Hoja de Datos del Display LED LTS-3861JD de 0.3 Pulgadas Rojo Hiperintenso - Altura de Dígito 7.62mm - Tensión Directa 2.6V - Potencia 70mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTS-3861JD es un display compacto de un dígito y siete segmentos, diseñado para aplicaciones que requieren una indicación numérica clara con bajo consumo de energía. Su función principal es proporcionar una lectura numérica altamente legible. El dispositivo utiliza tecnología semiconductor avanzada de AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio), específicamente chips Rojo Hiperintenso cultivados sobre un sustrato de GaAs. Esta elección tecnológica es fundamental para lograr sus características clave de alto brillo y eficiencia dentro del espectro rojo. El diseño visual presenta una cara gris claro con segmentos blancos, una elección deliberada para mejorar el contraste y la legibilidad bajo diversas condiciones de iluminación. El producto se clasifica como un display de bajo consumo, lo que lo hace adecuado para sistemas electrónicos alimentados por baterías o con conciencia energética.

1.1 Características y Ventajas Principales

El display incorpora varias características de diseño que contribuyen a su rendimiento y fiabilidad:

• Altura de Dígito de 0.30 Pulgadas (7.62 mm):Proporciona un tamaño de carácter estándar y fácilmente legible para medidores de panel, instrumentación y electrónica de consumo.
• Segmentos Continuos y Uniformes:Garantiza una iluminación consistente en cada segmento, dando lugar a una apariencia de carácter profesional y limpia, sin puntos oscuros o irregularidades.
• Bajo Requerimiento de Potencia:Diseñado para la eficiencia, permitiendo operar en circuitos donde el presupuesto de potencia es una restricción crítica.
• Excelente Apariencia de Carácter y Alto Contraste:La combinación de la emisión Rojo Hiperintenso, la cara gris claro y los segmentos blancos produce números nítidos y bien definidos.
• Alto Brillo:El sistema de material AlInGaP es conocido por su alta eficiencia luminosa, resultando en una salida brillante incluso a corrientes de excitación más bajas.
• Amplio Ángulo de Visión:El encapsulado y el diseño del chip facilitan la visibilidad desde un amplio rango de ángulos, lo cual es esencial para displays que pueden ser vistos fuera del eje.
• Fiabilidad de Estado Sólido:Al ser un dispositivo basado en LED, ofrece una larga vida operativa, resistencia a golpes y no tiene partes móviles, a diferencia de los displays mecánicos.
• Categorizado por Intensidad Luminosa:Las unidades son clasificadas o probadas para garantizar la consistencia de la salida de luz, ayudando en diseños donde se requiere un brillo uniforme en múltiples dígitos.
• Encapsulado Libre de Plomo (Conforme a RoHS):Fabricado de acuerdo con las regulaciones ambientales que restringen sustancias peligrosas.

1.2 Identificación del Dispositivo

El número de parte LTS-3861JD denota específicamente un dispositivo con chips AlInGaP Rojo Hiperintenso en una configuración de ánodo común, que incluye un punto decimal a la derecha. Esta convención de nomenclatura permite a los diseñadores seleccionar con precisión el color, polaridad y características opcionales deseadas.

2. Parámetros Técnicos: Interpretación Objetiva en Profundidad

Esta sección proporciona un análisis objetivo y detallado de los parámetros eléctricos y ópticos especificados en la hoja de datos. Comprender estos valores es crítico para un diseño de circuito adecuado y para garantizar la fiabilidad a largo plazo.

2.1 Valores Límite Absolutos

Estos valores definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente al dispositivo. No se garantiza la operación en o bajo estos límites.

• Disipación de Potencia por Segmento:70 mW. Esta es la potencia máxima permitida que puede disiparse como calor por un solo segmento LED bajo operación continua en CC. Exceder esto puede provocar sobrecalentamiento y degradación acelerada del material semiconductor.
• Corriente Directa de Pico por Segmento:90 mA (a un ciclo de trabajo de 1/10, ancho de pulso de 0.1ms). Esta especificación es solo para operación pulsada. El corto ancho de pulso y el bajo ciclo de trabajo evitan una acumulación significativa de calor, permitiendo una corriente instantánea mayor que la especificación en CC.
• Corriente Directa Continua por Segmento:25 mA (a 25°C), reducción lineal a 0.28 mA/°C. Este es el parámetro clave para operación en CC o con alto ciclo de trabajo. El factor de reducción es crucial: a medida que la temperatura ambiente (Ta) aumenta, la corriente continua segura máxima disminuye. Por ejemplo, a 85°C, la corriente máxima sería aproximadamente: 25 mA - [0.28 mA/°C * (85°C - 25°C)] = 25 mA - 16.8 mA = 8.2 mA.
• Rango de Temperatura de Operación y Almacenamiento:-35°C a +105°C. El dispositivo puede operar funcionalmente y almacenarse dentro de este rango completo, aunque el rendimiento eléctrico variará con la temperatura.
• Condiciones de Soldadura:La soldadura por reflujo debe realizarse con el punto de soldadura a 1/16 de pulgada (aprox. 1.6mm) por debajo del plano de asiento, durante un máximo de 3 segundos a 260°C. Esto evita un estrés térmico excesivo en el encapsulado plástico y en las uniones internas de alambre.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos son los parámetros de rendimiento típicos medidos en una condición de prueba estándar de Ta=25°C. Definen cómo se comportará el dispositivo en un circuito.

• Intensidad Luminosa Promedio (I_V):200-600 μcd (microcandelas) a I_F=1mA. Esta es la salida de luz. El amplio rango (200-600) indica un proceso de clasificación (binning); las unidades específicas caerán dentro de este rango. Los diseñadores deben tener en cuenta esta variación si un brillo uniforme es crítico.
• Longitud de Onda de Emisión de Pico (λ_p):650 nm (típico). Esta es la longitud de onda a la cual la potencia óptica de salida es mayor. Se encuentra en la región del rojo profundo del espectro.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):639 nm (típico). Esta es la longitud de onda única percibida por el ojo humano que coincide con el color de la luz. A menudo está más cerca de la percepción visual que la longitud de onda de pico.
• Ancho Medio de Línea Espectral (Δλ):20 nm (típico). Mide la dispersión de las longitudes de onda emitidas. Un valor de 20 nm indica un color rojo relativamente puro y monocromático.
• Tensión Directa por Chip (V_F):2.10 (Mín), 2.60 (Típ) Voltios a I_F=20mA. Esta es la caída de tensión a través del LED cuando conduce. Es crucial para diseñar el circuito limitador de corriente. El controlador debe suministrar al menos 2.6V para superar esta caída antes de que la corriente fluya significativamente.
• 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 en inversa. La hoja de datos señala explícitamente que esta condición es solo para fines de prueba y que el dispositivo no debe operar continuamente bajo polarización inversa.
• Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa:2:1 (Máx). Para segmentos dentro del mismo dígito (área de luz similar), el brillo del segmento más tenue no será menor que la mitad del brillo del segmento más brillante. Esto garantiza uniformidad visual.
• Diafonía:< 2.5%. Especifica la cantidad de emisión de luz no deseada de un segmento que se supone apagado, cuando un segmento adyacente es excitado. Un valor bajo es importante para una definición clara del carácter.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

La hoja de datos indica que el dispositivo está \"Categorizado por Intensidad Luminosa\". Esto implica un proceso de clasificación (binning), aunque en este documento no se proporcionan códigos de clasificación específicos. En general, los fabricantes de LED prueban y clasifican (bin) los productos en función de parámetros clave para garantizar consistencia. Para un display como el LTS-3861JD, los criterios de clasificación principales probablemente incluyen:

• Clasificación por Intensidad Luminosa:Dado que el rango de I_Ves 200-600 μcd, las unidades probablemente se agrupan en rangos de intensidad más estrechos (ej., 200-300, 300-400 μcd, etc.). Comprar del mismo lote de clasificación asegura un brillo uniforme en un display de múltiples dígitos.
• Clasificación por Tensión Directa (V_F):Aunque no se menciona explícitamente, V_Ftambién puede clasificarse. Hacer coincidir V_Fayuda a diseñar circuitos de excitación de corriente más simples y uniformes, especialmente cuando múltiples segmentos/dígitos se excitan en paralelo.
• Clasificación por Longitud de Onda/Color:Las longitudes de onda dominante (639nm) y de pico (650nm) se dan como típicas. Pueden estar disponibles rangos de color más estrechos para garantizar un tono rojo consistente en todas las unidades de una aplicación.

Los diseñadores deben consultar al fabricante para obtener información detallada de clasificación si los requisitos de la aplicación exigen una alta uniformidad.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a \"Curvas Típicas de Características Eléctricas/Ópticas\", las cuales son esenciales para comprender el comportamiento del dispositivo en condiciones no estándar. Aunque las curvas específicas no se incluyen en el texto proporcionado, su contenido típico e importancia se analizan a continuación:

• Curva Corriente Directa vs. Tensión Directa (I_F-V_F):Esta curva no lineal muestra la relación entre la tensión aplicada y la corriente resultante. Demuestra la característica exponencial de encendido de un LED. La \"rodilla\" de esta curva está alrededor de la V_Ftípica (2.6V). Esta curva es vital para diseñar controladores de corriente constante, ya que un pequeño cambio en la tensión puede causar un gran cambio en la corriente y, en consecuencia, en el brillo y la disipación de potencia.
• Curva Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa (I_V-I_F):Muestra cómo la salida de luz aumenta con la corriente de excitación. Es generalmente lineal en un amplio rango pero se satura a corrientes muy altas debido a la caída térmica y de eficiencia. Esta curva ayuda a los diseñadores a elegir la corriente de operación para lograr el brillo deseado manteniéndose dentro de los límites de potencia.
• Curva Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente (I_V-T_a):La salida de luz del LED disminuye a medida que aumenta la temperatura de unión. Esta curva cuantifica esa reducción. Es crítica para aplicaciones que operan en entornos de alta temperatura, ya que el display puede parecer más tenue.
• Curva de Distribución Espectral:Un gráfico de intensidad relativa versus longitud de onda, que muestra la curva en forma de campana centrada alrededor de 650nm con un ancho medio de 20nm. Esto define las características de color precisas de la emisión \"Rojo Hiperintenso\".

5. Información Mecánica y de Encapsulado

5.1 Dimensiones del Encapsulado y Tolerancias

El dibujo mecánico especifica el tamaño físico y la disposición de los pines. Las notas clave de la hoja de datos incluyen:

• Todas las dimensiones están en milímetros, con tolerancias generales de ±0.25mm a menos que se indique lo contrario.
• La tolerancia de desplazamiento de la punta del pin es ±0.40 mm, lo cual es importante para la colocación de los orificios en la PCB.
• El diámetro de orificio de PCB recomendado es de 1.10 mm para acomodar los pines con suficiente holgura para la soldadura.
• Se especifican criterios de control de calidad para defectos visuales: material extraño en un segmento (≤10 mils), burbujas en el segmento (≤10 mils), curvatura del reflector (≤1% de la longitud) y contaminación de tinta en la superficie (≤20 mils).

5.2 Conexión de Pines e Identificación de Polaridad

El dispositivo tiene una configuración de 10 pines en una sola fila. El diagrama de circuito interno y la tabla de pines confirman que es de tipoánodo común. Esto significa que los ánodos (lados positivos) de todos los segmentos LED están conectados internamente y salen a los pines 1 y 6 (que también están conectados entre sí). Cada cátodo de segmento (lado negativo) tiene su propio pin dedicado (A, B, C, D, E, F, G, DP). Para iluminar un segmento, el/los pin(es) de ánodo común deben conectarse a una fuente de tensión positiva (a través de una resistencia limitadora de corriente o un controlador), y el pin de cátodo correspondiente debe llevarse a una tensión más baja (normalmente tierra). El punto decimal derecho (DP) está en el pin 7.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

Un manejo adecuado es esencial para la fiabilidad. Basado en los Valores Límite Absolutos:

• Soldadura por Reflujo:Siga el perfil especificado: la temperatura máxima del cuerpo del componente no debe exceder el valor límite, con un tiempo de soldadura a la temperatura máxima (260°C) limitado a 3 segundos. La regla del plano de asiento de 1/16 de pulgada ayuda a prevenir la exposición directa al calor del cuerpo plástico.
• Soldadura Manual:Si es necesario, use un soldador con punta fina y control de temperatura. Limite el tiempo de contacto a 3 segundos por pin. Evite aplicar estrés mecánico a los pines o al encapsulado durante la soldadura.
• Limpieza:Use agentes de limpieza compatibles con el material plástico del display. Evite la limpieza ultrasónica a menos que esté explícitamente aprobada, ya que puede dañar la estructura interna.
• Condiciones de Almacenamiento:Almacene en el rango de temperatura especificado (-35°C a +105°C) en un ambiente de baja humedad y antiestático para prevenir la absorción de humedad y daños por descarga electrostática.

7. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

El LTS-3861JD es muy adecuado para aplicaciones que requieren una lectura numérica única y clara con bajo consumo:

• Medidores de Panel e Instrumentación:Displays de voltaje, corriente, temperatura o frecuencia en equipos de prueba, fuentes de alimentación o controladores industriales.
• Electrónica de Consumo:Display para relojes, temporizadores, electrodomésticos de cocina o equipos de audio.
• Dispositivos Médicos:Lecturas simples en monitores portátiles o de cabecera donde el bajo consumo y la fiabilidad son clave.
• Mercado de Accesorios Automotrices:Displays para medidores auxiliares (voltímetro, temperatura de aceite).

7.2 Consideraciones de Diseño Críticas

• La Limitación de Corriente es Obligatoria:Los LED son dispositivos excitados por corriente. Se debe usar una resistencia limitadora de corriente en serie para cada pin de cátodo (o un CI controlador de LED dedicado) para establecer la corriente directa (I_F). El valor de la resistencia se calcula como R = (V_{de alimentación}- V_F) / I_F. Siempre use la V_Fmáxima (2.6V) de la hoja de datos para un diseño conservador y asegurar que la corriente no exceda el límite.
• Gestión Térmica:Adhiérase a la curva de reducción de corriente con la temperatura. En entornos de alta temperatura ambiente, reduzca la corriente de excitación en consecuencia. Asegure una ventilación adecuada alrededor del display en la PCB.
• Multiplexado para Múltiples Dígitos:Aunque esta es una pieza de un solo dígito, el diseño de ánodo común es inherentemente adecuado para el multiplexado. En un sistema de múltiples dígitos, el ánodo común de cada dígito se excita secuencialmente a alta frecuencia, mientras que los cátodos de segmento se comparten. Esto reduce enormemente el número de pines de E/S requeridos en un microcontrolador.
• Ángulo de Visión:Posicione el display considerando su amplio ángulo de visión para garantizar la legibilidad para el usuario final.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con otras tecnologías de display de siete segmentos, el uso de chips AlInGaP Rojo Hiperintenso del LTS-3861JD ofrece ventajas distintivas:

• vs. LEDs Rojos Tradicionales de GaAsP o GaP:La tecnología AlInGaP típicamente ofrece mayor eficiencia luminosa y brillo a la misma corriente de excitación, junto con mejor estabilidad térmica y mayor vida útil.
• vs. LEDs Rojos de Alta Eficiencia (HER):El término \"Rojo Hiperintenso\" a menudo denota un punto de color rojo específico y más profundo (alrededor de 639-650nm de longitud de onda dominante) que puede parecer más vibrante y saturado en comparación con algunos LEDs rojos estándar.
• vs. Displays LCD:A diferencia de las LCD, este display LED es emisivo: produce su propia luz. Esto lo hace claramente visible en condiciones de poca luz u oscuridad sin retroiluminación, y ofrece un ángulo de visión mucho más amplio y un tiempo de respuesta más rápido.
• vs. Displays con Dígitos Más Grandes:El tamaño de 0.3 pulgadas ofrece un buen equilibrio entre legibilidad y compacidad, encajando donde dígitos más grandes de 0.5 o 0.8 pulgadas serían demasiado grandes.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P1: ¿Puedo excitar este display directamente desde un pin de un microcontrolador de 5V?

R: No. No se recomienda conectar un LED directamente a un pin lógico. El pin del microcontrolador no puede proporcionar una limitación de corriente precisa y podría dañarse por la demanda de corriente de sumidero/fuente. Siempre use una resistencia limitadora de corriente o un circuito controlador dedicado. Para una fuente de 5V y un objetivo I_Fde 10mA, la resistencia sería R = (5V - 2.6V) / 0.01A = 240 Ohmios.

P2: ¿Por qué hay dos pines de ánodo común (1 y 6)?

R: Están conectados internamente. Tener dos pines proporciona estabilidad mecánica, mejor distribución de corriente si múltiples segmentos están encendidos simultáneamente y flexibilidad de diseño en la PCB. Puede conectar uno o ambos a su fuente positiva.

P3: ¿Qué significa la \"Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa de 2:1\" para mi diseño?

A: Significa que dentro de una unidad física, el segmento más tenue podría ser la mitad de brillante que el segmento más brillante. Si su diseño usa múltiples dígitos LTS-3861JD, debe solicitar piezas del mismo lote de intensidad luminosa a su proveedor para garantizar uniformidad de brilloentredígitos, ya que la relación 2:1 solo se aplica internamente.

P4: La especificación de corriente inversa es 100µA a 5V. ¿Está bien polarizar ocasionalmente el display en inversa?

R: La hoja de datos establece que la condición de tensión inversa es \"solo para prueba de IR\" y que \"no puede continuar operando en esta situación\". Debe diseñar su circuito para evitar la polarización inversa durante la operación normal, ya que una tensión inversa sostenida puede degradar el LED.

10. Caso Práctico de Diseño y Uso

Caso: Diseño de una Lectura de Voltímetro de CC de un Dígito (0-9V)

Un diseñador está creando un voltímetro simple para mostrar 0-9V en pasos de 1V usando un microcontrolador (MCU). El MCU tiene un ADC para leer el voltaje y pines GPIO para excitar el display.

1. Diseño del Circuito:¿Los pines de ánodo común (1 y 6) se conectan al riel positivo de alimentación del MCU (ej., 3.3V o 5V) a través de una sola resistencia limitadora de corriente?No.Una práctica mejor es usar un transistor (ej., un PNP o un N-FET de nivel lógico) conmutado por un pin del MCU para controlar el ánodo común, permitiendo que el software encienda/apague todo el dígito. Cada cátodo de segmento (pines 2,3,4,5,7,8,9,10) se conecta a un pin GPIO del MCU, cada uno a través de supropiaresistencia limitadora de corriente individual. Esto permite el control de brillo por segmento y es más seguro que una sola resistencia en el ánodo común.
2. Cálculo de la Resistencia:Para una fuente de 5V, objetivo I_F=10mA, y usando V_Fmáx=2.6V: R = (5V - 2.6V) / 0.01A = 240 Ohmios (use un valor estándar de 220 o 270 Ohmios). Coloque una resistencia en cada una de las 8 líneas de cátodo.
3. Software:El código del MCU convierte la lectura del ADC a un dígito (0-9). Usa una tabla de búsqueda para mapear el dígito al patrón de cátodos de segmento (A-G) que necesitan activarse (ponerse a nivel bajo). Enciende el transistor de ánodo común, luego establece los pines de cátodo en consecuencia. Para multiplexar múltiples dígitos de este tipo, el código ciclaría rápidamente a través de cada dígito.
4. Verificación Térmica:A 10mA por segmento y Ta=25°C, potencia por segmento = 10mA * 2.6V = 26mW, muy por debajo del máximo de 70mW. Si todos los 7 segmentos del dígito '8' están encendidos, la disipación total del dispositivo es ~182mW, lo cual es aceptable pero requiere verificar el aumento de temperatura local en la PCB.

11. Introducción al Principio de Operación

El LTS-3861JD opera bajo el principio fundamental de laelectroluminiscencia en una unión p-n semiconductor. La región activa utiliza una heteroestructura de AlInGaP. Cuando se aplica una tensión directa que excede el potencial de barrera de la unión (aproximadamente 2.6V), los electrones de la región tipo n y los huecos de la región tipo p se inyectan en la región activa. Allí, se recombinan radiativamente, lo que significa que la energía liberada cuando un electrón cae en un hueco se convierte directamente en un fotón (partícula de luz). La composición específica de la aleación de AlInGaP determina la energía del bandgap, que a su vez dicta la longitud de onda (color) de los fotones emitidos, en este caso, en el rango de ~639-650 nm (rojo). Cada segmento del dígito es un chip LED separado o un conjunto de chips conectados en serie/paralelo, controlado por su propio pin de cátodo.

12. Tendencias y Avances Tecnológicos

El campo de los displays LED continúa evolucionando. Si bien el LTS-3861JD representa una tecnología madura y fiable, las tendencias más amplias que influyen en esta categoría de producto incluyen:

• Mayor Eficiencia:La investigación continua en ciencia de materiales busca mejorar la eficiencia cuántica interna (IQE) y la eficiencia de extracción de luz del AlInGaP y otros semiconductores compuestos, lo que lleva a displays más brillantes a corrientes más bajas o con mayor duración de batería.
• Miniaturización:Existe un impulso constante hacia pasos de píxel más pequeños y mayor densidad, aunque para displays de siete segmentos estándar, el tamaño de 0.3 pulgadas sigue siendo un caballo de batalla popular.
• Integración:Las tendencias incluyen integrar el circuito controlador de LED (sumideros de corriente constante, lógica de multiplexado) directamente en el módulo o encapsulado del display, simplificando el diseño externo para el ingeniero final.
• Expansión de la Gama de Colores:Aunque este es un display monocromático rojo, la ciencia de materiales subyacente para los LEDs rojos apoya directamente el desarrollo de displays LED a todo color y matrices de micro-LED, donde se combinan micro-LEDs rojos, verdes y azules.
• Factores de Forma Flexibles y Novedosos:La investigación en sustratos flexibles podría eventualmente conducir a displays de siete segmentos plegables o curvos, aunque esto es más relevante para las tecnologías más nuevas de OLED o micro-LED que para los LEDs encapsulados tradicionales.

El LTS-3861JD, con su probada tecnología AlInGaP y especificaciones claras, sigue siendo una solución robusta y efectiva para aplicaciones donde se requiere un display numérico simple, fiable y de bajo consumo.