LTP-2157AKD LED 도트 매트릭스 디스플레이 데이터시트 - 2.0인치 높이 - 5x7 배열 - 하이퍼 레드(650nm) - 40mW/도트

1. 제품 개요

LTP-2157AKD는 선명하고 밝으며 신뢰할 수 있는 시각적 출력이 필요한 응용 분야를 위해 설계된 고체 상태의 영숫자 문자 디스플레이 모듈입니다. 그 핵심 기능은 개별적으로 어드레싱 가능한 발광 다이오드(LED)의 격자를 사용하여 문자와 기호를 표시하는 것입니다. 주요 응용 분야는 산업용 제어판, 계측기, 판매 시점 단말기, 의료 장비 디스플레이 및 단순한 단색 문자 판독으로 충분한 다양한 소비자 가전을 포함합니다.

기본 작동 원리는 5x7 도트 매트릭스 구성에 기반합니다. 이는 각 문자가 LED 픽셀 5열과 7행의 격자 내에서 특정 패턴을 점등하여 형성됨을 의미합니다. 원하는 각 픽셀에 해당하는 애노드(행)와 캐소드(열) 라인에 순방향 전압을 선택적으로 인가함으로써 특정 도트가 켜져 글자와 숫자와 같은 인식 가능한 모양을 생성합니다. 이 장치는 멀티플렉싱 구동 방식을 사용하며, 행이 높은 주파수로 순차적으로 활성화되어 안정적이고 완전히 점등된 문자로 인식되도록 하면서 필요한 드라이버 핀 수와 전력 소비를 최소화합니다.

2. 기술 파라미터: 심층 객관적 해석

2.1 광도 및 광학적 특성

광학적 성능은 주변 온도(Ta) 25°C의 표준 테스트 조건에서 정의됩니다. 핵심 파라미터인 평균 발광 강도(Iv)는 1/16 듀티 사이클에서 피크 전류(Ip) 32mA로 구동될 때 일반적으로 3500 마이크로칸델라(µcd)의 값을 가집니다. 이는 조명이 밝은 환경에 적합한 고휘도 출력을 나타냅니다. 지정된 최소값은 1650 µcd이며, 이는 제품의 낮은 성능 경계를 정의합니다.

색상 특성은 AlInGaP(알루미늄 인듐 갈륨 포스파이드) 반도체 재료에 의해 결정됩니다. 피크 방출 파장(λp)은 일반적으로 650 나노미터(nm)로, 가시 스펙트럼의 하이퍼 레드 영역에 위치합니다. 주 파장(λd)은 639 nm로 지정됩니다. 피크 파장과 주 파장 사이의 차이, 그리고 20 nm의 스펙트럼 선 반폭(Δλ)은 스펙트럼 순도와 방출되는 특정 빨간색 색조를 설명합니다. 발광 강도 매칭 비율은 2:1(최대)로 지정되어 있으며, 이는 동일한 구동 조건에서 문자의 가장 어두운 세그먼트의 밝기가 가장 밝은 세그먼트의 밝기의 절반 이상이어야 함을 의미하여 균일한 외관을 보장합니다.

2.2 전기적 및 열적 특성

절대 최대 정격은 영구적 손상이 발생할 수 있는 작동 한계를 정의합니다. 도트당 평균 전력 소산은 40 밀리와트(mW)로 정격되어 있습니다. 도트당 피크 순방향 전류는 펄스 동작에서 90mA에 도달할 수 있으며, 도트당 평균 순방향 전류는 25°C에서 기본 정격 15mA를 가지며, 온도가 상승함에 따라 선형적으로 0.2 mA/°C씩 감소합니다. 이 감소는 열 관리와 장기 신뢰성에 매우 중요합니다. 도트당 최대 역방향 전압은 5V입니다.

일반적인 작동 조건(순방향 전류 IF=20mA)에서 세그먼트당 순방향 전압(VF)은 2.1V(최소)에서 2.6V(최대)까지 범위입니다. 이 파라미터는 드라이버의 전류 제한 회로를 설계하는 데 필수적입니다. 역방향 전류(IR)는 매우 낮으며, 최대 역방향 전압 5V에서 일반적으로 2.3에서 2.8 마이크로암페어(µA)로, 우수한 다이오드 특성을 나타냅니다.

이 장치는 작동 온도 범위 -35°C ~ +85°C로 정격되며, 저장 온도 범위도 동일합니다. 이 넓은 범위는 가혹한 환경에 적합하게 만듭니다. 최대 솔더링 온도는 장착 평면 아래 1.6mm(1/16 인치)에서 측정하여 최대 3초 동안 260°C로 지정되어 있으며, 이는 PCB 조립 공정에 대한 명확한 지침을 제공합니다.

3. 기계적 및 패키징 정보

디스플레이는 명시된 매트릭스 높이가 2.0인치(50.8 mm)입니다. 패키지 치수는 모든 측정값이 밀리미터로 표시된 상세 도면에 제공됩니다. 제조 공차는 도면에 별도로 명시되지 않는 한 일반적으로 ±0.25 mm(0.01 인치)입니다. 물리적 패키지는 회색 전면과 흰색 도트 색상을 특징으로 하며, 이는 LED가 꺼져 있을 때 대비를 향상시키고 켜져 있을 때 빛을 확산시킵니다.

핀 연결도는 정확한 인터페이싱에 매우 중요합니다. 이 장치는 14핀 구성을 가지고 있습니다. 내부 회로는 열에 대한 표준 공통 캐소드 배열이며, 7행의 애노드는 개별 핀으로 연결됩니다. 내부 연결에 유의하는 것이 중요합니다: 핀 4와 핀 11은 내부적으로 연결되어 있으며(둘 다 열 3의 캐소드), 핀 5와 핀 12는 내부적으로 연결되어 있습니다(둘 다 행 4의 애노드). 이러한 연결은 내부 본딩을 단순화하기 위해 이루어지며 외부 구동 논리에 영향을 미치지 않습니다.

4. 성능 곡선 분석

데이터시트는 일반적인 전기적 및 광학적 특성 곡선을 참조합니다. 특정 그래프는 제공된 텍스트에 자세히 설명되어 있지 않지만, 이러한 장치에 대한 표준 곡선은 일반적으로 다음을 포함합니다:

• 순방향 전류 대 순방향 전압(I-V 곡선):이 그래프는 지수 관계를 보여주며, 주어진 구동 전류에 필요한 공급 전압을 결정하는 데 중요합니다.
• 발광 강도 대 순방향 전류:이 곡선은 광 출력이 전류와 함께 어떻게 증가하는지 보여주며, 일반적으로 매우 높은 전류에서 효율이 떨어지기 전 작동 범위 내에서 거의 선형 관계를 가집니다.
• 발광 강도 대 주변 온도:이는 LED 출력이 접합 온도가 상승함에 따라 감소하는 열 소거 효과를 보여줍니다. 이를 이해하는 것은 높은 주변 온도 또는 열 방열이 좋지 않은 응용 분야에 중요합니다.
• 스펙트럼 분포:상대 강도 대 파장의 그래프로, 정의된 20nm 반폭을 가진 650nm 피크 주변의 광 출력 집중을 보여줍니다.

이러한 곡선을 통해 설계자는 성능을 최적화하고 밝기, 효율, 구동 전류 및 열 관리 간의 트레이드오프를 이해할 수 있습니다.

5. 솔더링 및 조립 지침

조립은 손상을 방지하기 위해 지정된 솔더링 프로파일을 준수해야 합니다. 허용 가능한 최대 솔더링 온도는 260°C이며, 부품은 이 온도에 3초를 초과하여 노출되어서는 안 됩니다. 이는 일반적으로 온도를 상승시키고 피크에서 유지한 후 지정된 한도 내에서 냉각되는 프로파일을 가진 제어된 리플로우 솔더링 공정을 사용하여 달성됩니다. 솔더링 아이언을 사용한 수동 솔더링은 열을 국소화하고 이러한 파라미터를 초과하지 않도록 각별한 주의가 필요합니다.

저장을 위해 장치는 저습도 환경에서 지정된 온도 범위 -35°C ~ +85°C 내에 보관해야 합니다. 부품을 유통 기한 내에 사용하고 취급 중에 민감한 반도체 접합을 보호하기 위해 표준 ESD(정전기 방전) 예방 조치를 따르는 것이 좋습니다.

6. 응용 제안 및 설계 고려사항

6.1 대표적인 응용 회로

LTP-2157AKD는 외부 드라이버 회로가 필요합니다. 일반적인 설계는 충분한 I/O 핀을 가진 마이크로컨트롤러 또는 전용 LED 디스플레이 드라이버 IC(MAX7219 또는 유사)를 사용합니다. 드라이버는 멀티플렉싱을 구현해야 합니다: 특정 행에 대한 열 캐소드 데이터를 제공하면서 7개의 행 애노드 라인 각각을 순차적으로 활성화합니다. 리프레시 레이트는 가시적인 깜빡임을 피하기 위해 충분히 높아야 합니다(일반적으로 >100Hz). 전류 제한 저항은 각 열 라인(또는 드라이버에 통합)에 필수적이며, 순방향 전류를 원하는 값(예: 일반적인 밝기를 위한 20mA)으로 설정합니다. 저항 값 계산은 R = (Vcc - Vf - Vdriver_sat) / If이며, 여기서 Vcc는 공급 전압, Vf는 LED 순방향 전압(~2.6V 최대), Vdriver_sat는 드라이버의 포화 전압, If는 원하는 순방향 전류입니다.

6.2 설계 고려사항

• 전원 공급 장치:전원 공급 장치가 필요한 피크 전류를 공급할 수 있는지 확인하십시오. 행당 최대 5개의 열이 점등되고 도트당 피크 전류가 최대 20mA일 경우, 단일 행은 100mA를 소비할 수 있습니다. 공급 장치는 이 펄스 부하를 처리할 수 있어야 합니다.
• 열 방열:개별 도트는 최대 40mW만 소산하지만, 많은 도트의 연속 작동은 상당한 열을 발생시킬 수 있습니다. 높은 주변 온도 또는 최대 정격에서 작동하는 경우 적절한 환기 또는 방열판을 보장하십시오.
• 시야각 및 대비:회색 전면/흰색 도트 설계는 꺼진 상태에서 우수한 대비를 제공합니다. 디스플레이를 장착할 때 의도된 시야각을 고려하십시오; LED 밝기는 종종 축상에서 가장 높습니다.
• 소프트웨어:마이크로컨트롤러 펌웨어는 폰트 맵(각 문자에 대한 5x7 패턴을 정의하는 룩업 테이블)과 멀티플렉싱 루틴을 포함해야 합니다.

7. 기술 비교 및 차별화

이 디스플레이의 주요 차별화 요소는 AlInGaP 하이퍼 레드 LED 기술의 사용입니다. 오래된 GaAsP(갈륨 비소 포스파이드) 레드 LED와 비교하여, AlInGaP는 상당히 높은 발광 효율을 제공하여 동일한 구동 전류에서 더 큰 밝기 또는 더 낮은 전력에서 동등한 밝기를 제공합니다. 또한 온도와 시간에 걸쳐 더 나은 색상 순도와 안정성을 제공합니다.

단순한 7-세그먼트 디스플레이와 비교하여, 5x7 도트 매트릭스는 훨씬 더 큰 유연성을 제공하며 전체 영숫자 문자 세트(A-Z, 0-9, 기호)와 심지어 간단한 그래픽까지 표시할 수 있는 반면, 7-세그먼트 디스플레이는 주로 숫자와 몇 개의 문자로 제한됩니다. 트레이드오프는 하드웨어(더 많은 드라이버 핀)와 소프트웨어(문자 생성) 모두에서 복잡성이 증가한다는 점입니다.

8. 기술 파라미터 기반 일반적인 질문

Q: 멀티플렉싱 없이 일정한 DC 전류로 이 디스플레이를 구동할 수 있습니까?

A: 기술적으로는 가능하지만 매우 비효율적이며 권장되지 않습니다. 모든 35개의 도트를 20mA에서 동시에 구동하려면 700mA의 전류 소비와 상당한 열 발생이 필요합니다. 멀티플렉싱은 표준이며 의도된 방법으로, 전력과 핀 수를 줄입니다.

Q: 피크 방출 파장(650nm)과 주 파장(639nm)의 차이는 무엇입니까?

A: 피크 파장은 스펙트럼 출력에서 최대 강도의 지점입니다. 주 파장은 인간의 눈에 동일한 색상으로 보일 단일 파장의 단색광입니다. 이 차이는 LED가 단일 순수 파장이 아닌 빛의 스펙트럼(20nm 너비)을 방출하기 때문에 발생합니다.

Q: 핀아웃은 열 3에 대해 두 개의 핀과 행 4에 대해 두 개의 핀을 보여줍니다. 둘 다 연결해야 합니까?

A: 아니요, 이 핀들은 내부적으로 연결되어 있습니다. 어느 하나에 연결하는 것으로 충분합니다. 이 내부 연결은 다이 본딩을 단순화하기 위한 제조 공정상의 결과물입니다. 둘 다 연결해도 해가 되지 않지만 불필요합니다.

Q: 평균 전력 소비는 어떻게 계산합니까?

A: 멀티플렉싱 디스플레이의 경우, 평균 전류는 대략 (완전히 점등된 문자에서 점등된 도트 수 / 총 도트 수) * 도트당 전류 * 듀티 사이클입니다. 예를 들어, 24개의 도트가 점등되고 20mA, 1/7 듀티 사이클(7행)을 사용하는 문자의 경우: 평균 전류 ≈ (24/35) * 20mA * (1/7) ≈ 문자당 2mA입니다. 총 부하를 위해 문자 수를 곱하십시오.

9. 실용 응용 사례 연구

시나리오: 산업용 오븐을 위한 간단한 단일 문자 온도 판독 장치 설계

요구 사항은 0에서 199°C까지의 온도를 표시하는 것입니다. 마이크로컨트롤러가 온도 센서를 읽습니다. 하나의 LTP-2157AKD 디스플레이가 사용됩니다. 마이크로컨트롤러는 핀이 제한적이므로 직렬 입력/병렬 출력 시프트 레지스터(74HC595와 같은)를 사용하여 5개의 열 캐소드를 구동하고 자체 I/O 핀 7개를 사용하여 트랜지스터 스위치를 통해 행 애노드를 구동합니다(더 높은 행 전류를 처리하기 위해).

펌웨어는 숫자 0-9와 도 기호에 대한 5x7 폰트를 포함합니다. 멀티플렉싱 루틴은 타이머 인터럽트에서 실행됩니다. 디스플레이는 공장 환경에서 몇 피트 떨어진 곳에서도 읽을 수 있는 안정적이고 밝은 빨간색 숫자를 보여줍니다. 디스플레이의 넓은 작동 온도 범위(-35°C ~ +85°C)는 오븐 컨트롤러의 외부 인클로저가 따뜻해져도 신뢰성을 보장합니다. 회색 전면의 높은 대비는 밝은 산업 조명 아래에서도 번짐을 방지합니다.

10. 기술 원리 및 동향

10.1 기본 기술 원리

빛 생성은 반도체 p-n 접합에서의 전기발광에 기반합니다. 순방향 전압이 인가되면, n형 AlInGaP 층의 전자가 p형 층의 정공과 재결합합니다. 이 재결합 사건은 광자(빛)의 형태로 에너지를 방출합니다. AlInGaP 재료의 특정 에너지 밴드갭은 방출된 광자의 파장(색상)을 결정하며, 이 경우 약 650nm의 빨간색 빛입니다. 불투명한 GaAs 기판은 아래로 방출되는 모든 빛을 흡수하여 장치 상단에서 더 많은 빛을 반사함으로써 전체 효율을 향상시킵니다. 5x7 배열은 공통 기판에 여러 개의 작은 LED 칩 또는 단일 패턴화된 다이를 증착하고 패터닝하여 생성되며, 상호 연결된 애노드와 캐소드 라인을 가집니다.

10.2 산업 동향

LTP-2157AKD와 같은 개별 5x7 도트 매트릭스 디스플레이는 특정, 비용에 민감한 응용 분야에 여전히 관련이 있지만, 더 넓은 산업 동향은 통합 솔루션으로 이동하고 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다:

- 표면 실장 장치(SMD) 배열:더 작은 공간 점유, 더 쉬운 자동화 조립.

- 통합 컨트롤러/드라이버 디스플레이:SPI 또는 I2C를 통해 통신하는 내장 컨트롤러가 있는 모듈로, 마이크로컨트롤러 자원 부담을 크게 줄입니다.

- 더 높은 해상도 및 색상:더 상세한 그래픽을 위한 더 미세한 피치 매트릭스 및 풀 컬러 RGB 디스플레이로의 이동.

- 대체 기술:일부 응용 분야에서 OLED(유기 발광 다이오드) 디스플레이는 우수한 대비와 시야각을 제공하지만, 종종 더 높은 비용과 다른 수명 특성을 가집니다.

이와 같은 개별 LED 매트릭스의 지속적인 장점은 극도의 견고성, 긴 수명, 높은 밝기, 단순성 및 단색 문자 디스플레이 작업에 대한 낮은 비용으로, 산업 및 임베디드 시스템에서의 지속적인 사용을 보장합니다.