LTC-5753JD-01 LED 디스플레이 데이터시트 - 0.56인치 디지트 높이 - 하이퍼 레드(650nm) - 2.6V 순방향 전압 - 70mW 소비 전력 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

LTC-5753JD-01은 선명하고 밝은 숫자 표시가 필요한 애플리케이션을 위해 설계된 고성능 4자리 7세그먼트 영숫자 디스플레이 모듈입니다. 이 장치의 주요 기능은 네 개의 개별 디지트에 걸쳐 숫자 데이터를 시각적으로 표현하는 것으로, 각 디지트는 개별적으로 어드레싱 가능한 7개의 LED 세그먼트와 소수점으로 구성됩니다. 계기판, 산업 제어 시스템, 테스트 장비, 소비자 가전 및 신뢰할 수 있는 다중 디지트 숫자 표시가 필수적인 모든 인터페이스에 통합되도록 설계되었습니다.

이 디스플레이의 핵심 장점은 하이퍼 레드 LED 칩에 AlInGaP(알루미늄 인듐 갈륨 포스파이드) 반도체 기술을 사용한다는 점입니다. 이 소재 시스템은 적색-주황색 스펙트럼에서 높은 효율과 우수한 발광 강도로 유명합니다. 디스플레이는 흰색 세그먼트가 있는 밝은 회색 전면을 특징으로 하여 다양한 조명 조건에서 대비와 가독성을 크게 향상시키며, 이는 "뛰어난 문자 외관"에 기여합니다. 이 장치는 발광 강도에 따라 분류되어 다중 장치 설치 시 일관된 시각적 성능을 위해 생산 배치 전반에 걸쳐 균일한 밝기 수준을 보장합니다.

2. 기술 사양 심층 분석

이 섹션에서는 데이터시트에 정의된 주요 기술 매개변수에 대한 상세하고 객관적인 분석을 제공하며, 설계 및 애플리케이션에 대한 그 중요성을 설명합니다.

2.1 광도 및 광학 특성

광학 성능은 디스플레이 기능의 핵심입니다. 주요 매개변수는 표준화된 테스트 조건(일반적으로 Ta=25°C)에서 측정됩니다.

• 평균 발광 강도 (I_V):순방향 전류(I_F) 1mA에서 최소 200 µcd부터 전형값 650 µcd까지의 범위를 가집니다. 이 매개변수는 CIE 명시응답 곡선에 근사하는 필터를 사용하여 점등된 세그먼트의 인간 눈에 인지되는 밝기를 정량화합니다. 높은 전형값은 우수한 가시성을 보장합니다.
• 최대 발광 파장 (λ_p):650 나노미터(nm). 이는 LED의 광 출력이 최대가 되는 파장입니다. "하이퍼 레드" 색상 특성을 정의합니다.
• 주 파장 (λ_d):639 nm. 이는 LED 빛의 인지된 색상을 인간의 눈에 가장 잘 일치시키는 단일 파장입니다. 발광 스펙트럼의 형태로 인해 최대 파장과 주 파장 사이의 차이는 LED의 일반적인 특성입니다.
• 스펙트럼 선 반치폭 (Δλ):20 nm. 이는 방출된 빛의 대역폭을 지정하며, 스펙트럼 파워 분포의 반치폭(FWHM)으로 측정됩니다. 20 nm의 값은 비교적 순수하고 포화된 빨간색을 나타냅니다.
• 발광 강도 매칭 비율 (I_V-m):최대 2:1. 이는 디스플레이 균일성을 위한 중요한 매개변수입니다. 동일한 조건(I_F=1mA)에서 구동될 때, 하나의 세그먼트의 발광 강도가 동일한 장치 내 다른 어떤 세그먼트의 발광 강도의 두 배를 초과해서는 안 된다고 지정합니다. 이는 한 디지트의 모든 세그먼트에 걸쳐 균형 잡힌 밝기를 보장합니다.

2.2 전기 및 열적 특성

이 매개변수들은 신뢰할 수 있고 안전한 사용을 위한 전기적 작동 한계와 조건을 정의합니다.

• 세그먼트당 순방향 전압 (V_F):전형적으로 2.6V, I_F=20mA에서 최대 2.6V. 이는 LED 세그먼트가 전류를 흘릴 때 양단에 걸리는 전압 강하입니다. 구동 단계의 전류 제한 회로 설계에 중요합니다.
• 세그먼트당 연속 순방향 전류 (I_F):25°C에서 최대 25 mA. 이는 열화 위험 없이 단일 세그먼트에 연속적으로 인가할 수 있는 최대 DC 전류입니다. 데이터시트는 25°C 이상에서 0.33 mA/°C의 디레이팅 계수를 지정하며, 이는 접합 온도를 관리하기 위해 주변 온도가 증가함에 따라 허용 최대 전류가 감소함을 의미합니다.
• 세그먼트당 피크 순방향 전류:최대 90 mA. 이는 1/10 듀티 사이클과 0.1ms 펄스 폭을 가진 펄스 조건에서만 허용됩니다. 이는 더 높은 순간 전류를 사용하여 인지된 밝기를 달성하면서 평균 소비 전력을 한계 내로 유지하는 멀티플렉싱 방식을 가능하게 합니다.
• 세그먼트당 역방향 전압 (V_R):최대 5 V. 이보다 높은 역바이어스 전압을 인가하면 LED 접합의 즉각적이고 치명적인 고장을 초래할 수 있습니다.
• 세그먼트당 역방향 전류 (I_R):V_R=5V에서 최대 100 µA. 이는 LED가 최대 정격 내에서 역바이어스될 때 흐르는 작은 누설 전류입니다.
• 세그먼트당 소비 전력 (P_D):최대 70 mW. 이는 단일 세그먼트에서 열로 소산될 수 있는 최대 전력입니다. 주로 I_F* V_F에 의해 결정되는 이 한계를 초과하면 과열 및 수명 단축으로 이어질 수 있습니다.

2.3 절대 최대 정격 및 환경 한계

이는 어떠한 상황에서도(순간적으로라도) 초과해서는 안 되는 스트레스 한계입니다. 이 정격을 초과하여 작동하면 영구적인 손상을 초래할 수 있습니다.

• 작동 온도 범위:-35°C ~ +85°C. 장치는 이 주변 온도 범위 내에서 기능이 보장되지만, 순방향 전류와 같은 전기적 매개변수는 고온에서 디레이팅이 필요할 수 있습니다.
• 보관 온도 범위:-35°C ~ +85°C. 장치는 이 범위 내에서 작동 없이 보관할 수 있습니다.
• 납땜 온도:최대 260°C, 최대 3초 동안, 장착 평면 아래 1.6mm(1/16인치) 지점에서 측정. 이는 LED 칩이나 패키지에 대한 열 손상을 방지하기 위해 웨이브 솔더링 또는 리플로우 공정에 중요합니다.

3. 빈닝 및 분류 시스템

데이터시트는 장치가 "발광 강도에 따라 분류됨"이라고 명시합니다. 이는 생산 빈닝 과정을 나타냅니다. 이 발췌문에서 특정 빈 코드는 제공되지 않지만, 이러한 디스플레이에 대한 일반적인 분류는 표준 테스트 전류(예: I_F=1mA)에서 측정된 발광 강도를 기반으로 유닛을 그룹화하는 것을 포함합니다. 이는 단일 제품에 대해 여러 디스플레이를 조달하는 설계자가 모든 유닛에 걸쳐 균일한 밝기를 달성할 수 있도록 보장하며, 이는 전문적인 외관의 최종 제품에 매우 중요합니다. 순방향 전압 및 주 파장과 같은 다른 주요 매개변수도 일관된 성능을 보장하기 위해 지정된 허용 오차 내에서 제어된다는 것이 암시됩니다.

4. 성능 곡선 분석

데이터시트는 "전형적인 전기/광학 특성 곡선"을 참조합니다. 특정 그래프는 제공된 텍스트에 상세히 설명되지 않았지만, 이러한 장치에 대한 표준 곡선은 일반적으로 다음을 포함합니다:

• 상대 발광 강도 대 순방향 전류 (I_Vvs. I_F):밝기가 전류와 함께 어떻게 증가하는지 보여주며, 일반적으로 고전류에서 가열 및 효율 저하로 인해 준선형 방식으로 증가합니다.
• 순방향 전압 대 순방향 전류 (V_Fvs. I_F):정전류 드라이버 설계에 중요한 다이오드의 지수적 I-V 특성을 보여줍니다.
• 상대 발광 강도 대 주변 온도 (I_Vvs. T_a):LED 출력이 접합 온도 상승에 따라 어떻게 감소하는지 설명하며, 열 관리의 중요성을 강조합니다.
• 스펙트럼 파워 분포:650nm 피크를 중심으로 파장 스펙트럼 전반에 걸쳐 방출되는 빛의 강도를 보여주는 그래프입니다.

이러한 곡선을 통해 설계자는 비표준 작동 조건에서의 성능을 예측하고 효율성과 수명을 위해 구동 회로를 최적화할 수 있습니다.

5. 기계적 및 패키징 정보

5.1 물리적 치수 및 외형

패키지 도면이 참조됩니다. 표준 4자리 0.56인치 디스플레이의 주요 특징에는 나란히 배열된 네 개의 디지트를 수용하는 전체 모듈 크기, 표준 DIP(듀얼 인라인 패키지) 소켓 또는 PCB 풋프린트와 호환되는 핀 간격, 그리고 14.2 mm의 세그먼트 높이가 포함됩니다. "연속 균일 세그먼트" 기능은 단일 성형 전면판으로 달성되는 경우가 많은 디지트 간의 매끄러운 외관을 시사합니다. 치수 허용 오차는 달리 명시되지 않는 한 일반적으로 ±0.25 mm입니다.

5.2 핀 연결 및 회로도

이 장치는 12핀 구성을 가집니다. 이는공통 캐소드멀티플렉싱 아키텍처를 활용합니다. 이는 특정 디지트에 대한 모든 LED의 캐소드(음극)가 내부적으로 함께 연결되고, 각 세그먼트 유형(A-G, DP)의 애노드(양극)는 모든 디지트에서 공유됨을 의미합니다.

• 핀 6, 8, 9, 12:이는 각각 디지트 4, 디지트 3, 디지트 2, 디지트 1의 공통 캐소드 핀입니다.
• 핀 1, 2, 3, 4, 5, 7, 10, 11:이는 각각 세그먼트 E, D, DP, C, G, B, F, A의 애노드 핀입니다.

내부 회로도는 애노드가 세그먼트 라인에 연결되고 캐소드가 각 디지트 라인에 연결된 네 세트의 7개 LED(및 DP) 배열을 보여줄 것입니다. 이 구조는 멀티플렉싱 구동 기술의 기본입니다.

6. 납땜 및 조립 지침

지정된 납땜 프로파일을 준수하는 것은 신뢰성에 있어 필수적입니다. 납땜 온도의 절대 최대 정격은 3초 동안 260°C입니다. 실제로는 안전 마진을 제공하기 위해 최대 온도(예: 250°C)보다 약간 낮은 피크 온도를 가진 무연 리플로우 프로파일을 권장합니다. 측정 지점(장착 평면 아래 1.6mm)은 패키지 리드의 온도를 나타내며 반드시 리플로우 오븐의 열풍 온도는 아니므로 중요합니다. 고온에 장시간 노출되면 내부 와이어 본드가 손상되거나 LED 에폭시가 열화되거나 박리가 발생할 수 있습니다. 솔더링 아이언을 사용한 수동 납땜은 신속하게 수행하고 PCB 패드에 적절한 열 완화 조치를 취해야 합니다. 조립 중에는 항상 적절한 ESD(정전기 방전) 처리 절차를 따라야 합니다.

7. 애플리케이션 제안

7.1 대표적인 애플리케이션 회로

LTC-5753JD-01은멀티플렉싱(다중화) 동작을 위해 설계되었습니다. 일반적인 구동 회로는 마이크로컨트롤러나 전용 디스플레이 드라이버 IC(예: MAX7219, TM1637)를 포함합니다. 드라이버는 해당 디지트에 대한 올바른 세그먼트 애노드 전압 패턴(전류 제한 저항을 통해)을 인가하면서 한 번에 하나의 디지트 캐소드를 순차적으로 활성화(접지로 전류를 싱크)합니다. 이 사이클은 높은 주파수(일반적으로 >100Hz)로 반복되며, 시각 잔상을 이용하여 네 디지트 모두가 지속적으로 점등되는 것처럼 보이게 합니다. 이 방법은 필요한 드라이버 핀 수를 36개(4디지트 * 9세그먼트)에서 단 12개(8세그먼트 + 4디지트)로 크게 줄입니다.

7.2 설계 고려사항 및 모범 사례

• 전류 제한 저항:각 세그먼트 애노드 라인에 필수적입니다. 저항 값은 공급 전압(V_CC), LED 순방향 전압(V_F), 그리고 원하는 세그먼트 전류(I_F)를 기반으로 계산됩니다. 공식: R = (V_CC- V_F) / I_F. 멀티플렉싱의 경우, I_F는피크전류이지 평균 전류가 아닙니다.
• 멀티플렉싱 주파수 및 듀티 사이클:가시적인 깜빡임을 피하기에 충분히 높은 주파수(일반적으로 >60-100 Hz)가 필요합니다. 4자리 멀티플렉싱에서 각 디지트의 듀티 사이클은 1/4(25%)입니다. 전류 I에서 정적으로 구동된 LED와 동일한 인지된 밝기를 달성하려면 활성 시간 슬롯 동안의 피크 전류가 대략 4I여야 합니다. 이는 피크 전류 정격(90mA)에 대해 확인해야 합니다.
• 전원 공급 디커플링:멀티플렉싱의 펄스 전류 요구를 평활화하기 위해 디스플레이 모듈의 전원 핀 가까이에 0.1µF 세라믹 커패시터를 배치하십시오.
• 시야각:"넓은 시야각" 기능은 디스플레이가 축외 위치에서 볼 수 있는 애플리케이션에 유리합니다. PCB 장착은 의도된 사용자의 시선을 고려해야 합니다.

8. 기술 비교 및 차별화

표준 GaAsP 또는 GaP 적색 LED와 같은 오래된 기술과 비교하여, AlInGaP 하이퍼 레드 LED는 훨씬 더 높은 발광 효율을 제공하여 동일한 구동 전류에서 더 큰 밝기를 제공하거나 동일한 밝기에서 더 낮은 전력 소비를 가능하게 합니다. 650nm 파장은 생생하고 깊은 빨간색을 제공합니다. 공통 애노드 구성과 비교하여, 공통 캐소드 구성은 전류를 소싱하는 것보다 싱크(접지로)하는 데 더 능숙한 현대 마이크로컨트롤러와 인터페이스하기에 종종 더 편리합니다. 0.56인치 디지트 높이는 중간 거리 관찰에 적합한 범주에 위치시키며, 소형 SMD 디스플레이보다 크지만 대형 패널 장착 유닛보다는 작습니다.

9. 자주 묻는 질문 (FAQ)

Q: 멀티플렉싱 없이 일정한 DC 전압으로 이 디스플레이를 구동할 수 있나요?

A: 기술적으로는 가능하지만 매우 비효율적이며 많은 수의 I/O 핀(디지트당 세그먼트당 하나씩)이 필요합니다. 멀티플렉싱은 의도된 최적의 작동 방법입니다.

Q: 피크 전류 정격이 연속 전류 정격보다 훨씬 높은 이유는 무엇인가요?

A: 이는 열적 한계 때문입니다. 짧은 펄스 동안에는 LED 접합이 상당히 가열될 시간이 없어 최대 접합 온도를 초과하지 않고 더 높은 순간 전류를 허용합니다. 이 특성은 멀티플렉싱에서 활용됩니다.

Q: 발광 강도 매칭 비율의 목적은 무엇인가요?

A: 시각적 균일성을 보장합니다. 이 사양이 없으면 동일한 디지트에서 한 세그먼트(예: 세그먼트 A)가 다른 세그먼트(예: 세그먼트 D)보다 눈에 띄게 더 밝거나 어두울 수 있어 고르지 않고 비전문적인 외관을 만듭니다.

Q: 평균 전력 소비는 어떻게 계산하나요?

A: 멀티플렉싱 디스플레이의 경우, 점등 시 한 세그먼트의 전력(I_{F_peak}* V_F)을 계산한 후, 일반적인 디지트에서 점등된 세그먼트 수(예: "8"의 경우 7)를 곱하고, 듀티 사이클(4자리 멀티플렉싱의 경우 1/4)을 곱합니다. 이렇게 하면 한 디지트의 평균 전력이 나옵니다. 전체 모듈 전력에 대해서는 4를 곱하십시오. 드라이버 IC 자체의 소비 전력을 포함하는 것을 잊지 마십시오.

10. 동작 원리

이 장치는 반도체 p-n 접합에서의 전계발광 원리에 따라 작동합니다. AlInGaP LED 세그먼트 양단에 다이오드의 턴온 전압(약 2.1-2.6V)을 초과하는 순방향 바이어스 전압이 인가되면, 전자와 정공이 활성 영역으로 주입되어 재결합합니다. 이 재결합 과정은 AlInGaP 소재 밴드갭의 특성인 파장(하이퍼 레드 영역, ~650nm)을 가진 광자(빛) 형태로 에너지를 방출합니다. 내부 회로는 매트릭스(디지트당 공통 캐소드, 세그먼트 유형당 공통 애노드)로 배열되어 시분할 멀티플렉싱을 가능하게 하며, 이는 어느 순간에 하나의 디지트만 전기적으로 활성화되지만 빠른 순차적 스캐닝으로 인해 모두 점등된 것처럼 보이게 합니다.

11. 산업 동향 및 트렌드

LTC-5753JD-01과 같은 디스플레이는 성숙하고 신뢰할 수 있는 기술을 대표합니다. OLED 및 고해상도 도트 매트릭스 LCD와 같은 새로운 디스플레이 기술이 그래픽 및 사용자 정의 글꼴에 더 많은 유연성을 제공하지만, 7세그먼트 LED 디스플레이는 극도의 신뢰성, 높은 밝기, 넓은 시야각, 낮은 비용 및 단순성을 우선시하는 애플리케이션, 특히 산업, 자동차 및 실외 환경에서 여전히 지배적입니다. 이 분야 내 트렌드는 더 높은 효율성(와트당 더 많은 루멘)을 통해 더 낮은 전력 소비와 발열 감소를 가능하게 하는 방향, 그리고 자동화 조립을 위한 표면 실장 장치(SMD) 패키지로의 전환입니다. 하지만 이러한 스루홀 패키지는 프로토타이핑, 수리 및 특정 내구성 애플리케이션에서 여전히 인기가 있습니다. 오래된 GaAsP보다 AlInGaP와 같은 고급 반도체 소재의 사용은 이러한 효율 중심 트렌드의 직접적인 결과입니다.