Hoja de Datos del Display LED LTS-4801JF de 0.4 Pulgadas Color Naranja Amarillo - Altura de Dígito 10mm - Voltaje Directo 2.6V - Potencia 70mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTS-4801JF es un módulo de visualización alfanumérica de siete segmentos y un solo dígito de alto rendimiento, diseñado para aplicaciones que requieren una indicación numérica clara y brillante. Su función principal es representar visualmente los dígitos del 0 al 9 y algunas letras utilizando segmentos LED direccionables individualmente. El dispositivo está diseñado para ofrecer fiabilidad y facilidad de integración en diversos sistemas electrónicos.

La aplicación principal de esta pantalla se encuentra en paneles de instrumentación, equipos de prueba, controles industriales, electrodomésticos y cualquier dispositivo donde sea necesaria una lectura numérica compacta y altamente legible. Su diseño prioriza la claridad y la longevidad, lo que la hace adecuada tanto para entornos comerciales como industriales.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

La pantalla ofrece varias ventajas clave que la diferencian en el mercado. Cuenta con una altura de dígito de 0.4 pulgadas (10 mm), lo que proporciona un excelente equilibrio entre tamaño y legibilidad. Los segmentos son continuos y uniformes, garantizando una apariencia consistente y profesional cuando están iluminados. Un beneficio importante es su bajo consumo de energía, lo que la hace ideal para dispositivos alimentados por batería o de alta eficiencia energética.

Además, ofrece un alto brillo y un alto contraste, asegurando la visibilidad incluso en condiciones de mucha luz. El amplio ángulo de visión permite leer la pantalla desde varias posiciones sin una pérdida significativa de claridad. Construida con la fiabilidad del estado sólido, ofrece una larga vida operativa con un mantenimiento mínimo. El dispositivo también está categorizado por intensidad luminosa, proporcionando consistencia en los niveles de brillo entre lotes de producción. El mercado objetivo incluye a diseñadores de dispositivos portátiles, medidores de panel, equipos médicos y cuadros de mando de automóviles donde el espacio, el consumo de energía y la fiabilidad son factores críticos.

2. Análisis Profundo de Especificaciones Técnicas

Esta sección proporciona un análisis objetivo y detallado de los parámetros técnicos del dispositivo según se definen en la hoja de datos.

2.1 Características Fotométricas y Ópticas

El rendimiento óptico es fundamental para la funcionalidad de la pantalla. El dispositivo utiliza material semiconductor de AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio) para producir una emisión de color naranja amarillo. La longitud de onda de emisión máxima típica (λp) es de 611 nm cuando se alimenta con una corriente directa (IF) de 20 mA. La longitud de onda dominante (λd) se especifica en 605 nm, definiendo el color percibido. El ancho medio espectral (Δλ) es de 17 nm, lo que indica una emisión de color relativamente pura con una dispersión espectral mínima.

La intensidad luminosa promedio (Iv) por segmento es un parámetro clave. Bajo una condición de prueba estándar de IF=1mA, la intensidad varía desde un mínimo de 200 μcd hasta un valor típico de 650 μcd. La relación de coincidencia de intensidad luminosa entre segmentos se especifica con un máximo de 2:1, asegurando un brillo uniforme en todo el dígito para una apariencia cohesiva. La cara gris con segmentos blancos mejora el contraste cuando los LED están apagados, contribuyendo a la excelente apariencia de los caracteres mencionada en las características.

2.2 Parámetros Eléctricos

Las especificaciones eléctricas definen los límites y condiciones de funcionamiento del dispositivo. Las clasificaciones máximas absolutas no deben excederse para evitar daños permanentes. La disipación de potencia máxima por segmento es de 70 mW. La corriente directa máxima por segmento es de 60 mA, pero esto solo es permisible en condiciones pulsadas (ciclo de trabajo 1/10, ancho de pulso 0.1ms). La corriente directa continua por segmento está clasificada en 25 mA a 25°C, con un factor de reducción de 0.33 mA/°C a medida que aumenta la temperatura ambiente. El voltaje inverso máximo por segmento es de 5 V.

Bajo condiciones típicas de operación (Ta=25°C, IF=20mA), el voltaje directo (Vf) por segmento varía de 2.05V a 2.6V. La corriente inversa (Ir) es un máximo de 100 μA cuando se aplica un voltaje inverso (Vr) de 5V. Estos parámetros son cruciales para diseñar el circuito limitador de corriente apropiado y garantizar una operación estable durante la vida útil del dispositivo.

2.3 Especificaciones Térmicas y Ambientales

El dispositivo está clasificado para un rango de temperatura de operación de -35°C a +85°C y un rango de temperatura de almacenamiento de -35°C a +85°C. Este amplio rango lo hace adecuado para aplicaciones en entornos hostiles. La reducción de la corriente directa continua con la temperatura (0.33 mA/°C) es una consideración de diseño crítica para evitar el sobrecalentamiento y garantizar la longevidad. La hoja de datos también especifica un perfil de temperatura de soldadura: el dispositivo puede soportar 260°C durante 3 segundos en un punto a 1/16 de pulgada por debajo del plano de asiento. Adherirse a esta guía es esencial durante el proceso de ensamblaje del PCB para evitar daños térmicos en los chips LED o en el encapsulado.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

La hoja de datos indica que el dispositivo está "categorizado por intensidad luminosa". Esto se refiere a una práctica común en la fabricación de LED conocida como "binning". Debido a las variaciones inherentes en el proceso de fabricación de semiconductores, los LED de un mismo lote de producción pueden tener ligeras diferencias en parámetros clave como la intensidad luminosa, el voltaje directo y la longitud de onda dominante.

Para garantizar la consistencia para el usuario final, los fabricantes miden estos parámetros y clasifican los LED en diferentes "bins" o grupos. El LTS-4801JF está clasificado específicamente por intensidad luminosa (Iv). Esto significa que dentro de un solo pedido o carrete, el brillo de los segmentos estará dentro de un rango predefinido y estrecho (como sugiere la relación de coincidencia 2:1). Esto elimina grandes variaciones de brillo entre diferentes unidades en una aplicación, lo cual es vital para pantallas de múltiples dígitos o productos donde la uniformidad visual es importante. La hoja de datos proporciona los valores mín/típ/máx (200/650 μcd), pero los códigos de bin específicos para agrupaciones más estrictas normalmente estarían disponibles del fabricante bajo petición.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Si bien los gráficos específicos no se detallan en el texto proporcionado, las curvas características típicas para un dispositivo de este tipo serían esenciales para un análisis de diseño en profundidad. Estas suelen incluir:

• Intensidad Luminosa Relativa vs. Corriente Directa (Curva I-V):Este gráfico muestra cómo aumenta la salida de luz con la corriente de accionamiento. Suele ser no lineal, con una eficiencia que cae a corrientes muy altas debido a efectos de calentamiento. Los diseñadores lo utilizan para seleccionar un punto de operación óptimo que equilibre el brillo con el consumo de energía y la vida útil.
• Voltaje Directo vs. Corriente Directa:Esta curva es vital para diseñar el circuito de accionamiento. Muestra la caída de voltaje a través del LED para una corriente dada, confirmando las especificaciones de Vf y ayudando a calcular la disipación de potencia.
• Intensidad Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Este gráfico ilustra cómo disminuye la salida de luz a medida que aumenta la temperatura de unión del LED. Subraya la importancia de la gestión térmica, especialmente cuando se opera a altas corrientes o en temperaturas ambientales elevadas.
• Distribución Espectral:Un gráfico de intensidad relativa versus longitud de onda, que muestra el pico en ~611 nm y la forma del espectro de emisión, confirmando la pureza del color indicada por el ancho medio espectral.

Estas curvas permiten a los ingenieros predecir el rendimiento en condiciones no estándar y optimizar sus diseños para lograr fiabilidad y eficiencia.

5. Información Mecánica y de Encapsulado

La construcción física del dispositivo está definida por las dimensiones de su encapsulado. La hoja de datos incluye un dibujo dimensional detallado (todas las dimensiones en milímetros con una tolerancia general de ±0.25mm a menos que se indique lo contrario). Las características clave incluyen la longitud, anchura y altura total del encapsulado, el espaciado entre los pines y la posición del punto decimal (indicado como "Decimal a la Derecha" en la descripción de la pieza).

El diagrama de conexión de pines es crucial para un diseño de PCB correcto. El LTS-4801JF es un dispositivo de ánodo común. El diagrama del circuito interno muestra que todos los ánodos de los segmentos están conectados internamente a dos pines (pin 3 y pin 8, que son comunes). Los cátodos de cada segmento (A, B, C, D, E, F, G y el Punto Decimal) se sacan a pines individuales (1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 10 respectivamente). El pin 6 es específicamente para el cátodo del punto decimal. Esta configuración requiere un circuito de accionamiento de tipo "current-sinking", donde los ánodos comunes se conectan a un voltaje de alimentación positivo, y los cátodos de los segmentos individuales se ponen a nivel bajo (conectados a tierra) a través de resistencias limitadoras de corriente para encenderlos.

6. Directrices de Soldadura y Ensamblaje

El manejo adecuado durante el ensamblaje es crítico. La clasificación máxima absoluta especifica la condición de soldadura: el dispositivo puede soportar una temperatura de 260°C durante 3 segundos, medida a 1/16 de pulgada (aproximadamente 1.6 mm) por debajo del plano de asiento. Este es un perfil de soldadura por reflujo estándar. Es imperativo seguir esta guía para evitar choques térmicos, que pueden dañar las conexiones internas por alambre, degradar el chip LED o deslaminar el encapsulado.

Las recomendaciones generales incluyen: usar un horno de reflujo controlado con un perfil de temperatura validado; evitar la soldadura manual directa a los pines del dispositivo si es posible; asegurar que el PCB esté limpio y libre de contaminantes; y seguir las precauciones estándar contra descargas electrostáticas (ESD) durante el manejo, ya que los LED son sensibles a la electricidad estática. Para el almacenamiento, el rango especificado es de -35°C a +85°C en un ambiente seco y antiestático.

7. Información de Empaquetado y Pedido

El número de pieza base es LTS-4801JF. El sufijo "JF" puede indicar características específicas como el color (naranja amarillo) y el tipo de encapsulado. Aunque no se detalla en este extracto, el empaquetado típico para tales componentes sería en cinta antiestática y carrete, adecuado para máquinas de ensamblaje automático pick-and-place. La cantidad por carrete (por ejemplo, 1000 piezas, 2000 piezas) la definiría el fabricante. Para realizar pedidos, los ingenieros deben especificar el número de pieza completo. Si el fabricante ofrece diferentes bins para intensidad luminosa o voltaje directo, se podrían añadir códigos de clasificación adicionales al número de pieza (por ejemplo, LTS-4801JF-XXX). Es esencial consultar la guía completa del producto del fabricante o al distribuidor para conocer todas las opciones de pedido y especificaciones de empaquetado.

8. Sugerencias de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

El LTS-4801JF es ideal para cualquier aplicación que requiera un solo dígito altamente legible. Los usos comunes incluyen: medidores de panel para voltaje, corriente o temperatura; displays de temporizadores y contadores; marcadores de puntuación; paneles de control de electrodomésticos (por ejemplo, hornos, microondas); equipos de prueba y medición; e indicadores de estado en maquinaria industrial. Su bajo consumo de energía lo convierte en un candidato para dispositivos portátiles alimentados por batería.

8.2 Consideraciones de Diseño y Circuitos

Al diseñar con esta pantalla, se deben considerar varios factores. Primero, se debe calcular una resistencia limitadora de corriente apropiada para cada segmento (o una sola resistencia en el ánodo común si se acepta un brillo uniforme) en función de la corriente directa deseada (por ejemplo, 10-20 mA) y el voltaje de alimentación. La fórmula es R = (V_alimentación - Vf_LED) / I_LED. Usar el Vf máximo (2.6V) asegura que la resistencia no sea de un valor demasiado bajo.

En segundo lugar, el circuito de accionamiento debe ser capaz de absorber la corriente total de todos los segmentos iluminados. Si todos los segmentos más el punto decimal están encendidos (mostrando el dígito '8.'), el pin de ánodo común debe suministrar hasta 9 * I_LED. El CI controlador (como un pin GPIO de un microcontrolador o un controlador de pantalla dedicado) debe tener suficiente capacidad de absorción de corriente para los pines del cátodo. La multiplexación no es necesaria para un solo dígito, pero para diseños de múltiples dígitos que usen pantallas similares, sería necesario un esquema de multiplexación para controlar varios dígitos con menos pines de E/S. Se debe considerar la disipación de calor si se opera cerca de la corriente continua máxima, especialmente en temperaturas ambientales altas.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con tecnologías más antiguas como las pantallas incandescentes o de fluorescencia de vacío (VFD), el LTS-4801JF ofrece ventajas significativas: un consumo de energía mucho menor, una vida útil más larga (fiabilidad de estado sólido), un tiempo de respuesta más rápido y una mayor resistencia a golpes y vibraciones. En comparación con otras tecnologías LED, el uso de material AlInGaP proporciona alta eficiencia y una excelente estabilidad de color para los colores rojo, naranja y amarillo, a menudo con un mejor rendimiento en entornos de alta temperatura que algunos materiales LED anteriores.

Dentro de la categoría de displays de siete segmentos, sus diferenciadores clave son la altura de dígito específica de 0.4 pulgadas, el color naranja amarillo, la configuración de ánodo común, la inclusión de un punto decimal a la derecha y su categorización para la consistencia de la intensidad luminosa. Los diseñadores lo compararían con otros tamaños (0.3", 0.5", 0.56"), colores (rojo, verde, azul), configuraciones (cátodo común) y grados de brillo para seleccionar la pieza óptima para su aplicación.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Cuál es el propósito de los dos pines de ánodo común (3 y 8)?

R: Están conectados internamente. Tener dos pines ayuda a distribuir la corriente total del ánodo, reduce la densidad de corriente en un solo pin, mejora la fiabilidad y puede ayudar en el diseño del PCB para el enrutamiento de potencia.

P: ¿Puedo accionar esta pantalla directamente desde un pin de microcontrolador de 5V?

R: No. Debes usar una resistencia limitadora de corriente en serie con el cátodo de cada segmento. Conectar directamente probablemente excedería la corriente directa máxima y destruiría el segmento LED. Calcula el valor de la resistencia en función de tu voltaje de alimentación (por ejemplo, 5V), el voltaje directo del LED (~2.6V) y la corriente deseada (por ejemplo, 15 mA).

P: ¿Qué significa "relación de coincidencia de intensidad luminosa 2:1"?

R: Significa que el segmento más tenue en un dispositivo no será menos de la mitad de brillante que el segmento más brillante bajo las mismas condiciones de prueba. Esto asegura una uniformidad visual en todo el dígito.

P: ¿Cómo interpreto la reducción de la corriente directa?

R: La clasificación de corriente directa continua de 25 mA es válida a 25°C ambiente. Por cada grado Celsius por encima de 25°C, debes reducir la corriente continua máxima permitida en 0.33 mA para evitar el sobrecalentamiento. Por ejemplo, a 50°C ambiente, la corriente máxima sería 25 mA - (0.33 mA/°C * 25°C) = 16.75 mA.

11. Ejemplo Práctico de Diseño y Uso

Considera diseñar un termómetro digital simple alimentado por batería que muestre la temperatura con un decimal. El microcontrolador lee un sensor de temperatura, procesa los datos y necesita accionar un display de un solo dígito para el número entero y un punto decimal. El LTS-4801JF es una elección adecuada.

Los pasos de diseño incluirían: 1) Asignar pines GPIO del microcontrolador a cada cátodo de segmento (A-G) y al cátodo del punto decimal (DP). 2) Conectar los dos pines de ánodo común (3 y 8) al riel positivo de alimentación (por ejemplo, 3.3V o 5V) a través de una sola resistencia limitadora de corriente si se acepta un brillo uniforme, o resistencias individuales por segmento para un control preciso. 3) Calcular el valor de la resistencia. Para una alimentación de 3.3V, corriente objetivo de 10mA y Vf de 2.6V: R = (3.3V - 2.6V) / 0.01A = 70 Ohmios. Se usaría una resistencia estándar de 68 o 75 Ohmios. 4) Escribir el firmware para convertir el valor de temperatura (por ejemplo, "25.7") en el patrón correcto de activación de segmentos para mostrar "5" e iluminar el punto decimal. El ánodo común siempre está alimentado, y el microcontrolador absorbe corriente a tierra en los cátodos correspondientes a los segmentos necesarios para formar el dígito "5" (segmentos A, C, D, F, G) y el cátodo DP.

12. Introducción al Principio Tecnológico

El LTS-4801JF se basa en la tecnología del Diodo Emisor de Luz (LED). Un LED es un diodo semiconductor de unión p-n. Cuando se aplica un voltaje directo, los electrones de la región tipo n y los huecos de la región tipo p se inyectan en la región de la unión. Cuando estos portadores de carga se recombinan, liberan energía en forma de fotones (luz). El color de la luz está determinado por el intervalo de banda de energía del material semiconductor.

Este dispositivo específico utiliza material AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio) crecido sobre un sustrato no transparente de Arseniuro de Galio (GaAs). El AlInGaP tiene un intervalo de banda adecuado para emitir luz en el espectro del rojo al naranja amarillo. El sustrato "no transparente" ayuda a mejorar el contraste al absorber la luz dispersa, contribuyendo al alto índice de contraste mencionado en las características. Cada segmento del dígito contiene uno o más chips LED diminutos de AlInGaP. La cara gris y los segmentos blancos son parte del encapsulado de plástico, que actúa como un difusor y una lente para dar forma a la salida de luz para una visibilidad y un ángulo de visión óptimos.

13. Tendencias y Avances Tecnológicos

El campo de la tecnología de visualización evoluciona continuamente. Si bien los displays LED tradicionales de siete segmentos como el LTS-4801JF siguen siendo muy relevantes por su simplicidad, fiabilidad y rentabilidad en aplicaciones de visualización numérica, las tendencias más amplias son evidentes. Existe un movimiento general hacia una mayor integración, como displays con controladores incorporados (interfaces I2C o SPI) que simplifican la interfaz con el microcontrolador y reducen el número de pines de E/S requeridos.

En términos de materiales, mientras que el AlInGaP es excelente para rojo/naranja/amarillo, otros materiales como el InGaN (Nitruro de Indio y Galio) dominan el espectro azul y verde y se utilizan en LED blancos. La investigación continúa para mejorar la eficiencia (lúmenes por vatio), la reproducción cromática y la vida útil en todos los colores de LED. Para las aplicaciones de siete segmentos específicamente, las tendencias se centran en lograr un consumo de energía aún menor para dispositivos IoT, un mayor brillo para aplicaciones legibles a la luz del sol y encapsulados más delgados para diseños de productos más elegantes. Sin embargo, el principio fundamental y la aplicación de displays discretos de siete segmentos como una interfaz hombre-máquina robusta y fácil de entender siguen siendo un elemento básico en el diseño electrónico.