Hoja de Datos del Display LED LTS-4801JD - Altura de Dígito 0.39 Pulgadas - Rojo Hiper AlInGaP - Tensión Directa 2.6V - Disipación de Potencia 70mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTS-4801JD es un módulo de visualización de siete segmentos y un solo dígito de alto rendimiento, 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 utilizando segmentos LED direccionables individualmente. El dispositivo está diseñado para ofrecer fiabilidad y facilitar su integración en diversos sistemas electrónicos.

1.1 Ventajas Principales y Mercado Objetivo

Esta pantalla ofrece varias ventajas clave que la hacen adecuada para una amplia gama de aplicaciones. Sus principales beneficios incluyen una excelente apariencia de los caracteres con segmentos uniformes y continuos, un alto brillo y contraste para una visibilidad superior incluso en condiciones de mucha luz, y un amplio ángulo de visión que garantiza la legibilidad desde varias posiciones. Además, presenta un bajo consumo de energía y una fiabilidad de estado sólido, lo que contribuye a una larga vida operativa y eficiencia energética. El dispositivo está categorizado por intensidad luminosa, proporcionando consistencia en los niveles de brillo. El mercado objetivo incluye paneles de control industrial, equipos de prueba y medición, electrodomésticos, cuadros de mando automotrices (pantallas secundarias) y cualquier sistema embebido que requiera una pantalla numérica compacta y fiable.

2. Análisis Profundo de Especificaciones Técnicas

El rendimiento del LTS-4801JD está definido por un conjunto de parámetros eléctricos y ópticos precisos que los diseñadores deben considerar para una implementación correcta.

2.1 Características Fotométricas y Ópticas

El rendimiento óptico es fundamental para su función. El dispositivo utiliza chips LED de Rojo Hiper AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio). La salida de luz se caracteriza por una intensidad luminosa media típica (Iv) de 200 a 650 microcandelas (μcd) cuando se alimenta con una corriente directa (IF) de 1mA. El color se define por una longitud de onda de emisión pico (λp) de 650 nanómetros (nm) y una longitud de onda dominante (λd) de 639 nm, ambas medidas a IF=20mA. El ancho medio espectral (Δλ) es de 20 nm, lo que indica un color rojo relativamente puro. La coincidencia de intensidad luminosa entre segmentos se especifica con una relación máxima de 2:1, garantizando una apariencia uniforme en todo el dígito.

2.2 Parámetros Eléctricos

Las especificaciones eléctricas garantizan un funcionamiento seguro y eficaz. Los valores máximos absolutos definen los límites operativos: la disipación de potencia por segmento es de 70mW, la corriente directa pico por segmento es de 90mA (con un ciclo de trabajo de 1/10, ancho de pulso de 0.1ms), y la corriente directa continua por segmento es de 25mA a 25°C, reduciéndose linealmente a 0.33 mA/°C. La tensión inversa máxima por segmento es de 5V. En condiciones típicas de funcionamiento (Ta=25°C, IF=20mA), la tensión directa por segmento (VF) varía entre 2.1V y 2.6V. La corriente inversa (IR) es un máximo de 100 μA a VR=5V.

2.3 Especificaciones Térmicas y Ambientales

El dispositivo está clasificado para un rango de temperatura de funcionamiento de -35°C a +85°C y un rango de temperatura de almacenamiento idéntico. Este amplio rango lo hace adecuado para entornos sujetos a variaciones significativas de temperatura. La especificación de temperatura de soldadura indica que el dispositivo puede soportar 260°C durante 3 segundos en un punto situado a 0.116 pulgadas (o aproximadamente 2.95mm) por debajo del plano de asiento, información crítica para el proceso de montaje.

3. Explicación del Sistema de Clasificación (Binning)

La hoja de datos indica que el dispositivo está "categorizado por intensidad luminosa". Esto implica que se aplica un sistema de clasificación (binning), probablemente basado en la intensidad luminosa media medida (Iv) en la condición de prueba estándar (IF=1mA). Los "bins" agruparían dispositivos con niveles de salida de luz similares (por ejemplo, 200-350 μcd, 350-500 μcd, 500-650 μcd). Esto permite a los diseñadores seleccionar componentes con un brillo consistente para pantallas de varios dígitos o aplicaciones donde la coincidencia de brillo es crítica. La relación máxima de coincidencia de intensidad luminosa de 2:1 especificada es una garantía de rendimiento dentro de un solo dispositivo, mientras que el "binning" asegura la consistencia entre múltiples dispositivos.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Aunque el extracto de la hoja de datos proporcionado hace referencia a "Curvas Típicas de Características Eléctricas / Ópticas", las curvas típicas para un dispositivo de este tipo ilustrarían gráficamente relaciones clave vitales para el diseño.

4.1 Corriente Directa vs. Tensión Directa (Curva I-V)

Una curva I-V típica mostraría la relación exponencial entre la corriente directa (IF) y la tensión directa (VF) para los chips LED AlInGaP. La curva comenzaría a conducir notablemente alrededor de 1.8V-2.0V y mostraría una pendiente relativamente pronunciada en el rango de funcionamiento normal (por ejemplo, 5-30mA), con VF aumentando hasta el valor típico de 2.1V-2.6V a 20mA. Esta curva es esencial para diseñar el circuito limitador de corriente.

4.2 Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa

Esta curva es crucial para el control del brillo. Normalmente mostraría que la intensidad luminosa (Iv) aumenta aproximadamente de forma lineal con la corriente directa (IF) en un rango significativo antes de saturarse potencialmente a corrientes muy altas. La pendiente de esta línea determina la eficiencia (lúmenes por vatio o candelas por amperio). Los diseñadores la utilizan para seleccionar la corriente de operación necesaria para lograr un nivel de brillo deseado.

4.3 Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente

La salida de luz del LED disminuye a medida que aumenta la temperatura de la unión. Una curva de reducción ilustraría la intensidad luminosa relativa en función de la temperatura ambiente (Ta) o de la temperatura de unión (Tj). Para los LED AlInGaP, la salida puede disminuir significativamente al aumentar la temperatura, lo que debe tenerse en cuenta en la gestión térmica y en los diseños destinados a entornos de alta temperatura.

4.4 Distribución Espectral

Un gráfico de distribución espectral de potencia mostraría la intensidad relativa de la luz emitida a través de diferentes longitudes de onda, centrada alrededor del pico de 650 nm. El ancho medio espectral de 20 nm indica la anchura de este pico a la mitad de su intensidad máxima, confirmando la naturaleza monocromática de la luz roja.

5. Información Mecánica y de Empaquetado

La construcción física del LTS-4801JD está definida para su integración mecánica.

5.1 Dimensiones y Dibujo de Contorno

El encapsulado tiene una altura de dígito de 0.39 pulgadas (10.0 mm). El dibujo detallado con dimensiones (referenciado en la hoja de datos) especifica la longitud, anchura y altura total del encapsulado, las dimensiones y espaciado de los segmentos, el espaciado y longitud de las patillas (pines), y la posición del punto decimal derecho. Todas las dimensiones están en milímetros con una tolerancia estándar de ±0.25mm a menos que se indique lo contrario. Este dibujo es esencial para crear la huella en la PCB y garantizar un ajuste adecuado dentro de la carcasa.

5.2 Pinout e Identificación de Polaridad

El dispositivo tiene una configuración de 10 pines. Presenta una arquitectura de ánodo común, lo que significa que los ánodos de todos los segmentos LED están conectados internamente y sacados a pines específicos. La conexión de pines es la siguiente: El Pin 3 y el Pin 8 son Ánodos Comunes (y están conectados internamente). Los cátodos de cada segmento están en pines individuales: Pin 1 (G), Pin 2 (F), Pin 4 (E), Pin 5 (D), Pin 6 (D.P. para el punto decimal), Pin 7 (C), Pin 9 (B), Pin 10 (A). La numeración de pines y la ubicación del pin 1 deben identificarse a partir del dibujo mecánico. La descripción "Rt. Hand Decimal" confirma que el punto decimal está ubicado en el lado derecho del dígito.

5.3 Diagrama de Circuito Interno

El diagrama de circuito interno referenciado representa visualmente la configuración de ánodo común. Mostraría un nodo común (el ánodo) conectado a la fuente de alimentación positiva, con el cátodo del LED de cada segmento (de la A a la G, más DP) conectado a un pin separado. Para iluminar un segmento, su pin de cátodo correspondiente debe ponerse a nivel bajo (conectado a tierra a través de una resistencia limitadora de corriente) mientras el ánodo común se mantiene a nivel alto.

6. Directrices de Soldadura y Montaje

Se requiere un manejo adecuado para mantener la integridad del dispositivo.

6.1 Parámetros de Soldadura por Reflujo

El parámetro crítico proporcionado es la temperatura máxima de soldadura: 260°C durante 3 segundos, medida a 0.116 pulgadas (2.95mm) por debajo del plano de asiento. Esto se alinea con los perfiles típicos de reflujo sin plomo (por ejemplo, IPC/JEDEC J-STD-020). Debe utilizarse un perfil de reflujo estándar con una zona de precalentamiento, un rápido aumento térmico, una zona de temperatura máxima que no exceda los 260°C durante el tiempo especificado y una zona de enfriamiento controlada. El perfil debe garantizar que la temperatura en las patillas del encapsulado no supere el máximo absoluto.

6.2 Precauciones y Manejo

Deben observarse las precauciones estándar contra descargas electrostáticas (ESD) durante el manejo y montaje, ya que los chips LED son sensibles a la electricidad estática. Evite aplicar tensión mecánica a las patillas o al encapsulado de plástico. La limpieza después de la soldadura debe utilizar métodos compatibles con el material del encapsulado (probablemente epoxi).

6.3 Condiciones de Almacenamiento

El dispositivo debe almacenarse dentro del rango de temperatura de almacenamiento especificado de -35°C a +85°C. Es recomendable almacenar los componentes en un entorno de baja humedad y en un embalaje protector contra ESD hasta su uso para prevenir la absorción de humedad y daños electrostáticos.

7. Recomendaciones de Aplicación

7.1 Circuitos de Aplicación Típicos

El método de excitación más común para una pantalla de ánodo común como el LTS-4801JD es la multiplexación, especialmente cuando se utilizan varios dígitos. Un microcontrolador o un CI controlador de pantalla dedicado alimentaría secuencialmente el ánodo común de cada dígito mientras envía el patrón de cátodos para los segmentos que deben iluminarse en ese dígito. Este método ahorra pines de E/S. Para una aplicación de un solo dígito, se puede utilizar una excitación estática más simple: conectar los pines de ánodo común (3 y 8) al voltaje de alimentación positivo (Vcc) a través de una resistencia limitadora de corriente para toda la pantalla, y conectar cada pin de cátodo (A-G, DP) a un pin de E/S del microcontrolador o a un transistor de excitación. Cada pin de E/S necesitaría una resistencia limitadora de corriente en serie para su segmento respectivo.

7.2 Cálculo de la Resistencia Limitadora de Corriente

El valor de la resistencia limitadora de corriente es crítico. Se puede calcular utilizando la Ley de Ohm: R = (Vcc - VF) / IF. Por ejemplo, con un Vcc de 5V, un VF típico de 2.6V y un IF deseado de 20mA: R = (5V - 2.6V) / 0.020A = 120 Ohmios. La potencia nominal de la resistencia debe ser al menos P = (IF)^2 * R = (0.020)^2 * 120 = 0.048W, por lo que una resistencia estándar de 1/8W (0.125W) o 1/4W es suficiente.

7.3 Consideraciones de Diseño

Control de Brillo:El brillo puede ajustarse variando la corriente directa (IF) dentro de los límites especificados, ya sea cambiando el valor de la resistencia o utilizando PWM (Modulación por Ancho de Pulso) en la señal de excitación. El PWM es muy eficaz para el atenuado.

Ángulo de Visión:El amplio ángulo de visión es beneficioso, pero considere la dirección de visión principal al posicionar la pantalla en el producto final.

Gestión Térmica:Aunque la disipación de potencia es baja, asegure una ventilación adecuada si se utilizan múltiples pantallas o si se opera a altas temperaturas ambientales para prevenir la degradación del brillo y extender la vida útil.

Mejora del Contraste:La cara gris y los segmentos blancos proporcionan un contraste inherente. Para una legibilidad óptima, un bisel de color oscuro o un filtro alrededor de la pantalla puede mejorar aún más el contraste, especialmente con luz ambiental brillante.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

El LTS-4801JD se diferencia principalmente por el uso de la tecnología AlInGaP y sus características de rendimiento específicas.

AlInGaP vs. Otras Tecnologías LED:En comparación con los LED rojos tradicionales de GaAsP o GaP, los LED AlInGaP ofrecen una eficiencia luminosa significativamente mayor (más salida de luz por unidad de potencia eléctrica), mejor estabilidad térmica y un color rojo más saturado, "hiper". En comparación con los LED blancos de alta potencia más nuevos utilizados con filtros, este dispositivo es más simple, requiere una electrónica de excitación menos compleja y ofrece un color rojo puro y eficiente directamente.

Dentro de las Pantallas de Siete Segmentos:Su altura de dígito de 0.39 pulgadas la sitúa en una categoría de tamaño común para instrumentos montados en panel. Las ventajas competitivas clave enumeradas son sus segmentos uniformes y continuos (para una apariencia limpia), alto brillo y contraste, y categorización por intensidad luminosa (garantizando consistencia). El bajo requerimiento de potencia también es un beneficio para dispositivos alimentados por batería.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P1: ¿Cuál es el propósito de tener dos pines de ánodo común (Pin 3 y Pin 8)?

R1: Tener dos pines para la conexión común ayuda a distribuir la corriente total del ánodo, que es la suma de las corrientes de todos los segmentos iluminados. Esto reduce la densidad de corriente en un solo pin y traza de PCB, mejorando la fiabilidad. Están conectados internamente, por lo que solo uno necesita conectarse en un circuito, pero se recomienda conectar ambos para el mejor rendimiento.

P2: ¿Puedo excitar esta pantalla directamente desde un microcontrolador de 3.3V sin una resistencia limitadora de corriente?

R2: No. Siempre debe usar una resistencia limitadora de corriente para cada segmento (o una fuente de corriente regulada). La tensión directa (VF) es típicamente de 2.1V-2.6V. Conectar 3.3V directamente al LED a través de un pin del microcontrolador intentaría conducir una corriente no controlada y potencialmente destructiva a través del LED, ya que la única resistencia sería la resistencia interna del pin del MCU y del LED, que es muy baja.

P3: ¿Qué significa "reducción lineal desde 25°C" para la corriente directa continua?

R3: Significa que la corriente directa continua máxima permitida disminuye a medida que la temperatura ambiente aumenta por encima de los 25°C. El factor de reducción es de 0.33 mA/°C. Por ejemplo, a 50°C (25°C por encima de la referencia), la corriente máxima sería 25mA - (0.33 mA/°C * 25°C) = 25mA - 8.25mA = 16.75mA. Esto evita el sobrecalentamiento y garantiza la fiabilidad.

P4: ¿Cómo interpreto la relación de coincidencia de intensidad luminosa de 2:1?

R4: Esto significa que dentro de una sola unidad LTS-4801JD, el segmento más tenue no será menos de la mitad de brillante que el segmento más brillante cuando se mide en las mismas condiciones (IF=1mA). Esto garantiza una uniformidad visual en todo el dígito.

10. Caso Práctico de Diseño y Uso

Caso: Diseño de una Lectura Simple para Voltímetro Digital

Un diseñador está creando un voltímetro digital compacto para mostrar de 0.0V a 19.9V. Necesita una pantalla clara y de bajo consumo. Selecciona el LTS-4801JD por su alto brillo y tamaño de 0.39 pulgadas, que es legible para el uso previsto. Se utilizan tres pantallas para los tres dígitos. El ADC del microcontrolador lee el voltaje, lo convierte en un valor y excita las pantallas mediante un esquema de multiplexación utilizando un arreglo de transistores para los ánodos comunes y los pines de E/S del MCU (con resistencias en serie) para los cátodos de los segmentos. El punto decimal derecho en el dígito del medio se utiliza para mostrar las décimas. El color rojo AlInGaP se elige por su alto contraste contra un panel oscuro. El diseñador calcula los valores de las resistencias para un sistema de 5V para excitar cada segmento a ~15mA, proporcionando un brillo amplio mientras se mantiene muy por debajo de la clasificación continua de 25mA a temperatura ambiente.

11. Introducción al Principio de Funcionamiento

El LTS-4801JD funciona según el principio fundamental de la electroluminiscencia en materiales semiconductores. La estructura del chip AlInGaP forma una unión p-n. Cuando se aplica una tensión directa que excede el umbral de la unión (aproximadamente 1.8-2.0V), los electrones de la región tipo n y los huecos de la región tipo p se inyectan en la región activa donde se recombinan. En AlInGaP, esta recombinación libera energía principalmente en forma de fotones (luz) en el rango de longitud de onda roja (~650 nm). Cada uno de los siete segmentos (de la A a la G) y el punto decimal (DP) contiene uno o más de estos diminutos chips LED incrustados en el encapsulado. La configuración de ánodo común simplifica el circuito de excitación externo al permitir que una sola fuente de voltaje positivo alimente todos los segmentos, con el control individual logrado poniendo a tierra el cátodo del segmento deseado.

12. Tendencias Tecnológicas y Contexto

Las pantallas LED de siete segmentos como el LTS-4801JD representan una tecnología de visualización madura y altamente optimizada. Si bien tecnologías más nuevas como las OLED de matriz de puntos o las pantallas LCD TFT ofrecen mayor flexibilidad (gráficos completos, múltiples colores), los LED de siete segmentos conservan fuertes ventajas en nichos específicos: extrema simplicidad de la electrónica de excitación, brillo y contraste muy altos, excelente legibilidad a la luz solar directa, amplio rango de temperatura de funcionamiento y una excepcional fiabilidad a largo plazo sin retroiluminación que pueda fallar. La tendencia dentro de este segmento es hacia una mayor eficiencia (más lúmenes por vatio) utilizando materiales semiconductores avanzados como AlInGaP, como se ve en este dispositivo, y hacia encapsulados de montaje superficial para el montaje automatizado. Siguen siendo la solución preferida para aplicaciones donde el requisito principal es una pantalla numérica rentable, robusta y altamente legible.