LTP-1457AKD LED 도트 매트릭스 디스플레이 데이터시트 - 1.2인치 (30.42mm) 높이 - AlInGaP 하이퍼 레드 - 5x7 어레이 - 기술 문서

1. 제품 개요

LTP-1457AKD는 선명하고 신뢰할 수 있는 문자 출력이 필요한 응용 분야를 위해 설계된 단일 숫자 알파벳 디스플레이 모듈입니다. 이 장치의 핵심 기능은 개별적으로 주소 지정 가능한 발광 다이오드(LED)의 격자를 통해 일반적으로 ASCII 또는 EBCDIC 코드화된 문자와 같은 데이터를 시각적으로 표현하는 것입니다.

이 장치는 5열 7행(5x7)의 AlInGaP(알루미늄 인듐 갈륨 포스파이드) 하이퍼 레드 LED 칩 어레이를 중심으로 제작되었습니다. 이 반도체 재료는 불투명한 갈륨 비소(GaAs) 기판 위에서 성장되어 광학적 성능에 기여합니다. 시각적 표현은 흰색 점이 있는 회색 전면판을 특징으로 하여 점등된 빨간색 요소에 대한 높은 대비를 제공합니다. 이 구성 요소의 주요 설계 목표는 저전력 소비, 고체 상태 신뢰성 및 단일 평면 구조를 통해 달성된 넓은 시야각입니다. 이 장치는 광도에 따라 분류되어 다중 숫자 응용 분야에서 밝기 일치를 가능하게 하며, 수평으로 쌓아 다중 문자 디스플레이를 형성할 수 있습니다.

2. 기술 파라미터 심층 분석

2.1 절대 최대 정격

이 파라미터들은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이 한계에서 또는 그 이하에서의 동작은 보장되지 않습니다.

• 도트당 평균 전력 소산:40 mW. 이는 각 LED 세그먼트가 과열 없이 처리할 수 있는 최대 연속 전력입니다.
• 도트당 피크 순방향 전류:90 mA. 이는 열 과부하를 피하기 위해 1/10 듀티 사이클과 0.1 ms 펄스 폭을 가진 펄스 조건에서만 허용됩니다.
• 도트당 평균 순방향 전류:25°C에서 15 mA. 이 전류는 25°C 이상에서 0.2 mA/°C의 비율로 선형적으로 감소합니다. 예를 들어, 85°C에서 허용 가능한 최대 평균 전류는 대략 다음과 같습니다: 15 mA - ((85°C - 25°C) * 0.2 mA/°C) = 3 mA.
• 도트당 역전압:5 V. 역바이어스에서 이 전압을 초과하면 접합 파괴를 일으킬 수 있습니다.
• 동작 및 저장 온도 범위:-35°C ~ +85°C.
• 솔더링 온도:패키지의 착석 평면 아래 1.6mm(1/16인치) 지점에서 측정 시 최대 3초 동안 260°C를 견딥니다.

2.2 전기적 및 광학적 특성

이는 주변 온도(Ta) 25°C의 지정된 테스트 조건에서 보장된 성능 파라미터입니다.

• 평균 광도(I_V):800 μcd(최소) ~ 2600 μcd(일반) 범위이며, 1/16 듀티 사이클로 피크 전류(I_p) 32 mA에서 테스트됩니다. 광도는 명시(CIE) 인간 눈 반응 곡선에 근사하는 필터를 사용하여 측정됩니다.
• 피크 방출 파장(λ_p):순방향 전류(I_F) 20 mA로 구동 시 일반적으로 650 nm입니다. 이는 광 출력이 가장 큰 파장입니다.
• 스펙트럼 선 반폭(Δλ):일반적으로 20 nm (I_F=20mA). 이는 피크 주변의 방출된 빛의 파장 분포를 나타냅니다.
• 주 파장(λ_d):일반적으로 639 nm (I_F=20mA). 이는 인간의 눈이 인지하는 단일 파장으로, 피크 파장과 약간 다를 수 있습니다.
• 도트당 순방향 전압(V_F):전류에 따라 2.1V ~ 2.8V 범위입니다. I_F=20mA: 2.1V(최소), 2.6V(일반). I_F=80mA: 2.3V(최소), 2.8V(일반).
• 도트당 역전류(I_R):역전압(V_R) 5V가 인가될 때 최대 100 μA입니다.
• 광도 일치 비율(I_V-m):최대 2:1. 이는 동일한 구동 조건에서 동일한 장치의 임의의 두 도트(또는 세그먼트) 간의 밝기 차이가 두 배를 초과하지 않음을 지정합니다.

3. 빈닝 시스템 설명

데이터시트는 장치가 "광도에 따라 분류됨"이라고 표시합니다. 이는 제조 후 빈닝 또는 분류 과정을 의미합니다. 반도체 에피택셜 성장 및 칩 처리의 고유한 변동으로 인해 동일한 생산 배치의 LED는 약간 다른 광 출력을 가질 수 있습니다. 특히 균일한 밝기가 중요한 다중 숫자 디스플레이에서 일관성을 보장하기 위해 제조된 유닛은 측정된 광도에 따라 다른 "빈"으로 테스트 및 분류됩니다. 설계자는 주문 시 빈 코드를 지정하여 조립에 사용되는 모든 유닛이 엄격한 밝기 범위 내에 있도록 보장할 수 있으며, 일부 문자가 다른 것보다 더 어둡거나 밝게 나타나는 것을 방지할 수 있습니다. 이 데이터시트는 특정 빈 코드나 광도 범위를 나열하지 않지만, 이 관행은 시각적 품질을 보장하기 위한 표준입니다.

4. 성능 곡선 분석

데이터시트의 마지막 페이지는 "일반적인 전기적/광학적 특성 곡선"에 할당되어 있습니다. 이러한 그래프는 표에 나열된 단일 지점 사양을 넘어 장치 동작을 이해하는 데 매우 중요합니다. 제공된 텍스트에서 특정 곡선은 자세히 설명되지 않았지만, 이러한 장치에 대한 일반적인 그래프는 다음과 같을 것입니다:

• 순방향 전류 대 순방향 전압(I-V 곡선):LED 접합을 가로지르는 전류와 전압 사이의 비선형 관계를 보여줍니다. 이는 전류 제한 회로 설계에 도움이 됩니다.
• 광도 대 순방향 전류:빛 출력이 전류와 함께 어떻게 증가하는지 보여주며, 일반적으로 더 높은 전류에서 가열 및 효율 저하로 인해 준선형 방식으로 증가합니다.
• 광도 대 주변 온도:접합 온도가 상승함에 따라 빛 출력이 감소하는 것을 보여주며, 이는 넓은 온도 범위에서 동작하는 응용 분야에 중요합니다.
• 스펙트럼 분포:상대 강도 대 파장의 그래프로, 방출된 빨간색 빛 스펙트럼의 모양과 폭을 보여줍니다.

이러한 곡선을 통해 엔지니어는 표준 테스트 조건과 다를 수 있는 특정 작동 조건에서의 성능을 예측할 수 있습니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

LTP-1457AKD의 물리적 구조는 패키지 치수와 내부 회로에 의해 정의됩니다.

5.1 패키지 치수

이 장치는 매트릭스 높이가 1.2인치(30.42 mm)입니다. 데이터시트 2페이지에 상세한 치수 도면이 제공됩니다. 특정 특징이 다른 공차를 요구하지 않는 한 모든 치수는 밀리미터로 지정되며 일반 공차는 ±0.25 mm(±0.01인치)입니다. 이 도면은 PCB(인쇄 회로 기판) 풋프린트 설계에 필수적이며, 구성 요소가 올바르게 맞고 보드의 솔더 패드와 정렬되도록 보장합니다.

5.2 내부 회로 및 핀아웃

디스플레이는 행에 대해 커먼 캐소드 구성을 사용합니다. 내부 회로도는 각 LED(도트)가 애노드(열) 라인과 캐소드(행) 라인의 교차점에서 형성되는 5x7 매트릭스를 보여줍니다. 특정 도트를 점등하려면 해당 열 애노드를 하이(적절한 전류 제한과 함께)로 구동해야 하며, 해당 행 캐소드를 로우로 풀다운해야 합니다.

핀 연결 테이블은 인터페이싱에 중요합니다:

- 핀 1, 2, 5, 7, 8, 9, 12, 14는 캐소드 행(1-7)에 연결됩니다.

- 핀 3, 4, 6, 10, 11, 13은 애노드 열(1-5)에 연결됩니다.

참고: 제공된 목록에는 핀 11이 "애노드 열 3"으로 나열되고 핀 4도 "애노드 열 3"으로 나열되는 불일치가 있습니다. 12핀(사용되지 않을 수 있는 2개의 핀이 있는 14핀)을 가진 표준 5x7 매트릭스에서 이는 문서화 오류일 가능성이 높습니다; 하나는 열 1, 2, 3, 4 또는 5여야 합니다. 올바르고 명확한 매핑을 위해서는 실제 데이터시트 다이어그램을 참조해야 합니다. 고스트 현상 없이 문자를 형성하기 위해 행과 열을 순차적으로 활성화하려면 적절한 멀티플렉싱 구동 회로가 필요합니다.

6. 솔더링 및 조립 지침

제공된 주요 조립 사양은 솔더링 온도 프로파일입니다. 이 장치는 최대 3초 동안 260°C의 피크 온도를 견딜 수 있습니다. 이는 패키지 본체의 착석 평면 아래 1.6mm 지점에서 측정되며, 이는 대략 PCB 표면 또는 솔더 접합부 자체에 해당합니다. 이 정격은 표준 무연(SnAgCu) 리플로우 솔더링 공정과 호환됩니다. 설계자는 LED 칩, 내부 와이어 본드 또는 플라스틱 패키지 재료에 손상을 방지하기 위해 리플로우 오븐 프로파일이 이 시간-온도 한계를 초과하지 않도록 해야 합니다. 취급 중에는 표준 ESD(정전기 방전) 예방 조치를 준수해야 합니다.

7. 응용 제안

7.1 일반적인 응용 시나리오

이 디스플레이는 단일의 가독성이 높은 문자나 기호가 필요한 응용 분야에 적합합니다. 쌓을 수 있는 특성으로 인해 다중 문자 설정에 사용될 수 있습니다. 일반적인 용도는 다음과 같습니다:

- 계기 패널(전압계, 멀티미터, 주파수 카운터).

- 산업 제어 시스템 상태 표시기.

- 판매 시점 단말기 디스플레이.

- 여러 유닛이 결합될 때 간단한 메시지 보드 또는 스코어보드.

- 상태 코드 또는 단일 숫자 출력을 위한 임베디드 시스템 사용자 인터페이스.

7.2 설계 고려 사항

• 구동 회로:멀티플렉싱을 위해 충분한 I/O 핀이 있는 마이크로컨트롤러 또는 전용 LED 디스플레이 드라이버 IC(MAX7219 또는 유사 제품)가 필요합니다. 각 핀은 여러 LED에 대한 전류를 싱크 또는 소스하므로 MCU 또는 드라이버의 핀당 전류 한계를 초과하지 않도록 해야 합니다.
• 전류 제한:각 애노드 열(또는 정전류 드라이버)에 대해 외부 전류 제한 저항이 필수적이며, 순방향 전류(I_F)를 안전한 값으로 설정합니다. 일반적으로 연속 동작을 위해 온도에 따른 감액을 고려하여 10-20 mA 사이입니다.
• 전력 소산:특히 여러 도트가 동시에 점등될 때 총 전력 소산을 계산합니다. 장치와 PCB의 열 한계 내에 유지되도록 해야 합니다.
• 시야각:넓은 시야각은 디스플레이가 측면에서 볼 수 있는 응용 분야에 유리합니다.
• 밝기 일관성:다중 유닛 응용 분야를 위해 주문 시 광도 빈을 지정하여 시각적 균일성을 보장합니다.

8. 기술 비교 및 차별화

LTP-1457AKD의 주요 차별화 요소는 AlInGaP 하이퍼 레드 기술의 사용과 특정 기계적/전기적 형식입니다.

• 표준 GaAsP 또는 GaP 레드 LED 대비:AlInGaP LED는 일반적으로 더 오래된 기술(더 주황색으로 보일 수 있음)에 비해 더 높은 발광 효율, 더 나은 온도 안정성 및 더 포화된 순수한 빨간색(주 파장 ~639nm)을 제공합니다.
• 더 크거나 작은 도트 매트릭스 디스플레이 대비:1.2인치 높이와 5x7 형식은 특정 크기와 해상도의 절충을 나타내며, 적당한 거리에서 좋은 가독성을 제공합니다. 더 작은 형식은 공간을 절약하지만 가독성을 감소시키고, 더 큰 형식은 멀리서 더 잘 보이지만 더 많은 전력과 보드 면적을 소비합니다.
• 통합 컨트롤러 디스플레이 대비:이는 "원시" LED 어레이입니다. 통합 컨트롤러(I2C, SPI)가 있는 디스플레이는 마이크로컨트롤러 인터페이스를 단순화하지만 덜 유연하거나 더 비쌀 수 있습니다. LTP-1457AKD는 더 복잡한 드라이버 회로를 대가로 직접 제어를 제공합니다.

9. 자주 묻는 질문(파라미터 기반)

Q: 5V 마이크로컨트롤러로 이 디스플레이를 직접 구동할 수 있나요?

A: 가능하지만 주의가 필요합니다. 일반적인 V_F는 2.1-2.8V입니다. 5V MCU 핀은 애노드에 5V를 인가하며, 전류 제한 저항 없이는 LED를 파괴할 것입니다. 직렬 저항을 사용해야 합니다. 계산은 다음과 같습니다: R = (V_공급- V_F) / I_F. 5V 공급, V_F=2.6V, I_F=20mA의 경우, R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 Ω. 또한 MCU가 필요한 멀티플렉싱 전류를 싱크/소스할 수 있는지 확인해야 합니다.

Q: 광도 테스트 조건에서 "1/16 듀티 사이클"은 무엇을 의미하나요?

A: 이는 LED가 전체 사이클 시간의 1/16 동안 펄스로 켜진다는 것을 의미합니다. 멀티플렉싱 디스플레이의 경우 이는 일반적인 구동 방법입니다. 켜진 시간 동안의 피크 전류(테스트에서 32 mA)는 더 낮은 DC 전류에 해당하는 인지된 밝기를 달성하기 위해 DC 동작에 사용될 수 있는 것보다 높습니다. 평균 전류는 (피크 전류 * 듀티 사이클) = 32mA * (1/16) = 2 mA입니다.

Q: 문자와 숫자 같은 문자를 어떻게 생성하나요?

A: 소프트웨어에 폰트 테이블 또는 문자 생성기가 필요합니다. 이는 각 ASCII 또는 EBCDIC 코드에 대해 어떤 도트(애노드/열, 캐소드/행 조합)를 점등할지 정의하는 룩업 테이블입니다. 예를 들어, 문자 "A"는 5열과 7행에 걸친 특정 패턴에 매핑됩니다.

10. 설계 및 사용 사례 연구

시나리오: 모터 컨트롤러용 단일 숫자 RPM 표시기 설계.

디스플레이는 속도 범위를 나타내는 0-9 사이의 숫자를 표시해야 합니다. 12개의 I/O 핀이 있는 저비용 마이크로컨트롤러가 선택되었습니다.

구현:7개의 핀은 캐소드 행을 구동하기 위해 오픈 드레인 출력으로 구성됩니다(전류 싱크). 5개의 핀은 전류 제한 저항을 통해 애노드 열을 구동하기 위해 디지털 출력으로 구성됩니다(전류 소스). 펌웨어에는 숫자 0-9에 대한 5x7 폰트 맵이 포함되어 있습니다. 타이머 인터럽트를 실행하여 각 행(1-7)을 순차적으로 활성화합니다(해당 캐소드 핀을 로우로 풀다운). 활성 행에 대해 펌웨어는 해당 특정 행에 표시할 숫자에 대한 폰트 패턴에 따라 5개의 애노드 핀을 하이로 설정합니다. 이 멀티플렉싱은 인간의 눈이 인지할 수 있는 것보다 빠르게(예: >100 Hz) 발생하여 안정적이고 깜빡임 없는 이미지를 생성합니다. 각 LED의 평균 전류는 전력 소산 한계 내에서 장기 신뢰성을 보장하기 위해 10 mA(듀티 사이클에 맞춰 조정된 피크 전류)로 유지됩니다.

11. 동작 원리

기본 원리는 반도체 p-n 접합에서의 전계 발광입니다. AlInGaP 재료는 직접 밴드갭을 가집니다. 순방향 바이어스(애노드에 대한 캐소드의 양전압)가 인가되면 전자는 n형 영역에서 전도대로 주입되고, 정공은 p형 영역에서 가전자대로 주입됩니다. 이러한 전하 캐리어는 접합 근처의 활성 영역에서 재결합합니다. AlInGaP와 같은 직접 밴드갭 재료에서 이러한 재결합의 상당 부분은 발광성입니다. 즉, 광자(빛) 형태로 에너지를 방출합니다. 이 빛의 파장(색상)은 반도체 재료의 밴드갭 에너지(E_g)에 의해 결정되며, 방정식 λ ≈ hc/E_g에 따릅니다. 빨간색 빛에 맞춰진 AlInGaP의 경우, 이는 약 650 nm 파장의 광자를 생성합니다. 5x7 매트릭스 배열은 단순히 이러한 개별 p-n 접합 LED의 격자이며, 애노드와 캐소드가 교차 패턴으로 연결되어 필요한 드라이버 핀 수를 최소화합니다.

12. 기술 동향

LTP-1457AKD는 성숙하고 신뢰할 수 있는 기술을 나타내지만, 디스플레이 기술의 더 넓은 분야는 계속 발전하고 있습니다. 이러한 유형의 이산 LED 도트 매트릭스 디스플레이는 더 작고 더 높은 해상도를 제공할 수 있는 표면 실장 장치(SMD) LED를 사용하는 통합 모듈과 경쟁합니다. 더 나아가 유기 발광 다이오드(OLED) 및 마이크로 LED 기술이 발전하여 더 얇고 효율적이며 대비가 높은 디스플레이를 약속하고 있습니다. 단순하고 견고한 단일 문자 또는 저해상도 다중 문자 디스플레이의 특정 틈새 시장에서는 입증된 신뢰성, 넓은 작동 온도 범위, 높은 밝기 및 산업 및 계기 응용 분야에 대한 비용 효율성으로 인해 AlInGaP 및 유사한 III-V 반도체 LED가 여전히 매우 관련성이 높습니다. 이 부문의 동향은 더 높은 효율(와트당 더 많은 빛)과 색상 및 밝기 일관성을 위한 더 엄격한 빈닝을 향하고 있습니다.