Hoja de Datos de Display LED de Siete Segmentos de 0.56 Pulgadas - Altura de Dígito 14.22mm - Voltaje Directo 2.6V - Potencia 70mW - Color Rojo Super - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

Este documento detalla las especificaciones de un display LED de siete segmentos con una altura de dígito de 0.56 pulgadas (14.22mm). El dispositivo está diseñado para aplicaciones que requieren lecturas numéricas claras y fiables con bajo consumo de energía. Su filosofía de diseño central se basa en proporcionar un excelente rendimiento visual mediante un alto brillo y contraste, manteniendo al mismo tiempo la fiabilidad propia del estado sólido.

El display utiliza tecnología semiconductora avanzada de AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio) para sus segmentos emisores de luz. Este sistema de materiales es conocido por producir luz roja y ámbar de alta eficiencia. Los chips específicos utilizados se fabrican sobre un sustrato de GaAs (Arseniuro de Galio) no transparente, lo que ayuda a mejorar el contraste al minimizar la dispersión y reflexión interna de la luz. El producto final presenta una placa frontal gris claro con segmentos blancos, una combinación elegida para mejorar la legibilidad bajo diversas condiciones de iluminación.

2. Análisis en Profundidad de los Parámetros Técnicos

2.1 Características Fotométricas y Ópticas

El rendimiento óptico se caracteriza bajo condiciones de prueba estándar a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C. El parámetro clave, la Intensidad Luminosa Promedio (Iv), tiene un valor típico de 700 µcd (microcandelas) cuando se alimenta con una corriente directa (IF) de 1mA por segmento, con un valor mínimo especificado de 320 µcd. Esta medición se toma utilizando un sensor y un filtro calibrados según la curva de respuesta del ojo fotópico CIE, asegurando que el valor se correlacione con la percepción visual humana.

Las características de color se definen por la longitud de onda. La Longitud de Onda de Emisión Pico (λp) es típicamente de 639 nm, mientras que la Longitud de Onda Dominante (λd) es típicamente de 631 nm, ambas medidas a IF=20mA. La diferencia entre estos dos valores y el Ancho Medio de Línea Espectral (Δλ) de 20 nm describen la pureza espectral y el tono específico de luz roja emitida, que cae en la categoría "rojo super", ofreciendo una alta visibilidad.

Se especifica una Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa (IV-m) de 2:1 (máximo). Esta relación indica la variación máxima permitida en el brillo entre los diferentes segmentos de un mismo dispositivo cuando se alimentan en condiciones idénticas, asegurando una apariencia uniforme al mostrar números.

2.2 Características Eléctricas y Térmicas

Los parámetros eléctricos destacan la idoneidad del dispositivo para sistemas de baja potencia. El Voltaje Directo por Segmento (VF) varía entre 2.0V y 2.6V a una corriente de accionamiento de 1mA. La Corriente Inversa por Segmento (IR) está limitada a un máximo de 100 µA cuando se aplica un voltaje inverso (VR) de 5V, lo que indica las características de fuga de la unión.

Los límites térmicos y de potencia se definen en los Valores Máximos Absolutos. La Corriente Directa Continua por Segmento tiene una clasificación de 25 mA, pero esta debe reducirse linealmente a partir de 25°C a una tasa de 0.33 mA/°C a medida que aumenta la temperatura ambiente. La Disipación de Potencia por Segmento no debe exceder los 70 mW. Para operación pulsada, se permite una Corriente Directa Pico de 90 mA bajo un ciclo de trabajo de 1/10 con un ancho de pulso de 0.1ms. El dispositivo está clasificado para un Rango de Temperatura de Operación y Almacenamiento de -35°C a +85°C.

3. Sistema de Clasificación y Selección

La hoja de datos indica que los dispositivos están "Categorizados por Intensidad Luminosa". Esto implica un proceso de clasificación (binning) donde las unidades fabricadas se clasifican según su salida de luz medida (Iv) en diferentes grupos o "bins". Esto permite a los diseñadores seleccionar componentes con niveles de brillo consistentes para su aplicación, lo cual es crucial para displays de múltiples dígitos donde la uniformidad es clave. Aunque los códigos de bin específicos no se enumeran en este resumen, los bins típicos definirían rangos para la intensidad luminosa (por ejemplo, 500-600 µcd, 600-700 µcd) y posiblemente para el voltaje directo.

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 tales dispositivos normalmente incluirían:

• Intensidad Luminosa Relativa vs. Corriente Directa (Curva I-V):Este gráfico muestra cómo aumenta la salida de luz con la corriente de accionamiento. Suele ser no lineal, con la eficiencia disminuyendo a corrientes muy altas.
• Voltaje Directo vs. Corriente Directa:Esto muestra la característica I-V del diodo, importante para diseñar el circuito limitador de corriente.
• Intensidad Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Esta curva demuestra cómo disminuye la salida de luz a medida que aumenta la temperatura de la unión, un factor crítico para la gestión térmica en los diseños.
• Distribución Espectral:Un gráfico que muestra la intensidad relativa de la luz emitida a través de diferentes longitudes de onda, centrada alrededor de la longitud de onda pico de ~639 nm.

Estas curvas son esenciales para comprender el comportamiento del dispositivo en condiciones no estándar y para optimizar el circuito de accionamiento para eficiencia y longevidad.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones Físicas y Contorno

Las dimensiones del paquete del dispositivo se proporcionan en un dibujo (referenciado pero no detallado en el texto). Todas las dimensiones se especifican en milímetros con una tolerancia estándar de ±0.25 mm a menos que se indique lo contrario. La altura de dígito de 0.56 pulgadas (14.22mm) define el tamaño general del carácter. El paquete es una configuración estándar de un solo dígito y 10 pines, común para displays de siete segmentos con un punto decimal a la derecha.

5.2 Configuración de Pines e Identificación de Polaridad

El display tiene una configuración de Cátodo Común, lo que significa que los cátodos (terminales negativos) de todos los segmentos LED están conectados internamente y salen a pines comunes. Este es un diseño común para el accionamiento multiplexado. La conexión de pines se define explícitamente:

1. Ánodo E
2. Ánodo D
3. Cátodo Común
4. Ánodo C
5. Ánodo D.P. (Punto Decimal)
6. Ánodo B
7. Ánodo A
8. Cátodo Común
9. Ánodo F
10. Ánodo G

Los pines 3 y 8 son ambos Cátodos Comunes. El diagrama de circuito interno muestra el diseño estándar de siete segmentos más punto decimal, con el ánodo de cada segmento conectado a su respectivo pin y todos los cátodos unidos a los pines comunes.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

Un parámetro clave de montaje especificado es el perfil de temperatura de soldadura. El dispositivo puede soportar una temperatura de soldadura de 260°C durante 3 segundos, medida a 1/16 de pulgada (aproximadamente 1.59mm) por debajo del plano de asiento del paquete. Este es un parámetro crítico para procesos de soldadura por ola o reflujo para prevenir daños térmicos en los chips LED o en el paquete de plástico. Los diseñadores deben asegurarse de que su proceso de montaje no exceda esta combinación tiempo-temperatura. Para el almacenamiento, se debe mantener el rango especificado de -35°C a +85°C en un ambiente seco para prevenir la absorción de humedad.

7. Recomendaciones de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

Este display es ideal para dispositivos portátiles alimentados por batería, paneles de instrumentación, electrónica de consumo y controles industriales donde se requiere una lectura numérica clara y de bajo consumo. Ejemplos incluyen multímetros, temporizadores, básculas, dispositivos médicos y paneles de control de electrodomésticos. Su operación a baja corriente (hasta 1mA por segmento) lo hace adecuado para sistemas controlados por microcontroladores donde los pines GPIO a menudo pueden suministrar o absorber una corriente limitada.

7.2 Consideraciones de Diseño y Circuitos

Al diseñar el circuito de accionamiento, los siguientes puntos son cruciales:

• Limitación de Corriente:Siempre utilice resistencias limitadoras de corriente en serie para cada ánodo de segmento. El valor de la resistencia se calcula en función del voltaje de alimentación (Vcc), el voltaje directo del LED (Vf, utilice el valor máximo por seguridad) y la corriente directa deseada (If): R = (Vcc - Vf) / If.
• Multiplexación:Para displays de múltiples dígitos, un esquema de accionamiento multiplexado es estándar. Los cátodos comunes de cada dígito se conmutan secuencialmente (escaneados) mientras que los ánodos para los segmentos deseados se accionan en sincronía. Esto reduce el número de pines de microcontrolador requeridos y el consumo total de energía. La corriente pico durante el corto tiempo de encendido puede ser mayor que la clasificación en CC, como lo permite la especificación de corriente pico (90mA a 1/10 de ciclo de trabajo).
• Interfaz con Microcontrolador:El display puede ser accionado directamente desde los pines GPIO de un microcontrolador si la corriente por segmento está dentro de la capacidad de accionamiento del pin del MCU (típicamente 20-25mA). Para mayor brillo o multiplexación con más dígitos, se recomiendan controladores externos (por ejemplo, arreglos de transistores o circuitos integrados controladores de LED dedicados).
• Ángulo de Visión:La característica de "Amplio Ángulo de Visión" significa que el display permanece legible desde posiciones fuera del eje, lo cual es importante para paneles vistos desde varios ángulos.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

Los principales factores diferenciadores de este display son el uso de tecnología AlInGaP y su rendimiento optimizado a baja corriente. En comparación con la tecnología LED más antigua de GaAsP o GaP, AlInGaP ofrece una eficiencia luminosa significativamente mayor, lo que resulta en una salida más brillante a la misma corriente o un brillo equivalente a menor corriente. Las pruebas explícitas y la selección por "excelentes características a baja corriente" y la coincidencia de segmentos son garantías clave de calidad. La capacidad de operar eficazmente a corrientes tan bajas como 1mA por segmento es una ventaja distintiva para diseños de ultra bajo consumo frente a displays que requieren 5-20mA para un brillo adecuado.

9. Preguntas Frecuentes (FAQ)

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

R: La longitud de onda pico (λp) es la longitud de onda a la que el espectro de luz emitida tiene su máxima intensidad. La longitud de onda dominante (λd) es la longitud de onda de una luz monocromática pura que parecería tener el mismo color para el ojo humano que la luz del LED. λd es más relevante para la percepción del color.

P: ¿Puedo accionar este display sin resistencias limitadoras de corriente?

R: No. Los LED son dispositivos accionados por corriente. Conectarlos directamente a una fuente de voltaje hará que fluya una corriente excesiva, pudiendo destruir el LED instantáneamente debido a un sobreesfuerzo térmico. Una resistencia en serie o un circuito de corriente constante es obligatorio.

P: La hoja de datos muestra dos pines de cátodo común (3 y 8). ¿Necesito conectar ambos?

R: Sí, para un rendimiento óptimo y una distribución de corriente adecuada, ambos pines de cátodo común deben conectarse a tierra (o al sumidero de corriente) en su circuito. Esto ayuda a equilibrar la carga térmica y asegura un brillo uniforme de los segmentos.

P: ¿Cómo calculo el valor de resistencia apropiado para una alimentación de 5V y una corriente de segmento de 10mA?

R: Usando el Vf máximo de 2.6V: R = (5V - 2.6V) / 0.01A = 240 Ohmios. Se usaría el valor estándar más cercano (220 o 270 Ohmios). Siempre verifique que el brillo real cumpla con sus necesidades.

10. Estudio de Caso de Diseño y Uso

Escenario: Diseñando un temporizador digital de 4 dígitos alimentado por batería.

El objetivo es maximizar la duración de la batería manteniendo una buena legibilidad. El display será accionado por un microcontrolador de bajo consumo utilizando un esquema de multiplexación.

Implementación:Los cátodos comunes de los cuatro dígitos se conectan a cuatro transistores NPN (o un circuito integrado de arreglo de transistores) controlados por pines del MCU. Los siete ánodos de segmento (A-G) y el punto decimal se conectan a pines de salida del MCU a través de resistencias limitadoras de corriente individuales. El MCU ejecuta una interrupción de temporizador (por ejemplo, a 1kHz). En cada ciclo de interrupción, apaga todos los cátodos de dígito, establece los pines de ánodo al patrón de segmentos para el siguiente dígito en secuencia, y luego enciende el transistor de cátodo de ese dígito. Esto cicla rápidamente a través de los cuatro dígitos, creando la ilusión de que todos los dígitos están encendidos simultáneamente.

Optimización de Potencia:Al accionar cada segmento a solo 2-3mA (bien dentro de las especificaciones) y utilizando un ciclo de trabajo de multiplexación 1:4, la corriente promedio por segmento es muy baja, extendiendo significativamente la duración de la batería en comparación con un accionamiento estático (no multiplexado). La alta eficiencia de los LED AlInGaP asegura que el display permanezca claramente visible incluso a estas corrientes promedio bajas.

11. Introducción al Principio Técnico

Un display LED de siete segmentos es un conjunto de Diodos Emisores de Luz (LED) individuales dispuestos en un patrón de figura ocho. Cada uno de los siete segmentos principales (etiquetados de la A a la G) es un LED separado, y un LED adicional sirve como punto decimal (DP). Al iluminar selectivamente combinaciones específicas de estos segmentos, se pueden formar todos los dígitos decimales (0-9) y algunas letras.

El principio subyacente de la emisión de luz es la electroluminiscencia en una unión p-n de semiconductor. Cuando se aplica un voltaje directo que excede el voltaje de banda prohibida del diodo, los electrones de la región tipo n se recombinan con los huecos de la región tipo p en la capa activa (en este caso, hecha de AlInGaP). Esta recombinación libera energía en forma de fotones (luz). La longitud de onda específica (color) de la luz está determinada por la energía de la banda prohibida del material semiconductor. AlInGaP tiene una banda prohibida correspondiente a la luz roja/naranja/ámbar. El sustrato de GaAs no transparente absorbe la luz dispersa, mejorando el contraste al evitar que se disperse por los lados o la parte posterior del chip.

12. Tendencias y Contexto Tecnológico

Si bien existen tecnologías de display más nuevas como OLED y LED de matriz de puntos de alta resolución, el display LED de siete segmentos sigue siendo una solución robusta, rentable y altamente confiable para aplicaciones que requieren una salida numérica simple. La tendencia dentro de este segmento es hacia una mayor eficiencia (más luz por vatio), menores voltajes de operación para coincidir con los niveles lógicos modernos y una mejor consistencia (clasificación más estricta). La tecnología AlInGaP representa un paso significativo en eficiencia sobre los materiales más antiguos. Además, hay un creciente énfasis en displays que funcionan bien con corrientes de accionamiento muy bajas para permitir dispositivos de Internet de las Cosas (IoT) energéticamente eficientes y alimentados por batería. El dispositivo descrito en esta hoja de datos, con su enfoque en la operación a baja corriente y la intensidad luminosa categorizada, se alinea bien con estas tendencias de la industria hacia la eficiencia, la fiabilidad y la flexibilidad de diseño para la electrónica portátil.