LTS-5701AKF LED 디스플레이 데이터시트 - 0.56인치 숫자 높이 - 황오렌지색 - 2.6V 순방향 전압 - 70mW 전력 소비 - 영어 기술 문서

1. 제품 개요

LTS-5701AKF는 선명하고 밝은 숫자 또는 제한된 영숫자 표시가 필요한 애플리케이션을 위해 설계된 단일 자릿수 7-세그먼트 영숫자 디스플레이입니다. 핵심 기능은 세그먼트(A부터 G 및 소수점)를 선택적으로 점등하여 문자를 형성함으로써 시각적 출력을 제공하는 것입니다. 이 장치는 갈륨 비소(GaAs) 기판 위에 성장된 Aluminum Indium Gallium Phosphide (AlInGaP) 반도체 기술을 사용하여 제작됩니다. 이 소재 시스템은 고휘도 황색-주황색 빛을 효율적으로 생성하는 데 특화되어 선택되었습니다. 디스플레이는 주변광 반사를 줄여 대비를 향상시키는 회색 전면판과, 점등되지 않을 때도 명확한 문자 정의를 위한 흰색 세그먼트 윤곽선을 특징으로 합니다. 이 디스플레이는 공통 애노드(common anode) 타입으로 분류되며, 이는 모든 LED 세그먼트의 애노드가 내부적으로 연결되어 있어 일반적인 마이크로컨트롤러 구동 회로에서 전류 공급을 단순화함을 의미합니다.

1.1 핵심 장점 및 타겟 시장

이 디스플레이의 주요 장점은 AlInGaP 구조와 설계에서 비롯됩니다. 높은 발광 강도와 우수한 명암비를 제공하여 조명이 밝은 환경에서도 가독성을 보장합니다. 넓은 시야각은 디스플레이를 다양한 위치에서 볼 수 있는 애플리케이션에 있어 핵심 기능입니다. 움직이는 부품이 없고 견고한 반도체 구조로 이루어진 솔리드 스테이트 신뢰성은 긴 작동 수명과 충격 및 진동 저항성을 가져옵니다. 낮은 전력 요구 사항은 배터리 구동 또는 에너지 효율을 중시하는 장치에 적합하게 만듭니다. 이러한 기능들의 조합은 산업 계측기(예: 패널 미터, 타이머, 카운터), 가전 제품(예: 전자레인지, 커피메이커), 자동차 계기판(보조 디스플레이용), 시험 및 계측 장비, 그리고 간단하고 신뢰할 수 있는 숫자 표시가 필요한 임베디드 시스템을 포함한 시장을 목표로 합니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

본 섹션에서는 데이터시트에 명시된 주요 전기 및 광학 파라미터에 대한 상세하고 객관적인 해석을 제공하며, 이들이 설계 엔지니어에게 갖는 중요성을 설명합니다.

2.1 절대 최대 정격

이 등급들은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 응력 한계를 정의합니다. 이는 정상 작동 조건이 아닙니다.

• 세그먼트 당 전력 소비 (70 mW): 이는 단일 세그먼트가 손상 위험 없이 열(및 빛)로 변환할 수 있는 최대 전력량입니다. 일반적으로 너무 높은 전류나 순방향 전압을 인가하여 이 한계를 초과하면 과열, 가속화된 노화(루멘 감소) 또는 치명적인 고장으로 이어질 수 있습니다.
• 세그먼트당 피크 순방향 전류 (1/10 듀티 사이클, 0.1ms 펄스에서 60 mA): 이 등급은 연속 등급보다 높은 전류의 짧은 펄스를 허용합니다. 멀티플렉싱 방식이나 순간적으로 더 높은 밝기를 달성하는 데 유용합니다. 지정된 듀티 사이클과 펄스 폭은 매우 중요하며, 60mA에서 이 펄스 조건을 벗어나 동작하는 것은 안전하지 않습니다.
• 세그먼트당 연속 순방향 전류 (25 mA): 지정된 주변 온도 조건에서 세그먼트에 무한정 인가할 수 있는 최대 DC 전류입니다. 데이터시트는 25°C 이상에서 0.33 mA/°C의 감액 계수를 제공합니다. 예를 들어, 주변 온도(Ta)가 85°C일 때 허용 가능한 최대 연속 전류는 다음과 같습니다: 25 mA - [(85°C - 25°C) * 0.33 mA/°C] = 25 mA - 19.8 mA = 5.2 mA. 이 감액은 열 관리에 필수적입니다.
• 세그먼트당 역전압 (5 V): LED의 PN 접합을 손상시키지 않고 역방향(애노드에 대한 캐소드 양극)으로 인가할 수 있는 최대 전압. 이를 초과하면 손상될 수 있습니다.
• Operating & Storage Temperature Range (-35°C to +85°C): 신뢰할 수 있는 동작과 비동작 상태 보관을 위한 환경적 한계를 정의합니다.

2.2 Electrical & Optical Characteristics

이는 특정 테스트 조건(별도 명시 없는 한 Ta=25°C)에서 측정한 대표적인 성능 파라미터입니다.

• Average Luminous Intensity (I_V): Min: 800 µcd, Typ: 1667 µcd (I_F=1mA 기준). 이는 점등된 세그먼트의 감지된 밝기를 측정한 값입니다. 넓은 범위는 빈닝 시스템을 의미합니다(섹션 3 참조). 설계자는 최악의 경우 밝기 계산을 위해 최소값을 사용해야 합니다.
• 세그먼트 당 순방향 전압 (V_F): Typ: 2.05V, Max: 2.6V (I_F=20mA. 이는 지정된 전류가 흐를 때 LED 양단에 발생하는 전압 강하입니다. 필요한 전류 제한 저항 값을 계산하는 데 매우 중요합니다: R = (V_공급 - V_F) / I_F최대 V를 사용하여_F 충분한 전압 여유를 보장합니다.
• 최대 발광 파장 (λ_p): 661 nm. 이는 LED의 스펙트럼 출력이 최대가 되는 파장입니다. AlInGaP 황색-주황색 LED의 경우, 이는 일반적으로 스펙트럼의 호박색/적주황색 부분에 해당합니다.
• 주 발광 파장 (λ_d): 605 nm. 이는 LED 빛의 색상과 일치하는 인간의 눈이 인지하는 단일 파장입니다. 피크 파장보다 색상 사양에 더 관련성이 높은 매개변수입니다.
• 스펙트럼 선 반폭 (Δλ): 17 nm. 이는 방출되는 빛의 스펙트럼 순도 또는 대역폭을 나타냅니다. 값이 작을수록 더 단색(순수한 색상)의 출력을 의미합니다.
• 세그먼트당 역전류 (I_R): 최대: V=5V에서 100 µA_R이는 LED가 최대 정격 내에서 역방향 바이어스될 때 흐르는 작은 누설 전류입니다.
• 광도 매칭 비율: 2:1 (최대). 이는 한 자릿수 내에서 가장 밝은 세그먼트와 가장 어두운 세그먼트 사이, 또는 다중 자릿수 시스템에서 자릿수 간의 최대 허용 비율을 지정합니다. 2:1 비율은 가장 밝은 세그먼트가 가장 어두운 세그먼트보다 두 배 이상 밝아서는 안 됨을 의미하며, 균일한 외관을 보장합니다.

3. Binning System 설명

데이터시트에 따르면 이 장치는 "Luminous Intensity로 분류됨"이라고 명시되어 있습니다. 이는 제조 후 Binning 또는 Sorting 과정이 있음을 의미합니다. 반도체 에피택셜 성장 및 칩 제조 과정에서 발생하는 본질적인 변동으로 인해 LED는 주요 파라미터에서 편차를 보입니다. 최종 사용자에게 일관성을 보장하기 위해 제조사는 LED를 특성이 밀접하게 일치하는 그룹으로 테스트하고 분류(Bin)합니다.

Luminous Intensity Binning: 평균 발광 강도(800~1667 µcd)에 대해 제시된 넓은 범위는 장치가 서로 다른 강도 빈으로 분류됨을 시사합니다. LTS-5701AKF에 대한 구매 주문서는 특정 강도 빈 코드(예: 최소 강도 수준)를 지정하여 애플리케이션에 필요한 특정 밝기 수준을 보장할 수 있습니다. 설계자는 제조사의 상세한 빈닝 문서를 참조하여 사용 가능한 코드를 확인해야 합니다.

파장/색상 빈닝: 주 파장에 대해 605nm의 전형적 값 외에 최소/전형/최대 범위가 명시적으로 상세히 나와 있지는 않지만, AlInGaP 소자 또한 색상(주 파장 또는 색도 좌표)에 대해 일반적으로 빈닝되어 디스플레이의 모든 세그먼트와 숫자에서 일관된 색조를 보장합니다. 지정된 빈을 벗어나는 변동은 시각적으로 다른 노란색-주황색 음영으로 인지될 수 있습니다.

4. Performance Curve Analysis

데이터시트는 "Typical Electrical / Optical Characteristic Curves"를 참조하고 있습니다. 특정 그래프가 본문에 제공되지는 않았지만, 그 표준적인 내용과 중요성은 추론할 수 있습니다.

순방향 전류 대 순방향 전압 (I_F-V_F Curve): 이 비선형 곡선은 V가_F I에 따라 증가하는 방식을 보여줍니다._F. 이는 다이오드의 전형적인 지수 관계를 보여줍니다. 이 곡선의 "무릎" 부분은 일반적인 V_F (2.05V-2.6V) 부근에 있습니다. 이 그래프는 LED의 동적 저항을 이해하고, 특히 PWM을 사용한 디밍 시 효율적인 구동 회로를 설계하는 데 필수적입니다.

Luminous Intensity vs. Forward Current (I_V-I_F Curve): 이 곡선은 정상 작동 범위에서 광 출력이 순방향 전류에 거의 비례함을 보여줍니다. 그러나 효율(루멘/와트)은 최대 정격 전류보다 낮은 전류에서 최고점에 도달하는 경우가 많습니다. 매우 높은 전류로 LED를 구동하면 열 포화가 발생하여 효율이 저하됩니다.

Luminous Intensity vs. Ambient Temperature (I_V-T_a Curve): AlInGaP LED의 경우, 접합 온도가 상승함에 따라 발광 강도는 일반적으로 감소합니다. 이 곡선은 고온 환경에서 작동하는 애플리케이션에 매우 중요한 그 디레이팅을 정량화합니다. 이는 Absolute Maximum Ratings에 명시된 전류 디레이팅 계수와 직접적으로 관련이 있습니다.

상대 강도 대 파장 (스펙트럼 분포 곡선): 이 종 모양의 곡선은 피크 파장(661 nm)을 중심으로 반치폭(17 nm)으로 정의된 너비를 가지고 스펙트럼 전반에 걸쳐 방출되는 빛의 강도를 보여줍니다. 이는 LED의 색상 특성을 확인시켜 줍니다.

5. 기계적 및 패키징 정보

5.1 패키지 치수 및 도면

본 장치는 표준 10핀, 단일 자릿수, 7-세그먼트 LED 패키지를 사용합니다. 데이터시트의 주요 치수 관련 사항은 다음과 같습니다: 모든 치수는 밀리미터(mm) 단위이며, 별도로 명시되지 않는 한 일반 공차는 ±0.25mm입니다. 핀 팁 시프트에 대한 특정 공차(+/- 0.4 mm)가 명시되어 있으며, 이는 적절한 정렬과 납땜성을 보장하기 위한 PCB 풋프린트 설계에 중요합니다. 높이, 너비, 숫자 높이(14.22mm), 세그먼트 크기 및 핀 간격에 대한 정확한 치수는 패키지 도면에 정의되어 있습니다(본문에서는 참조만 되고 상세히 설명되지 않음). 엔지니어는 정확한 PCB 레이아웃을 위해 완전한 기계 도면을 획득해야 합니다.

5.2 핀 연결 및 극성 식별

핀아웃은 명확하게 정의되어 있습니다:

• 핀 3과 8: Common Anode (CA). 이 핀들은 내부적으로 연결되어 있으며, 반드시 양극 공급 전압에 연결해야 합니다.
• 핀 1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 10: 각각 세그먼트 E, D, C, DP (Decimal Point), B, A, F, G에 대한 Cathode입니다. 이 핀들은 전류 제한 저항을 통해 접지(또는 전류 싱크)에 연결되어 해당 세그먼트를 점등합니다.

부품 번호의 "Rt. Hand Decimal" 설명은 소수점이 숫자의 오른쪽에 위치함을 나타냅니다. 극성은 Common Anode 표기를 통해 명확히 표시되어 있습니다. 역극성(CA를 접지에 연결하고 캐소드를 V+에 연결)을 인가하면 세그먼트가 점등되지 않으며, 역전압이 5V를 초과할 경우 소자를 손상시킬 수 있습니다.

5.3 내부 회로도

The referenced diagram would show the internal electrical connections: eight individual LED chips (seven segments plus decimal point), each with its anode connected to the common anode pins (3 & 8) and its cathode connected to its respective dedicated pin. This confirms the common anode topology.

6. 납땜 및 조립 지침

데이터시트는 "260°C에서 3초간 시팅 플레인 아래 1/16인치"라는 특정 솔더링 조건을 제공합니다. 이는 웨이브 솔더링 사양입니다. 이는 리드가 디스플레이 플라스틱 본체 아래 약 1.6mm(1/16인치) 깊이까지 솔더 포트 온도 260°C에서 최대 3초 동안 솔더 웨이브에 담글 수 있음을 의미합니다. 이는 과도한 열이 리드를 따라 전달되어 내부 LED 칩이나 플라스틱 패키지를 손상시키는 것을 방지합니다.

중요 고려사항:

• 리플로우 솔더링: 리플로우 솔더링(일반적으로 SMT에 사용되나, 본 부품은 스루홀 타입임)을 사용할 경우, 프로파일을 신중하게 제어해야 합니다. 조립 시 부품의 최대 허용 온도를 초과해서는 안 됩니다. 피크 본체 온도는 일반적으로 최대 보관 온도(85°C) 이하로 유지하거나, 제조사가 제공하는 구체적인 리플로우 프로파일을 따르는 것이 좋습니다.
• 클리닝: 납땜 후에는 디스플레이의 플라스틱 재질과 호환되는 세척제만 사용하여 균열이나 흐림 현상을 방지하십시오.
• 취급: 핀에 기계적 스트레스를 가하지 마십시오. 취급 및 조립 시 적절한 ESD (정전기 방전) 예방 조치를 사용하십시오.
• 보관: 지정된 온도 범위(-35°C ~ +85°C) 내에서 저습도, 정전기 방지 환경에 보관하십시오.

7. 응용 제안 및 설계 고려사항

7.1 대표적인 응용 회로

The most common drive method is multiplexing, especially for multi-digit displays. Since it's a common anode display, the anodes (pins 3 & 8) would be connected to a microcontroller's I/O pins configured as outputs set HIGH (or to a transistor used as a high-side switch). The cathodes for all segments (A-G, DP) would be connected to current sink drivers, which could be discrete transistors, dedicated LED driver ICs (like 74HC595 shift registers with constant current, or MAX7219), or microcontroller pins with sufficient sink capability. A current-limiting resistor is required in series with each cathode path (or a single resistor per common anode if current is regulated per digit). The resistor value is calculated as: R = (V_공급 - V_F - V_CE(sat) 또는 V_드롭) / I_F. 최대 V를 사용하십시오_F 안전 설계를 위해.

7.2 설계 시 고려사항

• Current Limiting: 항상 전류 제한 저항 또는 정전류 드라이버를 사용하십시오. LED를 전압원에 직접 연결하지 마십시오.
• 멀티플렉싱 주파수: For multiplexed displays, use a refresh rate high enough to avoid visible flicker (typically >60 Hz per digit). The duty cycle determines the average current. For N digits, the peak current per segment can be up to N times the desired average current, but must not exceed the peak current rating (60mA under specified conditions).
• 시야각: 최종 사용자의 가시성을 보장하기 위해 넓은 시야각을 고려하여 디스플레이를 배치하십시오.
• 명암비 향상: 회색 전면이 도움이 되지만, 주변광이 강한 환경에서는 명암비 필터나 후드를 추가하는 것을 고려하십시오.
• 열 관리: 고온 환경에서는 현재의 디레이팅 규칙을 준수하십시오. 제한된 공간에 여러 디스플레이를 사용하는 경우 적절한 환기를 보장하십시오.

8. 기술적 비교 및 차별화

다른 세븐 세그먼트 디스플레이 기술과 비교하여:

• vs. Standard GaAsP 또는 GaP LED(적색, 녹색): AlInGaP는 현저히 더 높은 발광 효율(단위 mA당 더 많은 광 출력)과 더 나은 온도 안정성을 제공하여, 더 밝고 성능이 일관된 디스플레이를 구현합니다.
• vs. LCDs: LED는 자체 발광 방식(자체 광원을 생성)으로, 백라이트 없이도 어둠 속에서 선명하게 가시됩니다. 반면 반사형 LCD는 주변광이 필요합니다. 또한 LED는 응답 속도가 훨씬 빠르고 작동 온도 범위도 더 넓습니다. 그러나 정적 화면 표시 시 LCD는 일반적으로 훨씬 적은 전력을 소비합니다.
• vs. VFDs (Vacuum Fluorescent Displays): VFD는 높은 밝기와 넓은 시야각을 제공할 수 있지만, 상대적으로 높은 구동 전압이 필요하며 더 취약합니다. LED는 더 견고하고, 더 낮은 전압으로 구동되며, 수명이 더 깁니다.
• Within AlInGaP Displays: LTS-5701AKF는 특정 0.56인치 숫자 높이, 황-주황색, 공통 애노드 구성, 오른쪽 소수점 및 분류(빈)된 광도로 차별화되어 전문적인 응용 분야에 일정 수준의 품질과 일관성을 보장합니다.

9. 자주 묻는 질문 (기술적 파라미터 기반)

Q1: I/O 핀의 전류 제한을 사용한다면 전류 제한 저항 없이 5V 마이크로컨트롤러로 이 디스플레이를 구동할 수 있습니까?
A: 아니오. LED의 경우 마이크로컨트롤러의 내부 핀 전류 제한만으로는 안전하거나 신뢰할 수 없습니다. 핀 제한은 보호를 위한 것이지 정밀한 동작점 설정을 위한 것이 아닙니다. LED의 순방향 전압은 약 2.1-2.6V입니다. 이를 5V 핀에 직접 연결하면 매우 높은 전류가 흐르려 시도되어 마이크로컨트롤러 핀과 LED 모두 손상될 가능성이 있습니다. 외부 전류 제한 저항은 필수입니다.

Q2: 공통 애노드 핀이 두 개(3번과 8번)인 이유는 무엇인가요?
A: 이는 전류 분배와 신뢰성을 향상시키기 위한 일반적인 설계 관행입니다. 모든 점등 세그먼트의 총 전류는 공통 애노드로 흐릅니다. 두 개의 핀을 병렬로 연결하면 각 개별 핀과 내부 본드 와이어의 전류 부하 및 열 응력을 줄여 수명을 연장하고 전체 밝기를 더 높일 수 있습니다.

Q3: 발광 강도는 1mA에서 주어지지만, 순방향 전압은 20mA에서 주어집니다. 설계 시 어느 값을 사용해야 합니까?
A: 둘 다 사용하되, 다른 계산에 사용하십시오. 직렬 저항 값을 계산하려면 V_F @ 20mA(또는 선택한 동작 전류)를 사용하십시오. I_V vs. I_F 관계(특성 곡선에서)를 사용하여 선택한 작동 전류에서의 밝기를 추정합니다. 1mA I_V 값은 비교 및 등급 분류를 위한 표준화된 테스트 포인트입니다.

Q4: "무연 패키지(RoHS 기준)"는 무엇을 의미합니까?
A: 이는 장치 구성에 사용된 재료, 특히 리드(lead)의 솔더 도금이 유해물질 사용 제한(RoHS) 지침을 준수함을 의미합니다. 구체적으로, 허용 수준을 초과하는 납(Pb), 수은, 카드뮴, 6가 크롬 및 특정 난연제(PBB, PBDE)가 없음을 나타냅니다. 이는 대부분의 글로벌 시장에서 환경 규정 준수에 중요합니다.

10. 실용적인 설계 및 사용 예시

예시 1: 간단한 4자리 전압계 디스플레이. 4개의 LTS-5701AKF 디지트(digit)를 사용하여 0.000V부터 19.99V까지의 전압을 표시할 수 있습니다. ADC가 내장된 마이크로컨트롤러가 전압을 측정합니다. 디스플레이는 멀티플렉싱 방식으로 구동됩니다: 마이크로컨트롤러는 각 자리에 어떤 세그먼트를 켤지 계산하고, 활성화된 자리의 세그먼트에 대한 공통 캐소드 라인을 구동하면서 네 개의 공통 애노드를 빠르게 순환시킵니다. 멀티플렉싱 듀티 사이클(예: 1/4 듀티 = 피크 전류는 원하는 평균 밝기 전류의 4배가 될 수 있음)에 따라 세그먼트당 피크 전류를 제한하는 데 주의해야 합니다.

예시 2: Industrial Timer/Counter. 공장 환경에서는 생산 라인에서 제품 수를 세는 장치가 사용될 수 있습니다. LTS-5701AKF의 고휘도와 넓은 시야각은 작업자가 멀리서도 카운트를 확인할 수 있도록 합니다. 견고한 솔리드 스테이트 구조는 진동을 견딥니다. 설계 시 공장의 조명 조건에서도 디스플레이가 가독성을 유지하도록 해야 하며, 경우에 따라 선실드가 필요할 수 있습니다.

11. 기술 원리 소개

The LTS-5701AKF is based on Aluminum Indium Gallium Phosphide (Al_x인듐_y갈륨_1-x-yP) 반도체 기술입니다. 이는 III-V족 화합물 반도체로, 알루미늄(Al), 인듐(In), 갈륨(Ga)의 상대적 비율이 물질의 밴드갭 에너지를 결정합니다. 밴드갭 에너지는 접합부에서 전자와 정공이 재결합할 때 방출되는 빛의 파장(색상)을 직접적으로 결정합니다. AlInGaP는 스펙트럼의 노랑, 주황, 호박색, 빨강 영역에서 빛을 생성하는 데 특히 효율적입니다. 에피택셜 층은 비소화 갈륨(GaAs) 기판 위에 성장됩니다. 접합부의 내부 전위를 초과하는 순방향 전압이 인가되면 전자는 P 영역으로, 정공은 N 영역으로 주입됩니다. 이들의 활성 영역에서의 재결합은 광자(빛) 형태로 에너지를 방출합니다. 회색 전면판은 주변광을 흡수하여 대비를 향상시키고, 흰색 세그먼트 아웃라인은 점등되지 않은 세그먼트에 대한 기준을 제공합니다.

12. 기술 동향과 발전

LTS-5701AKF와 같은 전통적인 7세그먼트 LED 디스플레이는 단순성, 신뢰성 및 비용 효율성으로 인해 특정 애플리케이션에서 여전히 매우 관련성이 높지만, 디스플레이 기술의 더 넓은 트렌드가 뚜렷합니다. 일반적으로 더 높은 통합도와 어드레싱 가능성으로의 전환이 이루어지고 있습니다. 여기에는 완전한 영숫자 및 그래픽 기능을 제공하는 도트 매트릭스 LED 디스플레이와 OLED의 확산이 포함됩니다. 통합 구동 솔루션(I2C 또는 SPI 제어 LED 드라이버 칩과 같은)이 표준화되어 마이크로컨트롤러 인터페이싱을 단순화하고 있습니다. 재료 측면에서 AlInGaP는 해당 색상 범위에 대해 성숙하고 효율적이지만, 효율성(루멘/와트), 색 재현성, 온도 및 수명에 따른 안정성 개선에 대한 연구가 지속되고 있습니다. 극도의 단순성, 견고성 및 특정 숫자 출력이 필요한 틈새 애플리케이션의 경우, 개별 7세그먼트 디스플레이는 계속해서 실행 가능하며 종종 최적의 솔루션이 될 것입니다. 이러한 부품의 트렌드는 가독성을 유지하면서 더 낮은 전력 소비, 더 높은 밝기 효율 및 잠재적으로 더 작은 폼 팩터를 향해 나아가고 있습니다.