LTP-2157AKY LED 디스플레이 데이터시트 - 2.0인치(50.8mm) 매트릭스 높이 - AlInGaP 앰버 옐로우 - 2.6V 순방향 전압 - 35mW 전력 소산 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

LTP-2157AKY는 2.0인치(50.8mm) 문자 높이의 5x7 도트 매트릭스 LED 디스플레이 모듈입니다. 이 장치는 선명하고 밝은 영숫자 또는 기호 정보 표시가 필요한 애플리케이션을 위해 설계되었습니다. 핵심 기술은 AlInGaP(알루미늄 인듐 갈륨 포스파이드) 반도체 재료를 활용하여 앰버 옐로우 빛을 방출합니다. 시각적 표현은 대비와 가독성을 향상시키는 흰색 도트 색상의 회색 전면판을 특징으로 합니다. 이 모듈은 공통 캐소드 어레이로 구성되어 동작을 위해 외부 멀티플렉싱 구동 회로가 필요합니다.

이 디스플레이의 주요 적용 분야는 산업 계측기, 소비자 가전 인터페이스, 판매 시점 단말기, 의료 장비 디스플레이 및 컴팩트하고 신뢰할 수 있으며 밝은 판독값이 필요한 임베디드 시스템을 포함합니다. 진공 형광 또는 백열등 타입과 같은 다른 디스플레이 기술에 비해 고체 구조는 높은 신뢰성과 긴 작동 수명을 보장합니다.

1.1 핵심 장점 및 목표 시장

LTP-2157AKY의 주요 장점은 AlInGaP LED 기술과 세심한 설계에서 비롯됩니다. 이 제품은 다양한 주변 조명 조건(밝은 실내 환경 포함)에서 가독성에 중요한 고휘도와 고대비를 제공합니다. 낮은 전력 요구 사항은 배터리 구동 또는 에너지 효율을 중시하는 애플리케이션에 적합합니다. 우수한 문자 외관은 ASCII 문자를 선명하게 표시하는 표준인 정밀한 5x7 도트 매트릭스 레이아웃을 통해 달성됩니다.

목표 시장은 단순하고 비용 효율적이며 견고한 디스플레이 솔루션이 필요한 장치를 작업하는 OEM(주문자 상표 부착 생산) 및 설계 엔지니어를 포함하여 광범위합니다. 이 사양은 더 크고 복잡한 그래픽 디스플레이가 불필요하거나 너무 비싼 경우에 실행 가능한 선택지가 됩니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

LTP-2157AKY 디스플레이의 적절한 회로 설계 및 통합을 위해서는 전기적 및 광학적 파라미터에 대한 철저한 이해가 필수적입니다.

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적 손상이 발생할 수 있는 응력 한계를 정의합니다. 이 한계에서 또는 그 근처에서 장치를 지속적으로 작동하는 것은 권장되지 않습니다.

• 도트당 평균 전력 소산:35 mW. 이는 열적 열화를 일으키지 않고 단일 LED 세그먼트(도트)가 안전하게 소산할 수 있는 최대 연속 전력입니다.
• 도트당 피크 순방향 전류:60 mA. 이는 일반적으로 멀티플렉싱 구동 방식에서 사용되는 펄스 작동 중 허용되는 최대 순간 전류입니다.
• 도트당 평균 순방향 전류:25°C에서 13 mA. 이 정격은 25°C 이상에서 0.17 mA/°C로 선형적으로 감소합니다. 예를 들어, 85°C에서 허용 가능한 최대 평균 전류는 대략 다음과 같습니다: 13 mA - (0.17 mA/°C * (85°C - 25°C)) = 13 mA - 10.2 mA = 2.8 mA. 이 감소는 열 관리에 매우 중요합니다.
• 도트당 역방향 전압:5 V. 역방향 바이어스에서 이 전압을 초과하면 LED 접합이 항복될 수 있습니다.
• 작동 및 저장 온도 범위:-35°C ~ +85°C. 이 넓은 범위는 가혹한 환경에서의 기능성을 보장합니다.
• 솔더링 온도:최대 260°C, 최대 3초 동안, 장착 평면 아래 1.6mm에서 측정. 이는 패키지 손상을 방지하기 위한 표준 웨이브 또는 리플로우 솔더링 지침입니다.

2.2 전기적 및 광학적 특성

이는 지정된 테스트 조건에서 주변 온도(Ta) 25°C에서 측정한 일반적인 작동 파라미터입니다.

• 평균 발광 강도(I_V):2100 μcd (최소), 3600 μcd (일반). 테스트 조건: I_p=32mA, 듀티 사이클 1/16. 이 높은 휘도는 핵심 기능입니다. 측정은 정확성을 위해 CIE 명시도 눈 반응 곡선에 근사하는 필터를 사용합니다.
• 피크 방출 파장(λ_p):595 nm (일반). 이는 광 출력이 최대가 되는 파장으로, 앰버 옐로우 색상을 정의합니다.
• 스펙트럼 선 반폭(Δλ):15 nm (일반). 이는 스펙트럼 순도를 나타냅니다. 더 좁은 폭은 더 단색에 가까운 색상을 의미합니다.
• 주 파장(λ_d):592 nm (일반). 이는 인간의 눈이 인지하는 파장으로, 이 LED 타입의 피크 파장과 밀접하게 일치합니다.
• 세그먼트당 순방향 전압(V_F):2.05V (최소), 2.6V (일반). 테스트 조건: I_F=20mA. 설계자는 구동 회로가 이 전압을 제공할 수 있는지 확인해야 합니다.
• 역방향 전류(I_R):100 μA (최대). 테스트 조건: V_R=5V. 이는 LED가 역방향 바이어스되었을 때의 누설 전류입니다.
• 발광 강도 매칭 비율(I_V-m):2:1 (최대). 테스트 조건: I_F=2mA. 이 파라미터는 디스플레이 전체의 균일성을 보장합니다. 가장 어두운 세그먼트의 밝기는 가장 밝은 세그먼트의 밝기의 최소 절반 이상이 됩니다.

3. 빈닝 시스템 설명

데이터시트는 파장 또는 플럭스에 대한 다단계 빈닝 시스템을 명시적으로 자세히 설명하지 않습니다. 그러나 지정된 파라미터는 통제된 제조 공정을 암시합니다. 주 파장(592 nm 일반) 및 발광 강도(2100-3600 μcd)의 좁은 범위는 부품이 이러한 최소 및 일반 사양을 충족하도록 선택되었음을 시사합니다. 설계자는 최악의 경우 회로 설계를 위해 최소값(I_V최소 2100 μcd, V_F최대 2.6V)을 고려하여 모든 유닛에서 디스플레이 가시성과 적절한 전류 조절을 보장해야 합니다.

4. 성능 곡선 분석

데이터시트는 일반적인 특성 곡선을 참조합니다. 본문에 제공되지는 않았지만 표준 LED 곡선을 추론할 수 있으며 설계에 매우 중요합니다.

4.1 순방향 전류 대 순방향 전압(I-V 곡선)

I-V 관계는 비선형입니다. 20mA에서 일반적인 V_F값인 2.6V가 주요 설계 지점입니다. 곡선은 LED의 밴드갭 전압(~2V, AlInGaP의 경우) 근처에서 급격한 턴온을 보여주며, 이후 전류는 전압에 따라 기하급수적으로 증가합니다. 따라서 일정 전압원보다는 일정 전류원으로 LED를 구동하여 열 폭주를 방지하고 일관된 밝기를 보장하는 것이 강력히 권장됩니다.

4.2 발광 강도 대 순방향 전류

발광 강도는 정상 작동 범위(예: 정격 평균 전류까지)에서 순방향 전류에 거의 비례합니다. 그러나 매우 높은 전류에서는 가열로 인해 효율이 떨어질 수 있습니다. 32mA 펄스 작동에서 지정된 강도는 멀티플렉싱 디스플레이에 최적화되어 있습니다.

4.3 온도 의존성

LED 특성은 온도에 민감합니다. 순방향 전압(V_F)은 일반적으로 접합 온도가 증가함에 따라 감소합니다(음의 온도 계수). 발광 강도 또한 온도가 상승함에 따라 감소합니다. 전류 감소 사양(0.17 mA/°C)은 이러한 효과에 대한 직접적인 설계 보호 장치로, 과열 및 조기 밝기 저하를 방지합니다.

4.4 스펙트럼 분포

방출 스펙트럼은 595 nm(앰버 옐로우)를 중심으로 하며 일반적인 반폭은 15 nm입니다. 이는 AlInGaP와 같은 직접 밴드갭 III-V 반도체의 특징인 상대적으로 좁은 대역으로, 우수한 색 채도를 제공합니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

5.1 물리적 치수

패키지 도면은 디스플레이 모듈의 전체 물리적 크기를 나타냅니다. 별도로 명시되지 않는 한 모든 치수는 표준 공차 ±0.25 mm의 밀리미터 단위입니다. 이 정보는 PCB(인쇄 회로 기판) 풋프린트 설계 및 외장 장착에 매우 중요합니다.

5.2 핀 구성 및 내부 회로

LTP-2157AKY는 14핀 구성을 가지고 있습니다. 내부 회로도는 5x7 매트릭스에 대한 공통 캐소드 배열을 보여줍니다. 열(세로선)은 캐소드이고, 행(가로선)은 애노드입니다. 특정 노트는 내부 연결을 나타냅니다: 핀 4와 핀 11은 연결되어 있습니다(둘 다 열 3의 캐소드임), 핀 5와 핀 12는 연결되어 있습니다(둘 다 행 4의 애노드임). 이 내부 연결은 내부 본딩 와이어 레이아웃을 단순화하기 위한 것으로 보입니다. 정확한 디스플레이 작동을 위해 핀아웃 테이블을 정확히 따라야 합니다.

5.3 극성 식별

이 장치는 공통 캐소드 구성을 사용합니다. 캐소드 핀은 열(1-5)용이고, 애노드 핀은 행(1-7)용입니다. 순방향 바이어스를 적용하려면 원하는 행 핀을 양전압(전류 제한 저항 또는 드라이버를 통해)에 연결하고 원하는 열 핀을 접지(또는 로우 사이드 드라이버 싱크)에 연결해야 합니다.

6. 솔더링 및 조립 지침

절대 최대 정격은 솔더링 프로파일을 지정합니다: 장착 평면 아래 1.6mm(1/16인치)에서 측정하여 최대 260°C, 최대 3초 동안. 이는 표준 무연 리플로우 솔더링 공정(예: 표준 IPC/JEDEC J-STD-020 프로파일 준수)과 호환됩니다. 취급 중 핀에 기계적 응력이 가해지지 않도록 주의해야 합니다. 저장의 경우, 수분 흡수(리플로우 중 \"팝콘\" 현상을 일으킬 수 있음) 및 정전기 방전 손상을 방지하기 위해 건조하고 정전기 방지 환경에서 지정된 범위인 -35°C ~ +85°C를 권장합니다.

7. 패키징 및 주문 정보

부품 번호는 LTP-2157AKY입니다. 특정 패키징 세부 사항(릴, 트레이, 튜브)은 제공된 내용에 나열되어 있지 않지만, 이러한 디스플레이는 일반적으로 핀과 디스플레이 전면을 보호하기 위해 정전기 방지 튜브 또는 트레이로 공급됩니다. \"Spec No.: DS-30-99-106\" 및 \"BNS-OD-FC001/A4\"는 내부 문서 관리 번호입니다.

8. 애플리케이션 권장 사항

8.1 일반적인 애플리케이션 회로

LTP-2157AKY는 외부 드라이버 회로가 필요합니다. 일반적인 설계는 멀티플렉싱 소프트웨어가 있는 마이크로컨트롤러를 사용합니다. 마이크로컨트롤러의 I/O 포트는 종종 필요한 전류를 직접 공급/싱크할 수 없으므로 행 드라이버 트랜지스터(예: 애노드에 전류를 공급하기 위한 PNP 또는 P-채널 MOSFET) 및 열 드라이버 트랜지스터 또는 전용 싱크 드라이버(예: 캐소드에서 전류를 싱크하기 위한 NPN, N-채널 MOSFET 또는 ULN2003과 같은 LED 드라이버 IC)에 연결됩니다. 멀티플렉싱 루틴은 각 행(1-7)을 빠르게 순환하며 해당 행에 대한 적절한 열 캐소드를 켜서 원하는 문자를 형성합니다. 테스트 조건에서 언급된 1/16 듀티 사이클은 일반적인 멀티플렉싱 비율입니다(예: 가능한 7+? 프레임 중 한 번에 한 행 켜기; 정확한 타이밍은 드라이버 설계에 따라 다름).

8.2 설계 고려 사항

• 전류 제한:모든 LED 세그먼트에 필수적입니다. 저항 또는 정전류 드라이버를 사용하십시오. 공급 전압(V_CC), LED 순방향 전압(V_F), 원하는 순방향 전류(I_F)를 기반으로 저항 값을 계산하십시오. 멀티플렉싱 작동의 경우 피크 전류(I_p)를 사용하십시오. 예: V_CC=5V, V_F=2.6V, I_p=32mA, R = (5V - 2.6V) / 0.032A ≈ 75 Ohms.
• 멀티플렉싱 주파수:가시적인 깜빡임을 피할 수 있을 만큼 충분히 높아야 합니다(일반적으로 >60 Hz 프레임 속도). 시각 잔상은 빠르게 순환하는 행을 안정적인 이미지로 융합시킵니다.
• 열 소산:높은 주변 온도에서 전류 감소 곡선을 준수하십시오. 밀폐된 공간에서 사용하는 경우 적절한 환기를 보장하십시오.
• 시야각:명시되지는 않았지만, 표준 LED 매트릭스는 넓은 시야각을 가집니다. 회색 전면/흰색 도트 설계는 정면 시청을 위한 대비를 최적화합니다.

9. 기술 비교

출시 당시(2002년) 사용 가능한 다른 현대 디스플레이 기술과 비교하여 LTP-2157AKY는 뚜렷한 장점을 제공했습니다:

• 백열등 또는 진공 형광 디스플레이(VFD) 대비:LED 디스플레이는 훨씬 더 전력 효율적이며, 열 발생이 적고, 응답 시간이 빠르며, 수명이 훨씬 더 깁니다. 또한 깨지기 쉬운 필라멘트나 유리 외피가 없어 기계적으로 더 견고합니다.
• 초기 LCD 대비:LED 디스플레이는 자체 발광하여 백라이트 없이도 저조도 또는 직사광선 조건에서 훨씬 더 높은 밝기와 더 나은 가시성을 제공합니다. 또한 더 넓은 작동 온도 범위를 가지며 추운 환경에서 느린 응답 문제가 없습니다.
• 다른 LED 색상(예: GaAsP 레드) 대비:이 앰버 옐로우 LED에 사용된 AlInGaP 기술은 오래된 GaAsP 레드 LED보다 더 높은 발광 효율(단위 전력당 더 많은 빛 출력)과 더 나은 장기 안정성을 제공합니다.

10. 자주 묻는 질문(FAQ)

Q1: 애노드에 일정한 5V 전원을 공급하여 이 디스플레이를 구동할 수 있나요?

A1: 아니요. LED는 전류 구동 장치입니다. 직렬 전류 제한 저항 없이 일정한 전압을 적용하면 과도한 전류가 흐르게 되어 LED를 파괴할 수 있습니다. 항상 전류 제한 메커니즘을 사용하십시오.

Q2: 왜 열 3과 행 4에 대해 두 개의 핀이 있나요?

A2: 핀 4와 11은 내부적으로 모두 캐소드 열 3에 연결되어 있고, 핀 5와 12는 모두 애노드 행 4에 연결되어 있습니다. 이는 내부 와이어 본딩 레이아웃 효율성을 위해 또는 PCB에서 라우팅 편의를 위한 대체 연결점을 제공하기 위해 수행된 것으로 보입니다. 전기적으로는 동일한 노드입니다.

Q3: 발광 강도 테스트 조건에서 \"1/16 듀티\"는 무엇을 의미하나요?

A3: 이는 LED가 1/16(6.25%)의 듀티 사이클로 펄스되었음을 의미합니다. 피크 전류(I_p=32mA)는 멀티플렉싱 시스템에서 동일한 밝기 인식을 위한 평균 DC 전류보다 높습니다. 평균 전류는 I_p* 듀티 사이클 = 32mA * 0.0625 = 2mA입니다. 이 펄스 작동은 멀티플렉싱 디스플레이 테스트를 위한 표준입니다.

Q4: \"A\"와 같은 문자를 어떻게 표시하나요?

A4: 각 문자에 대해 어떤 도트(행, 열 교차점)를 점등할지 정의하는 폰트 맵 또는 룩업 테이블이 필요합니다. 5x7 매트릭스의 경우, 일반적으로 문자당 5바이트 배열이며, 바이트의 각 비트는 한 열의 행 요소를 나타냅니다. 마이크로컨트롤러 소프트웨어는 멀티플렉싱 스캔 중에 이 맵을 사용합니다.

11. 실용적인 설계 사례 연구

세 개의 LTP-2157AKY 디스플레이를 사용하여 3자리 판독값을 가진 간단한 디지털 온도계를 설계하는 것을 고려해 보십시오. 시스템에는 온도 센서, 마이크로컨트롤러(예: 8비트 MCU) 및 드라이버 회로가 필요합니다. 마이크로컨트롤러는 센서를 읽고, 값을 BCD 또는 사용자 정의 폰트 맵으로 변환하며, 디스플레이를 구동합니다. 핀 수(3 디스플레이 * 14 핀 = 직접 구동 시 42 핀)로 인해 멀티플렉싱 방식이 필수적입니다. 설계에는 다음이 포함됩니다: 1) 세 디스플레이의 모든 해당 행 핀(애노드)을 함께 연결합니다(7개의 공통 애노드 라인 생성). 2) 각 디스플레이의 열 핀(캐소드)을 별도로 연결합니다(3 디스플레이 * 5 열 = 15 캐소드 라인 생성). 3) 7+15=22개의 I/O 라인(또는 외부 시프트 레지스터 또는 포트 확장기를 사용하면 더 적음)을 가진 마이크로컨트롤러를 사용하여 공통 행을 스캔하고 각 자리에 대해 적절한 열을 고주파로 순차적으로 활성화합니다. 전류 제한 저항은 공통 애노드 라인 또는 개별 캐소드 라인에 배치됩니다.

12. 작동 원리

LTP-2157AKY는 반도체 P-N 접합의 전계 발광 원리를 기반으로 합니다. 순방향 바이어스가 가해지면 N형 AlInGaP 층의 전자가 활성 영역에서 P형 층의 정공과 재결합합니다. 이 재결합 사건은 광자(빛) 형태로 에너지를 방출합니다. 595 nm(앰버 옐로우)의 특정 파장은 결정 성장 공정 중에 설계된 AlInGaP 반도체 재료의 밴드갭 에너지에 의해 결정됩니다. 불투명한 GaAs 기판은 빛을 위쪽으로 반사하는 데 도움이 되어 칩 상단 표면에서의 전체적인 빛 추출 효율을 향상시킵니다.

13. 기술 동향

이 데이터시트(2002년)가 출시된 이후 LED 디스플레이 기술은 크게 발전했습니다. 5x7 도트 매트릭스 형식은 단순한 디스플레이를 위한 주력 제품으로 남아 있지만, 기반 기술은 진화했습니다. AlInGaP LED는 효율성과 수명이 개선되었습니다. 더욱이, 새로운 디스플레이 옵션이 보편화되었습니다: 1)고밀도 매트릭스:8x8, 16x16 및 더 큰 그래픽 매트릭스가 이제 일반적이고 저렴합니다. 2)표면 실장 장치(SMD) LED:현대 설계는 종종 PCB에 배치된 개별 SMD LED를 사용하여 매트릭스를 형성하여 더 많은 설계 유연성을 제공합니다. 3)유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이:높은 대비, 넓은 시야각 및 유연한 폼 팩터를 제공하지만, 수명 및 환경 제약이 다를 수 있습니다. 4)통합 컨트롤러 디스플레이:현대 모듈은 종종 내장 컨트롤러(문자 LCD용 HD44780 또는 전용 LED 매트릭스 드라이버와 같은)를 포함하여 인터페이스 요구 사항을 몇 개의 데이터 및 제어 라인으로 단순화합니다. 그러나 LTP-2157AKY에 대해 자세히 설명된 멀티플렉싱 LED 어레이 구동의 기본 설계 원칙은 많은 현대 개별 LED 매트릭스 프로젝트에 직접 적용 가능합니다.