Hoja de Datos del Display LED LTS-4301SW - Altura de Dígito 0.4 Pulgadas - Segmentos Blancos - Cara Negra - Cátodo Común - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTS-4301SW es un módulo de visualización alfanumérica de un dígito y siete segmentos, 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 mediante la iluminación selectiva de sus siete segmentos LED individuales (etiquetados de la A a la G) y un punto decimal opcional (D.P.). El dispositivo está construido con chips LED blancos de InGaN (Nitruro de Galio e Indio), montados detrás de una máscara segmentada para formar los caracteres. El display presenta una cara negra, que proporciona un fondo de alto contraste para los segmentos blancos iluminados, mejorando significativamente la legibilidad bajo diversas condiciones de iluminación. Esta combinación es especialmente efectiva en aplicaciones donde la legibilidad a distancia o con luz ambiental es crítica.

Las ventajas principales de este display incluyen su excelente apariencia de carácter, lograda mediante segmentos uniformes y continuos que crean una forma de dígito cohesiva. Ofrece una salida de alto brillo, con intensidades luminosas típicas que alcanzan hasta 28.000 mcd por chip en condiciones de prueba estándar, garantizando visibilidad incluso en entornos muy iluminados. El amplio ángulo de visión de 130 grados (2\u03c6_1/2) permite una lectura clara desde posiciones fuera del eje, haciéndolo adecuado para medidores de panel, instrumentación, electrodomésticos y paneles de control industrial donde el ángulo de visión puede no ser frontal. Además, su bajo requerimiento de potencia por segmento contribuye a diseños energéticamente eficientes.

1.1 Interpretación Profunda de los Parámetros Técnicos

1.1.1 Características Fotométricas y Ópticas

El parámetro fotométrico clave es la Intensidad Luminosa Promedio (I_V). Para los chips blancos de InGaN utilizados, el valor típico es de 28.000 milicandelas (mcd) cuando se alimentan con una corriente directa (I_F) de 10 mA. El valor mínimo especificado es de 13.700 mcd. Este parámetro se mide utilizando una combinación de sensor y filtro que se aproxima a la curva de respuesta del ojo fotópico CIE, asegurando que el brillo reportado se correlacione con la percepción visual humana. El amplio ángulo de visión de 130 grados se define como el ángulo total en el que la intensidad luminosa cae a la mitad de su valor máximo (en el eje). Esta especificación es crucial para determinar el cono de visión efectivo para el usuario final.

Las coordenadas de cromaticidad se dan como x=0,294 e y=0,286 (medidas a I_F=5mA). Estas coordenadas en el diagrama de cromaticidad CIE 1931 definen el punto blanco de la luz emitida. Los valores proporcionados sugieren una temperatura de color blanco frío. La Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa para áreas de luz similares se especifica como máximo 2:1. Esto significa que la diferencia de brillo entre el segmento/chip más tenue y el más brillante bajo condiciones de alimentación idénticas no debe exceder un factor de dos, asegurando una apariencia uniforme del dígito iluminado.

1.1.2 Parámetros Eléctricos

El Voltaje Directo (V_F) por chip LED mide típicamente 3,15V, con un rango de 2,70V a 3,15V a una corriente de prueba de 5 mA. Los diseñadores deben tener en cuenta esta caída de voltaje al diseñar el circuito de accionamiento. La Corriente Inversa (I_R) se especifica como máximo 10 \u00b5A cuando se aplica un voltaje inverso de 5V, indicando la característica de fuga de la unión LED.

Los Valores Absolutos Máximos definen los límites operativos. La Corriente Directa Continua por segmento es de 20 mA a 25\u00b0C, con un factor de reducción de 0,25 mA/\u00b0C. Esto significa que la corriente continua permitida disminuye linealmente a medida que la temperatura ambiente (T_a) sube por encima de 25\u00b0C para evitar daños térmicos. Por ejemplo, a 85\u00b0C, la corriente continua máxima sería 20 mA - ((85-25) * 0,25 mA) = 5 mA. La Corriente Directa Pico, aplicable para operación pulsada (1 kHz, ciclo de trabajo del 10%), es de 60 mA. La Disipación de Potencia máxima por segmento es de 115 mW.

1.1.3 Especificaciones Térmicas y Ambientales

El dispositivo está clasificado para un Rango de Temperatura de Operación de -35\u00b0C a +105\u00b0C. El Rango de Temperatura de Almacenamiento es idéntico. Estos amplios rangos indican robustez para su uso en entornos sujetos a variaciones significativas de temperatura. La condición de soldadura se especifica como 260\u00b0C durante 3 segundos, medida a 1/16 de pulgada (aproximadamente 1,6 mm) por debajo del plano de asiento del componente. El cumplimiento de este perfil es crítico durante el ensamblaje del PCB para evitar daños en los chips LED o en el encapsulado plástico por exceso de calor.

1.2 Información Mecánica y de Empaquetado

El display tiene una altura de dígito de 0,4 pulgadas (10,0 mm). Las dimensiones del paquete se proporcionan en milímetros. Las notas mecánicas clave incluyen: todas las tolerancias dimensionales son \u00b10,25 mm a menos que se especifique lo contrario, y la tolerancia de desplazamiento de la punta del pin es de +0,4 mm, lo que se refiere a la desalineación permitida de los extremos de los pines. El dispositivo utiliza una configuración de cátodo común. Esto significa que todos los cátodos (terminales negativos) de los LEDs de segmento individuales están conectados internamente a uno o dos pines comunes (pines 3 y 8), mientras que cada ánodo de segmento (terminal positivo) tiene su propio pin dedicado. Esta configuración típicamente simplifica el multiplexado en displays de múltiples dígitos y puede influir en la selección del CI controlador.

1.2.1 Conexión de Pines y Circuito Interno

La asignación de pines es la siguiente: Pin 1: Ánodo G, Pin 2: Ánodo F, Pin 3: Cátodo Común, Pin 4: Ánodo E, Pin 5: Ánodo D, Pin 6: Ánodo D.P. (Punto Decimal), Pin 7: Ánodo C, Pin 8: Cátodo Común, Pin 9: Ánodo B, Pin 10: Ánodo A. Nótese que hay dos pines de cátodo común (3 y 8), que están conectados internamente. Este diseño de doble pin ayuda a distribuir la corriente y puede mejorar la fiabilidad. El diagrama del circuito interno muestra cada uno de los ocho LEDs (siete segmentos más el punto decimal) con su ánodo conectado al pin respectivo y todos los cátodos unidos a los pines de cátodo común.

1.3 Directrices de Soldadura y Ensamblaje

El método principal de ensamblaje es la soldadura por reflujo. La hoja de datos proporciona un perfil de reflujo recomendado, especificando una temperatura máxima de 260\u00b0C. El parámetro crítico es que la temperatura en el cuerpo del componente no debe exceder la calificación de temperatura máxima durante el ensamblaje. La condición establece explícitamente soldar a 260\u00b0C durante 3 segundos cuando se mide en un punto a 1/16 de pulgada por debajo del plano de asiento. Esta directriz es esencial para que los ingenieros de proceso configuren correctamente la velocidad de la cinta del horno de reflujo y las temperaturas de las zonas, evitando choques térmicos o degradación de los materiales mientras se asegura una unión de soldadura confiable.

1.4 Sugerencias de Aplicación

1.4.1 Escenarios de Aplicación Típicos

Este display es ideal para cualquier dispositivo que requiera una lectura numérica clara de un solo dígito. Las aplicaciones comunes incluyen: medidores de panel para voltaje, corriente o temperatura; temporizadores y contadores; electrodomésticos como hornos, microondas o lavadoras; equipos de prueba y medición; paneles de control industrial; y dispositivos médicos. El alto contraste y brillo lo hacen adecuado para aplicaciones donde la pantalla puede verse a distancia o en condiciones de alta luz ambiental.

1.4.2 Consideraciones de Diseño

Al integrar el LTS-4301SW, los diseñadores deben considerar la limitación de corriente. Una resistencia en serie es obligatoria para cada ánodo de segmento (o un controlador de corriente regulada) para establecer la corriente directa al nivel deseado, típicamente entre 5-20 mA, dependiendo del brillo requerido y el entorno térmico. La curva de reducción de corriente directa debe respetarse si se espera que la temperatura ambiente de operación sea alta. La configuración de cátodo común requiere que el circuito controlador suministre corriente. Al multiplexar múltiples dígitos (aunque esta es una unidad de un solo dígito, el principio se aplica a sistemas que usan varios de ellos), se necesita un CI controlador adecuado capaz de suministrar corriente a los ánodos y manejar la corriente de cátodo agregada. El diseño del PCB debe asegurar trazas de alimentación limpias para minimizar el ruido.

1.5 Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con displays de un dígito similares, el uso de tecnología LED blanca de InGaN en el LTS-4301SW ofrece ventajas sobre tecnologías más antiguas como los LEDs rojos de GaAsP o la luz blanca filtrada. Los LEDs de InGaN generalmente proporcionan mayor eficiencia y brillo. La cara negra con segmentos blancos es un diferenciador clave frente a displays con cara gris o de color claro, ofreciendo una relación de contraste superior, que es un factor crítico para la legibilidad. La relación de coincidencia de intensidad luminosa especificada (2:1) asegura uniformidad de segmentos, lo que no siempre está garantizado en displays de menor costo. El amplio rango de temperatura de operación (-35\u00b0C a +105\u00b0C) también lo hace más robusto para aplicaciones industriales o exteriores en comparación con displays con un rango más estrecho.

1.6 Preguntas Frecuentes Basadas en Parámetros Técnicos

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

R: Están conectados internamente. Tener dos pines ayuda a distribuir la corriente total del cátodo (que es la suma de las corrientes de todos los segmentos iluminados) a través de dos uniones de soldadura y trazas de PCB, mejorando la capacidad de manejo de corriente, el rendimiento térmico y la fiabilidad de la conexión mecánica.

P: ¿Cómo calculo el valor de la resistencia en serie para un segmento?

R: Usa la Ley de Ohm: R = (V_fuente- V_F) / I_F. Por ejemplo, con una fuente de 5V, un V_Ftípico de 3,15V, y una I_Fdeseada de 10 mA: R = (5 - 3,15) / 0,01 = 185 ohmios. Usa el valor estándar más cercano (ej., 180 o 200 ohmios). Siempre considera la potencia nominal: P = I_F²* R.

P: ¿Puedo accionar este display directamente desde un pin de un microcontrolador?

R: Depende de la capacidad de suministro de corriente del pin del MCU. Un pin típico de MCU podría suministrar 20-25 mA, lo que es suficiente para un segmento a corriente completa. Sin embargo, accionar múltiples segmentos o el cátodo común (que maneja la suma de todas las corrientes de segmento) generalmente excede la capacidad de un solo pin. Se recomienda encarecidamente el uso de CIs controladores dedicados (ej., registro de desplazamiento 74HC595 con resistencias limitadoras de corriente, o un controlador LED de corriente constante) para una operación confiable y segura.

P: ¿Qué significa "categorizado por intensidad luminosa"?

R: Implica que durante la fabricación, los chips LED o los displays terminados pueden ser probados y clasificados (agrupados) en función de su intensidad luminosa medida. Esto permite a los clientes seleccionar piezas con un rango de brillo específico para lograr consistencia en su producto, especialmente cuando usan múltiples displays.

1.7 Caso Práctico de Diseño y Uso

Considere diseñar un termómetro digital simple con una lectura de 0-9\u00b0C. Un LTS-4301SW mostraría el dígito de las unidades. La salida digital de un sensor de temperatura sería procesada por un microcontrolador. El MCU decodificaría el valor del dígito (0-9) en el patrón de segmentos correspondiente (ej., para '5', los segmentos A, F, G, C, D están ENCENDIDOS). El MCU usaría un expansor de puerto o un registro de desplazamiento para suministrar corriente a los ánodos de los segmentos (pines 1,2,4,5,6,7,9,10) a través de resistencias limitadoras de corriente. El cátodo común (pines 3 y 8) se conectaría a un pin de tierra capaz de manejar la corriente total (ej., 8 segmentos * 10 mA = 80 mA), lo que probablemente requeriría un transistor. La cara negra asegura que el '5' sea fácilmente legible en el panel del dispositivo.

1.8 Introducción al Principio de Funcionamiento

Un display de siete segmentos funciona bajo un principio simple: es una colección de siete barras LED (segmentos) controladas independientemente, dispuestas en un patrón de figura ocho. Al encender combinaciones específicas de estos segmentos, se pueden formar los diez dígitos decimales (0-9). Por ejemplo, para mostrar el número '7', se iluminan los segmentos A, B y C. El punto decimal es un LED adicional separado. Eléctricamente, cada segmento es un LED estándar con un ánodo y un cátodo. En un tipo de cátodo común como el LTS-4301SW, todos los cátodos están conectados a un terminal común. Para encender un segmento, se aplica un voltaje positivo (a través de una resistencia limitadora de corriente) a su pin de ánodo específico, mientras que el cátodo común se conecta a tierra, completando el circuito.

1.9 Tendencias y Avances Tecnológicos

La tendencia en los displays de siete segmentos ha sido hacia una mayor eficiencia, brillo y miniaturización. El cambio de los LEDs coloreados tradicionales (rojo, verde) a los LEDs blancos convertidos por fósforo (como el chip basado en InGaN en este display) permite una apariencia neutra y de alto contraste adecuada para más aplicaciones. También hay una tendencia hacia paquetes de dispositivo de montaje superficial (SMD) para ensamblaje automatizado, aunque los tipos de orificio pasante como este siguen siendo populares para prototipos, reparaciones y aplicaciones que requieren conexiones mecánicas robustas. La integración es otra tendencia, con la electrónica de control y, a veces, microcontroladores combinados con el módulo de display en sí, reduciendo el número de componentes externos. Además, los avances en materiales están conduciendo a ángulos de visión más amplios y un mejor rendimiento en rangos de temperatura extendidos.