromática.
• Tensión Directa por Chip (V_F):2.10V (Mín), 2.60V (Típ) a I_F=20mA. Esta es la caída de tensión a través de un LED en funcionamiento. El diseño del circuito debe tener en cuenta este rango.
• Corriente Inversa (I_R):100 µA (Máx) a V_R=5V. Este parámetro es solo para fines de prueba; el dispositivo no debe operarse bajo polarización inversa continua.
• Diafonía:< 2.5%. Esto especifica la cantidad mínima de fuga de luz desde un segmento apagado adyacente a uno encendido.

3. Sistema de Clasificación y Gradación

La hoja de datos indica que el LTS-4801JR está "Categorizado por Intensidad Luminosa". Esto implica un proceso de clasificación donde los displays se ordenan en función de su salida de luz medida a una corriente de prueba estándar (típicamente 1mA o 20mA). Esto asegura que cuando se usan múltiples dígitos uno al lado del otro, su brillo parezca uniforme al usuario. Los diseñadores deben especificar si se requiere una coincidencia estricta de intensidad para su aplicación. El documento no especifica códigos de clasificación detallados o umbrales para longitud de onda (color) o tensión directa, lo que sugiere que la clasificación primaria se basa en la intensidad luminosa.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Si bien el extracto de texto proporcionado hace referencia a "Curvas Típicas de Características Eléctricas/Ópticas", los gráficos específicos no están incluidos en el texto. Típicamente, dicha hoja de datos incluiría las siguientes curvas esenciales para el análisis de diseño:

• Corriente Directa vs. Tensión Directa (Curva I-V):Muestra la relación no lineal, crucial para diseñar circuitos limitadores de corriente.
• Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa (Curva I-L):Demuestra cómo la salida de luz aumenta con la corriente, mostrando a menudo una relación casi lineal dentro del rango de operación.
• Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Muestra la reducción de la salida de luz a medida que aumenta la temperatura, lo cual es crítico para aplicaciones en entornos de alta temperatura.
• Distribución de Potencia Espectral Relativa:Un gráfico que representa la intensidad frente a la longitud de onda, mostrando el pico en ~639nm y el ancho espectral.

Los diseñadores deben consultar el PDF completo para estos gráficos y hacer predicciones precisas sobre el rendimiento en condiciones operativas específicas.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Dimensiones del Encapsulado

El display tiene un factor de forma estándar DIP (Dual In-line Package) de orificio pasante. Las notas dimensionales clave incluyen:

• Todas las dimensiones están en milímetros con una tolerancia general de ±0.25mm a menos que se especifique lo contrario.
• La tolerancia de desplazamiento de la punta de la pata es de ±0.40 mm, lo que debe considerarse para la colocación de los orificios en la PCB.
• El diámetro de orificio de PCB recomendado es de 1.0 mm para una soldadura confiable.
• Las especificaciones de calidad limitan materiales extraños, burbujas en el segmento, flexión del reflector y contaminación de la tinta de la superficie para garantizar claridad óptica y calidad estética.

5.2 Configuración de Patas y Diagrama de Circuito

El LTS-4801JR es un dispositivo de 10 patas con configuración de ánodo común. El diagrama de circuito interno muestra los siete segmentos (A-G) y el punto decimal (DP) con sus cátodos conectados a patas individuales. Los ánodos de todos los segmentos están conectados internamente y se sacan a dos patas (Pata 3 y Pata 8), que también están conectadas internamente. Esto permite flexibilidad en el diseño de la PCB y la conexión de potencia.

Patillaje:

1: Cátodo G

2: Cátodo F

3: Ánodo Común (conectado internamente a la Pata 8)

4: Cátodo E

5: Cátodo D

6: Cátodo D.P. (Punto Decimal)

7: Cátodo C

8: Ánodo Común (conectado internamente a la Pata 3)

9: Cátodo B

10: Cátodo A

6. Directrices de Soldadura y Montaje

6.1 Soldadura Automatizada (Ola/Reflujo)

La condición recomendada es 260°C durante 5 segundos, medida a 1.6mm (1/16 de pulgada) por debajo del plano de asiento del encapsulado. La temperatura del cuerpo del componente en sí no debe exceder su valor máximo durante este proceso.

6.2 Soldadura Manual

Para soldadura manual, se puede usar una temperatura de 350°C ±30°C, pero el tiempo de soldadura debe limitarse a 5 segundos por pata, nuevamente medido desde 1.6mm por debajo del plano de asiento. Se debe tener cuidado para evitar una exposición prolongada al calor.

6.3 Condiciones de Almacenamiento

Aunque no se establece explícitamente para el almacenamiento, el rango de temperatura de operación y almacenamiento es de -35°C a +85°C. Es una buena práctica almacenar los componentes en un entorno seco y controlado para evitar la absorción de humedad que pueda causar "efecto palomita" durante la soldadura.

7. Pruebas de Fiabilidad

El dispositivo se somete a una serie completa de pruebas de fiabilidad basadas en estándares militares (MIL-STD), japoneses (JIS) e internos. Esto garantiza robustez bajo diversos esfuerzos ambientales.

• Prueba de Vida Operativa (RTOL):1000 horas a corriente máxima nominal a temperatura ambiente.
• Pruebas de Estrés Ambiental:Incluye Almacenamiento a Alta Temperatura/Humedad (65°C/90-95% HR durante 500h), Almacenamiento a Alta Temperatura (105°C durante 1000h), Almacenamiento a Baja Temperatura (-35°C durante 1000h), Ciclado de Temperatura (-35°C a 105°C durante 30 ciclos) y Choque Térmico.
• Pruebas Mecánicas/Soldabilidad:Las pruebas de Resistencia a la Soldadura (260°C durante 10s) y Soldabilidad (245°C durante 5s) verifican la integridad de las patas durante los procesos de montaje.

8. Notas de Aplicación y Consideraciones de Diseño

8.1 Precauciones Críticas de Aplicación

• Valores Máximos Absolutos:Exceder los valores nominales de corriente, potencia o temperatura causará una degradación severa de la salida de luz o una falla catastrófica.
• Protección del Circuito de Excitación:El circuito debe proteger los LED de tensiones inversas y transitorios de tensión durante las secuencias de encendido/apagado. Una resistencia en serie es insuficiente para esto; se recomiendan diodos de sujeción o circuitos integrados de excitación con funciones de protección.
• Excitación de Corriente Constante:Para un brillo y longevidad consistentes, se recomienda encarecidamente excitar los segmentos con una fuente de corriente constante en lugar de una simple fuente de tensión con una resistencia en serie, especialmente en entornos con temperatura variable.
• Rango de Tensión Directa:El circuito excitador debe diseñarse para proporcionar la corriente requerida en todo el rango de V_F(2.10V a 2.60V a 20mA).
• Gestión Térmica:La corriente continua máxima debe reducirse en función de la temperatura ambiente real de operación. Puede ser necesaria una ventilación adecuada o disipación de calor en entornos cerrados o de alta temperatura.
• Evitar la Polarización Inversa:La polarización inversa continua puede causar migración de metales dentro del semiconductor, lo que lleva a un fallo prematuro.

8.2 Circuitos de Aplicación Típicos

Para un display de ánodo común como el LTS-4801JR, los ánodos (Patas 3 y 8) se conectan a una tensión de alimentación positiva (V_CC). Cada pata de cátodo se conecta a un sumidero de corriente. Esto se puede lograr usando:

1. Sumideros con Transistores:Transistores NPN o MOSFETs de canal N controlados por un microcontrolador.
2. Circuitos Integrados Excitadores:Chips excitadores de LED dedicados o pines de puerto de microcontrolador con suficiente capacidad de sumidero de corriente (recordando el límite de 25mA por segmento). Una resistencia limitadora de corriente se coloca típicamente en serie con cada segmento o en la ruta del ánodo común cuando se usa una fuente de tensión, pero un circuito de corriente constante es superior.

Para multiplexar múltiples dígitos, los ánodos comunes de diferentes dígitos se conmutan secuencialmente a alta frecuencia, mientras se muestran los patrones de cátodo apropiados para cada dígito. Esto reduce el número de pines de E/S requeridos.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

El LTS-4801JR se diferencia a través de varios atributos clave:

• Tecnología de Material (AlInGaP):En comparación con los LED más antiguos de GaAsP o GaP, el AlInGaP ofrece una eficiencia y brillo significativamente mayores, especialmente en el espectro rojo/naranja/ámbar, lo que resulta en un menor consumo de potencia para la misma salida de luz.
• Color Rojo Super:La longitud de onda dominante/de pico de 631-639 nm proporciona un color rojo vibrante y profundo que está altamente saturado y es visible.
• Clasificación por Intensidad:No todos los displays ofrecen una coincidencia garantizada de intensidad luminosa, lo cual es crítico para aplicaciones de múltiples dígitos para evitar brillo desigual.
• Amplio Rango de Temperatura:El rango de operación de -35°C a +85°C es robusto para aplicaciones industriales y automotrices (no críticas para la seguridad).

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Puedo excitar este display directamente desde un pin de un microcontrolador de 5V?

R: No directamente para sumidero de corriente. Un pin de microcontrolador típicamente puede sumiderar 20-25mA, lo cual está en el máximo absoluto para un segmento. Esto no deja margen de seguridad y arriesga dañar tanto el LED como el microcontrolador. Siempre es mejor usar un transistor o un CI excitador. Para fuente de corriente (hacia el ánodo común), un pin puede no suministrar suficiente corriente para todos los segmentos encendidos simultáneamente (7*20mA=140mA).

P: ¿Por qué hay dos patas de ánodo común (3 y 8)?

R: Están conectadas internamente. Esto proporciona flexibilidad de diseño, permite conectar el ánodo desde ambos lados de la PCB para una menor resistencia y puede ayudar en la disipación de calor usando ambas patas.

P: ¿Cuál es la diferencia entre Longitud de Onda de Pico y Longitud de Onda Dominante?

R: La Longitud de Onda de Pico (λ_p) es el pico físico del espectro de emisión de luz. La Longitud de Onda Dominante (λ_d) se calcula en base a la respuesta de color del ojo humano (curva CIE) y representa el color percibido. A menudo están cerca pero no son idénticas.

P: ¿Cómo calculo el valor de la resistencia en serie?

R: Si se usa una fuente de tensión simple (V_{alimentación}), la fórmula es R = (V_{alimentación}- V_F) / I_F. Use la V_Fmáxima de la hoja de datos (2.60V) para asegurar que se cumple la corriente mínima. Por ejemplo, con una alimentación de 5V y una I_Fdeseada de 20mA: R = (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 Ohmios. Siempre recalcule para diferentes tensiones de alimentación y corrientes.

11. Ejemplo Práctico de Diseño y Uso

Escenario: Diseñar una lectura de voltímetro de 4 dígitos.

1. Selección de Componentes:Usar cuatro displays LTS-4801JR. Asegurarse de que sean del mismo lote de intensidad si el brillo uniforme es crítico.
2. Método de Excitación:Implementar multiplexación. Conectar todos los cátodos de segmento correspondientes (A, B, C,... DP) juntos a través de los cuatro displays. Usar cuatro transistores NPN (por ejemplo, 2N3904) para controlar el ánodo común de cada dígito individualmente.
3. Control de Corriente:Colocar una única resistencia limitadora de corriente en la ruta común de los colectores de los transistores (antes de los ánodos). Dado que solo un dígito está encendido a la vez, el valor de la resistencia se calcula para la corriente total de un dígito (por ejemplo, 8 segmentos * 5mA cada uno = 40mA). Alternativamente, usar un CI excitador de corriente constante para cada línea de cátodo para una mejor precisión.
4. Interfaz con Microcontrolador:Usar 7-8 pines del microcontrolador para los patrones de segmento (cátodos) y 4 pines para controlar los transistores de selección de dígito (ánodos).
5. Software:En el bucle principal, encender secuencialmente un transistor de dígito, enviar el patrón de segmento para ese dígito, esperar un tiempo corto (1-5ms), y luego pasar al siguiente dígito. La frecuencia de refresco debe estar por encima de 60Hz para evitar el parpadeo.
6. Protección:Añadir resistencias de pequeño valor (por ejemplo, 100Ω) en serie con la base de cada transistor y los pines del microcontrolador para limitar la corriente. Asegurarse de que la fuente de alimentación esté limpia y libre de picos.

12. Principio de Funcionamiento

Un Diodo Emisor de Luz (LED) es un diodo semiconductor de unión p-n. Cuando se aplica una tensión directa que excede el umbral del diodo (V_F), los electrones del material tipo n se recombinan con los huecos del material tipo p en la región de agotamiento. Este evento de recombinación libera energía. En diodos estándar, esta energía es principalmente térmica. En materiales LED como el AlInGaP, la energía de banda prohibida del semiconductor es tal que la energía liberada está en forma de fotones (luz). La longitud de onda específica (color) de la luz está directamente determinada por la energía de banda prohibida del material semiconductor. El AlInGaP tiene una banda prohibida que produce fotones en la parte roja a ámbar del espectro visible. El display de siete segmentos simplemente empaqueta múltiples chips LED de este tipo (uno por segmento y el punto decimal) en un arreglo estándar, con sus conexiones eléctricas sacadas a patas para control externo.

13. Tendencias Tecnológicas

El uso de AlInGaP representa un avance sobre los materiales LED anteriores para colores rojo/naranja. Las tendencias actuales en tecnología de visualización relevantes para tales componentes incluyen:

• Mayor Eficiencia:La investigación continua en ciencia de materiales tiene como objetivo mejorar la eficiencia cuántica interna (IQE) y la eficiencia de extracción de luz de los LED, lo que lleva a un mayor brillo a corrientes más bajas.
• Miniaturización:Si bien 0.39 pulgadas es un tamaño estándar, existe una tendencia hacia displays más pequeños y de alta densidad que utilizan encapsulados de dispositivo de montaje superficial (SMD) en lugar de encapsulados DIP de orificio pasante para montaje automatizado.
• Integración:La electrónica de excitación se está integrando cada vez más en el propio módulo de visualización (displays inteligentes) o en circuitos integrados excitadores de corriente constante multicanal más sofisticados que simplifican el diseño del sistema.
• Gama de Colores Más Amplia:Si bien este es un display monocromático, el desarrollo de tecnología de materiales subyacente para LED rojos también beneficia a los displays RGB a todo color, impulsando colores más puros y saturados.
• Enfoque en Fiabilidad y Estandarización:A medida que los LED penetran en aplicaciones más exigentes, las pruebas estandarizadas (como se ve en la sección de fiabilidad) y las especificaciones de vida útil más detalladas (clasificaciones L70, L90) se están volviendo comunes.

A pesar de estas tendencias, los displays discretos de siete segmentos como el LTS-4801JR siguen siendo muy relevantes para aplicaciones que requieren una salida numérica simple, fiable, de bajo costo y altamente legible donde un display gráfico completo es innecesario.