Hoja de Datos del Display LED LTS-4301JR - Altura de Dígito 0.4 Pulgadas - Color Rojo Súper - Tensión Directa 2.6V - Disipación de Potencia 70mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTS-4301JR es un módulo de display LED alfanumérico de siete segmentos y un solo dígito. Está diseñado para proporcionar lecturas numéricas claras y de alto contraste en un factor de forma compacto. El dispositivo utiliza tecnología de semiconductores avanzada de AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio) para sus chips emisores de luz, que se fabrican sobre un sustrato transparente de GaAs. Esta combinación da como resultado la emisión característica "rojo súper". El display presenta una placa frontal gris con marcas de segmentos blancas, lo que mejora el contraste y la legibilidad bajo diversas condiciones de iluminación. Su aplicación principal es en equipos electrónicos donde se requiere un indicador numérico simple, fiable y brillante, como en instrumentación, electrónica de consumo y paneles de control industrial.

1.1 Características y Ventajas Principales

• Altura de Dígito de 0.4 Pulgadas (10.0 mm):Ofrece un equilibrio entre tamaño y visibilidad, adecuado para aplicaciones montadas en panel donde el espacio es una consideración.
• Segmentos Continuos y Uniformes:Proporciona una apariencia luminosa consistente y sin interrupciones en cada segmento, mejorando la calidad estética y la legibilidad.
• Bajo Requerimiento de Potencia:Diseñado para eficiencia energética, haciéndolo adecuado para dispositivos alimentados por batería o de baja potencia.
• Alto Brillo y Alto Contraste:Los chips de rojo súper AlInGaP ofrecen una salida luminosa intensa, mientras que el diseño de cara gris/segmentos blancos maximiza el contraste para una fácil visualización.
• Amplio Ángulo de Visión:Garantiza que el display permanezca legible desde una amplia gama de perspectivas, no solo de frente.
• Categorizado por Intensidad Luminosa:Las unidades se clasifican según su salida de luz, permitiendo una coincidencia de brillo consistente en aplicaciones de múltiples dígitos.
• Paquete Libre de Plomo (Cumple con RoHS):Fabricado de acuerdo con las regulaciones ambientales que restringen sustancias peligrosas.
• Fiabilidad de Estado Sólido:Los LED ofrecen una larga vida operativa, resistencia a impactos y tiempos de conmutación rápidos en comparación con otras tecnologías de visualización.

1.2 Identificación del Dispositivo

El número de pieza LTS-4301JR denota específicamente una configuración de cátodo común con un punto decimal a la derecha. El sufijo "JR" es crítico para identificar la ubicación del punto decimal. Es un display de tipo de emisión rojo súper AlInGaP.

2. Parámetros Técnicos: Interpretación Objetiva en Profundidad

2.1 Clasificaciones Absolutas Máximas

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

• Disipación de Potencia por Segmento:70 mW. Esta es la pérdida de potencia máxima permitida como calor para un solo segmento. Exceder esto puede provocar sobrecalentamiento y degradación acelerada.
• Corriente Directa de Pico por Segmento:90 mA (a un ciclo de trabajo de 1/10, ancho de pulso de 0.1ms). Esta clasificación es solo para operación pulsada, no para conducción continua en CC.
• Corriente Directa Continua por Segmento:25 mA a 25°C. Esta corriente se reduce linealmente a una tasa de 0.33 mA/°C a medida que la temperatura ambiente (Ta) aumenta por encima de 25°C. Por ejemplo, a 85°C, la corriente continua máxima sería aproximadamente: 25 mA - ((85°C - 25°C) * 0.33 mA/°C) = ~5.2 mA.
• Rango de Temperatura de Operación y Almacenamiento:-35°C a +85°C. El dispositivo está clasificado para rangos de temperatura industrial.
• Condición de Soldadura:La soldadura por ola o por reflujo debe realizarse con el punto de soldadura al menos a 1/16 de pulgada (≈1.6 mm) por debajo del plano de asiento del cuerpo del display. La temperatura máxima recomendada es de 260°C durante un máximo de 3 segundos para evitar daños térmicos al paquete plástico y a las uniones internas.

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

Estos son los parámetros de rendimiento típicos bajo condiciones de prueba especificadas.

• Intensidad Luminosa Promedio (I_V):200-520 µcd a I_F=1mA. Este amplio rango indica que el dispositivo está clasificado. La intensidad luminosa se mide utilizando un sensor filtrado para coincidir con la curva de respuesta fotópica (del ojo humano) (CIE). Se aplica una tolerancia de ±15%.
• Longitud de Onda de Emisión de Pico (λ_p):639 nm (típico) a I_F=20mA. Esta es la longitud de onda a la cual la potencia óptica emitida es mayor.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):631 nm (típico) a I_F=20mA. Esta es la longitud de onda percibida por el ojo humano, definiendo el color "rojo súper". La tolerancia es de ±1 nm.
• Ancho de Media Línea Espectral (Δλ):20 nm (típico) a I_F=20mA. Esto especifica la pureza espectral o el ancho de banda de la luz emitida.
• Tensión Directa por Chip (V_F):2.0V (Mín), 2.6V (Típ), con una tolerancia de ±0.1V a I_F=20mA. El diseño del circuito debe tener en cuenta este rango para garantizar una regulación de corriente adecuada.
• Corriente Inversa (I_R):100 µA (Máx) a V_R=5V. Este parámetro es solo para fines de prueba; está prohibida la operación en polarización inversa continua.
• Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa:2:1 (Máx). En una configuración de múltiples dígitos, el segmento más brillante no debe ser más del doble de brillante que el segmento más tenue dentro de un área de luz similar, asegurando uniformidad.
• Diafonía:≤ 2.5%. Esto se refiere a la emisión de luz no deseada de un segmento que debe estar apagado, causada por fuga eléctrica o acoplamiento óptico.

3. Explicación del Sistema de Clasificación

El LTS-4301JR emplea un sistema de clasificación principalmente paraIntensidad Luminosa. Como lo indica el rango típico de I_Vde 200-520 µcd, los displays se clasifican en diferentes lotes según su salida de luz medida a una corriente de prueba estándar (1mA). Esto permite a los diseñadores seleccionar displays del mismo lote de intensidad al ensamblar unidades de múltiples dígitos, evitando diferencias notables de brillo entre dígitos. La hoja de datos aconseja elegir displays del mismo lote para "evitar problemas de falta de uniformidad en el tono", lo que en este contexto se refiere a la uniformidad del brillo más que a un cambio de color, ya que la longitud de onda dominante está estrictamente controlada (±1 nm).

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a curvas características típicas que normalmente incluirían:

• Intensidad Luminosa Relativa vs. Corriente Directa (Curva I-V):Muestra cómo la salida de luz aumenta con la corriente de accionamiento, típicamente en una relación sub-lineal. Operar por encima de la corriente continua recomendada conduce a una caída de eficiencia (droop) y a una vida útil reducida.
• Tensión Directa vs. Corriente Directa:Ilustra la característica I-V del diodo, crucial para diseñar el circuito limitador de corriente.
• Intensidad Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Demuestra el efecto de extinción térmica, donde la salida de luz disminuye a medida que aumenta la temperatura de la unión. Esto subraya la importancia de la gestión térmica y la reducción de la corriente.
• Distribución Espectral:Un gráfico que muestra la potencia relativa emitida a través de las longitudes de onda, centrada alrededor de 631-639 nm con un ancho de banda de ~20 nm.

Estas curvas son esenciales para comprender el comportamiento del dispositivo en condiciones no estándar y para optimizar el circuito de accionamiento para rendimiento y longevidad.

5. Información Mecánica y del Paquete

5.1 Dimensiones del Paquete

El display se ajusta a un contorno estándar DIP (Paquete Dual en Línea) de 10 pines y un solo dígito. Las notas dimensionales clave incluyen:

• Todas las dimensiones lineales están en milímetros (mm).
• La tolerancia general es de ±0.25 mm a menos que se especifique lo contrario.
• La tolerancia de desplazamiento de la punta del pin es de ±0.4 mm.
• Tolerancias de defectos en la cara del display: material extraño ≤ 10 mils (0.254 mm), contaminación de tinta ≤ 20 mils (0.508 mm), burbujas en segmentos ≤ 10 mils.
• La flexión del reflector debe ser ≤ 1% de su longitud.
• El diámetro de orificio de PCB recomendado para los pines es de 0.9 mm para garantizar un ajuste adecuado.

5.2 Conexión de Pines y Polaridad

El LTS-4301JR es un dispositivo decátodo común. Tiene dos pines de cátodo común (Pin 3 y Pin 8), que deben conectarse a tierra (o al controlador del lado bajo). Los ánodos para los segmentos A-G y el punto decimal (D.P.) están en pines separados (Pines 1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 10). El Pin 6 es específicamente para el ánodo del punto decimal derecho. Un pin está marcado como "Sin Conexión" (N/C). El diagrama de circuito interno muestra cada LED de segmento y el LED del punto decimal con sus ánodos conectados a pines individuales y sus cátodos unidos a los pines comunes.

6. Guías de Soldadura y Ensamblaje

6.1 Proceso de Soldadura

La clasificación absoluta máxima especifica una condición de soldadura de 260°C durante 3 segundos, medida a 1/16" por debajo del plano de asiento. Esto es compatible con la soldadura por ola estándar y muchos perfiles de reflujo. Se debe tener cuidado para evitar una transferencia de calor excesiva al cuerpo plástico, lo que puede causar deformación o daño interno.

6.2 Condiciones de Almacenamiento

Para prevenir la oxidación de los pines y la absorción de humedad (preocupaciones MSL), se recomiendan las siguientes condiciones de almacenamiento para el display LED en su embalaje original:

• Temperatura:5°C a 30°C.
• Humedad Relativa:Por debajo del 60% HR.

Si se abre la bolsa barrera de humedad o el producto se almacena fuera de estas condiciones durante más de 6 meses, se recomienda un horneado a 60°C durante 48 horas antes del ensamblaje, que debe completarse dentro de una semana después del horneado.

7. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

Este display está destinado a "equipos electrónicos ordinarios" como equipos de oficina, dispositivos de comunicación y electrodomésticos. Es adecuado para cualquier aplicación que requiera una lectura numérica única, brillante y fiable: multímetros digitales, relojes, temporizadores, medidores de panel, controles de electrodomésticos y equipos de prueba.

7.2 Notas Críticas de Diseño (Precauciones)

• Diseño del Circuito de Accionamiento:Se recomienda encarecidamente la conducción de corriente constante sobre la de tensión constante para garantizar un brillo uniforme y proteger los LED. El circuito debe diseñarse para acomodar el rango completo de V_F(2.0V a 2.6V).
• Limitación de Corriente:La corriente de operación segura debe seleccionarse en función de la temperatura ambiente máxima, aplicando el factor de reducción de 0.33 mA/°C por encima de 25°C.
• Protección:El circuito debe incluir protección contra tensiones inversas y picos de tensión transitorios durante los ciclos de encendido para prevenir daños.
• Gestión Térmica:Evite operar a corrientes o temperaturas ambientales superiores a las clasificadas, ya que esto causa una degradación severa de la salida de luz y un fallo prematuro.
• Manipulación Mecánica:No aplique fuerza anormal al cuerpo del display durante el ensamblaje. Si se aplica una película decorativa o filtro con adhesivo sensible a la presión, evite que presione directamente contra la cara del display, ya que puede ocurrir desplazamiento.
• Ensamblajes de Múltiples Dígitos:Utilice siempre displays del mismo lote de intensidad luminosa para garantizar una apariencia uniforme.
• Ambiental:Evite cambios rápidos de temperatura en ambientes húmedos para prevenir la condensación en el display.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

Los diferenciadores principales del LTS-4301JR son su uso de la tecnologíaAlInGaPy su color específicorojo súper. En comparación con las tecnologías LED más antiguas de GaAsP o GaP, el AlInGaP ofrece una eficiencia luminosa significativamente mayor, lo que resulta en un mayor brillo para la misma corriente de accionamiento. El "rojo súper" (631-639 nm) es un color rojo distintivo y saturado. El diseño de cara gris/segmentos blancos proporciona una alta relación de contraste incluso cuando el LED está apagado, mejorando la estética general. Su categorización por intensidad luminosa es una característica clave para aplicaciones profesionales que requieren consistencia.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

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

R: Sí, pero se necesita un cálculo cuidadoso. Usando la V_Fmáxima de 2.6V y una I_Fdeseada de 20mA, el valor de la resistencia en serie sería R = (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 Ω. Sin embargo, debe verificar la disipación de potencia en la resistencia y asegurarse de que la corriente no exceda el límite reducido para su temperatura de operación.

P: ¿Por qué se recomienda la conducción de corriente constante?

R: El brillo del LED es una función de la corriente, no de la tensión. La tensión directa (V_F) tiene una tolerancia y varía con la temperatura. Una fuente de corriente constante garantiza que se mantenga la intensidad luminosa deseada independientemente de estas variaciones, lo que conduce a un rendimiento consistente y una vida más larga.

P: ¿Qué significa "cátodo común" para mi interfaz de microcontrolador?

R: Para un display de cátodo común, los pines comunes se conectan a tierra. Los pines del microcontrolador (o el CI controlador) deben suministrar corriente a los pines de ánodo de los segmentos individuales para encenderlos. Esto típicamente requiere señales activas en alto del controlador.

P: La corriente de pico es 90mA, ¿puedo usarla para un display más brillante?

R: No. La clasificación de 90mA es estrictamente para pulsos muy cortos (ancho de 0.1ms) a un ciclo de trabajo bajo (1/10 o 10%). Usar esta corriente continuamente destruirá el LED. Diseñe siempre para la clasificación de corriente directa continua (25mA a 25°C, reducida con la temperatura).

10. Caso Práctico de Diseño y Uso

Caso: Diseño de una Lectura de Voltímetro de un Solo Dígito.

Un diseñador está creando un voltímetro simple de 0-9V con un display de un solo dígito para indicación gruesa. Selecciona el LTS-4301JR por su brillo y claridad. El circuito utiliza un microcontrolador con un ADC para medir la tensión. Los pines de E/S del microcontrolador no pueden suministrar suficiente corriente, por lo que se utiliza un CI controlador de LED dedicado (por ejemplo, un decodificador/controlador de 7 segmentos con salidas de corriente constante). El diseñador establece la corriente constante del controlador en 15 mA por segmento, proporcionando un brillo amplio mientras se mantiene muy por debajo de la clasificación de 25mA a temperatura ambiente, permitiendo un margen para entornos más cálidos. Los pines de cátodo común se conectan a tierra del controlador. El diseñador especifica unidades LTS-4301JR del mismo lote de intensidad (por ejemplo, 400-450 µcd) al departamento de compras para garantizar un brillo uniforme. No se necesita una resistencia limitadora de corriente ya que el CI controlador proporciona regulación. El diseño del PCB coloca los orificios para los pines del display al diámetro recomendado de 0.9 mm.

11. Introducción al Principio de Operación

El LTS-4301JR se basa en el principio de electroluminiscencia de una unión P-N de semiconductor. Cuando se aplica una tensión de polarización directa que excede la tensión de encendido del diodo (≈2.0-2.6V), los electrones de la región n de AlInGaP se recombinan con los huecos de la región p en la capa activa. Este evento de recombinación libera energía en forma de fotones (luz). La composición específica de la aleación de AlInGaP determina la energía del bandgap, que corresponde directamente a la longitud de onda (color) de la luz emitida—en este caso, luz roja alrededor de 631-639 nm. El sustrato transparente de GaAs permite que más de esta luz generada escape, mejorando la eficiencia externa. Cada segmento de la forma '7' contiene uno o más de estos pequeños chips LED conectados en paralelo.

12. Tendencias y Contexto Tecnológico

La tecnología LED de AlInGaP representa un avance significativo sobre los materiales LED rojos anteriores como el GaAsP. Proporciona una eficacia luminosa superior, lo que significa más salida de luz por vatio eléctrico de entrada, y una mejor estabilidad térmica. La tendencia en los componentes de visualización es hacia una mayor eficiencia, menor consumo de energía y una mayor integración. Si bien los displays discretos de 7 segmentos como el LTS-4301JR siguen siendo vitales para aplicaciones específicas que requieren simplicidad, robustez y visibilidad directa, muchos diseños nuevos están migrando hacia displays LED de matriz de puntos integrados u OLEDs para flexibilidad gráfica. Sin embargo, para lecturas numéricas dedicadas donde el costo, el brillo y la fiabilidad son primordiales, los displays de un solo dígito de AlInGaP continúan siendo una solución preferida y tecnológicamente madura.