Hoja de Datos del Display LED Rojo de Un Dígito LSHD-F101 0.39 Pulgadas - Altura del Dígito 10.0mm - Tensión Directa 2.6V - Potencia 70mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LSHD-F101 es un módulo de display LED de un dígito, de siete segmentos más punto decimal. Utiliza capas epitaxiales avanzadas de Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio (AlInGaP) crecidas sobre un sustrato de Arseniuro de Galio (GaAs) para producir emisión de luz roja de alta eficiencia. La aplicación principal de este dispositivo es en equipos electrónicos donde se requieren lecturas numéricas claras, brillantes y fiables, como en paneles de instrumentación, electrodomésticos y controles industriales. Sus ventajas principales incluyen una excelente apariencia de los caracteres gracias a segmentos uniformes y continuos, alto brillo y contraste para una visibilidad superior, y la fiabilidad del estado sólido que garantiza una larga vida operativa.

1.1 Características Principales

• Altura del Dígito: 0.39 pulgadas (10.0 mm).
• Segmentos Continuos y Uniformes para una apariencia suave de los caracteres.
• Bajo Requerimiento de Potencia, mejorando la eficiencia energética.
• Alto Brillo y Alto Contraste para una excelente legibilidad.
• Amplio Ángulo de Visión, adecuado para diversas posiciones de montaje.
• Fiabilidad de Estado Sólido sin partes móviles.
• Categorizado por Intensidad Luminosa, permitiendo emparejar el brillo en aplicaciones de múltiples dígitos.
• Paquete Libre de Plomo conforme a las directivas RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas).

2. Parámetros Técnicos: Interpretación Objetiva en Profundidad

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estos valores definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente en el dispositivo. No se recomienda operar en o cerca de estos límites para un rendimiento fiable.

• Disipación de Potencia por Segmento: 70 mW. Esta es la potencia máxima que puede disipar de forma segura un segmento LED individual sin causar daño térmico.
• Corriente Directa de Pico por Segmento: 90 mA. Este valor aplica en condiciones pulsadas (ciclo de trabajo 1/10, ancho de pulso 0.1ms) y es mayor que la corriente continua nominal.
• Corriente Directa Continua por Segmento: 25 mA a 25°C. Esta corriente se reduce linealmente a 0.28 mA/°C a medida que la temperatura ambiente aumenta por encima de 25°C. Es necesario un disipador de calor adecuado o una reducción de corriente a temperaturas más altas.
• Tensión Inversa por Segmento: 5 V. Exceder este voltaje en polarización inversa puede causar una falla inmediata y catastrófica.
• Rango de Temperatura de Operación y Almacenamiento: -35°C a +105°C. El dispositivo está clasificado para operar y almacenarse dentro de este amplio rango de temperatura industrial.
• Condiciones de Soldadura: El paquete puede soportar soldadura a 260°C durante un máximo de 5 segundos, medido a 1/16 de pulgada (aprox. 1.6 mm) por debajo del plano de asiento.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas

Estos son los parámetros de rendimiento típicos medidos bajo condiciones de prueba especificadas (Ta=25°C).

• Intensidad Luminosa Promedio por Segmento (Iv): Varía de 200-750 ucd a 1mA de corriente de excitación a 3400-9750 ucd a 10mA. Esta alta intensidad garantiza una salida de visualización brillante.
• Longitud de Onda de Emisión de Pico (λp): 650 nm (típico). Especifica la longitud de onda a la cual la potencia óptica de salida es máxima.
• Longitud de Onda Dominante (λd): 639 nm (típico). Es la longitud de onda única percibida por el ojo humano, definiendo el color como rojo.
• Ancho Medio de Línea Espectral (Δλ): 20 nm (típico). Indica la pureza espectral de la luz roja emitida.
• Tensión Directa por Chip (Vf): 2.10V a 2.60V a una corriente de prueba de 20mA. El diseño del circuito debe acomodar este rango para garantizar una corriente de excitación consistente.
• Corriente Inversa por Segmento (Ir): Máximo 100 µA a una tensión inversa de 5V. Este parámetro es solo para fines de prueba; está prohibida la operación en polarización inversa continua.
• Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa: Máximo 2:1 entre segmentos cuando se excitan a 1mA. Esto asegura un brillo uniforme en toda la pantalla.

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) donde los displays se ordenan según la salida de luz medida a una corriente de prueba estándar (ej., 1mA o 10mA). Esto permite a los diseñadores seleccionar piezas del mismo bin de intensidad o de bins adyacentes para garantizar uniformidad visual en displays de múltiples dígitos, evitando que algunos dígitos parezcan más brillantes o más tenues que otros. Aunque en este extracto no se proporcionan detalles específicos de los códigos de bin, esta categorización es un paso crítico de control de calidad para la consistencia estética y funcional en la aplicación final.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a "Curvas Típicas de Características Eléctricas / Ópticas" que son esenciales para un diseño detallado. Estas típicamente incluyen:

• Curva IV (Corriente Directa vs. Tensión Directa): Muestra la relación exponencial, crucial para diseñar drivers de corriente constante.
• Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa: Demuestra cómo aumenta la salida de luz con la corriente, ayudando en la calibración del brillo y cálculos de eficiencia.
• Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente: Muestra la reducción de la salida de luz a medida que aumenta la temperatura, importante para la gestión térmica.
• Distribución Espectral: Un gráfico que traza la intensidad relativa frente a la longitud de onda, confirmando las longitudes de onda dominante y de pico, y el ancho espectral.

Los diseñadores deben consultar estas curvas para optimizar las condiciones de excitación, comprender las dependencias de la temperatura y predecir el rendimiento en el entorno operativo real.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones del Paquete

El display tiene una cara gris claro con segmentos blancos. Las notas dimensionales clave incluyen:

• Todas las dimensiones están en milímetros con una tolerancia general de ±0.25mm a menos que se especifique lo contrario.
• La tolerancia de desplazamiento de la punta de los pines es de ±0.40 mm.
• El diámetro de orificio de PCB recomendado para los pines es de 1.0 mm.
• Las especificaciones de calidad limitan la presencia de materiales extraños, burbujas en el segmento, curvatura del reflector y contaminación de la tinta de la superficie para garantizar claridad óptica e integridad mecánica.

5.2 Configuración de Pines y Diagrama de Circuito

El dispositivo tiene una configuración de 10 pines con una arquitectura de ánodo común. El diagrama de circuito interno muestra dos pines de ánodo común (Pin 1 y Pin 6) conectados internamente, proporcionando redundancia y potencialmente una mejor distribución de corriente. Los cátodos de los segmentos (A-G y DP) están conectados a pines individuales. Esta configuración es estándar para multiplexar múltiples dígitos, aunque esta es una unidad de un solo dígito. La asignación de pines es la siguiente: 1-Ánodo Com, 2-F, 3-G, 4-E, 5-D, 6-Ánodo Com, 7-DP, 8-C, 9-B, 10-A.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

6.1 Soldadura Automatizada

Condición recomendada: 260°C durante 5 segundos, medido a 1.6mm (1/16 de pulgada) por debajo del plano de asiento del paquete. La temperatura del cuerpo del componente no debe exceder su valor máximo nominal durante este proceso.

6.2 Soldadura Manual

Condición recomendada: 350°C ±30°C durante un máximo de 5 segundos, con la punta del soldador posicionada a 1.6mm por debajo del plano de asiento. Se debe tener cuidado para evitar una exposición prolongada al calor.

7. Recomendaciones de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

Este display está destinado a equipos electrónicos ordinarios, incluidos equipos de oficina, dispositivos de comunicación y electrodomésticos. Su alto brillo y legibilidad lo hacen adecuado para medidores de panel, displays de reloj, lecturas de unidades de control simples y electrónica de consumo donde se necesita un indicador numérico claro.

7.2 Consideraciones Críticas de Diseño

• Método de Excitación:Se recomienda encarecidamente la excitación por corriente constante sobre la de tensión constante para garantizar una intensidad luminosa y longevidad consistentes, ya que el brillo del LED es una función de la corriente, no del voltaje.
• Limitación de Corriente:El circuito excitador debe limitar la corriente a cada segmento dentro del valor máximo absoluto (25mA continuos, reducido con la temperatura). Exceder esto causa una degradación rápida.
• Rango de Tensión:El circuito debe diseñarse para acomodar el rango completo de tensión directa (Vf) de 2.10V a 2.60V para entregar la corriente prevista a todas las unidades.
• Protección contra Tensión Inversa:El circuito de excitación debe incorporar protección (ej., diodos en serie o características de circuitos integrados) para evitar que se aplique tensión inversa o picos de voltaje a los cátodos del LED durante el encendido, apagado o en condiciones de falla.
• Gestión Térmica:La corriente de operación segura debe reducirse en función de la temperatura ambiente máxima del entorno de aplicación, utilizando el factor de reducción de 0.28 mA/°C por encima de 25°C.

8. Pruebas de Fiabilidad

El dispositivo se somete a una serie completa de pruebas de fiabilidad basadas en estándares militares (MIL-STD), industriales japoneses (JIS) e internos. Estas pruebas validan su robustez y longevidad:

• Vida Operativa (RTOL):1000 horas a la corriente máxima nominal a temperatura ambiente.
• Estrés Ambiental:Incluye Almacenamiento a Alta Temperatura/Humedad (500hrs a 65°C/90-95% HR), Almacenamiento a Alta y Baja Temperatura (1000hrs a 105°C y -35°C), Ciclado de Temperatura y pruebas de Choque Térmico.
• Robustez del Proceso:Las pruebas de Resistencia a la Soldadura y Soldabilidad aseguran que el paquete pueda soportar los procesos de montaje estándar.

9. Precauciones y Limitaciones de Uso

El dispositivo no está diseñado para aplicaciones críticas para la seguridad donde una falla podría poner en peligro la vida o la salud (ej., aviación, soporte vital médico, sistemas de seguridad del transporte). Para tales aplicaciones, es obligatorio consultar con el fabricante para obtener componentes calificados especialmente. El fabricante no asume ninguna responsabilidad por daños resultantes de la operación fuera de los valores máximos absolutos o contraria a las instrucciones proporcionadas. Se requiere especial atención para evitar la polarización inversa, que puede inducir migración de metales y conducir a un aumento de la corriente de fuga o falla.

10. Comparación y Diferenciación Técnica

El LSHD-F101 se diferencia por el uso de tecnología AlInGaP sobre un sustrato de GaAs. En comparación con tecnologías más antiguas como GaAsP o GaP estándar, los LED de AlInGaP ofrecen una eficiencia luminosa significativamente mayor, lo que resulta en un mayor brillo para la misma corriente de excitación. La característica de "segmentos continuos y uniformes" indica un diseño de molde y difusor de alta calidad que elimina huecos visibles o puntos calientes dentro de un segmento, dando lugar a una apariencia de carácter más profesional y legible. El amplio ángulo de visión y la intensidad luminosa categorizada son ventajas adicionales para aplicaciones que requieren un rendimiento visual consistente desde diferentes perspectivas o en múltiples unidades.

11. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Puedo excitar este display con una fuente de 5V y una simple resistencia?

R: Sí, pero se necesita un cálculo cuidadoso. Usando la Ley de Ohm (R = (V_fuente - Vf_led) / I_led), y asumiendo un peor caso de Vf de 2.6V a 20mA, el valor de la resistencia sería (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 Ohmios. Sin embargo, debido a la variación de Vf, el brillo puede variar entre segmentos/displays. Se prefiere un driver de corriente constante para mayor consistencia.

P: ¿Cuál es la diferencia entre Longitud de Onda de Pico y Longitud de Onda Dominante?

R: La Longitud de Onda de Pico (650nm) es el pico físico del espectro de luz emitida. La Longitud de Onda Dominante (639nm) es la longitud de onda única que produciría la misma percepción de color para el ojo humano. La longitud de onda dominante es más relevante para la especificación del color.

P: ¿Por qué hay dos pines de Ánodo Común?

R: Esto proporciona simetría mecánica, simplifica el diseño del PCB y puede ayudar a distribuir la corriente de manera más uniforme, mejorando potencialmente la fiabilidad y la uniformidad del brillo.

12. Estudio de Caso de Diseño y Uso

Escenario: Diseñando una lectura simple de voltímetro digital.

Un diseñador selecciona el LSHD-F101 para un display de voltímetro de 2 dígitos (requiriendo dos unidades). Primero verifica la información de clasificación de intensidad para obtener dos displays del mismo bin para un brillo uniforme. El microcontrolador opera a 3.3V. Para excitar cada segmento a un objetivo de 10mA para un buen brillo, diseñan un driver de sumidero de corriente constante usando un CI de matriz de transistores. El circuito excitador incluye diodos de protección para limitar cualquier pico de voltaje inductivo de los cables largos que conectan al panel de visualización. El diseño del PCB coloca los displays con un espaciado adecuado para los orificios de montaje recomendados de 1.0mm e incluye un plano de tierra para la disipación térmica. Durante las pruebas, verifican el brillo de los segmentos a la temperatura ambiente máxima esperada de 50°C y confirman que la corriente se reduce apropiadamente a aproximadamente 18mA por segmento (25mA - (0.28mA/°C * (50-25)°C)).

13. Introducción al Principio Operativo

La emisión de luz en el LSHD-F101 se basa en la electroluminiscencia en una unión p-n de semiconductor hecha de materiales AlInGaP. Cuando se aplica una tensión directa que excede el potencial incorporado de la unión, los electrones de la región tipo n y los huecos de la región tipo p se inyectan en la región activa. Aquí, se recombinan, liberando energía en forma de fotones. La composición específica de la aleación AlInGaP determina la energía del bandgap, que corresponde directamente a la longitud de onda (color) de la luz emitida—en este caso, rojo. El sustrato de GaAs es ópticamente absorbente, por lo que el chip está diseñado para emisión por la parte superior, que luego es difundida por el paquete de plástico moldeado para formar los segmentos uniformes.

14. Tendencias y Contexto Tecnológico

La tecnología AlInGaP representa una solución madura y altamente eficiente para LED rojos, naranjas y amarillos. Si bien tecnologías más nuevas como los LED basados en Nitruro de Galio (GaN) dominan los mercados de iluminación azul, verde y blanca, AlInGaP sigue siendo el material de elección para indicadores y displays rojos de alto rendimiento debido a su eficiencia superior y pureza de color en esa región espectral. Las tendencias en tecnología de displays incluyen el movimiento hacia paquetes de dispositivo de montaje superficial (SMD) para montaje automatizado y mayor densidad. Si bien el LSHD-F101 es un componente de orificio pasante, sus principios de diseño de alto brillo, fiabilidad y rendimiento categorizado siguen siendo fundamentales. Los desarrollos futuros pueden centrarse en mayores ganancias de eficiencia, rangos de temperatura más amplios e integración con la electrónica de excitación.