Hoja de Datos de Display LED de 7 Segmentos de 1 Dígito 0.56 Pulgadas - Altura de Dígito 14.22mm - Verde AlInGaP - Voltaje Directo 2.6V - Disipación de Potencia 70mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El dispositivo es un display alfanumérico de siete segmentos de un dígito, diseñado para aplicaciones que requieren lecturas numéricas claras y brillantes. Su función principal es representar visualmente los dígitos del 0 al 9 y algunas letras utilizando segmentos controlables individualmente. La tecnología central se basa en material semiconductor de Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio (AlInGaP), específicamente diseñado para una emisión de luz de alta eficiencia en el espectro verde-amarillo. Este sistema de material se cultiva sobre un sustrato de Arseniuro de Galio (GaAs) no transparente, lo que ayuda a gestionar la salida de luz y el contraste. El display presenta una placa frontal de color gris que sirve para mejorar la relación de contraste entre los segmentos verdes iluminados y el fondo, mejorando la legibilidad bajo diversas condiciones de iluminación. El dispositivo está categorizado por su intensidad luminosa, garantizando consistencia en los niveles de brillo para aplicaciones donde una apariencia uniforme entre múltiples unidades es crítica.

2. Análisis en Profundidad de Parámetros Técnicos

Esta sección proporciona un desglose detallado de los límites operativos y las características de rendimiento del dispositivo bajo condiciones especificadas.

2.1 Valores Máximos Absolutos

Estos parámetros definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente al dispositivo. No se recomienda operar en o cerca de estos límites para un rendimiento confiable y a largo plazo.

• Disipación de Potencia por Segmento:70 mW. Esta es la cantidad máxima de potencia que un solo segmento puede convertir de manera segura en calor y luz sin riesgo de daño térmico.
• Corriente Directa Pico por Segmento:60 mA. Esta especificación aplica bajo condiciones pulsadas (ciclo de trabajo 1/10, ancho de pulso 0.1ms). Permite períodos breves de corriente más alta para lograr un brillo muy elevado en aplicaciones de multiplexación o estroboscópicas.
• Corriente Directa Continua por Segmento:25 mA a 25°C. Esta corriente debe desclasificarse linealmente a una tasa de 0.33 mA/°C a medida que la temperatura ambiente (Ta) supera los 25°C para evitar sobrecalentamiento.
• Voltaje Inverso por Segmento:5 V. Exceder este voltaje en la dirección de polarización inversa puede causar ruptura de la unión.
• Rango de Temperatura de Operación y Almacenamiento:-35°C a +85°C. El dispositivo está clasificado para entornos de temperatura de grado industrial.
• Temperatura de Soldadura:El dispositivo puede soportar una temperatura de soldadura de 260°C durante 3 segundos a una distancia de 1/16 de pulgada (aproximadamente 1.59 mm) por debajo del plano de asiento.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas (Ta=25°C)

Estos son los parámetros de rendimiento típicos medidos bajo condiciones de prueba estándar, proporcionando el comportamiento esperado del dispositivo en operación normal.

• Intensidad Luminosa Promedio (I_V):320 μcd (Mín), 900 μcd (Típ) a I_F=1mA. Esto cuantifica el brillo percibido del segmento. El amplio rango indica un proceso de clasificación por intensidad.
• Longitud de Onda de Emisión Pico (λ_p):571 nm (Típ) a I_F=20mA. Esta es la longitud de onda a la cual la potencia óptica de salida es máxima, situando la emisión en la región verde-amarilla del espectro visible.
• Ancho Medio de Línea Espectral (Δλ):15 nm (Típ) a I_F=20mA. Este parámetro describe la pureza espectral de la luz emitida; un ancho medio más estrecho indica un color más monocromático.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):572 nm (Típ) a I_F=20mA. Esta es la longitud de onda única percibida por el ojo humano que mejor coincide con el color de la luz emitida, estrechamente relacionada con la longitud de onda pico.
• Voltaje Directo por Segmento (V_F):2.05V (Mín), 2.6V (Típ) a I_F=20mA. Esta es la caída de voltaje a través del segmento LED cuando conduce la corriente especificada. Es crucial para diseñar el circuito limitador de corriente.
• Corriente Inversa por Segmento (I_R):100 μA (Máx) a V_R=5V. Esta es la pequeña corriente de fuga que fluye cuando el segmento está polarizado inversamente.
• Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa (I_V-m):2:1 (Típ) a I_F=1mA. Esta relación define la variación máxima de brillo permitida entre diferentes segmentos del mismo dígito o entre diferentes dispositivos, asegurando uniformidad visual.

Nota sobre la Medición:La intensidad luminosa se mide utilizando una combinación de sensor y filtro que aproxima la función de luminosidad fotópica CIE, que modela la sensibilidad del ojo humano estándar a diferentes longitudes de onda.

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 o selección basado en la salida de luz medida.

• Clasificación por Intensidad Luminosa:La intensidad luminosa típica especificada de 900 μcd con un mínimo de 320 μcd sugiere que los dispositivos son probados y agrupados (clasificados) de acuerdo con su brillo real medido a la corriente de prueba estándar de 1mA. Esto permite a los diseñadores seleccionar componentes con niveles de brillo consistentes para su aplicación, lo cual es vital para displays de múltiples dígitos donde un brillo desigual sería molesto.
• Consistencia de Longitud de Onda:Aunque no se declara explícitamente como un parámetro de clasificación, los valores típicos ajustados para la Longitud de Onda de Emisión Pico (571 nm) y la Longitud de Onda Dominante (572 nm) indican un proceso de fabricación que produce una salida de color altamente consistente, lo cual es una ventaja característica del sistema de material AlInGaP.

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 detallan en el texto proporcionado, las curvas estándar para tales dispositivos típicamente incluyen:

• Corriente Directa vs. Voltaje Directo (Curva I_F-V_F):Esta curva no lineal muestra cómo cambia el voltaje directo al aumentar la corriente. Es esencial para determinar el voltaje de accionamiento requerido y para diseñar controladores de corriente constante.
• Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa (Curva I_V-I_F):Este gráfico muestra la relación entre la corriente de accionamiento y la salida de luz. Generalmente es sub-lineal; duplicar la corriente no duplica el brillo y aumenta la generación de calor.
• Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Esta curva demuestra cómo disminuye la salida de luz a medida que aumenta la temperatura de unión del LED. Comprender esta desclasificación es crítico para aplicaciones que operan a altas temperaturas ambientales.
• Distribución Espectral:Un gráfico que muestra la potencia óptica relativa a través de diferentes longitudes de onda, centrada alrededor de la longitud de onda pico de ~571 nm, con un ancho medio típico de 15 nm.

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Dimensiones del Encapsulado

El dispositivo tiene una altura de dígito de 0.56 pulgadas (14.22 mm). Las dimensiones del encapsulado se proporcionan en un dibujo con todas las medidas en milímetros. La tolerancia estándar para las dimensiones es de ±0.25 mm (±0.01 pulgadas) a menos que se especifique lo contrario en el dibujo. Esta información es crítica para el diseño de la huella en el PCB y para asegurar un ajuste adecuado dentro de la carcasa del producto final.

5.2 Conexión de Pines y Diagrama de Circuito

El display tiene una configuración de 10 pines con un diseño de cátodo común. El diagrama de circuito interno muestra que todos los cátodos de los segmentos LED (A a G y el Punto Decimal) están conectados internamente a dos pines de cátodo común (Pin 3 y Pin 8). Esta es una configuración estándar para simplificar el circuito de accionamiento en aplicaciones multiplexadas.

Pinout:

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

6. Directrices de Soldadura y Montaje

Los valores máximos absolutos especifican un parámetro clave de soldadura: el dispositivo puede soportar un soldador o un perfil de reflujo que alcance 260°C en un punto a 1/16 de pulgada (1.59 mm) por debajo del plano de asiento del encapsulado durante un máximo de 3 segundos. Esta directriz está destinada a prevenir daños térmicos a los chips LED y a las conexiones internas de alambre durante el proceso de montaje. Para soldadura por ola, el tiempo de exposición al estaño debe minimizarse. Se deben observar las precauciones estándar contra descargas electrostáticas (ESD) durante el manejo y montaje para prevenir daños a las uniones semiconductoras.

7. Recomendaciones de Aplicación

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

Este display es adecuado para una amplia gama de aplicaciones que requieren un indicador numérico único y altamente visible:

• Equipos de Prueba y Medición:Multímetros digitales, contadores de frecuencia, fuentes de alimentación, donde se necesita una lectura clara y brillante.
• Controles Industriales:Medidores de panel, indicadores de proceso, displays de temporizador en maquinaria.
• Electrónica de Consumo:Contadores independientes, marcadores, displays de electrodomésticos (por ejemplo, hornos microondas, equipos de sonido antiguos).
• Mercado de Accesorios Automotrices:Calibradores y herramientas de diagnóstico (aunque las especificaciones ambientales deben verificarse para requisitos automotrices específicos).

7.2 Consideraciones de Diseño

• Limitación de Corriente:Los LEDs son dispositivos accionados por corriente. Una resistencia limitadora de corriente en serie o un circuito controlador de corriente constante es obligatorio para cada ánodo de segmento para evitar exceder la corriente directa continua máxima (25 mA a 25°C). El valor de la resistencia se puede calcular usando la Ley de Ohm: R = (V_suministro- V_F) / I_F, donde V_Fes el voltaje directo típico (por ejemplo, 2.6V).
• Multiplexación:Para displays de múltiples dígitos, se utiliza un esquema de multiplexación donde los dígitos se iluminan uno a la vez rápidamente. La especificación de corriente directa pico (60 mA) permite corrientes pulsadas más altas para compensar el ciclo de trabajo reducido, manteniendo el brillo percibido.
• Gestión del Calor:Aunque la disipación de potencia es baja por segmento, en aplicaciones donde todos los segmentos están encendidos continuamente (por ejemplo, mostrando '8.'), la potencia total puede acercarse a 0.5W. Asegure una ventilación o disipación de calor adecuada si opera a altas temperaturas ambientales, y recuerde desclasificar la corriente continua.
• Ángulo de Visión:La hoja de datos afirma un "amplio ángulo de visión", lo cual es típico para displays LED de siete segmentos. Esto debe verificarse para el cono de visión requerido por la aplicación específica.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

Los factores diferenciadores clave de este display, basados en los datos proporcionados, son su tecnología de material y sus características de rendimiento específicas.

• AlInGaP vs. Materiales Tradicionales:En comparación con tecnologías más antiguas como los LEDs verdes estándar de GaP (Fosfuro de Galio), AlInGaP ofrece una eficiencia luminosa y un brillo significativamente mayores. Esto resulta en una mejor visibilidad en condiciones de alta luz ambiental o a corrientes de accionamiento más bajas, mejorando la eficiencia energética.
• Color y Contraste:La combinación de segmentos verdes AlInGaP y una cara gris proporciona un display de alto contraste y fácil lectura. El verde a menudo se elige por su alta eficacia luminosa percibida por el ojo humano, haciéndolo parecer muy brillante para una entrada eléctrica dada.
• Fiabilidad de Estado Sólido:Como todos los LEDs, ofrece ventajas sobre displays incandescentes o fluorescentes de vacío (VFD), incluyendo resistencia a golpes/vibraciones, tiempo de respuesta más rápido, voltaje de operación más bajo y mayor vida útil.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

1. P: ¿Cuál es el propósito de los dos pines de cátodo común (3 y 8)?
   
   R: Están conectados internamente. Proporcionar dos pines ayuda a distribuir la corriente total del cátodo (que puede ser la suma de hasta 8 segmentos), reduce la densidad de corriente en las trazas del PCB y puede mejorar la disipación térmica del encapsulado.
2. P: ¿Puedo accionar este display directamente desde un pin de un microcontrolador de 5V?
   
   R: No. Debe usar una resistencia limitadora de corriente. Para una fuente de alimentación de 5V y una corriente objetivo de 20 mA con una V_Fde 2.6V, el valor de la resistencia sería R = (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 Ω. El pin del microcontrolador también debe poder sumidero o fuente la corriente de segmento requerida.
3. P: ¿Qué significa "Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa de 2:1"?
   
   R: Significa que el segmento (o dispositivo) más brillante no será más del doble de brillante que el segmento (o dispositivo) más tenue bajo las mismas condiciones de prueba. Esto asegura uniformidad visual en todo el display.
4. P: ¿Cómo logro el brillo típico de 900 μcd?
   
   R: La intensidad luminosa típica se especifica a una corriente directa (I_F) de 1 mA. Para lograr este nivel de brillo en su diseño, debe accionar cada segmento con 1 mA. Para un brillo mayor, puede aumentar la corriente hasta el valor máximo continuo (25 mA a 25°C), pero consulte la curva I_V-I_Fya que la relación no es lineal.

10. Estudio de Caso de Diseño y Uso

Escenario: Diseño de una Lectura de Voltímetro Digital Simple

Un diseñador está creando un voltímetro DC de 0-99V. Necesita dos de estos displays. El ADC del microcontrolador lee el voltaje y lo convierte en dos dígitos. El diseñador utiliza una técnica de multiplexación: el Dígito 1 (lugar de las decenas) se ilumina durante 5ms, luego el Dígito 2 (lugar de las unidades) durante 5ms, repitiéndose continuamente. Para mantener un buen brillo percibido durante el ciclo de trabajo del 50% por dígito, deciden accionar cada segmento con una corriente pulsada de 15 mA (muy por debajo del valor pico de 60 mA). Usan un transistor en el lado del cátodo común para cada dígito, controlado por el microcontrolador, y resistencias limitadoras de corriente en cada ánodo de segmento conectado a pines de puerto del microcontrolador configurados como salidas. La cara gris y los segmentos verdes aseguran que la lectura sea clara incluso en un entorno de taller moderadamente iluminado. El diseñador selecciona componentes del mismo lote de intensidad luminosa para garantizar que ambos dígitos tengan un brillo coincidente.

11. Principio de Operación

Un display de siete segmentos es un conjunto de siete diodos emisores de luz (LEDs) dispuestos en un patrón de figura ocho. Cada LED forma un segmento (etiquetado de A a G). Un LED adicional se utiliza para el punto decimal (DP). Al aplicar polarización directa (encender) selectivamente combinaciones específicas de estos segmentos, se pueden formar los patrones para los números del 0 al 9. Por ejemplo, para mostrar un "7", se iluminan los segmentos A, B y C. En una configuración de cátodo común como esta, todos los cátodos (terminales negativos) de los LEDs de segmento están conectados juntos a uno o más pines comunes. Para encender un segmento, su pin de ánodo correspondiente se lleva a un voltaje positivo (a través de una resistencia limitadora de corriente), mientras que el cátodo común se conecta a tierra. El material semiconductor AlInGaP emite luz cuando los electrones se recombinan con huecos a través de la unión p-n del dispositivo, liberando energía en forma de fotones con una longitud de onda característica del bandgap del material, en este caso, luz verde.

12. Tendencias Tecnológicas

Si bien los displays LED de siete segmentos discretos siguen siendo relevantes para aplicaciones específicas, las tendencias más amplias en tecnología de displays son notables. Existe un cambio general hacia displays de matriz de puntos integrados (tanto LED como LCD/OLED) que ofrecen capacidades alfanuméricas y gráficas completas en encapsulados de tamaño similar. Estos proporcionan mayor flexibilidad pero a menudo requieren electrónica de accionamiento más compleja. Para aplicaciones donde solo se necesitan números, el formato de siete segmentos sigue siendo altamente eficiente y rentable. Los avances en materiales LED, como el uso de AlInGaP en esta hoja de datos, continúan mejorando la eficiencia, el brillo y la pureza del color. Además, las versiones de dispositivo de montaje superficial (SMD) de displays de siete segmentos se están volviendo más comunes, permitiendo un montaje automatizado y factores de forma más pequeños en comparación con diseños de agujero pasante como el probablemente descrito en este documento. Las ventajas centrales de los LEDs (larga vida, robustez y bajo consumo) aseguran que seguirán siendo un elemento básico en aplicaciones de indicación y lectura simple en el futuro previsible.