Hoja de Datos Técnicos del Display LED LTD-5023AJR - 0.56 Pulgadas - AlInGaP Rojo Súper - Altura de Dígito 14.22mm - Voltaje Directo 2.6V - Disipación 70mW

1. Descripción General del Producto

El LTD-5023AJR es un módulo de display LED de siete segmentos de alto rendimiento y bajo consumo. Su función principal es proporcionar una salida clara y brillante de caracteres numéricos y alfanuméricos limitados para dispositivos electrónicos que requieren una lectura digital. La tecnología central se basa en material semiconductor AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio), específicamente diseñado para producir un color rojo súper con alta eficiencia y fiabilidad.

El dispositivo se clasifica como de tipo cátodo común, lo que significa que todos los cátodos de los LED para cada dígito están conectados internamente. Esta configuración simplifica el circuito de excitación, especialmente para aplicaciones multiplexadas. Cuenta con un punto decimal a la derecha por dígito, permitiendo una representación numérica flexible. El display se caracteriza por su construcción de estado sólido, ofreciendo ventajas frente a tecnologías más antiguas como las de vacío fluorescente o incandescentes en términos de resistencia a golpes, vida útil y eficiencia energética.

2. Análisis Profundo de Especificaciones Técnicas

2.1 Características Fotométricas y Ópticas

El rendimiento óptico es fundamental para la funcionalidad de este display. El color principal se define como "rojo súper", logrado mediante chips AlInGaP. Los parámetros ópticos clave medidos a una temperatura ambiente de 25°C incluyen:

• Intensidad Luminosa Promedio (I_V):Varía desde un mínimo de 320 µcd hasta un máximo típico de 700 µcd cuando se excita con una corriente directa (I_F) muy baja de 1mA por segmento. Este alto brillo a baja corriente es una característica significativa.
• Longitud de Onda de Emisión Pico (λ_p):Típicamente 639 nanómetros (nm). Esto define el punto específico de mayor intensidad en el espectro de luz emitida.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):Típicamente 631 nm. Esta es la longitud de onda percibida por el ojo humano y es crucial para la especificación del color.
• Ancho de Media Espectral (Δλ):Aproximadamente 20 nm. Este parámetro indica la pureza espectral o la estrechez de la banda de luz emitida.
• Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa (I_V-m):Máximo de 2:1 a I_F=1mA. Esto garantiza uniformidad en el brillo entre diferentes segmentos del mismo dígito, crítico para una apariencia visual consistente.

Todas las mediciones de intensidad luminosa se realizan utilizando una combinación de sensor y filtro calibrada según la curva de respuesta del ojo fotópico CIE, asegurando la relevancia de los datos para la visión humana.

2.2 Ratings Eléctricos y Máximos Absolutos

El cumplimiento de estos ratings es esencial para una operación confiable y para prevenir daños permanentes en el dispositivo.

• Corriente Directa Continua por Segmento:El máximo absoluto es 25 mA. Se aplica un factor de reducción lineal de 0.33 mA/°C para temperaturas ambientales (T_A) superiores a 25°C.
• Corriente Directa Pico por Segmento:Máximo de 90 mA, pero solo bajo condiciones pulsadas con un ciclo de trabajo de 1/10 y un ancho de pulso de 0.1ms. Esto permite una sobreexcitación breve para lograr un brillo pico más alto en sistemas multiplexados.
• Disipación de Potencia por Segmento:Máximo de 70 mW. Este límite, combinado con el rating de corriente directa, dicta el voltaje directo máximo permisible en condiciones de operación.
• Voltaje Inverso por Segmento:Máximo de 5 Voltios. Exceder esto puede dañar la unión LED.
• Voltaje Directo por Segmento (V_F):Típicamente 2.6V, con un máximo de 2.6V a una corriente de prueba (I_F) de 20mA. El mínimo se indica como 2V.
• Corriente Inversa por Segmento (I_R):Máximo de 100 µA cuando se aplica un voltaje inverso (V_R) de 5V.

2.3 Especificaciones Térmicas y Ambientales

• Rango de Temperatura de Operación:-35°C a +85°C. Este amplio rango hace que el display sea adecuado para diversas condiciones ambientales, desde controles industriales hasta electrónica de consumo.
• Rango de Temperatura de Almacenamiento:-35°C a +85°C.
• Temperatura de Soldadura:El dispositivo puede soportar una temperatura de soldadura de 260°C durante 3 segundos, medida 1/16 de pulgada (aproximadamente 1.6mm) por debajo del plano de asiento. Esto es compatible con los procesos estándar de soldadura por reflujo sin plomo.

3. Sistema de Clasificación y Categorización

La hoja de datos establece explícitamente que el dispositivo está "categorizado por intensidad luminosa". Esto indica un proceso de clasificación en producción donde los displays se ordenan según su salida de luz medida a una corriente de prueba estándar (probablemente 1mA o 20mA). Las categorías se definen por valores de intensidad mínimos y/o típicos (por ejemplo, el rango de 320-700 µcd). Esto permite a los diseñadores seleccionar componentes con niveles de brillo consistentes para su aplicación, asegurando una apariencia uniforme en múltiples unidades de un producto. Aunque no se detalla en esta hoja específica, dispositivos similares a menudo tienen categorías para voltaje directo (V_F) y longitud de onda dominante (λ_d) para garantizar consistencia eléctrica y de color.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a "Curvas Típicas de Características Eléctricas/Ópticas". Aunque los gráficos específicos no se proporcionan en el texto, las curvas estándar para tal dispositivo típicamente incluirían:

• Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva I-V):Muestra la relación exponencial, crucial para diseñar circuitos limitadores de corriente. El voltaje de rodilla está alrededor del V_Ftípico de 2.6V.
• Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa (Curva I-L):Demuestra cómo la salida de luz aumenta con la corriente, generalmente en una relación casi lineal dentro del rango de operación. Destaca la alta eficiencia a bajas corrientes (1mA).
• Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Muestra la disminución en la salida de luz a medida que aumenta la temperatura de la unión, importante para aplicaciones de alta temperatura o alta potencia.
• Curva de Distribución Espectral:Un gráfico de intensidad relativa versus longitud de onda, centrado en la región de 631-639 nm con el ancho de media especificado de 20 nm.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones Físicas

El display presenta una altura de dígito de 0.56 pulgadas (14.22 mm). Se hace referencia al dibujo de dimensiones del paquete, especificando todas las medidas en milímetros con una tolerancia estándar de ±0.25mm a menos que se indique lo contrario. El paquete físico alberga dos dígitos completos de siete segmentos más sus respectivos puntos decimales.

5.2 Conexión de Pines y Circuito Interno

El dispositivo tiene una configuración de 18 pines. El pinout está claramente definido:

• Pines 1-12, 15-18: Conexiones de ánodo para segmentos individuales (A-G, DP) para el Dígito 1 y el Dígito 2.
• Pines 13 y 14: Cátodo Común para el Dígito 2 y el Dígito 1, respectivamente.

El diagrama del circuito interno muestra la disposición de cátodo común: todos los LED para un dígito dado comparten un pin de cátodo común, mientras que cada segmento (y el punto decimal) tiene su propio pin de ánodo independiente. Esta es la configuración estándar para un display multidígito de cátodo común.

6. Directrices de Soldadura y Ensamblaje

La especificación de ensamblaje clave proporcionada es el perfil de soldadura: 260°C durante 3 segundos en un punto a 1.6mm por debajo del plano de asiento. Esto se alinea con los estándares IPC/JEDEC para soldadura por reflujo de dispositivos de montaje superficial. Las mejores prácticas incluyen:

• Usar un horno de reflujo controlado con un perfil que aumente y disminuya desde la temperatura pico apropiadamente para minimizar el estrés térmico.
• Evitar soldar a mano directamente al paquete del LED para prevenir sobrecalentamiento y dañar los chips semiconductores o la lente de plástico.
• Asegurar que el display se almacene en un ambiente seco antes del ensamblaje para prevenir la absorción de humedad, que puede causar "efecto palomita" durante el reflujo.

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

Este display es ideal para aplicaciones que requieren lecturas numéricas claras y de bajo consumo:

• Equipos de Prueba y Medición:Multímetros, contadores de frecuencia, fuentes de alimentación.
• Controles Industriales:Medidores de panel, indicadores de proceso, displays de temporizadores.
• Electrónica de Consumo:Equipos de audio (amplificadores, receptores), electrodomésticos de cocina, relojes.
• Mercado Secundario Automotriz:Calibradores y herramientas de diagnóstico (donde las especificaciones ambientales sean adecuadas).

7.2 Consideraciones de Diseño

• Limitación de Corriente:Los LED son dispositivos excitados por corriente. Cada pin de ánodo debe ser excitado a través de una resistencia limitadora de corriente en serie. El valor de la resistencia se calcula como R = (V_suministro- V_F) / I_F. Usar el V_Ftípico de 2.6V y una I_Fdeseada de 5-10mA para un buen brillo es común.
• Multiplexación:Para displays multidígito, se utiliza la multiplexación para controlar muchos segmentos con menos pines de excitación. Esto implica ciclar rápidamente la energía entre el cátodo común de cada dígito mientras se encienden los segmentos correspondientes. El diseño de cátodo común del LTD-5023AJR es perfecto para esto. El rating de corriente pico (90mA) permite corrientes instantáneas más altas durante el pulso corto de multiplexación para lograr un brillo promedio comparable a una corriente continua más baja.
• Interfaz con Microcontrolador:Típicamente requiere pines GPIO o un CI controlador de LED dedicado (como un registro de desplazamiento o un controlador de corriente constante) para controlar los ánodos y un transistor (NPN o MOSFET de canal N) para drenar corriente de cada pin de cátodo común durante la multiplexación.
• Ángulo de Visión:La hoja de datos menciona un "amplio ángulo de visión", lo que es beneficioso para aplicaciones donde el display puede ser visto desde posiciones fuera del eje.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

El LTD-5023AJR se diferencia a través de varias características clave:

• Tecnología AlInGaP:En comparación con los LED más antiguos de GaAsP o GaP, AlInGaP ofrece una eficiencia luminosa significativamente mayor, especialmente en el espectro rojo/naranja/ámbar, resultando en una salida más brillante a corrientes más bajas.
• Operación a Baja Corriente:La prueba y selección explícita para excelentes características de baja corriente (hasta 1mA/segmento) lo hacen superior para aplicaciones alimentadas por batería o sensibles a la energía donde cada miliamperio cuenta.
• Coincidencia de Segmentos:La garantía de una relación de coincidencia de intensidad luminosa (máx. 2:1) asegura consistencia visual, lo que no siempre es un hecho con displays de menor grado.
• Contraste:La combinación de una cara gris claro y un color de segmento blanco, junto con un alto brillo, contribuye a una excelente apariencia de los caracteres y un alto contraste para una fácil legibilidad.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

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

R: No. Debes usar una resistencia limitadora de corriente en serie con cada ánodo. Para una fuente de 5V y una corriente objetivo de 10mA, la resistencia sería aproximadamente (5V - 2.6V) / 0.01A = 240 Ohmios.

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

R: La longitud de onda pico es el punto físico de mayor salida de energía del LED. La longitud de onda dominante es la percepción del color por el ojo humano como una sola longitud de onda, que puede diferir ligeramente. Ambas se proporcionan para una especificación óptica completa.

P: ¿Cómo uso los dos dígitos de forma independiente?

R: Los controlas a través de sus pines de cátodo común separados (Pin 14 para el Dígito 1, Pin 13 para el Dígito 2). Al poner un cátodo en bajo (tierra) mientras mantienes el otro en alto (desconectado), puedes seleccionar qué dígito está activo. Luego, aplica voltaje a los pines de ánodo para los segmentos que deseas iluminar en ese dígito.

P: ¿Es este display adecuado para uso exterior?

R: El rango de temperatura de operación (-35°C a +85°C) es bastante robusto. Sin embargo, la hoja de datos no especifica un rating de Protección de Ingreso (IP) contra polvo y agua. Para uso exterior, probablemente requeriría una cubierta protectora adicional o un gabinete.

10. Ejemplo Práctico de Diseño y Uso

Escenario: Diseñar una lectura de voltímetro simple de 2 dígitos usando un microcontrolador.

1. Conexión de Hardware:Conecta los 18 pines del display al sistema del microcontrolador. Los dos pines de cátodo común (13, 14) se conectan a dos transistores NPN (por ejemplo, 2N3904), con los colectores de los transistores a los cátodos, emisores a tierra y bases a pines GPIO del microcontrolador a través de resistencias de base. Los 16 pines de ánodo (para segmentos A-G y DP de ambos dígitos) se conectan a 16 pines GPIO del microcontrolador, cada uno a través de una resistencia limitadora de corriente de 220-330 Ohmios.
2. Lógica de Software (Multiplexación):El firmware ejecuta una interrupción de temporizador cada pocos milisegundos. En la rutina de servicio de interrupción:
   • Apaga ambos transistores de excitación de cátodo (poner GPIOs en alto).
   • Configura los GPIOs para los pines de ánodo correspondientes a los segmentos que deben estar ENCENDIDOS para elDígito 1.
   • Enciende el transistor para elcátodo del Dígito 1(poner GPIO en bajo).
   • Espera un período corto (por ejemplo, 1-5ms).
   • Apaga el cátodo del Dígito 1.
   • Configura los GPIOs para los pines de ánodo para elDígito 2.
   • Enciende el transistor para elcátodo del Dígito 2 cathode.
   • Espera un período corto.
   • Repite. El ojo humano percibe este cambio rápido como si ambos dígitos estuvieran continuamente encendidos.
3. Cálculo de Corriente:Si cada dígito está ENCENDIDO el 50% del tiempo (ciclo de trabajo del 50%) y quieres una corriente promedio de segmento de 5mA, configurarías la corriente instantánea durante su tiempo de ENCENDIDO a 10mA. El valor de la resistencia se calcularía usando esta cifra de 10mA.

11. Principio de Operación

El dispositivo opera bajo el principio de electroluminiscencia en una unión P-N semiconductor. Cuando se aplica un voltaje directo que excede el potencial incorporado de la unión (aproximadamente 2.0-2.6V para AlInGaP), los electrones del material tipo N se recombinan con los huecos del material tipo P en la región activa. Este evento de recombinación libera energía en forma de fotones (luz). La composición específica de la red cristalina de AlInGaP determina la energía de la banda prohibida, que dicta directamente la longitud de onda (color) de la luz emitida—en este caso, en el espectro rojo (631-639 nm). Los siete segmentos son chips LED individuales dispuestos en un patrón de figura ocho. Al excitar selectivamente diferentes combinaciones de estos segmentos, se pueden formar los números 0-9 y algunas letras.

12. Tendencias y Contexto Tecnológico

Este producto representa un segmento maduro y altamente optimizado de la tecnología de displays LED. AlInGaP es un sistema de material bien establecido para LED rojos, naranjas y ámbar de alta eficiencia. Las tendencias actuales en tecnología de displays se mueven hacia soluciones de mayor densidad y a todo color como OLEDs y micro-LEDs para gráficos complejos. Sin embargo, los displays LED de siete segmentos siguen siendo insustituibles en aplicaciones que priorizan una fiabilidad extrema, larga vida útil (a menudo superior a 100,000 horas), bajo costo, alto brillo, simplicidad de interfaz y excelente legibilidad en diversas condiciones de iluminación. Los desarrollos en este campo se centran en aumentar aún más la eficiencia (lúmenes por vatio), mejorar las relaciones de contraste y permitir corrientes de excitación aún más bajas para dispositivos IoT de ultra bajo consumo, asegurando la relevancia continua de esta tecnología en aplicaciones industriales, de instrumentación y de consumo específicas en un futuro previsible.