Hoja de Datos del Display LED LTC-4724JF - Altura de Dígito 0.4 Pulgadas - Color Amarillo-Naranja - Tensión Directa 2.6V - Disipación de Potencia 70mW - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTC-4724JF es un módulo de display LED de siete segmentos triple dígito, compacto y de alto rendimiento. Su función principal es proporcionar lecturas numéricas claras y brillantes en diversos dispositivos electrónicos e instrumentación. El dispositivo está construido con tecnología semiconductor avanzada de AlInGaP (Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio), conocida por producir emisión de luz de alta eficiencia en el espectro amarillo-naranja. Esta elección específica de material resulta en una excelente intensidad luminosa y pureza de color. El display presenta una cara gris con marcas de segmento blancas, creando una apariencia de alto contraste que mejora la legibilidad bajo diferentes condiciones de iluminación. Está diseñado como un tipo de cátodo común multiplexado, una configuración estándar para displays de múltiples dígitos que minimiza el número de pines de control necesarios.

1.1 Características y Ventajas Clave

El LTC-4724JF ofrece varias ventajas distintivas para diseñadores e ingenieros:

• Tamaño Compacto con Alta Legibilidad:La altura de dígito de 0.4 pulgadas (10.0 mm) ofrece un buen equilibrio entre un diseño que ahorra espacio y una visibilidad clara, haciéndolo adecuado para medidores de panel, equipos de prueba y electrónica de consumo donde el espacio frontal es limitado.
• Rendimiento Óptico Superior:El uso de chips AlInGaP proporciona un alto brillo y un excelente contraste. Los segmentos continuos y uniformes aseguran una apariencia de carácter consistente y profesional sin huecos o puntos oscuros.
• Eficiencia Energética:Tiene un bajo requerimiento de potencia, lo que es beneficioso para aplicaciones alimentadas por batería o conscientes del consumo energético. La tensión directa típica es relativamente baja, reduciendo el consumo total de potencia del subsistema de visualización.
• Ángulo de Visión Amplio:El display mantiene una buena visibilidad en un ángulo amplio, asegurando que la lectura pueda verse desde varias posiciones, lo cual es crítico para equipos montados en panel.
• Alta Fiabilidad:Como dispositivo de estado sólido, ofrece una larga vida operativa y robustez frente a vibraciones y golpes en comparación con displays mecánicos.
• Garantía de Calidad:Los dispositivos están categorizados ("binned") por intensidad luminosa. Esto significa que las unidades se clasifican según su salida de luz medida, permitiendo a los diseñadores seleccionar niveles de brillo consistentes para sus aplicaciones, evitando una iluminación desigual en configuraciones con múltiples displays.
• Cumplimiento Ambiental:El encapsulado está libre de plomo, cumpliendo con la directiva RoHS (Restricción de Sustancias Peligrosas), haciéndolo adecuado para su uso en productos vendidos en mercados con estrictas regulaciones ambientales.

2. Especificaciones Técnicas e Interpretación en Profundidad

Esta sección proporciona un análisis detallado de los parámetros eléctricos y ópticos que definen los límites de rendimiento y las condiciones de operación del LTC-4724JF.

2.1 Valores Absolutos Máximos

Estos valores definen los límites de estrés más allá de los cuales puede ocurrir daño permanente al dispositivo. No se garantiza la operación en o bajo estos límites.

• Disipación de Potencia por Segmento:70 mW. Esta es la potencia máxima que puede disiparse de forma segura como calor por un solo segmento LED. Exceder esto puede provocar sobrecalentamiento y degradación acelerada de la unión semiconductor.
• Corriente Directa de Pico por Segmento:90 mA (bajo condiciones pulsadas: ciclo de trabajo 1/10, ancho de pulso 0.1ms). Este valor es para pulsos de corta duración, utilizados a menudo en esquemas de multiplexación para lograr un brillo de pico más alto.
• Corriente Directa Continua por Segmento:25 mA a 25°C. Esta es la corriente máxima DC recomendada para operación continua. La hoja de datos especifica un factor de reducción (derating) de 0.33 mA/°C por encima de 25°C. Por ejemplo, a una temperatura ambiente (Ta) de 65°C, la corriente continua máxima permitida sería: 25 mA - [ (65°C - 25°C) * 0.33 mA/°C ] = 25 mA - 13.2 mA =11.8 mA. Esta reducción es crucial para la gestión térmica y la fiabilidad a largo plazo.
• Rango de Temperatura de Operación y Almacenamiento:-35°C a +85°C. El dispositivo está clasificado para rangos de temperatura industrial, adecuado para entornos fuera de las condiciones típicas de oficina.
• Condición de Soldadura:260°C durante 3 segundos, medido a 1/16 de pulgada (aprox. 1.6 mm) por debajo del plano de asiento. Esto guía el perfil de soldadura por reflujo para el montaje en PCB.

2.2 Características Eléctricas y Ópticas (Típicas a 25°C)

Estos son los parámetros de rendimiento típicos bajo condiciones de prueba especificadas, que representan el comportamiento esperado del dispositivo.

• Intensidad Luminosa Promedio (I_V):200 a 650 µcd (microcandelas) a I_F=1mA. Este amplio rango indica el proceso de binning. El mínimo es 200 µcd, pero las unidades típicas serán más brillantes. La corriente de prueba de 1mA es una condición estándar de baja corriente para comparar brillo.
• Longitud de Onda de Emisión de Pico (λ_p):611 nm. Esta es la longitud de onda a la cual la salida espectral del LED está en su máxima intensidad. Define el color percibido "amarillo-naranja".
• Ancho de Media Altura Espectral (Δλ):17 nm. Esto mide la dispersión de las longitudes de onda de la luz emitida. Un valor de 17 nm indica una emisión de color relativamente estrecha y pura, característica de la tecnología AlInGaP.
• Longitud de Onda Dominante (λ_d):605 nm. Esta es la longitud de onda única que mejor representa el color percibido de la luz para el ojo humano, ligeramente diferente de la longitud de onda de pico.
• Tensión Directa por Segmento (V_F):2.05V a 2.6V a I_F=20mA. Este es un parámetro crítico para el diseño del controlador. El circuito controlador debe ser capaz de proporcionar al menos 2.6V para asegurar que la corriente deseada de 20mA fluya a través de todos los segmentos, incluso aquellos en el extremo alto del rango de V_F distribution.
• Corriente Inversa (I_R):100 µA máximo a V_R=5V. Esto especifica la corriente de fuga máxima cuando el LED está polarizado en inversa. Aunque pequeña, confirma la característica de bloqueo del diodo.
• Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa (I_V-m):2:1 máximo a I_F=10mA. Esta es la relación máxima permitida entre el segmento más brillante y el más tenue dentro de un solo dígito o entre segmentos idénticos en diferentes dígitos. Una relación de 2:1 asegura uniformidad visual.

3. Explicación del Sistema de Binning

El LTC-4724JF emplea un sistema de binning principalmente paraIntensidad Luminosa. Como se indica por el rango de I_V(200-650 µcd), las unidades son probadas y clasificadas en diferentes bins según su salida de luz a una corriente de prueba estándar (1mA). Esto permite a los clientes:

• Asegurar Consistencia:Para aplicaciones que usan múltiples displays (ej., un instrumento de varios dígitos), ordenar piezas del mismo bin de intensidad garantiza que todos los dígitos tendrán un brillo coincidente, evitando una apariencia desigual o irregular.
• Seleccionar según Necesidades de la Aplicación:Un diseño que requiera un brillo muy alto podría especificar unidades de un bin de intensidad más alta, mientras que un diseño sensible a la potencia podría usar un bin más bajo.

La hoja de datos no menciona explícitamente bins separados para longitud de onda (color) o tensión directa para este número de parte específico, lo que implica que el proceso AlInGaP produce un control suficientemente ajustado sobre estos parámetros, o que están incluidos dentro del binning principal de intensidad.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Aunque las gráficas específicas no se detallan en el texto proporcionado, las curvas típicas para tal dispositivo incluirían:

• Corriente vs. Tensión Directa (Curva I-V):Muestra la relación exponencial. La curva tendrá una "rodilla" alrededor de la V_Ftípica (2.05-2.6V). Conducir con una corriente constante, como se recomienda, asegura un brillo estable independientemente de las variaciones menores de V_F variations.
• Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa (I_Vvs. I_F):Generalmente muestra una relación casi lineal a corrientes bajas, pudiendo saturarse a corrientes muy altas. Esta gráfica ayuda a determinar la corriente de excitación necesaria para lograr un brillo objetivo.
• Intensidad Luminosa vs. Temperatura Ambiente:Muestra cómo la salida de luz disminuye al aumentar la temperatura. Esto es vital para diseñar sistemas que operen en entornos de alta temperatura, ya que puede ser necesario aumentar la corriente de excitación (dentro de los valores máximos) para compensar.
• Distribución Espectral:Una gráfica de intensidad relativa vs. longitud de onda, centrada alrededor de 611 nm con un ancho de 17 nm a la mitad de la intensidad de pico (FWHM).

5. Información Mecánica y del Encapsulado

5.1 Dimensiones del Encapsulado

El LTC-4724JF viene en un formato estándar DIP (Dual In-line Package) de orificio pasante. El dibujo (referenciado en la página 3) proporciona todas las dimensiones críticas, incluyendo longitud total, ancho, altura, espaciado de dígitos, espaciado de pines (paso) y diámetro de los pines. La nota especifica que todas las dimensiones están en milímetros con una tolerancia estándar de ±0.25 mm a menos que se indique lo contrario. Esta información es esencial para el diseño de la huella en PCB, el dimensionado del corte en el panel y asegurar un ajuste mecánico adecuado dentro del producto final.

5.2 Conexión de Pines y Circuito Interno

El dispositivo tiene una configuración de 14 pines (algunos marcados como "NO PIN"). El diagrama de circuito interno (página 4) revela una arquitectura de cátodo común multiplexada:

• Cátodos Comunes:Los pines 1, 5 y 7 son los cátodos para el Dígito 1, Dígito 2 y Dígito 3, respectivamente. El pin 14 es un cátodo común para los tres puntos decimales de la derecha (L1, L2, L3).
• Ánodos de Segmento:Los ánodos para los siete segmentos principales (A, B, C, D, E, F, G) y los puntos decimales se sacan a pines individuales (ej., Pin 12 = Segmento A, Pin 2 = Segmento E).

Para iluminar un segmento específico en un dígito específico, el pin del ánodo del segmento correspondiente debe ser activado a nivel alto (con una resistencia limitadora de corriente), y el pin del cátodo para ese dígito debe ponerse a nivel bajo (conectado a tierra). Esta técnica de multiplexación permite controlar 3 dígitos y sus segmentos con solo 14 pines, en lugar de los 24+ pines que se necesitarían si cada segmento estuviera cableado de forma independiente.

6. Directrices de Soldadura, Montaje y Almacenamiento

6.1 Soldadura y Montaje

• Soldadura por Reflujo:Seguir la condición especificada: 260°C durante 3 segundos. Esto debe integrarse en un perfil estándar de reflujo sin plomo.
• Estrés Mecánico:Evitar aplicar fuerza anormal al cuerpo del display durante el montaje. Usar herramientas adecuadas para evitar agrietar el encapsulado de epoxi o dañar las conexiones internas por alambre (wire bonds).
• Condensación:Evitar cambios rápidos de temperatura en ambientes húmedos para prevenir la formación de condensación en el display, lo que podría causar cortocircuitos eléctricos o corrosión.
• Aplicación de Película:Si se usa una película decorativa o filtro, tener en cuenta que se usa adhesivo sensible a la presión. Evitar que el lado de la película presione directamente contra un panel frontal, ya que una fuerza externa podría desplazarla.

6.2 Condiciones de Almacenamiento

El almacenamiento adecuado es crítico para prevenir la oxidación de los pines estañados, lo que puede causar una mala soldabilidad.

• Para Displays de Orificio Pasante (LTC-4724JF):Almacenar en el embalaje original a 5°C a 30°C y por debajo del 60% de HR. Si la bolsa barrera de humedad se abre por más de 6 meses, secar (bake) a 60°C durante 48 horas antes de usar y montar dentro de una semana.
• Principio General:Consumir el inventario con prontitud. Se desaconseja el almacenamiento a largo plazo de grandes cantidades. Si los pines parecen oxidados, puede ser necesario re-estañarlos antes del montaje.

7. Sugerencias de Aplicación y Consideraciones de Diseño

7.1 Escenarios de Aplicación Típicos

El LTC-4724JF es ideal para aplicaciones que requieren displays numéricos claros y fiables, tales como:

• Medidores de panel digital (voltaje, corriente, temperatura)
• Equipos de prueba y medición
• Lecturas de sistemas de control industrial
• Electrodomésticos (microondas, básculas, equipos de audio)
• Dispositivos médicos (donde la excepcional fiabilidad no es responsabilidad exclusiva de este componente - ver Precauciones)

7.2 Consideraciones de Diseño Críticas

• Diseño del Circuito Controlador:
  • Excitación por Corriente Constante:Altamente recomendada sobre la excitación por tensión constante. Asegura un brillo de segmento consistente independientemente de las variaciones de V_Fy proporciona protección inherente contra la fuga térmica (thermal runaway).
  • Resistencias Limitadoras de Corriente:Si se usa una excitación simple basada en resistencia, calcular el valor de la resistencia basándose en la tensión de alimentación (V_CC), la V_Fmáxima esperada (2.6V), y la I_Fdeseada. Ejemplo: Para V_CC=5V e I_F=10mA, R = (5V - 2.6V) / 0.01A = 240Ω. Usar el siguiente valor estándar (ej., 240Ω o 220Ω).
  • Margen de Tensión (Headroom):El controlador (pin del microcontrolador o CI dedicado) debe ser capaz de suministrar suficiente tensión para superar la V_Fmás alta en el circuito. Un sistema de 3.3V podría tener dificultades con segmentos a 2.6V de V_Fdespués de considerar la tensión de saturación del controlador.
  • Protección contra Tensión Inversa:El circuito debe prevenir la polarización inversa a través de los LEDs durante las secuencias de encendido/apagado. Esto puede lograrse con una secuenciación de potencia cuidadosa o añadiendo un diodo de protección en paralelo con el display (polarizado en inversa durante la operación normal).
• Gestión Térmica:Adherirse a la curva de reducción de corriente. En entornos de alta temperatura ambiente, reducir la corriente de excitación o mejorar la ventilación para mantener la temperatura de unión del LED dentro de límites seguros.
• Controlador de Multiplexación:Usar un CI controlador de display dedicado o un microcontrolador con soporte de multiplexación. Asegurar que la frecuencia de escaneo sea lo suficientemente alta (típicamente >60Hz) para evitar parpadeo visible. La corriente de pulso de pico puede ser mayor que el valor nominal DC (según el valor de 90mA) para mantener el brillo promedio.

8. Comparación y Diferenciación Técnica

En comparación con tecnologías más antiguas como LEDs rojos/amarillos estándar de GaP (Fosfuro de Galio) o GaAsP (Fosfuro de Arsénico de Galio), la tecnología AlInGaP en el LTC-4724JF ofrece:

• Mayor Eficiencia y Brillo:Más salida de luz por miliamperio de corriente.
• Mejor Saturación de Color:Ancho espectral más estrecho (17 nm) para un color amarillo-naranja más puro y definido.
• Estabilidad Térmica Superior:AlInGaP generalmente mantiene su brillo y color mejor en rangos de temperatura que las tecnologías más antiguas.

En comparación con LEDs blancos con filtros, ofrece una solución más simple y eficiente cuando se desea una salida monocromática específica.

9. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

• P: ¿Puedo excitar este display directamente desde un pin de un microcontrolador de 5V?R: Posiblemente, pero con precaución. Debes usar una resistencia limitadora de corriente. Calcular el valor basándose en la tensión alta de salida del pin (que puede ser menor a 5V) y la V_Fdel LED. Asegurar que el pin del microcontrolador pueda sumiderar/suministrar la corriente requerida (ej., 10-20mA por segmento), lo que puede exceder el valor máximo del pin, requiriendo un transistor o un CI controlador.
• P: ¿Por qué se recomienda la excitación por corriente constante?R: El brillo del LED se controla principalmente por la corriente, no por la tensión. La V_Fpuede variar de una unidad a otra y con la temperatura. Una fuente de corriente constante ajusta automáticamente la tensión para mantener la corriente establecida, asegurando un brillo estable y predecible y protegiendo al LED de condiciones de sobrecorriente.
• P: ¿Qué significa "categorizado por intensidad luminosa" para mi diseño?R: Significa que debes especificar y comprar unidades del mismo código de bin de intensidad si usas múltiples displays en un producto. Esto evita diferencias notables de brillo entre dígitos o displays. Consultar con el proveedor la disponibilidad de bins específicos.
• P: Las instrucciones de almacenamiento mencionan secado (baking). ¿Es esto siempre necesario?R: El secado (baking) es un proceso de eliminación de humedad ("bake-out") para componentes que han absorbido humedad del aire durante un almacenamiento prolongado. Previene el "efecto palomita" (agrietamiento del encapsulado) durante el proceso de soldadura a alta temperatura. Si las piezas se usan poco después de abrir la bolsa sellada, típicamente no se necesita secado. Seguir las directrices de la sección 6.2.

10. Caso Práctico de Diseño y Uso

Escenario: Diseñar un display de medidor de voltaje DC de 3 dígitos.

1. Microcontrolador y Controlador:Seleccionar un microcontrolador con suficientes pines de E/S o usar un controlador LED de multiplexación dedicado (ej., MAX7219, TM1637) para controlar los ánodos de segmento y los cátodos de dígito.
2. Configuración de Corriente:Decidir la corriente de operación. Para un buen brillo en interiores, 10-15mA por segmento suele ser suficiente. Usar la fórmula de reducción para verificar si esto es seguro a tu temperatura ambiente máxima esperada (ej., 50°C).
3. Cálculo de Resistencia:Si el controlador usa limitación de corriente por resistencia, calcular como se muestra en la sección 7.2. Si se usa un controlador de corriente constante, ajustar la corriente al valor deseado.
4. Diseño de PCB:Colocar las resistencias limitadoras de corriente cerca del CI controlador o microcontrolador, no necesariamente justo en los pines del display. Asegurar que las trazas hacia los pines de cátodo común puedan manejar la suma de las corrientes de todos los segmentos en un dígito (ej., si todos los 7 segmentos + DP están encendidos a 10mA cada uno, la traza del cátodo debe manejar 80mA).
5. Software:Implementar una rutina de multiplexación que recorra rápidamente los dígitos 1, 2 y 3. El ciclo de trabajo para cada dígito es 1/3, por lo que para lograr el mismo brillo promedio que un display estático, la corriente de pico durante su tiempo activo puede ser hasta 3 veces mayor (pero no debe exceder el valor de pico de 90mA).
6. Pruebas:Verificar la uniformidad del brillo. Si los dígitos aparecen desiguales, verificar una V_CCconsistente en los pines del display, comprobar los valores de las resistencias y asegurar que todos los segmentos del display sean del mismo bin de intensidad.

11. Principio de Funcionamiento

El LTC-4724JF se basa en el principio de electroluminiscencia en una unión PN semiconductor. Cuando se aplica una tensión de polarización directa que excede la tensión de encendido del diodo (aproximadamente 2V para AlInGaP), los electrones del material tipo N y los huecos del material tipo P se recombinan en la región activa (la estructura de pozo cuántico de la capa de AlInGaP). Este evento de recombinación libera energía en forma de fotones (luz). La composición específica de los átomos de Aluminio, Indio, Galio y Fósforo en la red cristalina determina la energía de la banda prohibida, que define directamente la longitud de onda (color) de la luz emitida—en este caso, amarillo-naranja a ~611 nm. El sustrato de GaAs no transparente ayuda a reflejar la luz hacia arriba, mejorando la eficiencia general de extracción de luz desde la superficie superior del chip.

12. Tendencias Tecnológicas

Aunque los displays de siete segmentos siguen siendo un elemento básico para lecturas numéricas, la tecnología LED subyacente continúa evolucionando. AlInGaP representa una tecnología madura y de alto rendimiento para colores rojo, naranja y amarillo. Las tendencias actuales en tecnología de displays incluyen:

• Integración:Avanzar hacia displays con CI controladores integrados ("displays inteligentes") que simplifican la interfaz para el controlador principal, requiriendo solo datos seriales (I2C, SPI) en lugar de muchos pines en paralelo.
• Miniaturización y Densidad:Desarrollo de pasos de píxel más pequeños y módulos de múltiples dígitos o matriz de puntos de mayor densidad utilizando encapsulados avanzados.
• Avances en Materiales:Investigación continua en materiales como compuestos basados en GaN para gamas de color más amplias y mayores eficiencias, aunque estos son más prevalentes en LEDs azul/verde/blanco.
• Factores de Forma Flexibles y Novedosos:Exploración de displays en sustratos flexibles para superficies no planas.

Para aplicaciones que requieren indicación numérica simple, fiable y brillante, los displays de siete segmentos AlInGaP de orificio pasante como el LTC-4724JF continúan siendo una solución robusta y rentable.