LTC-5723JD LED 디스플레이 데이터시트 - 0.56인치 자릿수 높이 - AlInGaP 레드 - 멀티플렉스 커먼 캐소드 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

LTC-5723JD는 선명하고 밝은 숫자 표시가 필요한 애플리케이션을 위해 설계된 고성능 4자리 7세그먼트 디스플레이 모듈입니다. 이 모듈의 주요 기능은 네 개의 개별 자릿수에 걸쳐 숫자 데이터를 시각적으로 표현하는 것으로, 각 자릿수는 개별적으로 주소 지정 가능한 7개의 세그먼트와 소수점으로 구성됩니다. 이 디스플레이의 핵심 기술은 적색 스펙트럼에서 높은 효율과 우수한 발광 출력으로 유명한 알루미늄 인듐 갈륨 포스파이드(AlInGaP) 발광 다이오드 칩을 사용하는 것입니다. 이 칩들은 불투명한 갈륨 비소(GaAs) 기판 위에 제작되어 장치의 전체적인 명암비와 성능에 기여합니다. 디스플레이는 흰색 세그먼트 표시가 있는 회색 전면판을 특징으로 하여, 점등된 빨간색 세그먼트에 대한 높은 대비 배경을 제공하여 가독성을 향상시킵니다. 이 조합은 다양한 조명 조건에서 특히 효과적이며, 표시된 정보가 쉽게 식별될 수 있도록 보장합니다.

이 장치는 각 자릿수에 대해 커먼 캐소드 구성을 활용하여 멀티플렉스 동작을 위해 설계되었습니다. 이 설계는 구동 마이크로컨트롤러나 회로에서 필요한 입출력 핀의 수를 크게 줄여, 다중 자릿수 디스플레이를 위한 공간 효율적이고 비용 효율적인 솔루션을 제공합니다. 각 자릿수를 높은 주파수로 순차적으로 활성화함으로써, 네 자릿수 모두가 인간의 눈에는 지속적으로 점등되어 있는 것처럼 보이는데, 이는 멀티플렉스 LED 디스플레이에서 표준적인 기술입니다. LTC-5723JD는 발광 강도에 따라 분류되어, 즉 특정 밝기 범위에 따라 단위가 구분(binning)되어 판매되므로, 설계자는 균일성이나 최소 밝기 임계값에 대한 정확한 애플리케이션 요구사항을 충족하는 부품을 선택할 수 있습니다.

1.1 주요 특징 및 장점

이 디스플레이는 다양한 산업, 상업 및 계측 애플리케이션에 적합하도록 하는 몇 가지 뚜렷한 장점을 제공합니다.

• 광학 성능:높은 밝기와 높은 대비를 제공하여 밝은 조명 환경에서도 우수한 문자 외관과 가독성을 보장합니다. 넓은 시야각을 통해 디스플레이를 정면뿐만 아니라 다양한 위치에서도 선명하게 읽을 수 있습니다.
• 전기적 효율:세그먼트당 낮은 전력 요구사항을 가져 전체 시스템 전력 소비를 낮추는 데 기여합니다. 고효율 AlInGaP 기술의 사용은 이러한 성능을 달성하는 핵심입니다.
• 설계 및 신뢰성:연속적이고 균일한 세그먼트를 특징으로 하여, 점등된 막대에 보이는 단절 없이 깔끔하고 전문적인 미학을 제공합니다. 고체 상태 장치로서, 기계적이거나 진공 기반 디스플레이에 비해 우수한 신뢰성과 수명을 제공하며, 마모될 움직이는 부품이나 필라멘트가 없습니다.
• 물리적 특성:0.56인치(14.2mm)의 자릿수 높이로, 패널 미터, 테스트 장비 및 데이터를 원거리에서 모니터링해야 하는 기타 장치에 적합한 크고 쉽게 읽을 수 있는 숫자 디스플레이를 제공합니다.

2. 기술 사양 및 객관적 해석

이 섹션은 데이터시트에 명시된 전기적, 광학적 및 물리적 매개변수에 대한 상세하고 객관적인 분석을 제공합니다. 이러한 사양을 이해하는 것은 적절한 회로 설계와 장치의 한계 내에서 신뢰할 수 있는 동작을 보장하는 데 중요합니다.

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 응력 한계를 정의합니다. 이 한계에서 또는 그 이하에서의 동작은 보장되지 않으며 정상 사용 시 피해야 합니다.

• 세그먼트당 전력 소산:70 mW. 이는 단일 LED 세그먼트가 어떤 조건에서도 안전하게 열로 소산할 수 있는 최대 전력량입니다.
• 세그먼트당 피크 순방향 전류:90 mA. 이 전류는 1/10 듀티 사이클과 0.1ms 펄스 폭을 가진 펄스 조건에서만 허용됩니다. 멀티플렉스 방식에서와 같이 매우 높은 순간 밝기를 달성하는 데 사용됩니다.
• 세그먼트당 연속 순방향 전류:25°C에서 25 mA. 이 정격은 25°C 이상에서 0.28 mA/°C의 비율로 선형적으로 감소합니다. 장기간 신뢰할 수 있는 동작을 위해, 과열을 방지하기 위해 주변 온도가 증가함에 따라 연속 전류를 감액해야 합니다.
• 세그먼트당 역전압:5 V. 이 값보다 큰 역전압을 가하면 LED 접합이 항복될 수 있습니다.
• 동작 및 저장 온도 범위:-35°C ~ +85°C. 이 장치는 산업용 온도 범위로 정격이 지정되었습니다.
• 솔더링 온도:최대 260°C, 최대 3초 동안(착면 아래 1.6mm에서 측정). 이는 웨이브 또는 리플로우 솔더링 공정에서 LED 칩이나 패키지에 대한 열 손상을 방지하는 데 중요합니다.

2.2 전기적 및 광학적 특성

이 매개변수들은 일반적으로 주변 온도(Ta) 25°C에서 측정되며, 장치의 정상 동작 성능을 정의합니다.

• 평균 발광 강도(I_V):순방향 전류(I_F) 1 mA에서 340 μcd(최소), 700 μcd(전형적). 이는 세그먼트의 인지된 밝기를 측정한 것입니다. 넓은 범위는 장치가 다른 밝기 구분(bin)으로 이용 가능함을 나타냅니다.
• 피크 발광 파장(λ_p):I_F=20 mA에서 650 nm(전형적). 이는 광 출력이 가장 큰 파장으로, 가시 스펙트럼의 밝은 빨간색 부분에 위치합니다.
• 스펙트럼 선 반치폭(Δλ):I_F=20 mA에서 20 nm(전형적). 이는 스펙트럼 순도를 나타냅니다. 더 작은 값은 더 단색(순수한 색상) 출력을 의미합니다.
• 주 파장(λ_d):I_F=20 mA에서 639 nm(전형적). 이는 빛의 인지된 색상을 가장 잘 나타내는 단일 파장입니다.
• 순방향 전압(V_F):I_F=20 mA에서 2.1V(전형적), 2.6V(최대). 이는 동작 시 LED 양단에 걸리는 전압 강하입니다. 전류 제한 회로 설계에 중요합니다.
• 역전류(I_R):역전압(V_R) 5V에서 100 μA(최대). 이는 LED가 최대 정격 내에서 역바이어스될 때 흐르는 작은 누설 전류입니다.
• 발광 강도 매칭 비율(I_V-m):I_F=1 mA에서 2:1(최대). 이는 동일 장치 내 다른 세그먼트 간 허용 가능한 최대 밝기 변동을 지정하여 시각적 균일성을 보장합니다.

측정 참고사항:발광 강도는 CIE 명시야(photopic) 눈 반응 곡선에 근사하는 센서와 필터 조합을 사용하여 측정되며, 값이 인간의 밝기 인지에 대응하도록 보장합니다.

3. 구분(Binning) 시스템 설명

데이터시트는 장치가 "발광 강도에 따라 분류됨"이라고 표시합니다. 이는 LED 제조에서 일반적인 관행인 구분(binning)을 의미합니다.

• 발광 강도 구분:반도체 제조 공정의 고유한 변동으로 인해, 동일한 생산 배치의 LED는 약간 다른 밝기 출력을 가질 수 있습니다. 제조사는 표준 테스트 전류(예: 1 mA)에서 측정된 발광 강도에 따라 이러한 LED를 테스트하고 그룹으로 분류(구분)합니다. LTC-5723JD는 최소 강도 340 μcd, 전형적 700 μcd로 이용 가능합니다. 특정 주문 코드나 접미사는 다른 밝기 구분(예: 표준 구분, 고휘도 구분)에 대응할 가능성이 높습니다. 설계자는 필요한 구분을 지정하여 제품 내 여러 디스플레이 간 일관성을 보장하거나 최소 밝기 요구사항을 충족시킬 수 있습니다.
• 파장/색상 구분:제공된 발췌문에 명시적으로 상세히 설명되지는 않았지만, AlInGaP LED는 또한 모든 세그먼트와 장치에서 일관된 빨간색 색조를 보장하기 위해 주 파장이나 피크 파장에 따라 구분될 수 있습니다. λ_p(650 nm)와 λ_d(639 nm)에 대한 엄격한 전형값은 좋은 고유 색상 일관성을 시사합니다.

4. 성능 곡선 분석

데이터시트는 "전형적 전기/광학 특성 곡선"을 참조합니다. 특정 그래프는 본문에 제공되지 않지만, 이러한 장치에 대한 표준 곡선은 일반적으로 다음을 포함합니다:

• 순방향 전류 대 순방향 전압(I_F-V_F곡선):이 비선형 곡선은 주어진 순방향 전류를 달성하는 데 필요한 전압이 얼마인지 보여줍니다. 특히 정전류 구동기용 구동 회로 설계에 필수적입니다.
• 발광 강도 대 순방향 전류(I_V-I_F곡선):이 곡선은 전류가 증가함에 따라 밝기가 어떻게 증가하는지 보여줍니다. 일반적으로 일정 범위에서 선형적이지만 매우 높은 전류에서 포화됩니다. 원하는 밝기 수준을 달성하는 데 필요한 동작 전류를 결정하는 데 도움이 됩니다.
• 발광 강도 대 주변 온도(I_V-T_a곡선):이 곡선은 주변(또는 접합) 온도가 상승함에 따라 밝기가 어떻게 감소하는지 보여줍니다. 이 감액은 고온 환경에서 동작하는 애플리케이션에 중요합니다.
• 상대 강도 대 파장(스펙트럼):피크 발광 파장을 중심으로 다른 파장에 걸친 광 출력의 분포를 보여주는 그래프입니다. LED의 색상 특성을 정의합니다.

5. 기계적 및 패키징 정보

5.1 패키지 치수

기계 도면은 PCB 풋프린트 설계와 패널 절단에 중요한 치수를 제공합니다. 달리 명시되지 않는 한 모든 치수는 표준 공차 ±0.25 mm로 밀리미터 단위입니다. 주요 특징으로는 패키지의 전체 길이, 너비, 높이, 자릿수 간 간격, 장착 핀의 크기와 위치, 그리고 자릿수에 대한 소수점의 상대적 위치가 포함됩니다. 설계자는 최종 제품 조립에서 적절한 물리적 맞춤과 정렬을 보장하기 위해 이러한 치수를 준수해야 합니다.

5.2 핀 연결 및 내부 회로도

이 장치는 12핀 구성을 가지고 있습니다. 내부 회로도는 멀티플렉스 커먼 캐소드 아키텍처를 보여줍니다.

• 핀아웃:
  
  1: 애노드 E
  
  2: 애노드 D
  
  3: 애노드 DP (소수점)
  
  4: 애노드 C
  
  5: 애노드 G
  
  6: 커먼 캐소드 (자릿수 4)
  
  7: 애노드 B
  
  8: 커먼 캐소드 (자릿수 3)
  
  9: 커먼 캐소드 (자릿수 2)
  
  10: 애노드 F
  
  11: 애노드 A
  
  12: 커먼 캐소드 (자릿수 1)
• 회로 아키텍처:모든 유사한 세그먼트 애노드(예: 자릿수 1-4의 모든 "A" 세그먼트)는 내부적으로 단일 핀에 연결됩니다. 각 자릿수는 자체 전용 커먼 캐소드 핀을 가집니다. 특정 자릿수의 특정 세그먼트를 점등하려면, 해당 애노드 핀을 하이(high)로 구동(또는 전류원에 연결)하고, 해당 자릿수의 캐소드 핀을 로우(low)로 구동(접지에 연결)해야 합니다. 이 구조는 필요한 구동 라인을 32개(4자릿수 * 8세그먼트)에서 단 12개(7세그먼트 애노드 + 1 DP 애노드 + 4자릿수 캐소드)로 최소화합니다.

6. 솔더링 및 조립 지침

손상을 방지하기 위해 지정된 솔더링 프로파일을 준수해야 합니다.

• 리플로우 솔더링 매개변수:리드/솔더 접합부에서 허용 가능한 최대 온도는 260°C이며, 이 온도는 3초 이상 유지되어서는 안 됩니다. 프로파일은 이 창 내에 머물도록 설계되어야 합니다. 열 충격을 최소화하기 위해 예열이 필요합니다.
• 핸드 솔더링:핸드 솔더링이 필요한 경우, 온도 제어 납땜 인두를 사용해야 합니다. 핀당 접촉 시간은 낮은 열용량 팁을 사용하여 최소화해야 하며, 이상적으로 3초 미만이어야 합니다.
• 세척:디스플레이의 플라스틱 전면과 에폭시 재료와 호환되는 세척제만 사용하십시오. 강력한 용제는 피해야 합니다.
• 저장 조건:장치는 원래의 습기 차단 백에 저장 온도 범위(-35°C ~ +85°C) 내의 환경에서 낮은 습도로 보관해야 합니다. 백이 열린 경우, 장치는 지정된 시간 내에 사용하거나 습기를 흡수한 경우 솔더링 전에 베이킹해야 합니다.

7. 애플리케이션 제안

7.1 전형적인 애플리케이션 시나리오

• 테스트 및 계측 장비:디지털 멀티미터, 오실로스코프, 전원 공급 장치, 주파수 카운터.
• 산업 제어 및 계측:온도, 압력, 유량 및 레벨 모니터링용 패널 미터; 공정 타이머; 카운터 디스플레이.
• 소비자 및 상업용 전자제품:판매 시점 시스템, 저울, 시계 라디오, 가전 제품 디스플레이.
• 자동차 애프터마켓:계기판 및 진단 도구(환경 사양이 충족되는 경우).

7.2 설계 고려사항 및 구동 회로

• 멀티플렉싱 구동기:마이크로컨트롤러나 전용 디스플레이 구동 IC(예: MAX7219, TM1637)가 거의 항상 필요합니다. 펌웨어나 하드웨어는 가시적인 깜빡임을 피하기 위해 네 자릿수를 빠르게(일반적으로 >100 Hz) 순환해야 합니다.
• 전류 제한:각 애노드 또는 캐소드 라인에는 적절한 전류 제한 저항이 있어야 하거나 정전류원에 의해 구동되어야 합니다. 저항 값은 R = (V_공급- V_F) / I_F를 사용하여 계산됩니다. 5V 공급, 목표 I_F10 mA, 전형적 V_F2.1V의 경우, R = (5 - 2.1) / 0.01 = 290 Ω입니다. 270 Ω 또는 330 Ω 저항이 적합할 것입니다.
• 전력 소산:최악의 시나리오(한 자릿수의 모든 세그먼트 켜짐)에 대한 총 전력을 계산하십시오. 8개 세그먼트 각각 10 mA, V_F=2.1V일 때, 자릿수당 전력은 8 * 0.01 * 2.1 = 0.168W입니다. 구동 회로가 이를 처리할 수 있는지 확인하십시오.
• 시야각 및 장착:디스플레이를 패널 절단구 뒤에 위치시켜 베젤이 넓은 시야각을 방해하지 않도록 하십시오. 핀에 스트레스를 피하기 위해 균일한 뒷면 지지를 보장하십시오.

8. 기술 비교 및 차별화

다른 디스플레이 기술 및 LED 유형과 비교:

• LCD 대비:LED는 자체 발광하여 우수한 밝기, 더 넓은 시야각, 저온 환경에서 더 나은 성능을 제공합니다. 백라이트가 필요하지 않습니다. 그러나 일반적으로 반사형 LCD보다 더 많은 전력을 소비하며 고정된 색상을 가집니다.
• 다른 LED 색상(GaAsP, GaP) 대비:LTC-5723JD에 사용된 AlInGaP 기술은 GaAsP와 같은 오래된 적색 LED 재료보다 훨씬 높은 발광 효율과 더 나은 온도 안정성을 제공하여, 온도에 걸쳐 더 밝고 일관된 색상의 디스플레이를 제공합니다.
• 단일 자릿수 또는 더 작은 디스플레이 대비:네 자릿수를 하나의 패키지에 통합함으로써 PCB 공간을 절약하고, 조립 시간을 줄이며, 네 개의 별도 단일 자릿수 디스플레이를 사용하는 것에 비해 정렬 정확도를 향상시킵니다.
• 커먼 애노드 디스플레이 대비:커먼 캐소드와 커먼 애노드 사이의 선택은 종종 구동 IC나 마이크로컨트롤러 회로에 의해 결정됩니다. 커먼 캐소드는 전류를 잘 공급(sourcing)하지만 싱크(sinking)는 덜하는 마이크로컨트롤러와 함께 자주 사용되는데, 이는 마이크로컨트롤러가 애노드에 전류를 공급하고 NPN 트랜지스터나 N채널 MOSFET을 사용하여 더 높은 캐소드 전류를 싱크할 수 있기 때문입니다.

9. 자주 묻는 질문 (기술 매개변수 기반)

• Q: 3.3V 마이크로컨트롤러로 이 디스플레이를 구동할 수 있나요?
  
  A: 예, 하지만 순방향 전압을 확인해야 합니다. 더 낮은 구동 전류(예: 5 mA)에서 V_F는 약 2.0V 정도일 수 있으며, 전류 제한 저항에 1.3V가 남습니다. 이는 충분합니다. 밝기를 유지하기 위해 목표 전류를 줄이거나 세그먼트에 전압을 높일 수 있는 구동 IC를 사용해야 할 수도 있습니다.
• Q: 피크 전류(90 mA)가 연속 전류(25 mA)보다 훨씬 높은 이유는 무엇인가요?
  
  A: LED는 칩의 열용량이 급격한 온도 상승을 방지하기 때문에 과열 없이 매우 짧고 높은 전류 펄스를 처리할 수 있습니다. 이는 멀티플렉싱에서 활용되며, 각 자릿수는 시간의 25%(1/4 듀티 사이클) 동안만 켜집니다. 25% 듀티 사이클에서 40-50 mA의 피크 전류는 25 mA로 연속 동작하는 것보다 디스플레이를 훨씬 더 밝게 보이게 할 수 있습니다.
• Q: "발광 강도 매칭 비율 2:1"은 실제로 무엇을 의미하나요?
  
  A: 이는 동일한 테스트 조건에서 단일 장치 내에서 가장 어두운 세그먼트가 가장 밝은 세그먼트의 절반 이상의 밝기를 가짐을 의미합니다. 이는 디스플레이 전체에 걸쳐 시각적 균일성을 보장합니다. 중요한 애플리케이션의 경우, 더 엄격한 구분(예: 1.5:1)을 지정해야 할 수도 있습니다.
• Q: 멀티플렉싱을 위한 새로 고침 속도는 어떻게 계산하나요?
  
  A: 네 자릿수를 모두 점등하는 전체 주기는 깜빡임을 피하기에 충분히 높은 속도로 완료되어야 하며, 일반적으로 >60-100 Hz입니다. 따라서 각 자릿수에 대한 주기는 1/(새로 고침 속도 * 자릿수 수)입니다. 100 Hz 새로 고침과 4자릿수의 경우, 각 자릿수는 1/400초 = 2.5 ms 동안 켜집니다. 마이크로컨트롤러 타이머는 2.5 ms마다 자릿수를 전환해야 합니다.

10. 설계 및 사용 사례 연구

시나리오: 간단한 4자릿수 전압계 설계.

설계자가 0-30V DC 전압계를 만들고 있습니다. 아날로그 전압은 마이크로컨트롤러의 ADC에 의해 읽힙니다. 마이크로컨트롤러는 LTC-5723JD 디스플레이를 구동해야 합니다.

1. 하드웨어 설계:마이크로컨트롤러의 I/O 핀은 330Ω 전류 제한 저항을 통해 8개의 애노드 라인(A-G, DP)에 연결됩니다. 다른 네 개의 I/O 핀은 네 개의 NPN 트랜지스터(예: 2N3904)의 베이스에 연결됩니다. 이 트랜지스터의 컬렉터는 네 개의 캐소드 핀(자릿수 1-4)에 연결되고, 이미터는 접지에 연결됩니다. 각 트랜지스터에 베이스 저항(예: 4.7kΩ)이 사용됩니다.
2. 펌웨어 로직:펌웨어는 ADC 판독값을 네 개의 개별 자릿수로 변환합니다. 400 Hz로 실행되는 타이머 인터럽트 루틴에 진입합니다. 각 인터럽트에서 모든 자릿수 트랜지스터를 끕니다. 그런 다음 애노드 라인(포트나 시프트 레지스터를 통해)을 순서대로 다음 자릿수에 대한 세그먼트 패턴으로 설정합니다. 마지막으로, 해당 특정 자릿수에 대한 트랜지스터를 켭니다. 이 과정이 지속적으로 순환됩니다.
3. 밝기 제어:디스플레이 밝기는 두 가지 방법으로 조정할 수 있습니다: 1) 전류 제한 저항의 값을 변경하여(저항 감소 = 전류 증가 = 밝기 증가), 최대 정격 내에서 유지합니다. 2) 멀티플렉싱 루틴 내에서 자릿수 활성화 라인에 펄스 폭 변조(PWM)를 사용하여, 효과적으로 모든 자릿수에 대한 듀티 사이클을 동시에 변경합니다.

11. 동작 원리

기본 동작 원리는 반도체 p-n 접합의 전계발광에 기반합니다. 다이오드의 턴온 전압(이 AlInGaP 재료의 경우 약 2.1V)을 초과하는 순방향 전압이 인가되면, n형 영역의 전자와 p형 영역의 정공이 활성 영역으로 주입되어 재결합합니다. AlInGaP와 같은 직접 밴드갭 반도체에서, 이 재결합은 광자(빛) 형태로 에너지를 방출합니다. Al_xIn_yGa_1-x-yP 합금의 특정 구성은 밴드갭 에너지를 결정하며, 따라서 방출된 빛의 파장(색상)을 결정하는데, 이 장치의 경우 적색 스펙트럼에 있습니다. 불투명한 GaAs 기판은 아래쪽으로 방출된 빛을 흡수하여, 비활성화된 세그먼트를 점등시킬 수 있는 내부 반사를 방지하여 대비를 향상시킵니다.

12. 기술 동향

이 데이터시트에 나타난 AlInGaP 기술은 성숙하고 매우 신뢰할 수 있지만, 디스플레이 기술의 더 넓은 분야는 계속 발전하고 있습니다. 동향에는 질화 갈륨(GaN) 기반과 같은 더 높은 효율의 재료 개발이 포함되며, 이는 현재 청색과 녹색에서 지배적입니다. 다중 자릿수 숫자 디스플레이의 경우, 내장 컨트롤러, I2C 또는 SPI 인터페이스, 때로는 내장 폰트와 특수 문자를 갖춘 완전 통합 모듈로의 추세가 있어 설계를 단순화합니다. 더욱이, 도트 매트릭스 OLED 및 마이크로 LED 디스플레이는 유사한 폼 팩터에서 영숫자 및 그래픽 정보를 표시하는 데 더 큰 유연성을 제공할 잠재력이 있습니다. 그러나 단순하고 밝고 견고하며 비용 효율적인 숫자 표시가 필요한 애플리케이션의 경우, LTC-5723JD와 같은 전용 7세그먼트 LED 디스플레이는 검증된 성능, 단순성 및 우수한 가독성으로 인해 여전히 매우 실용적이고 인기 있는 솔루션으로 남아 있습니다.