LTC-4727JD LED 디스플레이 데이터시트 - 0.4인치 자릿수 높이 - 하이퍼 레드 (650nm) - 2.6V 순방향 전압 - 70mW 소비 전력 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

LTC-4727JD는 선명하고 밝은 숫자 표시가 필요한 응용 분야를 위해 설계된 4자리 7세그먼트 영숫자 디스플레이 모듈입니다. 이 장치의 주요 기능은 개별적으로 주소 지정 가능한 세그먼트를 통해 수치 데이터를 시각적으로 표현하는 것입니다. 이 장치는 불투명한 GaAs 기판 위에 장착된 고급 AlInGaP(알루미늄 인듐 갈륨 포스파이드) LED 칩을 사용하여 제작되었습니다. 이 소재 선택은 장치의 성능에 매우 중요합니다. 왜냐하면 AlInGaP 반도체는 적색에서 호박색 스펙트럼 영역에서 높은 효율과 우수한 발광 출력으로 유명하기 때문입니다. 시각적 표현은 흰색 세그먼트 표시가 있는 회색 전면 패널을 특징으로 하여 다양한 조명 조건에서 최적의 가독성을 위한 높은 대비를 제공합니다.

이 디스플레이의 핵심 장점은 진공 형광 또는 백열 디스플레이와 같은 구형 기술에 비해 상당히 긴 작동 수명을 제공하는 LED 기술에서 비롯된 고체 상태 신뢰성에 있습니다. 이 제품은 광도에 따라 분류되어, 일관된 밝기 수준을 보장하기 위해 단위가 분류 및 테스트됩니다. 패키지는 무연 제조 요구 사항을 준수합니다. 디스플레이 설계는 우수한 문자 외관, 높은 밝기 및 넓은 시야각을 우선시하여, 다각도에서 가독성이 필수적인 소비자 및 산업용 인터페이스 모두에 적합합니다.

1.1 기술 파라미터 심층 객관적 해석

1.1.1 광도 및 광학 특성

광학 성능은 주변 온도(Ta) 25°C의 표준 테스트 조건에서 정의됩니다. 주요 파라미터인 평균 광도(Iv)는 순방향 전류(IF) 1mA로 구동될 때 최소 200µcd에서 최대 650µcd까지의 지정된 범위를 가집니다. 이 범위는 실제 출력에 따라 장치를 분류하는 생산 빈닝 프로세스를 나타냅니다. 전형적인 값은 설계 계산을 위한 중심 참조점 역할을 합니다. 유사 광 영역에 대한 광도 매칭 비율은 최대 2:1로 지정되어, 모든 세그먼트와 자릿수에서 균일한 밝기를 보장하고 얼룩덜룩하거나 고르지 않은 외관을 방지하는 데 중요합니다.

색상 특성은 파장으로 정의됩니다. 최대 발광 파장(λp)은 전형적으로 650 나노미터(nm)로, 스펙트럼의 하이퍼 레드 영역에 출력을 위치시킵니다. 주 파장(λd)은 639 nm로 지정됩니다. 차이점을 이해하는 것이 중요합니다: 최대 파장은 최대 스펙트럼 전력 지점인 반면, 주 파장은 인간의 눈이 인지하는 단일 파장 색상입니다. 스펙트럼 선 반치폭(Δλ)은 20 nm로, 방출되는 빛의 좁은 대역폭을 나타내며, 이는 순수하고 포화된 빨간색에 기여합니다.

1.1.2 전기적 파라미터

전기적 특성은 장치의 작동 경계와 조건을 정의합니다. 절대 최대 정격은 영구적 손상이 발생할 수 있는 한계를 설정합니다. 세그먼트당 연속 순방향 전류는 25 mA로 정격되어 있습니다. 25°C부터 선형적으로 적용되는 0.33 mA/°C의 디레이팅 계수가 적용됩니다. 이는 주변 온도가 증가함에 따라 최대 안전 연속 전류가 감소한다는 것을 의미합니다. 이는 열 관리에 대한 중요한 설계 고려 사항입니다. 펄스 작동의 경우, 특정 조건(1/10 듀티 사이클 및 0.1ms 펄스 폭)에서 90 mA의 더 높은 피크 순방향 전류가 허용됩니다. 이는 평균 전력을 낮게 유지하면서 인지된 밝기를 달성하기 위해 더 높은 순간 전류를 사용할 수 있는 멀티플렉싱 방식을 가능하게 합니다.

세그먼트당 순방향 전압(VF)은 IF=20mA에서 2.1V에서 2.6V까지의 범위를 가집니다. 이 파라미터는 일반적으로 저항 또는 정전류 드라이버인 전류 제한 회로를 설계하는 데 필수적입니다. 역방향 전압(VR) 정격은 5V이며, 이 전압에서의 역방향 전류(IR)는 최대 100µA로, 오프 상태에서 다이오드의 누설 특성을 나타냅니다. 세그먼트당 소비 전력은 70 mW로 제한되며, 이는 응용 분야의 열 설계와 직접적으로 관련이 있습니다.

1.1.3 열 및 환경 사양

이 장치는 -35°C에서 +105°C의 작동 온도 범위로 정격되어 있습니다. 이 넓은 범위는 산업 제어 및 자동차 내장(비중요 영역)을 포함한 가혹한 환경의 응용 분야에 적합하게 만듭니다. 동일한 저장 온도 범위는 전원이 공급되지 않을 때 장치가 이러한 극한 조건을 견딜 수 있도록 보장합니다. 솔더 리플로우 조건이 명시적으로 명시되어 있습니다: 부품은 260°C에서 3초 동안 견딜 수 있으며, 이는 착석 평면 아래 1/16인치(약 1.59 mm)에서 측정됩니다. 이 정보는 솔더링 중 열 손상을 방지하기 위한 PCB 조립 공정에 매우 중요합니다.

1.2 빈닝 시스템 설명

데이터시트는 장치가 "광도에 따라 분류됨"이라고 표시합니다. 이는 제조된 유닛이 표준 테스트 전류(아마도 1mA 또는 20mA)에서 측정된 광 출력에 따라 그룹(빈)으로 테스트 및 분류되는 빈닝 프로세스를 의미합니다. 설계자는 단일 제품 내 여러 디스플레이에서 밝기의 일관성을 보장하기 위해 빈을 선택할 수 있습니다. 이 문서에서 빈 코드가 명시적으로 상세히 설명되지는 않았지만, 이러한 시스템은 균일한 시각적 성능이 필요한 응용 분야에 중요한 보장된 최소 또는 전형적인 광도를 가진 부품의 조달을 허용합니다.

1.3 성능 곡선 분석

데이터시트는 단일 지점 사양 이상의 장치 동작을 이해하는 데 필수적인 도구인 "전형적인 전기/광학 특성 곡선"을 참조합니다. 제공된 텍스트에서 특정 곡선이 상세히 설명되지는 않았지만, 이러한 장치에 대한 전형적인 곡선은 다음과 같을 것입니다:

• 상대 광도 대 순방향 전류(I-V 곡선):이 곡선은 빛 출력이 전류와 함께 어떻게 증가하는지 보여줍니다. 일반적으로 비선형이며, 열 효과로 인해 매우 높은 전류에서 효율이 떨어지는 경우가 많습니다.
• 순방향 전압 대 순방향 전류:이것은 다이오드의 IV 특성을 보여주며, 전압 강하 및 전원 공급 요구 사항을 계산하는 데 중요합니다.
• 상대 광도 대 주변 온도:이 곡선은 접합 온도가 상승함에 따라 LED 출력이 감소하는 열 소광 효과를 보여줍니다. 이를 이해하는 것은 높은 주변 온도에서 작동하는 설계의 핵심입니다.
• 스펙트럼 분포:지정된 20nm 반치폭을 가진 650nm 최대치를 중심으로 파장에 걸친 상대 전력을 보여주는 그래프입니다.

이러한 곡선을 통해 설계자는 밝기, 효율 및 수명의 균형을 맞추기 위해 구동 조건을 최적화할 수 있습니다.

2. 기계적 및 패키징 정보

2.1 치수 및 외형도

패키지 도면은 중요한 기계적 데이터를 제공합니다. 모든 주요 치수는 밀리미터로 지정됩니다. 특정 특징 노트에 달리 명시되지 않는 한, 이러한 치수의 표준 공차는 ±0.25 mm입니다. 중요한 노트는 핀 끝 변위 공차를 +0.4 mm로 지정하며, 이는 성형 공정 중 리드의 잠재적 미세 정렬 불량을 설명하여 PCB 구멍 배치 또는 소켓 설계에 영향을 미칩니다. 전체 크기는 0.4인치(10.0 mm) 자릿수 높이에 의해 결정되며, 이는 단일 숫자 문자의 물리적 높이를 나타냅니다.

2.2 핀아웃 및 연결도

이 장치는 16핀 구성을 가지고 있지만, 모든 위치가 채워지거나 연결된 것은 아닙니다. 이 장치는멀티플렉스 커먼 캐소드디스플레이로 구성됩니다. 이 아키텍처는 그 작동의 기본입니다:

• 커먼 캐소드:핀 1, 2, 4, 6 및 8은 각각 자릿수 1, 자릿수 2, 세그먼트 그룹(L1, L2, L3), 자릿수 3 및 자릿수 4에 대한 커먼 캐소드 연결입니다. 멀티플렉싱 방식에서, 이러한 캐소드는 활성화할 자릿수를 선택하기 위해 순차적으로 접지로 스위칭됩니다.
• 세그먼트 애노드:핀 3, 5, 7, 11, 13, 14, 15 및 16은 개별 세그먼트(A, B, C, D, E, F, G, DP) 및 일부 콜론/구두점 세그먼트(L1, L2, L3)에 대한 애노드 연결입니다. 적절한 애노드가 하이(전류 제한 저항을 통해)로 구동되어 현재 선택된 자릿수의 특정 세그먼트를 발광시킵니다.
• 내부 회로도는 이러한 애노드와 캐소드의 상호 연결을 보여주며, 정적 구동이 필요로 하는 36개 이상의 라인 대신 단 13개의 유효 신호 라인으로 4자리와 소수점/콜론을 제어할 수 있는 매트릭스를 형성합니다.

3. 솔더링 및 조립 지침

절대 최대 정격 섹션은 주요 솔더링 파라미터를 제공합니다: 장치는 솔더 온도 260°C에서 3초 동안 견딜 수 있으며, 이는 착석 평면 아래 1.59mm(1/16인치) 지점에서 측정됩니다. 이는 표준 리플로우 프로파일 참조입니다. 핸드 솔더링의 경우, 국부 과열을 방지하기 위해 더 낮은 온도와 더 짧은 접촉 시간을 사용해야 합니다. 조립 공정의 어떤 부분에서도 LED 패키지 자체의 온도가 최대 저장 온도 정격을 초과하지 않도록 하는 것이 매우 중요합니다. LED 칩은 정전기에 민감하므로 적절한 ESD(정전기 방전) 처리 절차를 따라야 합니다.

4. 응용 제안

4.1 전형적인 응용 시나리오

이 디스플레이는 컴팩트하고 신뢰할 수 있으며 밝은 숫자 표시가 필요한 응용 분야에 이상적입니다. 일반적인 용도는 다음과 같습니다:

• 테스트 및 측정 장비:디지털 멀티미터, 주파수 카운터, 전원 공급 장치.
• 산업 제어:온도, 압력, RPM, 카운트 디스플레이용 패널 미터.
• 소비자 가전:오디오 장비(앰프 볼륨/디스플레이), 주방 가전, 시계.
• 자동차 애프터마켓:계기 및 디스플레이 모듈(환경 사양이 적합한 경우).

4.2 설계 고려 사항 및 회로 구현

이 디스플레이를 구동하려면 전용 디스플레이 드라이버 IC(MAX7219 또는 TM1637와 같은) 또는 충분한 I/O 핀과 소프트웨어가 있는 마이크로컨트롤러인 멀티플렉싱 컨트롤러가 필요합니다. 설계는 다음을 고려해야 합니다:

• 전류 제한:순방향 전류를 설정하기 위해 각 세그먼트 애노드(또는 정전류 드라이버를 사용하는 경우 애노드 세트)와 직렬로 저항을 배치해야 합니다. 값은 R = (Vcc - VF) / IF를 사용하여 계산됩니다. 최대 VF 2.6V, 목표 IF 10mA의 5V 공급 전압을 사용하면 R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 옴입니다.
• 멀티플렉싱 주파수:리프레시 속도는 가시적인 깜빡임을 피할 수 있을 만큼 충분히 높아야 하며, 일반적으로 자릿수당 60-100 Hz 이상입니다. 4자리의 경우 스캐닝 주파수는 240-400 Hz가 필요합니다.
• 피크 전류 대 평균 전류:원하는 평균 밝기를 달성하기 위해 짧은 ON 시간 동안 피크 전류를 더 높게 할 수 있습니다. 듀티 사이클이 1/4(4자리용)인 경우, 20mA의 피크 전류는 세그먼트당 5mA의 평균 전류를 산출하여 연속 정격 내에 머무릅니다.
• 열 방산:특히 높은 주변 온도에서 세그먼트당 평균 소비 전력(IF * VF * 듀티 사이클)이 70mW를 초과하지 않도록 하십시오.

5. 기술 비교 및 차별화

LTC-4727JD는 GaAs 기판 위에 AlInGaP 기술을 사용함으로써 차별화됩니다. 구형 GaP(갈륨 포스파이드) 적색 LED와 비교할 때, AlInGaP는 상당히 높은 발광 효율을 제공하여 동일한 전류에서 더 밝은 디스플레이 또는 동일한 밝기에서 더 낮은 전력 소비를 가능하게 합니다. 불투명한 기판은 내부 빛 산란을 방지하여 대비를 향상시키는 데 도움이 됩니다. "연속 균일 세그먼트" 기능은 세그먼트 내 간격이나 고르지 않은 조명을 방지하는 고품질 다이 및 렌즈 설계를 나타냅니다. 무연 패키지는 현대 환경 규정(RoHS) 준수를 보장합니다.

6. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q: 최대 파장과 주 파장의 차이점은 무엇입니까?

A: 최대 파장은 LED의 최대 스펙트럼 전력 출력의 물리적 지점입니다. 주 파장은 전체 스펙트럼에서 계산된 인간의 눈이 인지하는 색상 지점입니다. 이들은 종종 약간 다릅니다.

Q: 3.3V 마이크로컨트롤러로 이 디스플레이를 구동할 수 있습니까?

A: 예, 하지만 순방향 전압을 확인해야 합니다. 최대 VF 2.6V의 경우 전류 제한 저항을 위한 여유 전압이 0.7V(3.3V - 2.6V)밖에 없습니다. 이 작은 전압 강하는 전류를 VF 변화에 더 민감하게 만듭니다. 3.3V 시스템에는 정전류 드라이버를 권장하거나, 더 낮은 목표 전류를 사용하십시오.

Q: 순방향 전류에 디레이팅 계수가 있는 이유는 무엇입니까?

A: LED는 반도체 접합에서 열을 발생시킵니다. 주변 온도가 상승함에 따라 주어진 소비 전력에 대해 접합 온도가 증가합니다. 디레이팅 계수는 접합 온도가 최대 정격을 초과하여 수명을 급격히 단축하거나 고장을 일으키는 것을 방지하기 위해 허용되는 최대 전류를 낮춥니다.

Q: "멀티플렉스 커먼 캐소드"가 내 드라이버 회로에 무엇을 의미합니까?

A: 이는 커먼 캐소드 핀을 접지(로우)에 연결하여 한 번에 하나의 자릿수를 켠다는 것을 의미합니다. 그런 다음 해당 자릿수에 원하는 패턴에 대해 세그먼트 애노드 핀에 전압을 인가합니다. 모든 자릿수를 빠르게 순환시킵니다. 인간의 눈은 빛을 통합하여 모든 자릿수가 지속적으로 켜져 있는 것처럼 보이게 합니다.

7. 실제 구현 사례 연구

마이크로컨트롤러와 이 디스플레이를 사용하여 간단한 4자리 전압계를 설계하는 것을 고려해 보십시오. 마이크로컨트롤러의 ADC는 전압을 읽고, 숫자로 변환하고, 디스플레이를 구동합니다. 마이크로컨트롤러는 전류 제한 저항을 통해 세그먼트 애노드(A-G, DP)에 연결된 8개의 I/O 핀을 가질 것입니다. 4개의 추가 I/O 핀은 4개의 자릿수 캐소드 핀(1, 2, 6, 8)에서 전류를 싱크하는 NPN 트랜지스터(또는 트랜지스터 어레이 IC 사용)를 제어할 것입니다. 핀 4(콜론용 커먼 캐소드)는 콜론이 항상 켜져 있는 경우 접지에 연결하거나 별도로 제어할 수 있습니다. 펌웨어는 디스플레이를 새로 고치기 위한 타이머 인터럽트를 구현할 것입니다. 인터럽트 루틴에서 모든 자릿수 캐소드를 끄고, 다음 자릿수에 대한 세그먼트 패턴을 애노드 포트에 출력한 다음, 해당 자릿수의 캐소드를 켤 것입니다. 이 과정은 각 자릿수에 대해 반복되어 안정적이고 깜빡임 없는 표시를 생성합니다.

8. 작동 원리 소개

기본 작동 원리는 반도체 P-N 접합의 전계 발광을 기반으로 합니다. 다이오드의 문턱값을 초과하는 순방향 전압이 인가되면, N형 AlInGaP 영역의 전자가 P형 영역의 정공과 재결합합니다. 이 재결합 사건은 광자(빛) 형태로 에너지를 방출합니다. 650 nm(적색)의 특정 파장은 결정 성장 공정 중에 설계된 AlInGaP 반도체 소재의 밴드갭 에너지에 의해 결정됩니다. 불투명한 GaAs 기판은 아래쪽으로 방출되는 빛을 흡수하여 대비를 향상시킵니다. 개별 세그먼트는 여러 LED 칩 또는 패턴화된 애노드를 가진 단일 칩으로 형성되며, 내부적으로 패키지 핀에 배선됩니다. 멀티플렉싱 방식은 인간의 눈의 시각 잔상 효과를 이용하여 필요한 제어 라인 수를 줄이는 전기적 기술입니다.

9. 기술 동향

AlInGaP가 적색 및 호박색 LED를 위한 고성능 기술로 남아 있는 동안, 더 넓은 디스플레이 산업 동향이 이러한 구성 요소에 영향을 미칩니다. 더 높은 효율(와트당 더 많은 루멘)을 지속적으로 추구하여 더 낮은 전력 또는 감소된 열 발생으로 더 밝은 디스플레이를 가능하게 합니다. 소형화는 또 다른 동향이지만, 자릿수 높이는 종종 가독성 요구 사항에 의해 제한됩니다. 통합은 중요한 동향입니다. 현대 디스플레이 모듈은 종종 드라이버 IC, 컨트롤러 및 때로는 마이크로컨트롤러까지 동일한 패키지 내에 포함하여 인터페이스를 간단한 직렬 버스(I2C 또는 SPI)로 단순화합니다. 그러나 LTC-4727JD와 같은 개별 디스플레이는 비용에 민감한 설계, 맞춤형 레이아웃 또는 제어 전자 장치가 중앙 집중화된 응용 분야에 여전히 중요합니다. 글로벌 환경 규정을 준수하는 무연 및 무할로겐 소재로의 이동은 이제 표준입니다. 미래 발전은 새로운 기판 소재 또는 칩 설계로부터 더 많은 효율 향상을 볼 수 있지만, 핵심 멀티플렉싱 7세그먼트 아키텍처는 숫자 표시 요구 사항을 위한 신뢰할 수 있고 비용 효율적인 솔루션으로 남아 있을 것입니다.