Hoja de Datos del Display LED LTS-4301JD - Altura de Dígito 0.4 Pulgadas - Rojo Hiperintenso 650nm - Tensión Directa 2.6V - Disipación de Potencia 70mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTS-4301JD es un módulo de visualización numérico compacto y de alto rendimiento para un solo dígito, diseñado para aplicaciones que requieren lecturas numéricas claras y brillantes. Su función principal es representar visualmente los dígitos del 0 al 9 mediante una configuración estándar de siete segmentos, complementada por un punto decimal a la derecha. El dispositivo está diseñado para integrarse en una amplia gama de equipos electrónicos donde el espacio, la eficiencia energética y la legibilidad son factores críticos.

El display utiliza tecnología semiconductora avanzada de AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio) para sus elementos emisores de luz. Este sistema de materiales se elige específicamente por su eficiencia en la producción de luz roja de alto brillo. Los chips se fabrican sobre un sustrato de GaAs (Arseniuro de Galio) no transparente, lo que mejora el contraste al evitar la dispersión interna de luz y mejorar la definición de los segmentos apagados. El encapsulado presenta una placa frontal gris con marcas de segmentos blancas, proporcionando una excelente apariencia en estado apagado y un alto contraste cuando los segmentos están iluminados.

Los mercados principales para este componente incluyen instrumentación industrial, electrodomésticos, equipos de prueba y medición, sistemas punto de venta (TPV) y pantallas de tablero automotriz. Su intensidad luminosa categorizada garantiza niveles de brillo consistentes entre lotes de producción, lo cual es vital para aplicaciones que requieren un rendimiento visual uniforme.

2. Interpretación Profunda de los Parámetros Técnicos

2.1 Características Fotométricas y Ópticas

El rendimiento óptico se define bajo condiciones de prueba estándar a una temperatura ambiente (Ta) de 25°C. El parámetro clave, la Intensidad Luminosa Promedio (Iv), tiene un valor típico de 650 µcd (microcandelas) cuando se alimenta con una corriente directa (IF) de 1 mA. El valor mínimo especificado es de 200 µcd, asegurando un nivel de brillo base. La intensidad luminosa se mide utilizando una combinación de sensor y filtro calibrada según la curva estándar de respuesta del ojo fotópico de la CIE (Commission Internationale de l'Eclairage), garantizando que los valores reportados correspondan a la percepción visual humana.

El dispositivo emite luz en el espectro rojo hiperintenso. La Longitud de Onda de Emisión Pico (λp) es típicamente de 650 nanómetros (nm). La Longitud de Onda Dominante (λd), que está más relacionada con el color percibido, se especifica en 639 nm. El Ancho Medio Espectral (Δλ) es de 20 nm, indicando la pureza espectral y el estrecho rango de longitudes de onda emitidas, lo que resulta en un color rojo saturado. Se especifica una Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa máxima de 2:1, lo que significa que la diferencia de brillo entre dos segmentos cualesquiera bajo condiciones de alimentación idénticas no excederá esta relación, asegurando una apariencia uniforme del dígito formado.

2.2 Parámetros Eléctricos

Las características eléctricas definen los límites de operación y el rendimiento típico. La Tensión Directa por segmento (VF) varía de 2.1V a 2.6V a una corriente de prueba de 20 mA. Los diseñadores deben asegurarse de que el circuito de alimentación pueda proporcionar suficiente voltaje para superar esto. Los Valores Máximos Absolutos establecen límites estrictos: la Corriente Directa Continua por segmento no debe exceder los 25 mA, con un factor de reducción lineal de 0.33 mA/°C por encima de 25°C. Esta reducción es crucial para la gestión térmica; a medida que aumenta la temperatura ambiente, la corriente máxima permitida debe reducirse para evitar sobrecalentamiento y daños permanentes.

Se permite una Corriente Directa Pico de 90 mA bajo condiciones pulsadas (ciclo de trabajo 1/10, ancho de pulso 0.1 ms), que puede usarse en esquemas de multiplexación o para realce de brillo a corto plazo. La Tensión Inversa máxima (VR) por segmento es de 5V; exceder este valor puede dañar la unión PN del LED. La Corriente Inversa (IR) se especifica con un máximo de 100 µA cuando se aplican 5V en polarización inversa, indicando la característica de fuga de la unión.

2.3 Parámetros Térmicos y de Fiabilidad

El dispositivo está clasificado para un Rango de Temperatura de Operación de -35°C a +85°C. Este amplio rango lo hace adecuado para entornos sujetos a variaciones significativas de temperatura. El Rango de Temperatura de Almacenamiento es idéntico (-35°C a +85°C). La Disipación de Potencia por segmento está limitada a 70 mW. Gestionar esta disipación mediante una limitación de corriente adecuada y, si es necesario, disipadores de calor, es esencial para la fiabilidad a largo plazo. 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 (aproximadamente 1.6 mm) por debajo del plano de asiento, lo que guía el proceso de soldadura por reflujo.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

La hoja de datos indica que los dispositivos están "Categorizados por Intensidad Luminosa". Esto implica un proceso de clasificación o selección posterior a la fabricación. Aunque en este extracto no se proporcionan detalles específicos de los códigos de clasificación, la categorización típica para tales displays implica agrupar unidades basándose en la intensidad luminosa medida a una corriente de prueba estándar (por ejemplo, 1 mA). Esto asegura que los clientes reciban productos con niveles de brillo consistentes. Los diseñadores que adquieran estos componentes deben confirmar la estructura de clasificación específica con el fabricante para garantizar que la categoría de intensidad seleccionada cumpla con los requisitos de uniformidad de su aplicación, especialmente cuando se utilizan múltiples displays uno al lado del otro.

4. Análisis de las Curvas de Rendimiento

La hoja de datos hace referencia a "Curvas Típicas de Características Eléctricas / Ópticas" en la página final. Aunque los gráficos específicos no se detallan en el texto proporcionado, tales curvas, que normalmente se incluyen en las hojas de datos completas, son críticas para el diseño. Estas normalmente ilustrarían:

• Intensidad Luminosa Relativa vs. Corriente Directa (Curva I-V):Este gráfico muestra cómo aumenta la salida de luz con la corriente de alimentación. Suele ser no lineal, con la eficiencia a menudo disminuyendo a corrientes muy altas.
• Tensión Directa vs. Corriente Directa:Esta curva ayuda en el diseño del circuito limitador de corriente al mostrar la resistencia dinámica del LED.
• Intensidad Luminosa Relativa vs. Temperatura Ambiente:Esto muestra la reducción de la salida de luz a medida que aumenta la temperatura, lo cual es vital para aplicaciones que operan en condiciones no ambientales.
• Distribución Espectral:Una gráfica de intensidad relativa versus longitud de onda, confirmando visualmente las especificaciones de longitud de onda pico y dominante, y el ancho medio espectral.

Los ingenieros deben usar estas curvas para optimizar las condiciones de alimentación en busca de un equilibrio entre brillo, eficiencia y longevidad, en lugar de operar únicamente en los valores máximos absolutos.

5. Información Mecánica y de Encapsulado

El dispositivo se presenta con un dibujo detallado de las dimensiones del encapsulado. Todas las dimensiones se proporcionan en milímetros, con una tolerancia general de ±0.25 mm (0.01 pulgada) a menos que se especifique lo contrario. El display tiene una altura de dígito de 0.4 pulgadas (10.0 mm). El dibujo mecánico definiría la longitud, anchura y altura total del encapsulado, la ubicación de los segmentos y el punto decimal, el espaciado y dimensiones de las patillas (pines), y cualquier característica de orientación o clave. Esta información es esencial para crear la huella en la PCB, asegurar un ajuste adecuado dentro de la carcasa del producto y alinear correctamente el display en la placa.

6. Conexión de Pines y Circuito Interno

El LTS-4301JD es un dispositivo de Cátodo Común. El diagrama de conexión de pines se proporciona explícitamente:

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

La presencia de dos pines de cátodo común (3 y 8) es típica, sirviendo para reducir la densidad de corriente en el encapsulado y mejorar la fiabilidad. El diagrama del circuito interno muestra que todos los ánodos de segmento (A-G y DP) están eléctricamente aislados entre sí, mientras que sus cátodos están conectados internamente a los dos pines de cátodo común. Esta configuración requiere que el circuito de alimentación suministre corriente a los ánodos de segmento individuales y drene la corriente combinada a través de la(s) conexión(es) de cátodo común.

7. Guías de Soldadura y Montaje

La guía de montaje clave proporcionada es el límite de temperatura de soldadura: el componente puede soportar 260°C durante 3 segundos en un punto a 1.6 mm por debajo del plano de asiento. Esta es una referencia estándar de perfil de reflujo IPC. Para el montaje:

• Utilice un perfil de reflujo recomendado para soldadura sin plomo (como lo indica la temperatura pico de 260°C).
• Asegúrese de que el diseño de las almohadillas de la PCB coincida con las dimensiones del encapsulado para evitar el efecto "tombstoning" o desalineación.
• Evite el estrés mecánico en las patillas durante el manejo. La lente de plástico no debe tocarse directamente con herramientas contaminadas.
• Siga las precauciones estándar ESD (Descarga Electroestática) durante el manejo y montaje para proteger las uniones semiconductoras.
• Adhiérase al rango de temperatura de almacenamiento especificado (-35°C a +85°C) y a las condiciones de humedad antes de su uso.

8. Sugerencias de Aplicación

8.1 Escenarios de Aplicación Típicos

Este display es ideal para cualquier dispositivo que requiera una lectura numérica única y altamente legible. Las aplicaciones comunes incluyen: termómetros/higrómetros digitales, displays de temporizadores y contadores, lecturas de medidores de voltaje/corriente, paneles de control de electrodomésticos (por ejemplo, hornos, microondas), displays básicos de calculadoras e indicadores de código de estado en equipos de red o industriales.

8.2 Consideraciones de Diseño

• Limitación de Corriente:Siempre use una resistencia limitadora de corriente en serie con cada ánodo de segmento. El valor de la resistencia se calcula como R = (Vsuministro - VF) / IF, donde VF es la tensión directa (use el valor máximo por seguridad) e IF es la corriente de operación deseada (sin exceder la clasificación continua).
• Multiplexación:Para aplicaciones multi-dígito que utilizan varios de estos displays, un esquema de alimentación multiplexada es estándar. Esto implica energizar secuencialmente el cátodo común de un dígito a la vez mientras se presentan los datos de segmento para ese dígito. La clasificación de corriente pico permite corrientes pulsadas más altas en este modo, pero el ciclo de trabajo y la corriente promedio deben gestionarse para mantenerse dentro de los límites de disipación de potencia continua.
• Interfaz con Microcontrolador:El display se puede alimentar fácilmente mediante los pines GPIO de un microcontrolador, a menudo a través de un CI controlador o un arreglo de transistores para manejar los requisitos de corriente más altos, especialmente para el cátodo común.
• Ángulo de Visión:La hoja de datos afirma un amplio ángulo de visión. Para una colocación óptima, considere las líneas de visión principales del usuario final en relación con el display instalado.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con tecnologías más antiguas como los LED rojos de GaAsP (Fosfuro de Arseniuro de Galio), la tecnología AlInGaP en el LTS-4301JD ofrece una eficiencia luminosa significativamente mayor, resultando en un mayor brillo para la misma corriente de entrada o un brillo equivalente con menor potencia. El uso de un sustrato no transparente mejora el contraste en comparación con dispositivos en sustratos transparentes, ya que evita la emisión no deseada desde los lados del chip. La cara gris con segmentos blancos ofrece una apariencia profesional y de alto contraste incluso cuando no está alimentado, lo cual es superior a los displays de cara completamente negra o transparente en muchas condiciones de iluminación ambiental. Su altura de dígito de 0.4 pulgadas ocupa un nicho específico entre displays más pequeños y menos legibles y otros más grandes y con mayor consumo de energía.

10. Preguntas Frecuentes Basadas en Parámetros Técnicos

P: ¿Puedo alimentar este display directamente desde un pin de un microcontrolador de 5V?

R: No. Debe usar una resistencia limitadora de corriente en serie con cada segmento. Para una fuente de alimentación de 5V y una corriente deseada de 20 mA, usando el VF máximo de 2.6V, el valor de la resistencia sería (5V - 2.6V) / 0.020A = 120 Ohmios. Siempre verifique la capacidad de suministro de corriente del pin del microcontrolador.

P: ¿Qué significa "cátodo común" para mi diseño de circuito?

R: Significa que todos los cátodos (lados negativos) de los segmentos LED están conectados internamente dentro del encapsulado. Para encender un segmento, se aplica un voltaje positivo (a través de una resistencia) a su pin de ánodo específico y se conecta(n) el(los) pin(es) de cátodo común a tierra (0V).

P: La corriente continua máxima es de 25 mA, pero la condición de prueba para VF usa 20 mA. ¿Cuál debo usar?

R: 20 mA es una condición de prueba estándar y un punto de operación típico y seguro que proporciona un buen brillo manteniendo la longevidad. Puede operar hasta 25 mA si se necesita mayor brillo, pero debe adherirse estrictamente a las reglas de temperatura ambiente y reducción. Operar en o cerca del valor máximo puede reducir la vida útil operativa.

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

R: Por simetría mecánica y para distribuir la corriente total del cátodo (que es la suma de las corrientes de todos los segmentos encendidos) entre dos pines. Esto reduce la densidad de corriente por pin, mejora la fiabilidad y puede facilitar el diseño de la PCB.

11. Caso Práctico de Diseño y Uso

Caso: Diseño de una Lectura Simple para Voltímetro Digital.

Un diseñador está creando un voltímetro DC de 0-5V. Un convertidor analógico-digital (ADC) con una salida de 3 dígitos está conectado a un microcontrolador. El firmware del microcontrolador convierte la lectura digital a un número de 3 dígitos (por ejemplo, 4.23V). Para mostrar esto, se utilizan tres unidades LTS-4301JD. El diseño emplea multiplexación por división de tiempo. El microcontrolador utiliza un puerto para alimentar los ánodos de segmento (A-G, DP) de los tres displays en paralelo. Se utilizan tres transistores NPN (o un CI controlador dedicado) para drenar corriente a través del cátodo común de cada dígito, uno a la vez, en secuencia rápida (por ejemplo, a 100 Hz por dígito). El firmware sincroniza los datos de segmento con el cátodo del dígito activo. Se colocan resistencias limitadoras de corriente en cada una de las ocho líneas de segmento. El alto brillo y contraste aseguran que la lectura sea clara incluso en entornos bien iluminados. La intensidad luminosa categorizada asegura que los tres dígitos aparezcan igualmente brillantes.

12. Introducción al Principio

Un display de siete segmentos es una forma de dispositivo de visualización electrónica compuesto por siete diodos emisores de luz (LED) dispuestos en un patrón rectangular de figura ocho. Cada LED se llama segmento porque forma parte de un dígito cuando se ilumina. Al encender selectivamente combinaciones específicas de estos siete segmentos, el display puede representar los diez dígitos decimales (0-9) y algunas letras hexadecimales (A, b, C, d, E, F). A menudo se incluye un LED adicional para un punto decimal (DP). El LTS-4301JD implementa este principio utilizando material semiconductor de AlInGaP. Cuando se aplica un voltaje de polarización directa que excede el potencial de unión del diodo a través del ánodo y cátodo de un segmento, los electrones y huecos se recombinan en la región activa del semiconductor, liberando energía en forma de fotones (luz) a una longitud de onda determinada por el bandgap del material—en este caso, aproximadamente 650 nm (rojo). El sustrato no transparente absorbe los fotones dispersos, mejorando el contraste.

13. Tendencias de Desarrollo

La evolución de los displays de siete segmentos sigue las tendencias más amplias en optoelectrónica. Si bien el factor de forma básico de siete segmentos sigue siendo perdurablemente útil para lecturas numéricas, la tecnología subyacente continúa avanzando. Existe un impulso constante hacia una mayor eficacia luminosa (más salida de luz por vatio de entrada eléctrica), lo que mejora la eficiencia energética y permite una operación de menor potencia o un mayor brillo. Gamas de color más amplias y el desarrollo de LED verdes y azules más eficientes basados en materiales como InGaN (Nitruro de Indio y Galio) han permitido que los displays de matriz de puntos multicolor y multi-dígito sean más comunes, aunque el de siete segmentos sigue siendo dominante para aplicaciones puramente numéricas debido a su simplicidad y rentabilidad. La integración es otra tendencia, con la electrónica de control, microcontroladores y, a veces, incluso sensores combinados en módulos de "display inteligente". Sin embargo, componentes discretos como el LTS-4301JD mantienen una posición sólida en diseños que requieren flexibilidad, características de rendimiento específicas u optimización de costos a mayores volúmenes.