Hoja de Datos del Display LED LTS-4801JG - Altura de Dígito 0.4 Pulgadas - Verde AlInGaP - Tensión Directa 2.6V - Disipación de Potencia 70mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTS-4801JG es un display numérico de un dígito y siete segmentos que utiliza tecnología de semiconductores AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio) para producir luz verde. Está diseñado como un dispositivo de ánodo común, lo que significa que los ánodos de todos los segmentos LED están conectados internamente y salen a pines comunes, mientras que cada cátodo de segmento es accesible individualmente. Esta configuración es común en aplicaciones de displays multiplexados. El display presenta una cara gris con segmentos blancos, lo que mejora el contraste y la legibilidad bajo diversas condiciones de iluminación. Su aplicación principal es en equipos electrónicos donde se requiere una lectura numérica de un dígito clara y brillante, como en paneles de instrumentación, electrodomésticos y controles industriales.

1.1 Ventajas Principales

• Alto Brillo y Contraste:El sistema de material AlInGaP proporciona una alta eficiencia luminosa, lo que resulta en un brillo excelente. El diseño de cara gris/segmentos blancos mejora aún más el contraste para una apariencia de carácter superior.
• Bajo Consumo de Energía:El dispositivo funciona con corrientes directas relativamente bajas, lo que lo hace adecuado para aplicaciones alimentadas por baterías o de alta eficiencia energética.
• Fiabilidad de Estado Sólido:Como dispositivo basado en LED, ofrece una larga vida operativa, resistencia a los golpes y tiempos de conmutación rápidos en comparación con tecnologías heredadas como las pantallas incandescentes o de fluorescencia al vacío.
• Rendimiento Categorizado:La intensidad luminosa está categorizada, lo que permite una coincidencia de brillo consistente en displays de múltiples dígitos.
• Amplio Ángulo de Visión:El encapsulado y el diseño del chip proporcionan un amplio ángulo de visión, asegurando que la pantalla sea legible desde varias posiciones.
• Encapsulado Libre de Plomo:El dispositivo cumple con las directivas RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas).

1.2 Aplicaciones Objetivo

Este display está destinado a su uso en equipos electrónicos ordinarios. Las aplicaciones típicas incluyen equipos de automatización de oficinas (por ejemplo, fotocopiadoras, impresoras), dispositivos de comunicación, electrodomésticos (por ejemplo, microondas, hornos, lavadoras), instrumentos de prueba y medición, y paneles de control industrial. No está diseñado para aplicaciones que requieren una fiabilidad excepcional donde una falla podría poner en peligro la vida o la salud (por ejemplo, aviación, soporte vital médico) sin consulta y calificación previas.

2. Análisis Profundo de Especificaciones Técnicas

2.1 Clasificaciones Absolutas Máximas

Estas clasificaciones definen los límites más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente en el dispositivo. No se garantiza el funcionamiento en o bajo estas condiciones.

• Disipación de Potencia por Segmento:70 mW. Esta es la potencia máxima que puede disipar un solo segmento LED sin causar daños.
• Corriente Directa Pico por Segmento:60 mA. Esto solo se permite en condiciones pulsadas (ciclo de trabajo 1/10, ancho de pulso 0.1 ms) para evitar el sobrecalentamiento.
• Corriente Directa Continua por Segmento:25 mA a 25°C. Esta corriente debe reducirse linealmente en 0.33 mA/°C a medida que la temperatura ambiente (Ta) aumenta por encima de 25°C.
• Rango de Temperatura de Operación y Almacenamiento:-35°C a +85°C. El dispositivo puede almacenarse y operarse dentro de este rango completo.
• Temperatura de Soldadura:Máximo 260°C durante 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 funcionamiento típicos medidos a Ta=25°C, que definen el rendimiento del dispositivo en condiciones normales.

• Intensidad Luminosa Promedio (I_V):320 a 850 μcd (microcandelas) a una corriente directa (I_F) de 1 mA. Este amplio rango indica que el dispositivo está categorizado ("binned") por intensidad.
• Longitud de Onda de Emisión Pico (λ_p):571 nm (típico). Esta es la longitud de onda a la que la intensidad de la luz emitida es más alta, en la región verde del espectro.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):572 nm (típico). Esta es la longitud de onda percibida por el ojo humano, que coincide estrechamente con la longitud de onda pico.
• Ancho de Media Línea Espectral (Δλ):15 nm (típico). Esto especifica el ancho de banda de la luz emitida, indicando un color verde relativamente puro.
• Tensión Directa por Chip (V_F):2.05V a 2.6V a I_F=20 mA. Esta es la caída de tensión a través del LED durante su funcionamiento. El diseño del circuito debe tener en cuenta este rango.
• Corriente Inversa por Segmento (I_R):Máximo 100 μA a una tensión inversa (V_R) de 5V. Este parámetro es solo para fines de prueba; no se permite la operación en polarización inversa continua.
• Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa:Máximo 2:1 para segmentos dentro del \"área de luz similar\". Esto asegura uniformidad en la apariencia a lo largo del dígito.
• Diafonía:La especificación es inferior al 2.5%. Esto se refiere a la iluminación no deseada de un segmento no excitado debido a fugas eléctricas o acoplamiento óptico.

3. Explicación del Sistema de Categorización

La hoja de datos indica que la intensidad luminosa está \"categorizada\". Esto típicamente significa que los dispositivos son probados y clasificados ("binned") después de la producción en función de su salida de luz medida a una corriente de prueba estándar (1 mA en este caso). La categorización asegura que los displays utilizados juntos en una aplicación de múltiples dígitos tendrán un brillo coincidente, evitando que un dígito aparezca notablemente más tenue o brillante que sus vecinos. Los diseñadores deben especificar o ser conscientes de la categoría de intensidad al realizar pedidos para garantizar la consistencia en su aplicación.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a \"Curvas Típicas de Características Eléctricas/Ópticas\". Si bien los gráficos específicos no se proporcionan en el extracto de texto, tales curvas típicamente ilustran la relación entre parámetros clave. Basándose en el comportamiento estándar de los LED, las curvas esperadas incluyen:

• Curva I-V (Corriente-Tensión):Muestra la relación exponencial entre la tensión directa (V_F) y la corriente directa (I_F). La curva mostrará una tensión de encendido alrededor de 2V y luego un aumento relativamente pronunciado.
• Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa (I_Vvs I_F):Muestra cómo la salida de luz aumenta con la corriente. Generalmente es lineal en un rango, pero se saturará a corrientes muy altas debido a efectos térmicos.
• Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente (I_Vvs T_a):Ilustra la disminución en la salida de luz a medida que aumenta la temperatura de la unión. Esta es una consideración crítica para entornos de alta temperatura.
• Distribución Espectral:Un gráfico de intensidad relativa versus longitud de onda, que muestra un pico alrededor de 571-572 nm con un ancho de aproximadamente 15 nm a la mitad de la intensidad máxima.

5. Información Mecánica y de Encapsulado

5.1 Dimensiones del Encapsulado

El display tiene una altura de dígito de 0.4 pulgadas (10.0 mm). El dibujo mecánico detallado proporciona todas las dimensiones críticas, incluida la longitud total, el ancho, la altura, el tamaño y el espaciado de los segmentos, y las ubicaciones de los pines. Las notas clave del dibujo incluyen:

• Todas las dimensiones están en milímetros con una tolerancia general de ±0.25 mm a menos que se especifique lo contrario.
• La tolerancia de desplazamiento de la punta del pin es de ±0.40 mm.
• El diámetro de orificio de PCB recomendado para los pines es de 1.10 mm.
• Se definen criterios de calidad para materiales extraños, burbujas en el segmento, flexión del reflector y contaminación de la tinta superficial.

5.2 Conexión de Pines y Diagrama de Circuito

El dispositivo tiene una configuración de 10 pines en una sola fila. El diagrama de circuito interno muestra una estructura de ánodo común. La asignación de pines es la siguiente: Pin 1 (Cátodo G), Pin 2 (Cátodo F), Pin 3 (Ánodo Común), Pin 4 (Cátodo E), Pin 5 (Cátodo D), Pin 6 (Cátodo Punto Decimal), Pin 7 (Cátodo C), Pin 8 (Ánodo Común), Pin 9 (Cátodo B), Pin 10 (Cátodo A). Tenga en cuenta que hay dos pines de ánodo común (3 y 8), que están conectados internamente. Esto permite flexibilidad en el diseño del PCB y puede ayudar en la distribución de corriente.

6. Guías de Soldadura y Montaje

6.1 Perfil de Soldadura Automatizada

Para soldadura por ola o por reflujo, la condición se especifica como máximo 260°C durante 5 segundos, medido a 1.6 mm (1/16 de pulgada) por debajo del plano de asiento del encapsulado. La temperatura del cuerpo del componente durante el montaje no debe exceder su clasificación de temperatura máxima. El cumplimiento de este perfil es crucial para evitar daños al encapsulado de plástico o a las conexiones internas de alambre.

6.2 Soldadura Manual

Si es necesaria la soldadura manual, la punta del soldador debe aplicarse al pin a 1.6 mm por debajo del plano de asiento. La temperatura de soldadura debe ser de 350°C ±30°C, y el tiempo de contacto no debe exceder los 5 segundos. El uso de una temperatura más alta durante un tiempo muy corto minimiza la transferencia de calor a los sensibles chips LED.

7. Consideraciones de Diseño de Aplicación

Se proporcionan varias advertencias y recomendaciones importantes para una operación confiable:

• Protección del Circuito de Excitación:El circuito debe proteger los LED de tensiones inversas y picos de tensión transitorios durante el encendido o apagado, ya que estos pueden causar fallos inmediatos.
• Excitación por Corriente Constante:Esto se recomienda encarecidamente en lugar de la excitación por tensión constante. Una fuente de corriente constante asegura un brillo consistente y protege al LED de la fuga térmica, ya que la tensión directa disminuye al aumentar la temperatura.
• Consideración de la Variación de V_F:El circuito de excitación debe diseñarse para entregar la corriente prevista en todo el rango de tensión directa (2.05V a 2.6V por chip a 20 mA).
• Reducción de Corriente:La corriente continua de operación segura debe elegirse después de considerar la temperatura ambiente máxima de la aplicación, utilizando el factor de reducción de 0.33 mA/°C por encima de 25°C.
• Evitar la Polarización Inversa:La operación en polarización inversa continua debe evitarse estrictamente, ya que puede provocar migración de metales y fallo prematuro del dispositivo.

8. Pruebas de Fiabilidad

El dispositivo se somete a una serie de pruebas de fiabilidad estandarizadas para garantizar su robustez. El plan de pruebas incluye:

• Prueba de Vida Operativa (RTOL):1000 horas a corriente máxima nominal bajo temperatura ambiente.
• Pruebas Ambientales:Almacenamiento a Alta Temperatura/Humedad (500 hrs a 65°C/90-95% HR), Almacenamiento a Alta Temperatura (1000 hrs a 105°C), Almacenamiento a Baja Temperatura (1000 hrs a -35°C).
• Pruebas de Estrés:Ciclos de Temperatura (30 ciclos entre -35°C y 105°C) y Choque Térmico (30 ciclos entre -35°C y 105°C).
• Pruebas de Compatibilidad de Proceso:Resistencia a la Soldadura (10 seg a 260°C) y Soldabilidad (5 seg a 245°C).

Estas pruebas hacen referencia a estándares militares (MIL-STD), industriales japoneses (JIS) e internos establecidos, proporcionando confianza en la durabilidad del componente bajo diversas condiciones de almacenamiento y operación.

9. Preguntas Frecuentes (FAQ)

P: ¿Puedo excitar este display directamente con un pin de microcontrolador de 5V?

R: No. La tensión directa es de aproximadamente 2.6V máximo, y una resistencia limitadora de corriente en serie es obligatoria. Conectar directamente a 5V destruiría el LED debido a la corriente excesiva. Calcule el valor de la resistencia usando R = (V_suministro- V_F) / I_F.

P: ¿Por qué hay dos pines de ánodo común?

R: Están conectados internamente. Este diseño permite un enrutamiento de PCB más flexible, puede ayudar a equilibrar la corriente si se excitan múltiples segmentos simultáneamente y proporciona estabilidad mecánica.

P: ¿Cómo logro un brillo uniforme en un display de múltiples dígitos?

R: Utilice excitadores de corriente constante y asegúrese de usar displays de la misma o de categorías de intensidad luminosa muy similares. Implemente multiplexación con corriente de segmento y ciclo de trabajo apropiados.

P: ¿Cuál es la diferencia entre la longitud de onda pico y la longitud de onda dominante?

R: La longitud de onda pico es la longitud de onda física de mayor potencia espectral. La longitud de onda dominante es el punto de color percibido en el diagrama de cromaticidad CIE. Para una fuente monocromática como este LED verde, están muy cerca.

10. Estudio de Caso de Diseño

Considere diseñar un display simple de termómetro digital utilizando el LTS-4801JG. El sistema utiliza un microcontrolador con salida multiplexada. Los pasos de diseño incluyen:

1. Selección del Excitador:Elija un CI excitador de LED de corriente constante o diseñe circuitos discretos de transistores capaces de absorber la corriente de segmento requerida (por ejemplo, 10-15 mA para un buen brillo).
2. Configuración de Corriente:Determine la corriente de operación. Por ejemplo, seleccionar 10 mA proporciona un buen brillo mientras se mantiene muy por debajo del máximo de 25 mA, permitiendo un margen para la reducción por temperatura.
3. Esquema de Multiplexación:Configure el microcontrolador para ciclar rápidamente a través de los dígitos. Los ánodos comunes son excitados por transistores PNP (o excitadores de lado alto) conmutados por el MCU, mientras que los cátodos de segmento están conectados a las salidas de sumidero de corriente del CI excitador.
4. Diseño del PCB:Coloque el display en la placa, asegurándose de usar los orificios recomendados de 1.10 mm. Enrute las dos líneas de ánodo común por separado para equilibrar la distribución de corriente. Mantenga las trazas para las líneas de segmento de alta corriente cortas y anchas.
5. Gestión Térmica:Si el dispositivo se va a utilizar en un entorno de alta temperatura ambiente (por ejemplo, >50°C), recalcule la corriente continua máxima permitida usando el factor de reducción: I_F(máx)= 25 mA - [0.33 mA/°C * (T_a- 25°C)].

11. Introducción a la Tecnología y Principio

El LTS-4801JG se basa en tecnología de semiconductores AlInGaP crecida sobre un sustrato de GaAs no transparente. Cuando se aplica una tensión directa a través de la unión p-n, los electrones y los huecos se recombinan, liberando energía en forma de fotones. La composición específica de la aleación AlInGaP determina la energía de la banda prohibida, que a su vez define la longitud de onda de la luz emitida, en este caso, verde (~572 nm). El sustrato no transparente ayuda a mejorar el contraste al absorber la luz dispersa. El formato de siete segmentos es una forma estandarizada de representar dígitos numéricos (0-9) y algunas letras iluminando selectivamente siete barras LED independientes (segmentos A-G) más un punto decimal.

12. Tendencias de la Industria

Si bien los displays de siete segmentos siguen siendo vitales para lecturas numéricas simples, la tendencia de la industria es hacia la integración y la miniaturización. Hay un uso creciente de encapsulados de dispositivo de montaje superficial (SMD) para el montaje automatizado. Además, los displays monolíticos de múltiples dígitos y los displays inteligentes con excitadores integrados (I2C, SPI) se están volviendo más comunes para simplificar el diseño del sistema y reducir el número de componentes. Sin embargo, los componentes discretos de un solo dígito como el LTS-4801JG continúan sirviendo aplicaciones sensibles al costo, prototipos y diseños que requieren características mecánicas u ópticas específicas no ofrecidas por los módulos integrados. El movimiento hacia una mayor eficiencia y una gama de colores más amplia en la tecnología LED también influye en los componentes de display, aunque para displays monocromáticos como este, la eficiencia y la fiabilidad son los principales impulsores.