Hoja de Datos del Display LED de Siete Segmentos LTS-5601AJG 0.56 Pulgadas - Altura de Dígito 14.22mm - Verde AlInGaP - Documentación Técnica en Español

1. Descripción General del Producto

El LTS-5601AJG es un módulo de display alfanumérico de siete segmentos y un solo dígito de alto rendimiento. Su función principal es proporcionar una representación clara y brillante de caracteres numéricos y alfabéticos limitados en dispositivos electrónicos. La tecnología central se basa en material semiconductor de Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio (AlInGaP), diseñado específicamente para una emisión de luz de alta eficiencia en el espectro verde-amarillo. Este dispositivo está configurado como ánodo común, lo que significa que los ánodos de todos los segmentos LED están conectados internamente a pines comunes, simplificando el circuito de manejo de corriente. El display presenta una pantalla frontal gris que mejora el contraste y la legibilidad bajo diversas condiciones de iluminación ambiental al reducir los reflejos. Los segmentos emiten un color verde distintivo, elegido por su alta eficacia luminosa y excelente visibilidad para el ojo humano. Este producto está diseñado para aplicaciones que requieren una indicación numérica confiable, duradera y energéticamente eficiente.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

El display ofrece varias ventajas clave que lo hacen adecuado para una amplia gama de aplicaciones industriales y de consumo. Su bajo requerimiento de potencia es un beneficio significativo, permitiendo la integración en sistemas alimentados por batería o conscientes de la energía. El alto brillo y la relación de contraste aseguran la legibilidad incluso en entornos muy iluminados. Un amplio ángulo de visión proporciona un rendimiento visual consistente desde varias perspectivas, lo cual es crucial para medidores de panel e instrumentación. La fiabilidad de estado sólido de la tecnología LED, sin partes móviles y con alta resistencia a golpes y vibraciones, asegura una larga vida operativa. El dispositivo también está categorizado por intensidad luminosa, lo que significa que las unidades son clasificadas y probadas para cumplir criterios específicos de brillo, garantizando consistencia de rendimiento en las series de producción. Los mercados objetivo para este componente incluyen equipos de prueba y medición, paneles de control industrial, dispositivos médicos, cuadros de mando automotrices (para displays auxiliares o de posventa), electrodomésticos de consumo y cualquier sistema electrónico que requiera una lectura numérica duradera y clara.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

Esta sección proporciona un análisis objetivo y detallado de los parámetros eléctricos, ópticos y térmicos clave especificados en la hoja de datos. Comprender estos valores es crítico para un diseño de circuito adecuado y para asegurar que el display opere dentro de su ventana de rendimiento segura y óptima.

2.1 Límites Absolutos Máximos (Ratings)

Estos ratings definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente al dispositivo. No están destinados para operación normal.

• Disipación de Potencia por Segmento:70 mW. Esta es la cantidad máxima de potencia eléctrica que puede convertirse en calor (y luz) por un solo segmento sin riesgo de daño. Exceder este valor, especialmente de forma continua, puede provocar sobrecalentamiento, depreciación acelerada del lumen y eventual fallo.
• Corriente Directa Pico por Segmento:60 mA (a ciclo de trabajo 1/10, ancho de pulso 0.1ms). Este rating permite pulsos breves de corriente más alta para lograr picos momentáneos de brillo, útil para esquemas de multiplexación o resaltado. El ciclo de trabajo y ancho de pulso especificados son críticos; la corriente promedio aún debe cumplir con el rating continuo.
• Corriente Directa Continua por Segmento:25 mA (a 25°C). Esta es la corriente máxima recomendada para la iluminación en estado estable y continua de un segmento. La hoja de datos especifica un factor de derating de 0.33 mA/°C por encima de 25°C. Esto significa que si la temperatura ambiente (Ta) aumenta, la corriente continua máxima permitida debe reducirse linealmente para evitar sobrecalentamiento. Por ejemplo, a 50°C, la corriente máxima sería 25 mA - (0.33 mA/°C * 25°C) = 16.75 mA.
• Voltaje Inverso por Segmento:5 V. Los LED tienen un bajo voltaje de ruptura inversa. Aplicar un voltaje inverso mayor a 5V puede causar un aumento repentino de la corriente inversa, dañando potencialmente la unión PN.
• Rango de Temperatura de Operación y Almacenamiento:-35°C a +85°C. El dispositivo está clasificado para funcionar y almacenarse dentro de este amplio rango de temperatura, haciéndolo adecuado para entornos hostiles.
• Temperatura de Soldadura:260°C durante 3 segundos, medida a 1/16 de pulgada (≈1.6mm) por debajo del plano de asiento. Esto define el perfil de soldadura por reflujo para evitar daños térmicos a los chips LED durante el montaje.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos parámetros se miden bajo condiciones de prueba específicas (típicamente Ta=25°C) y definen el rendimiento típico del dispositivo.

• Intensidad Luminosa Promedio (I_V):320 μcd (Mín), 900 μcd (Típ) a I_F=1mA. Esta es la medida de la potencia de luz percibida emitida por un segmento. El amplio rango (Mín a Típ) indica la variación natural en la fabricación; los diseñadores deben usar el valor mínimo para cálculos de brillo en el peor caso. La corriente de prueba de 1mA es una condición estándar de baja corriente para caracterizar la eficiencia de brillo.
• Longitud de Onda de Emisión Pico (λ_p):571 nm (Típ) a I_F=20mA. Esta es la longitud de onda a la cual la distribución espectral de potencia de la luz emitida es máxima. 571 nm está en la región verde-amarilla del espectro visible.
• Ancho Medio Espectral (Δλ):15 nm (Típ). Esto indica la pureza espectral o el ancho de banda de la luz emitida. Un valor de 15 nm es relativamente estrecho, característico de los LED AlInGaP, resultando en un color verde saturado.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):572 nm (Típ). Esta es la longitud de onda única percibida por el ojo humano que mejor coincide con el color de la luz. En este caso, está muy cerca de la longitud de onda pico.
• Voltaje Directo por Segmento (V_F):2.05V (Mín), 2.6V (Típ) a I_F=20mA. Esta es la caída de voltaje a través del segmento LED cuando está operando. Es crucial para diseñar el circuito limitador de corriente. El voltaje de alimentación del driver debe ser mayor que V_F. El valor típico de 2.6V es mayor que el de los LED rojos GaAsP estándar, pero menor que el de muchos LED azules/blancos.
• Corriente Inversa por Segmento (I_R):100 μA (Máx) a V_R=5V. Esta es la corriente de fuga cuando se aplica el voltaje inverso máximo.
• Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa (I_V-m):2:1 (Máx). Esto especifica la relación máxima permitida entre el segmento más brillante y el más tenue dentro de un solo dispositivo cuando se maneja bajo condiciones idénticas (I_F=1mA). Una relación de 2:1 asegura una uniformidad razonable en la apariencia.

3. Explicación del Sistema de Binning

La hoja de datos indica que el producto está "categorizado por intensidad luminosa". Esto se refiere a un proceso de clasificación posterior a la producción conocido como "binning". Tras la fabricación, las unidades individuales se prueban y clasifican en diferentes grupos de rendimiento (bins) según parámetros clave. Para el LTS-5601AJG, la característica principal de binning es su intensidad luminosa a una corriente de prueba estándar (probablemente 1mA o 20mA). Esto garantiza que los clientes reciban unidades con niveles de brillo consistentes. Si bien la hoja de datos proporciona el rango completo Mín/Típ, los lotes de producción suelen ofrecerse dentro de bandas de intensidad más estrechas. Los diseñadores deben consultar la documentación de compra específica o al fabricante para conocer los códigos de bin disponibles. Un binning consistente es esencial para aplicaciones donde se utilizan múltiples displays uno al lado del otro, evitando diferencias de brillo notorias entre unidades.

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, podemos inferir su contenido estándar e importancia. Estas curvas representan visualmente la relación entre parámetros clave, proporcionando una visión más profunda que los datos de un solo punto.

4.1 Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva I-V)

Esta curva fundamental muestra la relación exponencial entre la corriente que fluye a través del LED y el voltaje a través de él. Ilustra gráficamente la especificación del voltaje directo (V_F). La curva mostrará un voltaje de "rodilla" (alrededor de 2V) después del cual la corriente aumenta rápidamente con un pequeño aumento en el voltaje. Esto destaca por qué los LED deben ser manejados por una fuente limitada en corriente, no por una fuente de voltaje, para prevenir la fuga térmica.

4.2 Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa

Esta curva muestra cómo la salida de luz aumenta con la corriente de manejo. Para los LED AlInGaP, la relación es generalmente lineal en un amplio rango de corrientes, pero eventualmente se vuelve sub-lineal a corrientes muy altas debido a la caída de eficiencia (aumento de la generación de calor). Esta curva ayuda a los diseñadores a elegir una corriente de operación para lograr el brillo deseado mientras equilibran eficiencia y vida útil.

4.3 Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente

Esta curva representa la dependencia térmica de la salida de luz. A medida que la temperatura de unión del LED aumenta, su intensidad luminosa típicamente disminuye. La pendiente de esta curva cuantifica la reducción térmica del brillo. Esto es crítico para diseños que operan en entornos de temperatura elevada, ya que el display puede parecer más tenue de lo esperado a temperatura ambiente.

4.4 Intensidad Relativa vs. Longitud de Onda (Espectro)

Este gráfico traza la distribución espectral de potencia, mostrando la intensidad de la luz emitida en cada longitud de onda. Se centraría alrededor de la longitud de onda pico/dominante de 571-572 nm con una forma definida por el ancho medio de 15 nm. Esta curva confirma las características de color del LED.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

El dispositivo se presenta con un dibujo detallado de las dimensiones del paquete (referenciado pero no detallado en el texto). Las características mecánicas clave incluyen una altura de dígito de 0.56 pulgadas (14.22 mm), que es un tamaño estándar para displays numéricos medianos-grandes. El paquete es del tipo de orificio pasante (DIP - Dual In-line Package) con 10 pines en un paso de 0.1 pulgadas (2.54 mm), un estándar común para un fácil montaje en PCB y prototipado manual. La cara gris y los segmentos verdes son parte del diseño del paquete. La nota "Rt. Hand Decimal" en la descripción indica la posición del punto decimal relativo al dígito. Un punto decimal a la derecha es estándar para la mayoría de los displays numéricos. El diagrama de circuito interno muestra la conexión de ánodo común: los pines 3 y 8 están conectados internamente como el ánodo común para todos los segmentos, mientras que los pines 1, 2, 4, 5, 6, 7, 9 y 10 son los cátodos individuales para los segmentos E, D, C, DP, B, A, F y G respectivamente. Esta configuración es óptima para multiplexación con un microcontrolador, donde los ánodos comunes se manejan secuencialmente (se suministran) y los cátodos se conectan a tierra a través de resistencias limitadoras de corriente para iluminar segmentos específicos.

6. Guías de Soldadura y Montaje

El manejo adecuado es esencial para mantener la fiabilidad. El límite absoluto máximo especifica una temperatura de soldadura de 260°C durante 3 segundos, medida a 1.6mm por debajo del plano de asiento. Esto se alinea con los perfiles estándar de soldadura por reflujo sin plomo (por ejemplo, IPC/JEDEC J-STD-020). Durante la soldadura por ola o la soldadura manual, se debe tener cuidado para minimizar el tiempo total de exposición al calor para evitar daños al chip LED, los alambres de unión o el paquete de plástico. Se recomienda el uso de un disipador de calor en las patillas durante la soldadura manual. Evite aplicar estrés mecánico al paquete o a las patillas. El almacenamiento debe ser en un ambiente seco y antiestático dentro del rango de temperatura especificado de -35°C a +85°C para prevenir la absorción de humedad (que puede causar "popcorning" durante el reflujo) y la degradación del material.

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Circuitos de Aplicación Típicos

El método de manejo más común para un display de ánodo común como el LTS-5601AJG es la multiplexación. En un circuito multiplexado, los pines de ánodo común (3 y 8) se conectan al colector (o drenaje) de un transistor NPN (o MOSFET de canal N) que actúa como un interruptor de lado alto. El emisor/fuente se conecta a la alimentación positiva (Vcc). La base/puerta es controlada por un pin GPIO del microcontrolador. Cada pin de cátodo de segmento se conecta a una resistencia limitadora de corriente, que luego se conecta a un segundo transistor o a un CI driver de LED dedicado (configurado como un sumidero de corriente) controlado por el microcontrolador. El microcontrolador cicla rápidamente encendiendo el transistor de ánodo de un dígito a la vez mientras establece los patrones de cátodo apropiados para ese dígito. La persistencia de la visión hace que todos los dígitos parezcan continuamente encendidos. Se utiliza una corriente directa típica de 10-20 mA por segmento, con resistencias calculadas como R = (Vcc - V_F- V_CE(sat)) / I_F. Para una alimentación de 5V, V_F=2.6V, y V_CE(sat)=0.2V, apuntando a I_F=15mA da R = (5 - 2.6 - 0.2) / 0.015 ≈ 147 Ω (usar 150 Ω).

7.2 Consideraciones de Diseño

• Limitación de Corriente:Siempre use resistencias en serie o drivers de corriente constante. Nunca conecte un LED directamente a una fuente de voltaje.
• Frecuencia de Multiplexación:Use una frecuencia de refresco lo suficientemente alta para evitar parpadeo visible, típicamente >60 Hz por dígito. Para una multiplexación de 4 dígitos, la tasa de escaneo debe ser >240 Hz.
• Corriente Pico en Multiplexación:Dado que cada dígito solo está encendido una fracción del tiempo (ciclo de trabajo = 1/N para N dígitos), la corriente instantánea por segmento puede establecerse más alta que el rating continuo de CC para lograr un brillo promedio deseado, pero no debe exceder el rating de corriente directa pico. Por ejemplo, en una multiplexación de 4 dígitos (1/4 de ciclo), para lograr un brillo promedio equivalente a 10mA CC, se podría manejar con pulsos de 40mA, lo cual está dentro del rating pico de 60mA.
• Ángulo de Visión:Posicione el display considerando su amplio ángulo de visión para asegurar la legibilidad para el usuario final.
• Protección ESD:Aunque no se establece explícitamente como sensible, es recomendable tomar precauciones estándar contra ESD durante el manejo y montaje para todos los dispositivos semiconductores.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

El LTS-5601AJG se diferencia principalmente por el uso de la tecnología AlInGaP. En comparación con tecnologías más antiguas como el GaAsP estándar (Fosfuro de Arsénico de Galio) utilizado para LED rojos y amarillos, AlInGaP ofrece una eficiencia luminosa significativamente mayor, resultando en displays más brillantes para la misma corriente de entrada, o brillo equivalente a menor potencia. También proporciona mejor estabilidad térmica y saturación de color. En comparación con los LED verdes GaP (Fosfuro de Galio), el verde AlInGaP típicamente tiene un color verde más puro (longitud de onda más corta) y mayor eficiencia. En comparación con los LED modernos de InGaN (Nitruro de Indio y Galio) azules/verdes/blancos, AlInGaP es generalmente más eficiente en el espectro rojo-ámbar-amarillo-verde pero no puede producir luz azul o blanca. Para un display numérico verde puro, AlInGaP representa una opción tecnológica madura y de alto rendimiento. Su configuración de ánodo común también es una ventaja práctica para sistemas basados en microcontroladores, ya que simplifica el lado de suministro del circuito de manejo.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros)

9.1 ¿Cuál es el propósito de tener dos pines de ánodo común (3 y 8)?

Los dos pines están conectados internamente. Este diseño sirve para múltiples propósitos: 1) Proporciona simetría y estabilidad mecánica para el paquete. 2) Permite una mejor distribución de corriente, reduciendo la densidad de corriente a través de un solo pin, lo cual es beneficioso para aplicaciones de alto brillo. 3) Ofrece flexibilidad en el diseño del PCB; el diseñador puede elegir conectar uno o ambos pines al circuito de manejo.

9.2 ¿Puedo manejar este display con un sistema de microcontrolador de 3.3V?

Sí, pero se necesita un diseño cuidadoso. El voltaje directo típico (2.6V) es menor que 3.3V, por lo que es posible. Sin embargo, el margen de voltaje (3.3V - 2.6V = 0.7V) es bajo para una simple resistencia en serie. Esta pequeña caída de voltaje significa que variaciones menores en V_Fo en el voltaje de alimentación causarán grandes cambios en la corriente. Para una operación estable, es mejor usar un CI driver de LED de corriente constante dedicado o una fuente de corriente basada en transistores que pueda operar con un bajo margen de voltaje, en lugar de una simple resistencia.

9.3 ¿Cómo calculo el consumo total de potencia del display?

Para un display estático (no multiplexado) con todos los segmentos y el punto decimal encendidos: Potencia = Número_de_segmentos_encendidos * I_F* V_F. Para 8 segmentos (7+DP) a I_F=20mA y V_F=2.6V, P = 8 * 0.02 * 2.6 = 0.416 W. En una aplicación multiplexada, la potencia promedio es la suma de la potencia en cada segmento encendido promediada en el tiempo. Para una multiplexación de 4 dígitos con un dígito activo a la vez, la corriente promedio por segmento es I_F/ 4.

10. Caso Práctico de Diseño

Escenario:Diseñar un display simple de voltímetro de 4 dígitos usando un microcontrolador.

Implementación:Se utilizan cuatro displays LTS-5601AJG. Los ánodos comunes de cada dígito se conectan a cuatro pines GPIO separados a través de transistores NPN (por ejemplo, 2N3904). Los ocho cátodos de segmento (A-G y DP) de los cuatro displays se conectan juntos y luego se conectan a otros ocho pines GPIO a través de resistencias limitadoras de corriente de 150Ω. El microcontrolador mide un voltaje con su ADC, lo convierte a un número decimal y extrae cuatro dígitos. Luego entra en un bucle continuo: apaga todos los transistores de ánodo, establece el patrón de cátodo para el valor del Dígito 1, enciende el transistor de ánodo del Dígito 1, espera un corto tiempo (~2ms), luego repite para los Dígitos 2, 3 y 4. Este ciclo se repite a una tasa de más de 100 Hz, haciendo que el display parezca sólido. El brillo se controla por el valor de la resistencia limitadora de corriente y/o el ciclo de trabajo (tiempo de encendido) dentro del período de cada dígito.

11. Principio de Funcionamiento

El LTS-5601AJG se basa en el principio de electroluminiscencia en una unión PN semiconductor. La región activa está compuesta de capas de AlInGaP crecidas sobre un sustrato de GaAs no transparente. Cuando se aplica un voltaje de polarización directa que excede el potencial incorporado de la unión (ánodo positivo relativo al cátodo), los electrones del material tipo N y los huecos del material tipo P se inyectan en la región activa. Allí, se recombinan, liberando energía en forma de fotones. La composición específica de la aleación AlInGaP determina la energía de la banda prohibida, que a su vez dicta la longitud de onda (color) de la luz emitida—en este caso, verde (~572 nm). El sustrato no transparente ayuda a reflejar la luz emitida hacia afuera, mejorando la eficiencia general de extracción de luz. El filtro frontal gris absorbe la luz ambiental, aumentando el contraste al reducir los reflejos del material subyacente.

12. Tendencias Tecnológicas

La tecnología AlInGaP es una solución madura y altamente optimizada para LED rojos, ámbar y verdes puros de alta eficiencia. Las tendencias actuales en tecnología de displays para tales indicadores incluyen un impulso continuo hacia una eficacia luminosa aún mayor (más lúmenes por vatio) para permitir un menor consumo de energía y una reducción en la generación de calor. También hay un desarrollo continuo en el empaquetado para permitir corrientes de manejo máximas más altas y una mejor gestión térmica, permitiendo displays más brillantes. Además, la integración es una tendencia clave; mientras que los displays discretos de siete segmentos siguen siendo populares por su simplicidad y rentabilidad, hay un mercado creciente para módulos de display integrados que incluyen el CI driver, una interfaz de microcontrolador (como I2C o SPI) y, a veces, incluso un generador de caracteres, simplificando el proceso de diseño para los ingenieros finales. Sin embargo, para aplicaciones que requieren personalización, alto brillo o factores de forma mecánicos específicos, los componentes discretos como el LTS-5601AJG continúan siendo una opción vital y confiable.