Hoja de Datos Técnica del Display LED Verde AlInGaP LTS-547AJG de 0.52 Pulgadas - Altura de Dígito 13.2mm - Voltaje Directo 2.6V

1. Descripción General del Producto

El LTS-547AJG es un módulo de display alfanumérico de un dígito y siete segmentos de alto rendimiento, diseñado para aplicaciones que requieren una indicación numérica clara y brillante. Su función principal es proporcionar una lectura digital altamente legible. La tecnología central utiliza material semiconductor de AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio) para los chips emisores de luz, conocido por producir luz verde de alta eficiencia. El dispositivo presenta una cara gris con marcas de segmentos blancas, optimizando el contraste para mejorar la legibilidad bajo diversas condiciones de iluminación. Está construido como un display de tipo cátodo común, lo que significa que todos los cátodos de los segmentos LED individuales están conectados internamente a pines comunes, simplificando el diseño del circuito de excitación. Este display se clasifica como un componente libre de plomo, cumpliendo con directivas ambientales como RoHS.

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 alto brillo y excelente relación de contraste garantizan la visibilidad incluso en entornos muy iluminados. El amplio ángulo de visión permite leer el carácter mostrado desde varias posiciones sin una pérdida significativa de luminancia o claridad. El dispositivo cuenta con la fiabilidad del estado sólido, lo que significa que no tiene partes móviles y es resistente a impactos y vibraciones en comparación con otras tecnologías de visualización. Presenta un bajo requerimiento de potencia, lo que lo hace ideal para dispositivos alimentados por batería o de alta eficiencia energética. Los segmentos continuos y uniformes proporcionan una apariencia de carácter limpia y profesional. Los mercados objetivo típicos incluyen equipos de prueba y medición, paneles de control industrial, dispositivos médicos, cuadros de mando automotrices (para displays secundarios), electrodomésticos de consumo y cualquier dispositivo electrónico que requiera una lectura numérica compacta y fiable.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

Esta sección proporciona una interpretación objetiva y detallada de los parámetros eléctricos y ópticos clave especificados en la hoja de datos. Comprender estos parámetros es crucial para un diseño de circuito adecuado y para garantizar la fiabilidad a largo plazo.

2.1 Límites Absolutos Máximos

Estos límites definen los niveles de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se garantiza el funcionamiento en o más allá de estos límites y debe evitarse.

• Disipación de Potencia por Segmento:70 mW máximo. Esta es la potencia máxima que puede disiparse de forma segura como calor por un solo segmento LED en funcionamiento continuo. Exceder esto puede provocar sobrecalentamiento y degradación acelerada del chip LED.
• Corriente Directa de Pico por Segmento:60 mA máximo, pero solo bajo condiciones de pulso específicas (ciclo de trabajo 1/10, ancho de pulso 0.1 ms). Esta especificación es para pulsos breves de alta corriente utilizados en esquemas de multiplexación, no para funcionamiento continuo en CC.
• Corriente Directa Continua por Segmento:25 mA máximo a 25°C. Este es el parámetro clave para diseñar la corriente de excitación en CC. Es crucial destacar que esta especificación se reduce linealmente por encima de 25°C a una tasa de 0.33 mA/°C. Por ejemplo, a una temperatura ambiente (Ta) de 85°C, la corriente continua máxima permitida sería: 25 mA - ((85°C - 25°C) * 0.33 mA/°C) = 25 mA - 19.8 mA =5.2 mA. Esta reducción es esencial para la gestión térmica.
• Voltaje Inverso por Segmento:5 V máximo. Aplicar un voltaje de polarización inversa superior a este puede causar ruptura y fallo de la unión LED.
• Rango de Temperatura de Operación y Almacenamiento:-35°C a +105°C. El dispositivo puede funcionar y almacenarse dentro de este amplio rango de temperatura.
• Temperatura de Soldadura:Máximo 260°C durante un máximo de 3 segundos, medido a 1.6 mm por debajo del plano de asiento. Esto es crítico para los procesos de soldadura por ola o reflujo para evitar daños en el encapsulado plástico o en las uniones internas.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos son los parámetros de funcionamiento típicos medidos a Ta=25°C y en condiciones de prueba especificadas. Definen el rendimiento esperado del dispositivo.

• Intensidad Luminosa Promedio (I_V):320 μcd (mín), 750 μcd (típ) a I_F=1mA. Esta es una medida de la salida de luz. El amplio rango indica un proceso de clasificación (binning); los dispositivos se categorizan en función de su intensidad medida real.
• Longitud de Onda de Emisión de Pico (λ_p):571 nm (típ) a I_F=20mA. Esta es la longitud de onda a la que la intensidad de la luz emitida es más alta, situándola en la región verde del espectro visible.
• Ancho Medio Espectral (Δλ):15 nm (típ). Esto indica la pureza espectral o la dispersión de longitudes de onda emitidas. Un valor de 15nm es típico para un LED verde AlInGaP, lo que resulta en un color verde relativamente puro.
• 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 emitida, muy cercana a la longitud de onda de pico.
• Voltaje Directo por Segmento (V_F):2.05V (mín), 2.6V (máx) a I_F=20mA. Esta es la caída de voltaje a través del LED durante su funcionamiento. Los diseñadores deben asegurarse de que el circuito de excitación pueda proporcionar suficiente voltaje para superar esta caída a la corriente deseada. La variación requiere métodos de excitación de limitación de corriente, no de limitación de voltaje.
• Corriente Inversa por Segmento (I_R):100 μA (máx) a V_R=5V. Esta es la pequeña corriente de fuga que fluye cuando el LED está polarizado inversamente dentro de su límite 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 excita en condiciones idénticas (I_F=1mA). Una relación de 2:1 asegura una apariencia uniforme del dígito.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

La hoja de datos indica que el dispositivo está \"Categorizado por Intensidad Luminosa\". Esto se refiere a un proceso de clasificación o selección (binning) realizado durante la fabricación. Debido a las variaciones inherentes en el crecimiento epitaxial del semiconductor y el proceso de fabricación del chip, los LED del mismo lote de producción pueden tener características ópticas y eléctricas ligeramente diferentes. Para garantizar la consistencia para el usuario final, los fabricantes prueban y clasifican (bin) los LED en grupos con parámetros estrechamente coincidentes. Para el LTS-547AJG, el parámetro principal de clasificación es laIntensidad Luminosa, como lo evidencian los valores Mín (320 μcd) y Típ (750 μcd). Los dispositivos se prueban en la condición estándar (I_F=1mA) y se agrupan en categorías de intensidad. Los clientes pueden solicitar categorías específicas para aplicaciones que requieren un emparejamiento estricto de brillo entre múltiples displays. El voltaje directo (V_F) también tiene un rango especificado (2.05V a 2.6V), lo que puede implicar una clasificación secundaria o se garantiza como una especificación máxima/mínima.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Si bien el extracto del PDF menciona \"Curvas Típicas de Características Eléctricas / Ópticas\" en la página final, las curvas específicas no se incluyen en el texto proporcionado. Típicamente, dicha hoja de datos incluiría gráficos esenciales para un análisis de diseño en profundidad. Basándonos en las convenciones estándar de las hojas de datos de LED, se esperarían las siguientes curvas y se proporciona su análisis:

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

Este gráfico muestra la relación entre la corriente que fluye a través del LED y el voltaje a través de él. Para un LED, esta es una curva exponencial. El voltaje de \"rodilla\" es donde la corriente comienza a aumentar significativamente; esto está cerca del V_Ftípico de 2.6V a 20mA. La curva demuestra por qué los LED deben ser excitados con una fuente limitada de corriente; un pequeño aumento en el voltaje más allá de la rodilla resulta en un gran aumento de corriente, potencialmente destructivo. La pendiente de la curva también se relaciona con la resistencia dinámica del LED.

4.2 Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa

Este gráfico muestra cómo la salida de luz (intensidad) aumenta con la corriente de excitación. Para los LED AlInGaP, la relación es generalmente lineal en un rango de corriente moderado, pero puede ser sub-lineal a corrientes muy altas debido a la caída de eficiencia (calentamiento y otros efectos no radiativos). Esta curva ayuda a los diseñadores a elegir una corriente de operación que proporcione el brillo requerido sin sobrecargar excesivamente el LED o reducir su eficiencia.

4.3 Intensidad Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente

Esta es una de las curvas más críticas para la fiabilidad. Muestra cómo la salida de luz disminuye a medida que aumenta la temperatura ambiente (o de unión). Los LED AlInGaP son particularmente sensibles a la temperatura, con una salida que cae significativamente al aumentar la temperatura. Esta curva, combinada con la especificación de reducción de corriente, informa las decisiones de gestión térmica. Si el display se usa en un entorno caliente, es posible que tanto la corriente deba reducirse (reducción) como el brillo esperado será menor.

4.4 Distribución Espectral

Un gráfico que traza la intensidad relativa frente a la longitud de onda. Mostraría un pico alrededor de 571-572 nm con un ancho característico (el ancho medio de 15 nm). Esta curva confirma el punto de color verde y es importante para aplicaciones donde se requieren coordenadas de color específicas.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Dimensiones del Encapsulado

El dispositivo tiene un contorno estándar de siete segmentos y un dígito. Las dimensiones clave del dibujo (no detalladas completamente en el texto) típicamente incluyen la altura total, el ancho y la profundidad, la altura del dígito (especificada como 0.52 pulgadas o 13.2 mm), las dimensiones de los segmentos y el espaciado de las patillas (pines). Las notas especifican que todas las dimensiones están en milímetros con una tolerancia estándar de ±0.25 mm a menos que se indique lo contrario. Una nota específica menciona una tolerancia de desplazamiento de la punta del pin de +0.4 mm, lo cual es importante para la colocación de los orificios en la PCB y los procesos de soldadura por ola para garantizar una alineación adecuada.

5.2 Pinout e Identificación de Polaridad

El display tiene 10 pines con un paso de 0.1 pulgadas (2.54 mm), dispuestos en dos filas. Se proporciona la tabla de conexión de pines:

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

El dispositivo utiliza una configuración decátodo común. Hay dos pines de cátodo común (3 y 8), que están conectados internamente. Esto permite flexibilidad en el enrutamiento de la PCB y puede ayudar a distribuir la corriente. Para iluminar un segmento, su pin de ánodo correspondiente debe ser excitado a un voltaje positivo en relación con el/los cátodo(s) común(es), que debe(n) estar conectado(s) a tierra (o a un voltaje más bajo). El punto decimal es un LED separado con su propio ánodo (pin 5).

5.3 Diagrama de Circuito Interno

El esquema proporcionado en la hoja de datos confirma visualmente la arquitectura de cátodo común. Muestra ocho chips LED independientes (segmentos A-G más el punto decimal). Todos los cátodos (lados negativos) están unidos y salen a los pines 3 y 8. Cada ánodo (lado positivo) sale a su respectivo pin. Este diagrama es esencial para comprender cómo conectar el display a un microcontrolador o un CI controlador.

6. Guías de Soldadura y Montaje

El cumplimiento de estas guías es crítico para prevenir daños durante el proceso de montaje en PCB.

• Método de Soldadura:El dispositivo es adecuado para procesos de soldadura por ola o soldadura por reflujo.
• Perfil de Temperatura:La temperatura máxima absoluta de soldadura es 260°C. Esta temperatura no debe excederse en la interfaz pata/junta de soldadura. Para reflujo, el perfil estándar para ensamblajes sin plomo (temperatura máxima ~245-250°C) es apropiado, pero el tiempo por encima del líquido debe controlarse.
• Tiempo de Exposición:El tiempo máximo de exposición a la temperatura máxima es de 3 segundos. Una exposición prolongada puede derretir el encapsulado plástico o dañar las uniones internas de alambre.
• Punto de Medición:La temperatura se mide a 1.6 mm por debajo del plano de asiento (el punto donde la pata sale del cuerpo plástico). Esto suele ser más frío que la temperatura de la almohadilla de la PCB.
• Limpieza:Si se requiere limpieza, use solventes compatibles con el material del encapsulado plástico del LED para evitar agrietamientos o empañamientos.
• Manejo:Evite el estrés mecánico en las patillas. Use las precauciones adecuadas contra descargas electrostáticas (ESD) durante el manejo y el montaje.
• Condiciones de Almacenamiento:Almacene en un entorno seco y antiestático dentro del rango de temperatura especificado (-35°C a +105°C). Evite la exposición a humedad excesiva; si los dispositivos se almacenan en entornos de alta humedad, puede ser necesario un horneado antes de la soldadura para prevenir el \"efecto palomita\" durante el reflujo.

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Circuitos de Aplicación Típicos

El LTS-547AJG requiere un mecanismo externo de limitación de corriente. El método de excitación más simple utiliza un pin GPIO de un microcontrolador conectado al ánodo del segmento a través de una resistencia limitadora de corriente, con el cátodo común conectado a tierra. El valor de la resistencia se calcula usando R = (V_fuente- V_F) / I_F. Para una fuente de 5V y una I_Fdeseada de 20mA con un V_Ftípico de 2.6V: R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 Ω. Se usaría una resistencia de 120Ω. Para multiplexar múltiples dígitos, se utilizan CI controladores dedicados (como el MAX7219 o TM1637) o matrices de transistores para absorber la mayor corriente combinada del cátodo.

7.2 Consideraciones de Diseño

• Limitación de Corriente:Utilice siempre resistencias en serie o controladores de corriente constante. Nunca conecte un LED directamente a una fuente de voltaje.
• Multiplexación:Al excitar múltiples dígitos, se puede utilizar la especificación de corriente de pico pulsada (60mA a 1/10 de ciclo de trabajo) para los ánodos de los segmentos, pero la corriente promedio por segmento no debe exceder la especificación continua en CC cuando se promedia en el tiempo.
• Disipación de Calor:Considere el entorno de operación. Si el display está en un espacio cerrado o a una temperatura ambiente alta, reduzca la corriente de operación en consecuencia usando la regla de 0.33 mA/°C para garantizar la longevidad.
• Ángulo de Visión:El amplio ángulo de visión es una ventaja, pero para una legibilidad óptima, posicione el display de modo que la línea de visión típica del observador sea aproximadamente perpendicular a la cara.
• Diseño de PCB:Asegúrese de que la huella coincida con el dibujo dimensional. Los dos pines de cátodo común pueden unirse en la PCB para reducir la resistencia de traza y mejorar la distribución de corriente.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con otras tecnologías de display de siete segmentos, el LTS-547AJG ofrece ventajas específicas:

• vs. LED Rojos GaAsP o GaP:La tecnología AlInGaP ofrece una eficiencia luminosa significativamente mayor, lo que resulta en displays más brillantes para la misma corriente de excitación. La luz verde (alrededor de 570 nm) también está cerca del pico de sensibilidad de la curva de visión fotópica humana, lo que la hace aparecer subjetivamente más brillante que la roja con la misma potencia radiante.
• vs. Displays LCD:Los LED son emisivos (producen su propia luz), lo que los hace claramente visibles en la oscuridad sin retroiluminación. Tienen un tiempo de respuesta mucho más rápido, un rango de temperatura de operación más amplio y no son susceptibles a la retención de imagen o a una respuesta lenta a bajas temperaturas.
• vs. VFD (Displays Fluorescentes de Vacío):Los LED son más robustos, requieren voltajes de operación mucho más bajos (3-5V vs. 20-50V para VFD) y tienen un circuito de excitación más simple. Tampoco requieren potencia de filamento.
• Dentro de los Displays AlInGaP:Los diferenciadores clave del LTS-547AJG son su altura de dígito específica de 0.52\", su configuración de cátodo común, su diseño de cara gris/segmentos blancos para contraste y su garantía de categorización por intensidad luminosa, proporcionando un nivel de consistencia de brillo.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P1: ¿Puedo excitar este display con lógica de 3.3V?

R: Sí, pero debe verificar el voltaje directo. Con un V_Ftípico de 2.6V, solo hay un margen de 0.7V (3.3V - 2.6V). Una resistencia limitadora de corriente sería muy pequeña: R = (3.3 - 2.6)/0.02 = 35 Ω. A corrientes bajas (por ejemplo, 5mA), funciona bien. Para el brillo completo a 20mA, asegúrese de que su rail de 3.3V sea estable y pueda suministrar la corriente. Se recomienda un controlador de corriente constante para sistemas de 3.3V.

P2: ¿Por qué hay dos pines de cátodo común?

R: Se utilizan dos pines para distribuir la corriente total del cátodo, que puede ser la suma de hasta 8 segmentos (si todos están encendidos). Esto reduce la densidad de corriente en un solo pin/traza de PCB, mejora la fiabilidad y proporciona flexibilidad de diseño.

P3: ¿Cómo calculo el consumo de energía del display?

R: Para un segmento: P = V_F* I_F. A 20mA típicos y 2.6V, P_segmento = 52 mW. Para todo el dígito con los 7 segmentos encendidos (sin punto decimal), P_total ≈ 7 * 52 mW = 364 mW. Siempre asegúrese de que esto esté por debajo de la capacidad de disipación total del paquete, considerando la reducción térmica.

P4: ¿Qué significa \"encapsulado sin plomo\" para mi proceso de montaje?

R: Las patillas del dispositivo están chapadas con un acabado compatible con la soldadura sin plomo (por ejemplo, estaño-plata-cobre). Debe usar pasta de soldadura sin plomo y un perfil de reflujo correspondiente de mayor temperatura (máxima ~245-250°C) durante el montaje.

10. Estudio de Caso de Diseño Práctico

Escenario:Diseñar un termómetro digital simple para una estación meteorológica interior/exterior. La unidad debe mostrar temperaturas de -35°C a 105°C (coincidiendo con el rango de operación del display). Será alimentado por batería para portabilidad.

Decisiones de Diseño:

1. Selección del Display:El LTS-547AJG es adecuado debido a su amplio rango de temperatura, alto brillo (legible al aire libre) y bajo requerimiento de potencia (importante para la duración de la batería). El color verde es agradable a la vista.

2. Circuito de Excitación:Utilice un microcontrolador de baja potencia (por ejemplo, un ARM Cortex-M0+ o PIC) en modo de suspensión la mayor parte del tiempo, despertando para actualizar el display. Para ahorrar energía y pines, use un CI controlador de LED dedicado con multiplexación incorporada y salidas de corriente constante. Esto permite excitar múltiples dígitos (para las decenas y unidades) de manera eficiente.

3. Configuración de Corriente:Para uso en interiores, establezca la corriente del segmento a 5-10 mA para conservar la batería. Para uso en exteriores con luz brillante, un botón podría aumentar temporalmente la corriente a 15-20 mA para el brillo máximo. La configuración de corriente del CI controlador debe programarse en consecuencia.

4. Consideración Térmica:Si la unidad se coloca a la luz solar directa, la temperatura interna podría superar los 50°C. Según la fórmula de reducción, a 50°C, la corriente continua máxima es 25 mA - ((50-25)*0.33) = 25 - 8.25 = 16.75 mA. Nuestra configuración máxima de 20mA excedería esto, por lo que el diseño debería limitar el modo de \"alto brillo\" a un ciclo de trabajo o ancho de pulso que mantenga la corriente promedio dentro del límite reducido a altas temperaturas ambientales.

11. Introducción a la Tecnología

El LTS-547AJG se basa en la tecnología de semiconductor deAlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio). Este sistema de material se crece epitaxialmente sobre unsustrato de GaAs (Arseniuro de Galio) no transparente. AlInGaP es un semiconductor de banda prohibida directa cuya energía de banda prohibida puede ajustarse variando las proporciones de Aluminio, Indio, Galio y Fósforo. Para la emisión verde alrededor de 570-580 nm, se utilizan composiciones específicas. El sustrato de GaAs no transparente absorbe parte de la luz generada, lo cual es una desventaja en comparación con los dispositivos que usan sustratos transparentes (como GaP para algunos LED verdes más antiguos). Sin embargo, los procesos modernos de AlInGaP sobre GaAs logran una eficiencia cuántica interna muy alta, y la luz se emite principalmente desde la superficie superior del chip. La cara gris y los segmentos blancos del encapsulado no son parte del semiconductor; son parte del moldeado plástico. La cara gris reduce la reflexión de la luz ambiental, mientras que los segmentos blancos difunden y dispersan la luz verde del chip LED subyacente, creando una apariencia de segmento uniforme y brillante.

12. Tendencias Tecnológicas

El campo de los displays LED continúa evolucionando. Para displays discretos de siete segmentos como el LTS-547AJG, las tendencias se centran en una mayor eficiencia, mayor brillo y gamas de color más amplias. Si bien AlInGaP domina el espectro de rojo, naranja, ámbar y verde de alta eficiencia, materiales más nuevos como InGaN (Nitruro de Indio y Galio) ahora son capaces de producir LED verdes e incluso amarillos eficientes, ofreciendo potencialmente diferentes puntos de color y características de eficiencia. También hay una tendencia hacia una mayor integración, como displays con controladores incorporados (interfaces I2C o SPI) que simplifican drásticamente la interfaz con el microcontrolador. Además, la demanda de un consumo de energía cada vez menor impulsa el desarrollo de LED que proporcionan un brillo utilizable a corrientes por debajo de 1 mA para dispositivos IoT de ultra baja potencia. Las regulaciones ambientales continúan impulsando la eliminación de sustancias peligrosas más allá del plomo, influyendo en los materiales de chapado y encapsulado.