Hoja de Datos del Display LED LTC-4665JD - Altura de Dígito 0.39 Pulgadas - Rojo AlInGaP - Bajo Consumo - Documento Técnico en Español

1. Descripción General del Producto

El LTC-4665JD es un módulo de visualización alfanumérico compacto, de tres dígitos y siete segmentos. Su función principal es proporcionar lecturas numéricas y alfanuméricas limitadas, claras y brillantes, en equipos electrónicos. Las áreas de aplicación principales incluyen paneles de instrumentación, equipos de prueba y medición, sistemas de control industrial y electrónica de consumo donde se requiere una indicación numérica fiable y de bajo consumo.

El posicionamiento clave del dispositivo radica en su equilibrio entre rendimiento y eficiencia. Está diseñado para aplicaciones donde el consumo de energía es una restricción de diseño crítica, sin comprometer la legibilidad. La pantalla ofrece un excelente aspecto de los caracteres gracias a sus segmentos uniformes y continuos, garantizando una apariencia cohesiva y profesional. Su alto brillo y relación de contraste la hacen adecuada para su uso en diversas condiciones de iluminación ambiental, desde entornos con poca luz hasta áreas con luz ambiental significativa.

El mercado objetivo abarca tanto a fabricantes de electrónica industrial como comercial. Los ingenieros de diseño que busquen una solución de visualización fiable y de bajo mantenimiento para paneles de control, contadores, temporizadores o indicadores de estado encontrarán este componente adecuado. Su fiabilidad de estado sólido, derivada de la tecnología LED, la hace preferible frente a tecnologías más antiguas como las pantallas de fluorescencia de vacío o incandescentes en términos de longevidad y resistencia a los golpes.

2. Análisis Profundo de Parámetros Técnicos

2.1 Características Fotométricas y Ópticas

El rendimiento óptico es fundamental para la funcionalidad de la pantalla. El dispositivo utiliza chips LED rojos de alta eficiencia de Fosfuro de Aluminio, Indio y Galio (AlInGaP). Este material semiconductor es conocido por su alta eficacia luminosa en el espectro rojo/naranja/ámbar. Los chips se fabrican sobre un sustrato de Arseniuro de Galio (GaAs) no transparente, lo que ayuda a dirigir la salida de luz hacia adelante y mejora el contraste al reducir las reflexiones internas y la fuga de luz.

Intensidad Luminosa (I_V):La intensidad luminosa media por segmento se especifica con un mínimo de 200 µcd y un máximo de 650 µcd a una corriente directa (I_F) de 1 mA. Este punto de operación de baja corriente es una característica definitoria que destaca su eficiencia. El valor típico se situaría hacia la mitad de este rango, proporcionando brillo suficiente para la mayoría de aplicaciones en interiores mientras consume una potencia mínima.

Características de Longitud de Onda:La longitud de onda de emisión pico (λ_p) es típicamente de 656 nm, situándola en la parte roja brillante del espectro visible. La longitud de onda dominante (λ_d) es de 640 nm. La diferencia entre la longitud de onda pico y la dominante está influenciada por la forma espectral. La anchura media a media altura de la línea espectral (Δλ) es de 22 nm, lo que indica una emisión de color relativamente pura con una dispersión mínima hacia colores adyacentes, lo que contribuye a una apariencia roja saturada.

Relación de Coincidencia de Intensidad Luminosa (I_V-m):Este parámetro, con una relación máxima de 2:1, garantiza la uniformidad en toda la pantalla. Significa que el brillo del segmento más tenue no será inferior a la mitad del brillo del segmento más brillante bajo las mismas condiciones de excitación (I_F=10mA). Esto es crucial para lograr una salida visual consistente y profesional donde ningún segmento aparezca notablemente más oscuro que otro.

2.2 Características Eléctricas

Los parámetros eléctricos definen los límites y condiciones de funcionamiento para una integración fiable en un circuito.

Tensión Directa (V_F):Por segmento, la tensión directa típicamente varía entre 2.1V y 2.6V a una corriente de excitación de 20 mA. Este es un rango estándar para LEDs AlInGaP. Los diseñadores deben asegurarse de que el circuito de excitación pueda proporcionar esta tensión. A la baja corriente recomendada de 1-10 mA, la V_Freal será ligeramente inferior, siguiendo la curva I-V del diodo.

Corriente Inversa (I_R):La corriente inversa máxima por segmento es de 10 µA a una tensión inversa (V_R) de 5V. Esta es una especificación de fuga, importante para garantizar que la pantalla no conduzca significativamente si se aplica accidentalmente polaridad inversa, aunque dicho evento debe evitarse en el diseño.

2.3 Límites Absolutos Máximos

Estos límites especifican los valores más allá de los cuales puede ocurrir un daño permanente. No se recomienda operar el dispositivo continuamente en estos límites.

• Disipación de Potencia por Segmento:70 mW. Esto limita la combinación máxima de corriente directa y caída de tensión a través de un segmento.
• Corriente Directa Pico por Segmento:100 mA, pero solo bajo condiciones pulsadas (ciclo de trabajo 1/10, anchura de pulso 0.1 ms). Esto permite breves períodos de multiplexado de alta intensidad.
• Corriente Directa Continua por Segmento:25 mA a 25°C. Este límite se reduce linealmente a 0.33 mA/°C a medida que la temperatura ambiente (T_a) aumenta por encima de 25°C. Por ejemplo, a 85°C, la corriente continua máxima permitida sería aproximadamente: 25 mA - ((85-25) * 0.33 mA) ≈ 5.2 mA.
• Tensión Inversa por Segmento:5 V.
• Rango de Temperatura de Operación y Almacenamiento:-35°C a +85°C. Este amplio rango lo hace adecuado para entornos industriales y automotrices (áreas no críticas).
• Temperatura de Soldadura:Máximo 260°C durante un máximo de 3 segundos, medido 1.6mm por debajo del plano de asiento. Esta es una guía estándar para el perfil de soldadura por reflujo.

3. Explicación del Sistema de Binning

La hoja de datos indica que el dispositivo está"Categorizado por Intensidad Luminosa."Esto implica un proceso de binning o clasificación basado en la salida de luz medida. Aunque los detalles específicos de los códigos de bin no se proporcionan en este extracto, la práctica típica implica probar cada unidad a una corriente estándar (por ejemplo, 10 mA o 20 mA) y agruparlas en bins según su intensidad luminosa medida (por ejemplo, Bin A: 450-550 µcd, Bin B: 550-650 µcd). Esto permite a los fabricantes comprar pantallas con niveles de brillo mínimo garantizados para su aplicación, asegurando la consistencia entre lotes de producción. La relación de coincidencia de intensidad 2:1 es una especificación separada pero relacionada que se aplica dentro de un solo dispositivo.

4. Análisis de Curvas de Rendimiento

Aunque las gráficas específicas no se detallan en el texto proporcionado, las curvas típicas para un dispositivo de este tipo incluirían:

• Curva I-V (Corriente-Tensión):Mostraría la relación exponencial típica de un diodo. En las bajas corrientes de operación recomendadas (1-10 mA), la curva está en su región de subida pronunciada, lo que significa que pequeños cambios en la tensión causan grandes cambios en la corriente. Por lo tanto, se recomienda encarecidamente la excitación por corriente constante sobre la excitación por tensión constante para un brillo estable y uniforme.
• Intensidad Luminosa vs. Corriente Directa (I_Vvs. I_F):Esta curva es generalmente lineal en un amplio rango de corrientes. La eficiencia (lúmenes por vatio o µcd/mA) puede ser más alta a corrientes más bajas y disminuir gradualmente a corrientes muy altas debido a efectos térmicos y de caída de eficiencia.
• Tensión Directa vs. Temperatura:La tensión directa de un LED tiene un coeficiente de temperatura negativo, lo que significa que disminuye a medida que aumenta la temperatura de la unión. Esta es una consideración importante para los circuitos de excitación, especialmente aquellos que utilizan fuentes de tensión o resistencias simples.
• Intensidad Luminosa vs. Temperatura:La salida de luz típicamente disminuye a medida que aumenta la temperatura de la unión. La tasa de esta disminución es un parámetro clave de fiabilidad.

5. Información Mecánica y del Paquete

La pantalla tiene una altura de dígito de 0.39 pulgadas (10.0 mm). El paquete es un formato estándar de módulo de visualización LED. Las dimensiones físicas se proporcionan en un dibujo detallado con todas las medidas críticas en milímetros. Las tolerancias en estas dimensiones son típicamente ±0.25 mm a menos que se especifique lo contrario. El dispositivo presenta una"cara gris y segmentos blancos,"lo que se refiere al color de la carcasa de plástico (gris) y del material difusor que forma las formas de los segmentos (blanco). Los segmentos blancos ayudan a dispersar y difundir la luz roja del chip LED subyacente, creando una apariencia de segmento iluminado uniforme contra el fondo gris no iluminado para un alto contraste.

6. Conexión de Pines y Circuito Interno

El LTC-4665JD está configurado como una pantallaDúplex de Ánodo Comúncon unpunto decimal a la derecha.Esta es una información crítica para el diseñador del circuito.

• Ánodo Común:Esto significa que los ánodos (terminales positivos) de los LEDs para cada dígito están conectados internamente. Para iluminar un segmento, su pin de cátodo correspondiente debe ponerse a nivel bajo (a tierra) mientras que el ánodo común para ese dígito se pone a nivel alto (se suministra con tensión/corriente positiva).
• Configuración Dúplex:La asignación de pines muestra pines de cátodo compartidos para los dígitos 2 y 3 para los segmentos A, C, D, E, F y G. El dígito 1 tiene algunos pines de cátodo independientes (B, C). Esta disposición de multiplexado reduce el número total de pines necesarios para controlar tres dígitos de 24 (8 segmentos x 3 dígitos) a 11. Requiere multiplexado por división de tiempo en el circuito de excitación, donde cada dígito se ilumina uno a la vez en rápida sucesión, confiando en la persistencia de la visión para que todos los dígitos parezcan continuamente encendidos.
• Funciones de los Pines:La tabla proporcionada enumera la función específica para cada uno de los 11 pines, incluyendo los ánodos comunes para el dígito 3 (pin 7) y para los dígitos 1 y 2 (compartidos en el pin 11), y varias conexiones de cátodo para segmentos específicos a través de los dígitos.

7. Directrices de Soldadura y Montaje

La directriz clave proporcionada es el perfil de temperatura de soldadura: una temperatura máxima pico de 260°C durante no más de 3 segundos, medida 1.6mm por debajo del plano de asiento (típicamente la superficie de la PCB). Esto es compatible con los procesos estándar de soldadura por reflujo sin plomo (por ejemplo, usando soldadura SAC305).

Manejo y Almacenamiento General:Aunque no se establece explícitamente, se deben observar las precauciones estándar contra ESD (Descarga Electroestática) durante el manejo, ya que los LEDs son dispositivos semiconductores susceptibles a daños por estática. El almacenamiento debe estar dentro de los rangos de temperatura y humedad especificados para prevenir la absorción de humedad, que puede causar "popcorning" durante el reflujo.

8. Sugerencias de Aplicación

8.1 Circuitos de Aplicación Típicos

El método de excitación más común es laexcitación multiplexada por corriente constante.Se utilizaría un microcontrolador o un CI controlador de pantalla dedicado. El proceso implica:

1. Activar el ánodo común para el Dígito 1 (proporcionando corriente a través de un transistor o un pin controlador).
2. Poner las líneas de cátodo para los segmentos que necesitan estar ENCENDIDOS en el Dígito 1 a un estado bajo (hundiendo corriente).
3. Mantener este estado durante un breve período (por ejemplo, 1-5 ms).
4. Apagar el ánodo del Dígito 1 y los cátodos de los segmentos.
5. Repetir los pasos 1-4 para el Dígito 2, luego el Dígito 3, y ciclar continuamente.

La corriente media por segmento es la corriente pico multiplicada por el ciclo de trabajo (tiempo que el dígito está activo). Por ejemplo, para lograr una I_Fmedia de 5 mA con un ciclo de trabajo de 1/3 (típico para multiplexado de 3 dígitos), la corriente pico durante su tiempo activo necesitaría ser de 15 mA. Esto debe verificarse contra el límite máximo de corriente continua, reducido por temperatura.

8.2 Consideraciones de Diseño

• Limitación de Corriente:Utilice siempre resistencias en serie o, preferiblemente, controladores/sumideros de corriente constante para controlar la corriente del segmento. Esto compensa las variaciones en la tensión directa y asegura un brillo consistente.
• Frecuencia de Multiplexado:La frecuencia de refresco debe ser lo suficientemente alta para evitar parpadeo visible, típicamente por encima de 60 Hz para toda la pantalla (por lo que cada dígito se refresca a >180 Hz).
• Ángulo de Visión:El amplio ángulo de visión es beneficioso, pero considere el recinto final. Un bisel profundo o una ventana tintada pueden afectar el brillo percibido y el ángulo.
• Secuenciación de la Alimentación:Asegúrese de que ningún pin esté sometido a tensiones fuera de los límites absolutos máximos durante el encendido o apagado del sistema.

9. Comparación y Diferenciación Técnica

Los diferenciadores principales del LTC-4665JD son:

• Tecnología del Material (AlInGaP):En comparación con los LEDs más antiguos de GaAsP o GaP, el AlInGaP ofrece una eficiencia luminosa significativamente mayor, resultando en una salida más brillante a la misma corriente o un brillo equivalente a una corriente mucho más baja.
• Operación a Baja Corriente:Su caracterización y prueba para un excelente rendimiento a baja corriente (hasta 1 mA/segmento) es una ventaja clave para aplicaciones alimentadas por batería o sensibles a la energía. No todas las pantallas de siete segmentos mantienen una buena coincidencia de intensidad y apariencia a corrientes tan bajas.
• Paquete de Alto Contraste:El diseño de cara gris/segmento blanco está optimizado para el contraste, que puede ser superior a los paquetes totalmente rojos o totalmente verdes, especialmente bajo alta luz ambiental.

10. Preguntas Frecuentes (Basadas en Parámetros Técnicos)

P: ¿Puedo excitar esta pantalla directamente con un pin de microcontrolador de 5V?

R: No, no directamente para la excitación de segmentos. La tensión directa es de ~2.4V, y una resistencia en serie es obligatoria para limitar la corriente. Para la excitación de ánodo común, usaría un transistor PNP o un controlador de lado alto para suministrar corriente al ánodo, controlado por el MCU. Los cátodos pueden conectarse a los pines del MCU a través de resistencias limitadoras de corriente si el MCU puede hundir la corriente pico requerida.

P: ¿Cuál es el propósito de la configuración de pines "Dúplex"?

R: Minimiza el número de pines del paquete de la pantalla, haciéndolo físicamente más pequeño y más barato de fabricar. Requiere un circuito controlador de multiplexado, que es una práctica estándar para pantallas de múltiples dígitos.

P: ¿Cómo logro un brillo uniforme en los tres dígitos?

R: Asegúrese de que el ciclo de trabajo de multiplexado sea igual para cada dígito. Las conexiones de cátodo compartidas para los Dígitos 2 y 3 significan que sus características eléctricas están estrechamente emparejadas. El Dígito 1, con algunos pines independientes, podría tener ligeras variaciones, pero la especificación de relación de coincidencia de intensidad asegura que estará dentro de un rango aceptable si se excita correctamente.

P: ¿Se requiere un disipador de calor?

R: Para operación continua a la corriente máxima nominal (25 mA/segmento) a temperaturas ambientales elevadas, es necesario un diseño térmico cuidadoso de la PCB (usando almohadillas de alivio térmico, posiblemente un plano de tierra). Para la operación típica a baja corriente (1-10 mA de media), no se necesita ningún disipador especial.

11. Estudio de Caso de Diseño Práctico

Escenario:Diseñar un voltímetro portátil de 3 dígitos alimentado por batería con un microcontrolador.

Implementación:El microcontrolador ejecuta un ADC para medir la tensión, convierte el valor a tres dígitos y excita el LTC-4665JD. Un expansor de puerto dedicado o pines GPIO controlan las 11 líneas de la pantalla. El diseño utiliza controladores sumidero de corriente constante (por ejemplo, un array de transistores como el ULN2003) para las líneas de cátodo para asegurar una corriente estable independientemente de las variaciones de V_F. Los ánodos comunes son excitados por transistores PNP. La rutina de multiplexado se ejecuta en una interrupción de temporizador a 200 Hz por dígito (600 Hz de refresco total). Para conservar energía, la corriente del segmento se establece a través del circuito limitador de corriente a 2 mA de media. Con un ciclo de trabajo de 1/3, la corriente pico es de 6 mA, muy dentro de los límites nominales. La cara gris proporciona un excelente contraste contra el recinto oscuro del instrumento, y el rojo AlInGaP es fácilmente visible. El bajo consumo de corriente extiende significativamente la vida útil de la batería en comparación con el uso de una pantalla nominal para corrientes más altas.

12. Introducción al Principio Tecnológico

La tecnología central es el diodo emisor de luz AlInGaP. Cuando se aplica una tensión directa a través de la unión P-N de este material semiconductor, los electrones y los huecos se recombinan en la región activa, liberando energía en forma de fotones (luz). La composición específica de aluminio, indio, galio y fosfuro determina la energía del bandgap, que se correlaciona directamente con la longitud de onda (color) de la luz emitida. El uso de un sustrato de GaAs no transparente ayuda a absorber los fotones dispersos que de otro modo se emitirían lateral o hacia atrás, mejorando la eficiencia general de extracción de luz hacia adelante y el contraste. Los chips LED individuales están unidos por alambres y encapsulados dentro del paquete de plástico, que forma los siete segmentos. El material difusor blanco sobre cada chip distribuye uniformemente la luz de fuente puntual a través del área del segmento.

13. Tendencias Tecnológicas

Si bien este dispositivo específico utiliza una tecnología bien establecida, las tendencias más amplias en tecnología de visualización incluyen:

• Mayor Eficiencia:La investigación continua en materiales semiconductores (como AlInGaP mejorado o materiales emergentes para otros colores) sigue impulsando la métrica de lúmenes por vatio más alto, permitiendo pantallas más brillantes o un menor consumo de energía.
• Integración:Las tendencias se mueven hacia pantallas con CI controladores integrados ("pantallas inteligentes") que se comunican a través de interfaces serie (I2C, SPI), simplificando el diseño del controlador principal y reduciendo el cableado.
• Miniaturización y Resolución:Para los tipos de siete segmentos, la tendencia es hacia alturas de dígito más pequeñas para paneles de información más densos o integración en dispositivos más pequeños, manteniendo la legibilidad.
• Opciones de Color:Si bien esta es una pantalla roja, las pantallas de matriz de puntos LED programables a todo color y de segmentos se están volviendo más comunes para una presentación de información más dinámica, aunque a menudo con un costo y complejidad mayores que los dispositivos de un solo color como el LTC-4665JD.

El LTC-4665JD representa una solución madura y optimizada para aplicaciones donde la visualización numérica roja, fiable y de bajo consumo es el requisito principal.