LTP-2257KA 5x7 도트 매트릭스 LED 디스플레이 데이터시트 - 1.97인치 높이 - AlInGaP 적색-주황색 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

LTP-2257KA는 명확하고 신뢰할 수 있는 문자 출력이 필요한 응용 분야를 위해 설계된 단일 숫자, 영숫자 디스플레이 모듈입니다. 이 장치의 핵심 기능은 개별적으로 어드레싱 가능한 발광 다이오드(LED)의 격자를 통해 일반적으로 ASCII 또는 EBCDIC 코드화된 문자와 같은 데이터를 시각적으로 표현하는 것입니다. 이 장치는 저전력 소비, 고체 상태 신뢰성 및 넓은 시야각이 중요한 성능 요소인 시스템에 통합되도록 설계되었습니다.

이 부품의 주요 시장은 산업용 제어 패널, 계측기, 판매 시점 단말기, 기본 정보 디스플레이 및 단순하고 견고한 문자 판독이 필요한 임베디드 시스템을 포함합니다. 이 장치의 적층 가능한 설계는 수평으로 다중 문자 디스플레이를 생성할 수 있게 하여 단어나 숫자를 표시하는 데 유연성을 제공합니다.

핵심 기술적 장점은 LED 칩에 Aluminium Indium Gallium Phosphide (AlInGaP) 반도체 재료를 사용한다는 점에 있습니다. 이 재료 시스템은 적색에서 호박색-주황색 스펙트럼에서 고효율 발광을 생성하는 것으로 알려져 있어 가시성이 우수합니다. 디스플레이는 검은색 전면을 특징으로 하여 점등된 흰색 점과 높은 대비를 제공하며, 다양한 주변 조명 조건에서 가독성을 크게 향상시킵니다.

2. 기술 사양 심층 분석

이 섹션은 데이터시트에 정의된 주요 전기적, 광학적 및 물리적 매개변수에 대한 상세하고 객관적인 분석을 제공합니다.

2.1 광도 및 광학적 특성

광학적 성능은 디스플레이 기능의 핵심입니다. 주요 매개변수는 일관성을 보장하기 위해 표준화된 테스트 조건(Ta=25°C)에서 측정됩니다.

• 평균 발광 강도(I_V):최소 2100 µcd에서 최대 5000 µcd까지 범위를 가지며, 전형적인 값이 암시됩니다. 이 강도는 1/16 듀티 사이클에서 I_p=32mA의 펄스 구동 조건에서 점당 측정됩니다. 1/16 듀티 사이클은 멀티플렉싱된 매트릭스 구동에서 일반적이며, 각 행은 시간의 일부에만 활성화됩니다. 사용된 센서는 CIE 명시적 광도 함수에 근사하여 측정이 인간 눈의 민감도와 상관관계를 가지도록 합니다.
• 최대 발광 파장(λ_p):일반적으로 621 나노미터(nm)입니다. 이는 광 출력이 가장 큰 파장을 나타냅니다. 이는 가시 스펙트럼의 적색-주황색 영역에 속합니다.
• 주 파장(λ_d):615 nm입니다. 이는 인간의 눈이 LED 출력의 색상과 일치하는 것으로 인지하는 단일 파장입니다. 이는 발광 스펙트럼의 형태로 인해 일반적으로 최대 파장보다 약간 낮습니다.
• 스펙트럼 선 반폭(Δλ):약 18 nm입니다. 이 매개변수는 방출된 빛의 대역폭, 특히 최대 전력의 절반에서의 스펙트럼 곡선의 너비를 정의합니다. 18 nm의 값은 상대적으로 협대역, 단색 광원을 나타내며, 이는 AlInGaP LED의 특징이며 포화된 색상을 초래합니다.
• 발광 강도 매칭 비율(I_V-m):최대 2:1입니다. 이는 디스플레이 균일성을 위한 중요한 매개변수입니다. 이는 개별 점의 발광 강도가 동일한 디스플레이 모듈 내의 다른 어떤 점보다 두 배 이상 크지 않도록 지정합니다. 이는 문자의 모든 세그먼트에서 일관된 밝기를 보장합니다.

2.2 전기적 특성

전기적 매개변수는 장치의 인터페이스 및 전원 요구 사항을 정의합니다.

• 순방향 전압(V_F):테스트 전류(I_F) 20mA에서 점당 2.05V(최소)에서 2.6V(최대)까지 범위를 가집니다. 이는 LED가 전도할 때 LED 양단의 전압 강하입니다. 설계자는 구동 회로가 이 전압을 제공할 수 있어야 합니다. 전형적인 값은 명시되지 않았지만 이 범위 내에 있습니다.
• 역방향 전류(I_R):역방향 전압(V_R) 15V에서 최대 100 µA입니다. 이는 LED가 역바이어스될 때 흐르는 작은 누설 전류입니다. 일반적으로 동작 중에는 무시할 수 있지만 회로 보호 설계에서는 고려해야 합니다.
• 점당 평균 순방향 전류:정격 평균 전류는 13 mA입니다. 그러나 25°C 이상에서는 0.17 mA/°C의 디레이팅 계수가 선형적으로 적용됩니다. 이는 과열 및 조기 고장을 방지하기 위해 주변 온도가 증가함에 따라 허용 가능한 최대 평균 전류를 줄여야 함을 의미합니다. 예를 들어, 85°C에서 최대 평균 전류는 다음과 같습니다: 13 mA - [0.17 mA/°C * (85-25)°C] = 13 - 10.2 = 2.8 mA.

2.3 절대 최대 정격

이는 어떤 조건에서도, 심지어 순간적으로도 초과해서는 안 되는 스트레스 한계입니다. 이 한계를 초과하여 동작하면 영구적인 손상을 초래할 수 있습니다.

• 점당 평균 전력 소산:최대 36 mW입니다. 이는 평균 순방향 전류와 순방향 전압의 곱입니다.
• 점당 피크 순방향 전류:최대 100 mA입니다. 이는 허용되는 가장 높은 순간 전류로, 일반적으로 멀티플렉싱 방식에서 매우 짧은 펄스 동안 관련이 있습니다.
• 점당 역방향 전압:최대 5 V입니다. 이를 초과하면 접합 파괴를 일으킬 수 있습니다.
• 동작 및 저장 온도 범위:-35°C ~ +85°C입니다. 이 장치는 산업용 온도 범위로 정격이 지정되었습니다.
• 납땜 온도:최대 260°C, 최대 3초 동안, 장착 평면 아래 1.6mm(1/16인치)에서 측정됩니다. 이는 웨이브 또는 리플로우 납땜 공정에 중요합니다.

3. 빈닝 및 분류 시스템

데이터시트는 장치가 "발광 강도에 따라 분류됨"이라고 명시적으로 언급합니다. 이는 단위가 측정된 광 출력을 기준으로 분류되거나 "빈닝"됨을 나타냅니다. 발광 강도 범위(2100-5000 µcd)는 여러 빈에 걸친 분포를 나타낼 가능성이 높습니다. 제조업체는 일반적으로 LED를 더 좁은 강도 범위(예: 2100-3000 µcd, 3000-4000 µcd, 4000-5000 µcd)로 그룹화합니다. 이를 통해 고객은 특정 밝기 균일성 요구 사항에 맞는 빈을 선택할 수 있습니다. 다중 단위 디스플레이의 경우, 균일한 외관을 달성하기 위해 동일한 강도 빈의 LED를 사용하는 것이 필수적입니다. 데이터시트는 순방향 전압 또는 파장에 대한 빈닝을 지정하지 않지만, 제공된 V_F및 λ_p에 대한 최소/최대 범위는 전체 분포를 정의합니다.

4. 성능 곡선 분석

데이터시트는 "전형적인 전기적/광학적 특성 곡선"을 참조합니다. 특정 그래프는 텍스트에 제공되지 않지만, 표준 내용과 중요성을 추론할 수 있습니다.

• 상대 발광 강도 대 순방향 전류(I-V 곡선):이 그래프는 광 출력이 구동 전류에 따라 어떻게 증가하는지 보여줍니다. 일반적으로 비선형이며, 열 효과로 인해 매우 높은 전류에서 효율이 떨어집니다. 32mA 펄스 테스트 포인트는 이 곡선의 효율적이고 선형적인 부분에 있을 가능성이 높습니다.
• 순방향 전압 대 순방향 전류:이 곡선은 다이오드의 I-V 특성을 보여줍니다. 전압은 전류에 따라 로그적으로 증가합니다. 20mA에서 지정된 V_F는 이 곡선의 단일 지점입니다.
• 상대 발광 강도 대 주변 온도:이는 열 성능을 이해하기 위한 중요한 곡선입니다. LED의 광 출력은 일반적으로 접합 온도가 상승함에 따라 감소합니다. 순방향 전류에 대해 지정된 디레이팅은 성능과 신뢰성을 유지하기 위해 이 열 효과를 관리하는 것과 직접적으로 관련이 있습니다.
• 스펙트럼 분포:상대 강도 대 파장의 그래프로, 약 621nm에서 피크를 보이고 피크 강도의 절반에서 약 18nm의 너비(FWHM)를 보입니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

이 장치는 PCB 장착에 적합한 표준 DIP(Dual In-line Package) 스타일 폼 팩터를 가진 스루홀 구성 요소입니다.

• 매트릭스 높이:정의하는 물리적 특징은 1.97인치(50.15 mm) 문자 높이입니다. 이는 원거리에서 보기 위해 설계된 대형 디스플레이입니다.
• 패키지 치수:데이터시트에는 상세한 치수 도면이 포함되어 있습니다. 별도로 명시되지 않는 한 모든 치수는 표준 공차 ±0.25 mm로 밀리미터 단위입니다. 이 도면은 PCB 풋프린트 설계 및 인클로저 내 적절한 장착을 보장하는 데 필수적입니다.
• 핀 연결:이 장치는 단일 행에 12개의 핀을 가지고 있습니다.
  • 핀 1-7: 캐소드 행 1부터 7까지에 해당합니다. 일반적인 매트릭스 구성에서 이들은 스캔 라인이 될 것입니다.
  • 핀 8-12: 애노드 열 5부터 1까지에 해당합니다(역순 참고: 핀 8은 열 5, 핀 12는 열 1). 이들은 데이터 라인이 될 것입니다.
• 내부 회로도:제공된 다이어그램은 표준 5x7 매트릭스 구성을 보여줍니다. 각 LED(점)는 애노드 열과 캐소드 행의 교차점에 위치합니다. 특정 점을 점등하려면 해당 애노드 라인을 하이(양전압)로 구동하고 캐소드 라인을 로우(접지)로 구동해야 합니다. 이 매트릭스 배열은 필요한 구동기 핀 수를 최소화합니다(개별적으로 어드레싱된 점의 경우 35개 대신 12개).
• 극성 식별:핀아웃 테이블은 애노드 및 캐소드 연결을 명확히 식별합니다. 패키지에는 핀 1 방향을 나타내는 노치 또는 표시가 한쪽 끝에 있을 가능성이 높습니다.

6. 납땜 및 조립 지침

제공된 주요 조립 사양은 납땜 공정을 위한 것입니다.

• 리플로우/웨이브 납땜 매개변수:절대 최대 정격은 장치가 최대 3초 동안 260°C의 납땜 온도를 견딜 수 있음을 지정합니다. 이 측정은 구성 요소 본체가 아닌 장착 평면 아래 1.6mm(즉, PCB 레벨)에서 이루어집니다. 이는 리드 구성 요소에 대한 표준 정격이며 일반적인 웨이브 납땜 프로파일과 호환됩니다. 무연 솔더(더 높은 녹는점을 가짐)를 사용한 리플로우 납땜의 경우, 리드가 잠시 260°C를 보더라도 구성 요소 본체 온도가 장시간 최대 저장 온도 85°C를 초과하지 않도록 프로파일을 신중하게 제어해야 합니다.
• 핸드 납땜:핸드 납땜이 필요한 경우, 온도 제어 납땜 인두를 사용해야 합니다. 핀당 접촉 시간은 열이 리드를 따라 올라가 내부 와이어 본딩 또는 에폭시를 손상시키는 것을 방지하기 위해 최소화되어야 하며, 이상적으로 3초 미만이어야 합니다.
• 세척:특정 세척 지침은 제공되지 않습니다. 표준 이소프로필 알코올 또는 승인된 플럭스 제거제를 사용할 수 있지만, 플라스틱 전면이나 표시를 손상시킬 수 있는 공격적인 용제는 피해야 합니다.
• 저장 조건:이 장치는 건조하고 응축되지 않는 환경에서 지정된 온도 범위인 -35°C ~ +85°C 내에 저장되어야 합니다. 습기 흡수를 방지하기 위해 구성 요소를 사용할 때까지 원래의 습기 차단 백에 보관하는 것이 좋습니다. 습기 흡수는 납땜 중 "팝콘 현상"을 일으킬 수 있습니다.

7. 응용 제안

7.1 일반적인 응용 시나리오

• 산업용 제어 패널:설정값, 공정 값(온도, 압력, 속도), 오류 코드 또는 기계 상태 표시.
• 테스트 및 측정 장비:멀티미터, 전원 공급 장치 또는 신호 발생기의 수치 판독값 표시.
• 소비자 가전(레거시):시계, 타이머, 기본 계산기 또는 가전 제품 디스플레이.
• 임베디드 시스템 프로토타이핑:마이크로컨트롤러(예: Arduino, PIC)가 디버그 정보나 사용자 프롬프트를 표시하기 위한 단순하고 직접적인 출력.
• 적층 다중 문자 디스플레이:여러 LTP-2257KA 모듈을 나란히 배치함으로써 기본 정보 게시판이나 간판을 위한 단어, 숫자 또는 단순 스크롤 메시지를 생성할 수 있습니다.

7.2 설계 고려사항

• 구동 회로:전용 LED 드라이버 IC 또는 전류 제한 저항이 있는 마이크로컨트롤러 GPIO 핀이 필요합니다. 매트릭스 구성으로 인해 멀티플렉싱(스캐닝) 방식이 필요합니다. 드라이버는 애노드 열에 전류를 공급하고 캐소드 행에서 전류를 싱크해야 합니다. 점당 피크 전류(100mA)와 평균 전류 디레이팅은 멀티플렉싱 타이밍 계산에서 준수되어야 합니다.
• 전류 제한:동작 전류를 설정하기 위해 각 애노드 열 또는 캐소드 행(구동 토폴로지에 따라)에 외부 저항이 필수적입니다. 값은 공급 전압(V_CC), LED 순방향 전압(V_F) 및 원하는 전류(I_F)를 기반으로 계산됩니다. 예를 들어, 5V 공급, V_F2.3V, 목표 I_F20mA: R = (5V - 2.3V) / 0.02A = 135 옴. 표준 150 옴 저항이 적합할 것입니다.
• 열 관리:이 장치는 저전력이지만, 높은 주변 온도 환경에서는 순방향 전류에 대한 디레이팅 곡선을 따라야 합니다. 디스플레이가 밀폐된 경우 충분한 공기 흐름을 보장하십시오. 점당 평균 전력 소산(최대 36mW)은 전체 점등된 문자에 대한 총 최대 소산으로 변환되며, 이는 PCB 열 설계에서 고려되어야 합니다.
• 시야각:"넓은 시야각" 기능은 유익하지만, 최적의 가독성을 위해 디스플레이는 주요 시청자를 향해 장착되어야 합니다. 검은색 전면/흰색 점 디자인은 대부분의 각도에서 좋은 대비를 제공합니다.

8. 기술 비교 및 차별화

출시 당시(2000년) 사용 가능한 다른 디스플레이 기술과 비교하여 LTP-2257KA는 특정 장점을 제공했습니다:

• 백열등 또는 진공 형광 디스플레이(VFD) 대비:LED는 고체 상태로, 훨씬 더 큰 신뢰성, 충격/진동 저항, 더 긴 수명(일반적으로 수만 시간), 더 낮은 동작 전압/전력을 제공합니다. 또한 가열된 필라멘트나 고전압이 필요하지 않습니다.
• 초기 LCD 대비:LED는 자체 발광체로, 백라이트 없이도 저조도 또는 어두운 조건에서 명확하게 보입니다. 훨씬 더 넓은 동작 온도 범위와 더 빠른 응답 시간을 가집니다. 그러나 반사형 LCD보다 더 많은 전력을 소비하며 복잡한 그래픽에는 적합하지 않습니다.
• 다른 LED 기술 대비:AlInGaP 재료의 사용은 오래된 GaAsP 또는 GaP에 비해 주어진 구동 전류에 대해 더 높은 효율과 더 나은 색 순도(더 포화된 적색-주황색)를 제공했습니다. 큰 1.97인치 높이의 특정 5x7 형식은 원거리에서 쉽게 읽을 수 있는 문자가 필요한 응용 분야를 대상으로 했습니다.

9. 자주 묻는 질문 (기술 매개변수 기반)

Q: 모든 점에 대해 일정한 DC 전류로 이 디스플레이를 구동할 수 있습니까?

A: 기술적으로는 가능하지만, 모든 35개의 점이 켜져 있다면 매우 비효율적이며 평균 전력 정격을 초과할 것입니다. 표준 및 의도된 방법은 멀티플렉싱으로, 점이 높은 주파수로 한 번에 한 행(또는 열)씩 점등되어 평균 전류를 극적으로 줄이면서 안정적인 디스플레이의 착시를 만듭니다.

Q: 최대 파장과 주 파장의 차이는 무엇입니까?

A: 최대 파장은 LED가 가장 많은 광 출력을 방출하는 곳입니다. 주 파장은 인간의 눈이 LED의 색상과 일치하는 것으로 인지하는 단일 파장입니다. LED의 발광 스펙트럼의 비대칭성으로 인해 종종 가깝지만 동일하지는 않습니다. 주 파장은 색상 인지와 더 관련이 있습니다.

Q: 순방향 전압이 2.05-2.6V입니다. 3.3V 논리 공급 전원에서 구동할 수 있습니까?

A: 네, 절대적으로 가능합니다. 3.3V 공급 전원은 LED를 순방향 바이어스하기에 충분합니다. 더 낮은 공급 전압을 기반으로 전류 제한 저항 값을 재계산해야 합니다(예: R = (3.3V - 2.3V) / 0.02A = 50 옴).

Q: 발광 강도 테스트 조건에서 "1/16 듀티"는 무엇을 의미합니까?

A: 이는 LED가 32mA 전류로 펄스되었지만, 펄스가 총 시간의 1/16 동안만 활성화되었음을 의미합니다. 측정된 강도는 전체 기간에 대한 평균입니다. 이는 1:16 멀티플렉싱 구동 방식(예: 7행 + 9개의 공백 = 16개의 시간 슬롯)의 조건을 시뮬레이션합니다.

10. 실용적 설계 및 사용 사례

사례: 간단한 4자리 전압계 디스플레이 구축.엔지니어는 패널에 0.000에서 9.999 볼트까지의 전압을 표시해야 합니다. 그들은 네 개의 LTP-2257KA 모듈을 수평으로 적층하여 사용하기로 결정합니다.

1. 회로 설계:ADC가 있는 마이크로컨트롤러가 전압을 읽습니다. 펌웨어는 판독값을 네 개의 십진수 숫자로 변환합니다. 마이크로컨트롤러의 I/O 포트는 이산 트랜지스터 또는 전용 멀티플렉싱 드라이버 IC(MAX7219와 같은)와 결합되어 네 개의 디스플레이를 스캔하도록 구성됩니다. 각 디스플레이의 캐소드 행은 병렬로 연결되고, 각 숫자의 애노드 열은 별도로 제어됩니다. 이는 4자리 x 7행 매트릭스를 생성합니다.
2. 전류 설정:5V 공급 전원을 사용하고 밝은 디스플레이를 목표로 점당 평균 전류 15mA를 선택합니다. 4자리와 7행에 걸친 멀티플렉싱을 고려할 때(모두 켜져 있을 때 각 점에 대해 효과적으로 1/28 듀티 사이클), 활성 시간 슬롯 동안의 피크 펄스 전류는 더 높을 것입니다(예: 15mA * 28 = 420mA). 그러나 이는 100mA 피크 전류 정격과 비교하여 확인되어야 합니다. 따라서 피크가 사양 내에 있도록 타이밍을 조정하거나 더 낮은 평균 전류를 사용해야 합니다.
3. 열 고려사항:패널은 실험실 환경(25°C)을 위한 것입니다. 여기서는 평균 전류 디레이팅이 문제가 되지 않습니다. 그러나 그들은 PCB에 그라운드 평면이 있어 드라이버 회로에서 발생하는 열을 발산하는 데 도움이 되도록 합니다.
4. 결과:최종 제품은 명확하고 밝은, 좋은 시야각을 가진 4자리 판독값을 보여주며, 벤치탑 장비 요구 사항을 충족합니다.

11. 동작 원리

LTP-2257KA는 패시브 매트릭스로 배열된 발광 다이오드(LED)의 기본 원리에 따라 동작합니다. 5x7 격자를 형성하는 35개의 점 각각은 개별 AlInGaP LED 칩입니다. 특정 애노드(열)와 캐소드(행) 쌍에 걸쳐 다이오드의 접합 전위(약 2V)를 초과하는 순방향 바이어스 전압이 가해지면 해당 교차점에서 LED를 통해 전류가 흐릅니다. 이 전류는 반도체의 활성 영역 내에서 전자와 정공이 재결합하게 하여 AlInGaP 재료의 특성 파장(적색-주황색)을 가진 광자—빛—의 형태로 에너지를 방출합니다.

매트릭스 구성은 영리한 상호 연결 방법입니다. 35개의 별도 와이어를 갖는 대신, 수직 열에 있는 모든 LED의 애노드가 함께 연결되고, 수평 행에 있는 모든 LED의 캐소드가 함께 연결됩니다. 단일 점을 점등하려면 특정 열을 양으로 구동하고 특정 행을 접지로 구동합니다. 패턴(문자와 같은)을 표시하기 위해 스캐닝 알고리즘은 행(또는 열)을 통해 빠르게 순차적으로 진행하며, 각 행에 대해 적절한 열 드라이버를 차례로 켭니다. 충분히 높은 주파수(일반적으로 >100Hz)에서 시각 지속 현상으로 인해 전체 문자가 안정적으로 점등된 것처럼 보입니다.

12. 기술 동향 및 배경

LTP-2257KA는 성숙하고 확립된 디스플레이 기술을 나타냅니다. 출시 당시 도트 매트릭스 LED 디스플레이는 영숫자 출력을 위한 주류 솔루션이었습니다. GaAsP와 같은 오래된 재료에서 AlInGaP로의 전환은 효율성과 색상을 개선하는 중요한 동향이었습니다.

이후의 동향은 다음을 향해 이동했습니다:

표면 실장 장치(SMD) 패키지:현대의 동등 제품은 거의 독점적으로 SMD 유형으로, 더 작고 자동화된 조립을 가능하게 합니다.

더 높은 밀도 및 풀 매트릭스 디스플레이:기본 5x7 형식은 대부분 더 큰 도트 매트릭스 모듈(예: 8x8, 16x16) 및 임의의 모양과 여러 글꼴의 텍스트를 표시할 수 있는 풀 그래픽 패널로 대체되었습니다.

통합 컨트롤러:현대 LED 매트릭스 모듈은 종종 드라이버, 메모리 및 통신 인터페이스(I2C 또는 SPI와 같은)를 단일 보드에 포함하여 엔지니어의 설계 과정을 크게 단순화합니다.

대체 기술:단순한 문자 출력이 필요한 많은 응용 분야에서 저전력 LCD(백라이트 유무) 및 OLED 디스플레이는 특히 전력 소비, 얇음 또는 그래픽 기능이 우선순위인 경우 더 일반화되었습니다.

이러한 동향에도 불구하고, LTP-2257KA와 같은 스루홀 LED 도트 매트릭스 디스플레이는 교육 환경, 취미 프로젝트, 레거시 장비 유지보수 및 단순성, 견고성, 높은 밝기, 넓은 온도 범위가 결정적 장점인 특정 산업 응용 분야에서 여전히 관련성을 유지합니다.