Hoja de Datos del Display LED LTS-3403LJF - Altura de Dígito 0.8 Pulgadas - Color Naranja Amarillento - Tensión Directa 2.6V - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTS-3403LJF es un módulo de visualización alfanumérico de un dígito y siete segmentos, diseñado para aplicaciones que requieren una indicación numérica o alfanumérica limitada, clara y fiable. Su función principal es proporcionar una salida visual para datos digitales procedentes de microcontroladores, circuitos lógicos u otros circuitos integrados controladores. La ventaja principal de este dispositivo radica en el uso de la tecnología de semiconductores de Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio (AlInGaP) para los chips LED, que ofrece una eficiencia y pureza de color superiores en el espectro naranja-amarillento en comparación con tecnologías más antiguas como el GaAsP. El dispositivo presenta una cara gris con marcas de segmentos blancas, proporcionando un excelente contraste para los segmentos iluminados. Está categorizado por intensidad luminosa, garantizando la uniformidad del brillo entre lotes de producción. El display está diseñado para una fácil integración, siendo apto para montarse directamente en placas de circuito impreso (PCB) o en zócalos compatibles, lo que lo hace ideal para paneles de control industrial, equipos de prueba, electrodomésticos e instrumentación donde se requiere una lectura de un solo dígito.

1.1 Características Principales y Mercado Objetivo

El LTS-3403LJF está diseñado con varias características clave que definen su ámbito de aplicación. La altura de dígito de 0.8 pulgadas (20.32 mm) ofrece un equilibrio entre visibilidad y compacidad, siendo adecuado para dispositivos montados en panel donde el espacio es una consideración pero la legibilidad es primordial. Sus segmentos uniformes y continuos aseguran una apariencia cohesiva y profesional cuando están iluminados. Su bajo consumo de energía y sus bajos requisitos de potencia lo hacen compatible con dispositivos alimentados por batería o sistemas donde la eficiencia energética es crítica. La excelente apariencia de los caracteres y el amplio ángulo de visión son resultado directo de la tecnología de chip AlInGaP y del diseño de lente difusora, permitiendo que la pantalla se lea claramente desde varios ángulos. La fiabilidad de estado sólido inherente a la tecnología LED garantiza una larga vida operativa sin partes móviles que se desgasten. Finalmente, ser compatible con C.I. significa que puede ser controlado directamente por salidas de lógica digital estándar o a través de circuitos integrados controladores de display dedicados con resistencias limitadoras de corriente apropiadas. El mercado objetivo incluye diseñadores de dispositivos electrónicos portátiles, sistemas embebidos, cuadros de mandos de automóviles (para indicadores no críticos), dispositivos médicos y cualquier sistema electrónico que requiera una pantalla numérica duradera y de bajo consumo.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

La hoja de datos proporciona especificaciones eléctricas, ópticas y térmicas completas que son críticas para un diseño de circuito correcto y una operación fiable.

2.1 Características Fotométricas y Ópticas

El rendimiento óptico es central para la función del display. La Intensidad Luminosa Promedio (Iv) se especifica con un mínimo de 320 µcd, un valor típico de 900 µcd, y sin máximo declarado, todo medido a una corriente directa (If) de 1 mA. Este parámetro indica el brillo percibido de un solo segmento. La baja corriente de prueba resalta la eficiencia del dispositivo. Las características de color se definen por tres parámetros de longitud de onda. La Longitud de Onda de Emisión Pico (λp) es típicamente de 611 nm, medida a If=20mA. El Ancho de Línea Espectral a Mitad de Altura (Δλ) es típicamente de 17 nm, indicando la pureza espectral o cuán estrecho es el rango de luz emitida alrededor del pico; un valor menor denota un color más monocromático. La Longitud de Onda Dominante (λd) es típicamente de 605 nm. Es importante notar que la intensidad luminosa se mide usando una combinación de sensor y filtro que aproxima la curva de respuesta del ojo fotópico CIE, asegurando que la medición se correlacione con la percepción visual humana. La Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa (Iv-m) se especifica como 2:1 máximo, lo que significa que la diferencia de brillo entre el segmento más brillante y el más tenue en una sola unidad no excederá un factor de dos, asegurando una apariencia uniforme.

2.2 Parámetros Eléctricos

Las especificaciones eléctricas definen los límites y condiciones de operación para los segmentos LED. Los Valores Absolutos Máximos establecen los límites para una operación segura. La Disipación de Potencia por Segmento es de 70 mW. La Corriente Directa Pico por Segmento es de 60 mA, pero esto solo es permisible bajo condiciones pulsadas (ciclo de trabajo 1/10, ancho de pulso 0.1 ms) para gestionar el calor. La Corriente Directa Continua por Segmento es de 25 mA a 25°C, con un factor de reducción de 0.33 mA/°C. Esto significa que la corriente continua máxima permitida disminuye a medida que la temperatura ambiente aumenta por encima de 25°C para evitar el sobrecalentamiento. La Tensión Inversa por Segmento es de 5 V; exceder esto puede dañar la unión LED. Bajo condiciones operativas estándar (Ta=25°C), la Tensión Directa por Segmento (Vf) es típicamente de 2.6 V con un máximo de 2.6 V a una corriente de prueba de 10 mA. El mínimo se indica como 2.05 V. La Corriente Inversa por Segmento (Ir) es un máximo de 100 µA cuando se aplica una tensión inversa (Vr) de 5 V, indicando la corriente de fuga en estado apagado.

2.3 Especificaciones Térmicas y Ambientales

La fiabilidad bajo diversas condiciones ambientales es crucial. El Rango de Temperatura de Operación se especifica desde -35°C hasta +85°C. Este amplio rango permite que el display funcione en entornos hostiles, desde congeladores industriales hasta compartimentos de motores calientes. El Rango de Temperatura de Almacenamiento es idéntico (-35°C a +85°C), definiendo condiciones seguras cuando el dispositivo no está energizado. Un parámetro crítico para el ensamblaje es la Temperatura de Soldadura. La hoja de datos especifica que el dispositivo puede soportar una temperatura de 260°C durante 3 segundos en un punto a 1/16 de pulgada (aproximadamente 1.59 mm) por debajo del plano de asiento. Esta es una referencia estándar para procesos de soldadura por ola o de reflujo, y los diseñadores deben asegurar que su perfil de ensamblaje de PCB no exceda estos límites para evitar dañar las conexiones internas por alambre o los propios chips LED.

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 realizado durante la fabricación. Debido a las variaciones naturales en el crecimiento epitaxial del semiconductor y los procesos de fabricación de chips, los LEDs de un mismo lote de producción pueden tener ligeras variaciones en parámetros clave como la intensidad luminosa y la tensión directa. Para garantizar la consistencia para el usuario final, los fabricantes prueban cada unidad y las clasifican en diferentes "bins" según el rendimiento medido. El LTS-3403LJF se clasifica específicamente por intensidad luminosa. Esto significa que cuando un diseñador solicita una cantidad de estos displays, la variación en el brillo de una unidad a otra estará dentro de un rango predefinido y controlado (implícito por la relación de coincidencia 2:1 dentro de una unidad, y controlado aún más entre unidades mediante la clasificación). Esto es esencial para aplicaciones donde se usan múltiples dígitos uno al lado del otro, ya que evita diferencias de brillo notables entre displays. La hoja de datos no especifica bins separados para longitud de onda (color) o tensión directa, lo que sugiere un control de proceso estricto en estos parámetros o que la clasificación se centra principalmente en la intensidad para este producto.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Si bien la hoja de datos incluye una página para "Curvas Típicas de Características Eléctricas / Ópticas", el contenido proporcionado no incluye los gráficos reales. Típicamente, tales curvas son invaluables para el diseño. Se esperaría ver una curva de Corriente Directa vs. Tensión Directa (I-V), que muestra la relación no lineal entre corriente y tensión a través de la unión LED. Esta curva ayuda a los diseñadores a seleccionar el valor apropiado de la resistencia limitadora de corriente para una tensión de alimentación dada. Una curva de Intensidad Luminosa Relativa vs. Corriente Directa mostraría cómo aumenta el brillo con la corriente, a menudo de manera sub-lineal, ayudando a optimizar el equilibrio entre brillo y consumo/eficiencia de potencia. Una curva de Intensidad Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente es crítica para entender cómo se degrada el brillo a medida que aumenta la temperatura de operación, lo cual es vital para diseñar sistemas que operen en todo el rango de temperatura. Finalmente, un gráfico de Distribución Espectral representaría visualmente la intensidad de la luz emitida a través de diferentes longitudes de onda, centrada alrededor del pico de 611 nm, mostrando la forma y el ancho del espectro de emisión. Los diseñadores deben consultar la hoja de datos completa del fabricante para estas representaciones gráficas y tomar decisiones informadas sobre la corriente de excitación y la gestión térmica.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

El diseño mecánico asegura una integración física fiable. El diagrama de Dimensiones del Paquete (no detallado completamente en el texto) proporcionaría todas las medidas críticas para el diseño de la huella en PCB, incluyendo la longitud, anchura y altura totales, el espaciado entre pines (paso), el diámetro y posición de cualquier agujero de montaje, y la distancia desde la parte inferior del paquete al plano de asiento. La tabla de Conexión de Pines es el mapa funcional del paquete de 17 pines. Revela que esta es una configuración de Cátodo Común (pines 4, 6, 12, 17), donde el lado negativo (cátodo) de todos los segmentos LED está conectado internamente. Los ánodos para cada segmento (A, B, C, D, E, F, G) y los puntos decimales izquierdo y derecho (L.D.P, R.D.P) se sacan a pines separados. Varios pines (1, 8, 9, 16) se listan como "NO PIN", lo que significa que están físicamente presentes pero no conectados eléctricamente (probablemente para estabilidad mecánica en el zócalo o durante la soldadura). La polaridad está claramente indicada por la designación de cátodo común. La cara gris y los segmentos blancos proporcionan la interfaz visual.

6. Directrices de Soldadura y Ensamblaje

El manejo adecuado durante el ensamblaje es crítico para la fiabilidad a largo plazo. La directriz clave proporcionada es la especificación de Temperatura de Soldadura: 260°C durante 3 segundos a 1/16 de pulgada por debajo del plano de asiento. Esta es una directiva para soldadura por ola. Para soldadura por reflujo, sería aplicable un perfil estándar sin plomo con un pico de 260°C, pero el tiempo por encima del líquido (por ejemplo, 217°C) debe controlarse para minimizar el estrés térmico. Los diseñadores deben asegurar que el diseño de las almohadillas de la PCB coincida con la huella recomendada del dibujo dimensional para prevenir el efecto "tombstoning" o desalineación. El dispositivo debe almacenarse en su bolsa barrera de humedad original hasta su uso, especialmente si no está destinado a un ensamblaje inmediato, para prevenir la absorción de humedad que podría causar "popcorning" durante el reflujo. Los rangos de temperatura de operación y almacenamiento (-35°C a +85°C) deben respetarse a lo largo de la cadena de suministro y el ciclo de vida del producto. Evite aplicar estrés mecánico a la lente o a los pines durante el manejo.

7. Sugerencias de Aplicación

7.1 Circuitos de Aplicación Típicos

El LTS-3403LJF, al ser un display de cátodo común, es típicamente controlado por un driver de tipo "sourcing". Esto significa que los pines del microcontrolador o del CI controlador se conectan a los ánodos de los segmentos y suministran corriente para encenderlos, mientras que el/los pin(es) de cátodo común se conectan a tierra, usualmente a través de un transistor que puede manejar la corriente combinada de los segmentos. Un circuito básico implica conectar cada pin de ánodo a un pin GPIO de un microcontrolador a través de una resistencia limitadora de corriente. El valor de esta resistencia (R) se calcula usando la Ley de Ohm: R = (Vcc - Vf) / If, donde Vcc es la tensión de alimentación (por ejemplo, 5V o 3.3V), Vf es la tensión directa del LED (típicamente 2.6V), e If es la corriente directa deseada (por ejemplo, 10-20 mA). Por ejemplo, con una alimentación de 5V y una corriente objetivo de 15 mA: R = (5 - 2.6) / 0.015 = 160 ohmios. Una resistencia de 150 ohmios sería un valor estándar. El/los pin(es) de cátodo común se conectarían al colector de un transistor NPN, con el emisor a tierra. El microcontrolador encendería el transistor para habilitar el dígito. Para multiplexado de múltiples dígitos (no aplicable para un solo dígito, pero para entender), los ánodos de los segmentos correspondientes entre dígitos se unen, y el cátodo común de cada dígito se controla por separado, iluminando un dígito a la vez en rápida sucesión.

7.2 Consideraciones y Notas de Diseño

Deben abordarse varias consideraciones importantes.Limitación de Corriente:Nunca conecte un LED directamente a una fuente de tensión sin una resistencia limitadora de corriente o un driver de corriente constante, ya que el LED consumirá corriente excesiva y fallará.Disipación de Calor:Aunque los LEDs son eficientes, la potencia disipada (P = Vf * If) por segmento puede ser de hasta 65 mW (2.6V * 25mA). En aplicaciones donde muchos segmentos están encendidos continuamente, asegure una ventilación o disipación de calor adecuada si opera cerca de la temperatura máxima.Ángulo de Visión:El amplio ángulo de visión es beneficioso, pero para una legibilidad óptima, considere la línea de visión principal del usuario al posicionar el display en la carcasa.Protección contra ESD:Los LEDs AlInGaP pueden ser sensibles a las descargas electrostáticas. Implemente precauciones estándar de manejo ESD durante el ensamblaje.Desacoplamiento y Ruido:En entornos eléctricamente ruidosos, considere agregar un pequeño condensador de desacoplamiento (por ejemplo, 100 nF) cerca de las conexiones de alimentación del display para estabilizar la fuente.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

El LTS-3403LJF se diferencia principalmente a través de su material semiconductor: AlInGaP. En comparación con los LEDs rojos más antiguos basados en Fosfuro de Arsénico de Galio (GaAsP), AlInGaP ofrece una eficacia luminosa significativamente mayor (más salida de luz por unidad de potencia eléctrica), mejor estabilidad de color y brillo con la temperatura, y un color más saturado y puro en la parte ámbar/naranja-amarillento/rojo del espectro. En comparación con los LEDs blancos (típicamente LED azul + fósforo), ofrece una emisión de banda estrecha única, lo que puede ser ventajoso en aplicaciones donde se usa filtrado de longitud de onda específico o donde se desea pureza de color sin el amplio espectro de la luz blanca. Su tamaño de 0.8 pulgadas ocupa un nicho entre indicadores más pequeños y displays más grandes y de alto consumo. La configuración de cátodo común es estándar y ofrece compatibilidad con una amplia gama de circuitos integrados controladores y configuraciones de puerto de microcontrolador diseñadas para multiplexado de cátodo común.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Cuál es la diferencia entre la Longitud de Onda Pico (611 nm) y la Longitud de Onda Dominante (605 nm)?

R: La Longitud de Onda Pico es la única longitud de onda a la que el espectro de emisión tiene su máxima intensidad. La Longitud de Onda Dominante es la única longitud de onda de la luz monocromática que parecería tener el mismo color que la salida del LED para el ojo humano. A menudo difieren ligeramente. La longitud de onda dominante es más relevante para la especificación del color.

P: ¿Puedo controlar este display con un microcontrolador de 3.3V?

R: Sí, pero debe verificar la tensión directa. La Vf típica es de 2.6V. Con una alimentación de 3.3V, la caída de tensión en la resistencia limitadora sería de solo 0.7V (3.3V - 2.6V). Para lograr una corriente de 15mA, necesitaría una resistencia de R = 0.7V / 0.015A = 46.7 ohmios. Esto es factible, pero la corriente será más sensible a las variaciones en Vf. Generalmente es aceptable, pero verifique que el brillo cumpla con sus necesidades.

P: ¿Por qué hay cuatro pines de cátodo común?

R: Tener múltiples pines de cátodo ayuda a distribuir la corriente total consumida cuando todos los segmentos están encendidos. La suma de corrientes para 7 segmentos más puntos decimales podría superar los 200 mA. Distribuir esta corriente entre múltiples pines y trazas de PCB reduce la densidad de corriente, minimiza la caída de tensión y mejora la fiabilidad.

P: ¿Qué significa "COMPATIBLE CON C.I."?

R: Significa que las características eléctricas del LED (tensión directa, requisitos de corriente) están dentro de rangos que pueden ser controlados directamente por los pines de salida de circuitos integrados digitales estándar (como chips de lógica CMOS o TTL o GPIOs de microcontrolador) cuando se usan con una resistencia limitadora de corriente apropiada. No significa que pueda conectarlo directamente sin una resistencia.

10. Estudio de Caso de Diseño y Uso

Considere diseñar un controlador simple de termostato digital. El sistema usa un microcontrolador para leer un sensor de temperatura y mostrar el punto de ajuste o la temperatura actual en un solo dígito (por simplicidad, mostrando decenas de grados, o un código). Se elige el LTS-3403LJF por su claridad, bajo consumo (importante para un dispositivo que puede tener respaldo de batería) y amplio ángulo de visión (montado en una pared). El microcontrolador funciona a 5V. El diseñador calcula los valores de resistencia para una corriente de segmento de 12 mA para equilibrar brillo y potencia: R = (5V - 2.6V) / 0.012A = 200 ohmios. Se usan siete resistencias de 200 ohmios, una para cada ánodo de segmento (A-G). Los pines de cátodo común se unen y se conectan al colector de un transistor NPN 2N3904. El emisor del transistor va a tierra, y su base es controlada por un pin GPIO del microcontrolador a través de una resistencia de 10k. Para mostrar un número, el microcontrolador establece el patrón de los pines de ánodo de segmento en alto (a través de las resistencias) y enciende el transistor para completar el circuito a tierra. El color naranja-amarillento es fácilmente visible en condiciones típicas de iluminación interior. La robusta clasificación de temperatura asegura que el display funcione de manera fiable incluso si el termostato se coloca en un ático caliente o en un garaje frío.

11. Introducción al Principio de Funcionamiento

El LTS-3403LJF opera según el principio fundamental de la electroluminiscencia en una unión p-n de semiconductor. El dispositivo utiliza Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio (AlInGaP) como material semiconductor activo. Este compuesto se crece epitaxialmente sobre un sustrato de Arseniuro de Galio (GaAs) no transparente. Cuando se aplica una tensión directa que excede la tensión de banda prohibida del material (alrededor de 2.0-2.2V para AlInGaP) a través de la unión p-n, los electrones de la región tipo n y los huecos de la región tipo p se inyectan en la región activa. Cuando estos portadores de carga se recombinan, liberan energía. En un semiconductor de banda prohibida directa como el AlInGaP, esta energía se libera principalmente en forma de fotones (luz). La longitud de onda específica de la luz emitida (en este caso, naranja-amarillenta, alrededor de 611 nm) está determinada por la energía de la banda prohibida de la composición de la aleación AlInGaP, que se controla cuidadosamente durante la fabricación. La cara gris y los segmentos blancos actúan como un difusor y un filtro de contraste, respectivamente, dando forma a la salida de luz en segmentos numéricos reconocibles.

12. Tendencias y Contexto Tecnológico

El LTS-3403LJF representa una tecnología madura y optimizada. Los LEDs AlInGaP, desarrollados en la década de 1990, reemplazaron en gran medida al GaAsP para indicadores y displays rojos, naranjas y amarillos de alta eficiencia. La tendencia en la tecnología de displays desde entonces se ha movido hacia soluciones de mayor densidad como OLEDs de matriz de puntos, micro-LEDs y LCDs para gráficos complejos. Sin embargo, para necesidades de visualización numérica de un solo dígito o múltiples dígitos simples, robustas, de bajo costo y ultra fiables, los displays LED de siete segmentos siguen siendo muy relevantes. Sus ventajas incluyen una extrema simplicidad de control, un brillo y contraste muy altos, un amplio rango de temperatura de operación, capacidad de encendido instantáneo y una longevidad medida en decenas de miles de horas. Los desarrollos actuales en este nicho se centran en una eficiencia aún mayor, permitiendo corrientes de excitación más bajas para el mismo brillo (extendiendo la vida de la batería), y la integración del circuito controlador directamente en el paquete del display (los llamados "displays inteligentes"). El principio central de una fuente de luz de estado sólido fiable para indicación numérica, como lo encarna el LTS-3403LJF, continúa siendo un bloque de construcción fundamental en el diseño electrónico en innumerables industrias.