ELS-2326SURWA/S530-A3 세븐 세그먼트 디스플레이 데이터시트 - 57.0mm 디지트 높이 - 2.0V 순방향 전압 - 선명한 적색 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

ELS-2326SURWA/S530-A3는 다양한 조명 조건에서 선명하고 신뢰할 수 있는 숫자 표시가 필요한 애플리케이션을 위해 설계된 스루홀 장착식 세븐 세그먼트 영숫자 디스플레이입니다. 이 장치는 내구성과 일관된 성능으로 유명한 산업 표준 부품군에 속합니다.

1.1 핵심 특징 및 장점

이 디스플레이 모듈의 주요 장점은 그 설계와 재료 선택에서 비롯됩니다. 표준 산업용 풋프린트를 특징으로 하여 유사 부품용으로 설계된 기존 PCB 레이아웃 및 소켓과의 호환성을 보장합니다. 주요 이점은 낮은 전력 소비로, 이는 배터리 구동 또는 에너지 민감 애플리케이션에 적합하게 만듭니다. 이 장치는 무연(Pb-free) 재료를 사용하여 제작되었으며 RoHS 지침을 완전히 준수하여 현대적인 환경 및 규제 요구 사항을 충족시킵니다. 세그먼트는 흰색이며 회색 표면에 배치되어 높은 명암비를 제공하여 가독성을 향상시킵니다.

1.2 목표 시장 및 포지셔닝

이 디스플레이는 비용 효율적이고 신뢰성에 중점을 둔 애플리케이션에서 사용되도록 포지셔닝되어 있으며, 여기서는 선명한 숫자 표시가 가장 중요합니다. 그 설계는 특수 부품이 필요한 극한 조건보다는 표준 작동 환경에서의 장기적인 성능을 우선시합니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

ELS-2326SURWA/S530-A3의 성능은 설계자가 성공적인 구현을 위해 고려해야 하는 일련의 전기적, 광학적 및 열적 파라미터에 의해 정의됩니다.

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 응력 한계를 정의합니다. 정상 작동을 위한 것이 아닙니다.

• 역방향 전압 (V_R):5 V. 역방향 바이어스에서 이 전압을 초과하면 접합 파괴가 발생할 수 있습니다.
• 연속 순방향 전류 (I_F):25 mA. 이는 각 세그먼트에 연속적으로 인가할 수 있는 최대 DC 전류입니다.
• 피크 순방향 전류 (I_FP):60 mA. 이는 펄스 조건(듀티 사이클 ≤ 10%, 주파수 ≤ 1 kHz)에서만 허용되며 DC 작동에는 사용해서는 안 됩니다.
• 전력 소산 (P_d):60 mW. 열로 소산될 수 있는 최대 전력으로, 순방향 전압(V_F) × 순방향 전류(I_F)로 계산됩니다.
• 작동 온도 (T_opr):-40°C ~ +85°C. 장치가 정상적으로 작동하도록 규정된 주변 온도 범위입니다.
• 보관 온도 (T_stg):-40°C ~ +100°C.
• 솔더링 온도 (T_sol):최대 5초 동안 260°C. 이는 웨이브 또는 핸드 솔더링 공정에서 에폭시 수지 및 내부 본딩에 대한 열 손상을 방지하기 위해 중요합니다.

2.2 전기-광학 특성

표준 접합 온도(T_a= 25°C)에서 측정된 이 파라미터들은 정상 작동 조건에서 장치의 광 출력 및 전기적 거동을 정의합니다.

• 광도 (I_v):I_F= 10 mA에서 15 mcd (최소), 34 mcd (전형). 이는 세그먼트당 평균 광 출력입니다. 이 값에는 ±10%의 허용 오차가 적용되어, 장치가 측정된 광도에 따라 빈닝(binning) 또는 분류됩니다.
• 피크 파장 (λ_p):632 nm (전형). 스펙트럼 방출이 가장 강한 파장입니다. 이는 인지되는 색상(선명한 적색)에 대한 핵심 파라미터입니다.
• 주 파장 (λ_d):624 nm (전형). 빛의 인지되는 색상과 가장 잘 일치하는 단일 파장으로, 피크 파장과 약간 다를 수 있습니다.
• 스펙트럼 대역폭 (Δλ):20 nm (전형). 방출되는 파장의 범위로, 피크 강도의 절반(반치폭)에서 측정됩니다. 더 좁은 대역폭은 스펙트럼적으로 더 순수한 색상을 나타냅니다.
• 순방향 전압 (V_F):I_F= 20 mA에서 2.0 V (전형), 2.4 V (최대). 이는 LED가 작동할 때 걸리는 전압 강하입니다. 구동 회로는 충분한 전압을 제공하도록 설계되어야 합니다. ±0.1V의 허용 오차가 지정되어 있습니다.
• 역방향 전류 (I_R):V_R= 5 V에서 100 µA (최대). 이는 장치가 최대 정격 내에서 역방향 바이어스될 때 흐르는 작은 누설 전류입니다.

3. 빈닝 및 분류 시스템

데이터시트는 장치가"광도에 따라 분류됨"이라고 표시합니다. 이는 LED 제조에서 일반적인 관행인 "빈닝(binning)"을 의미합니다.

3.1 광도 빈닝

반도체 에피택셜 성장 및 제조 공정의 고유한 변동으로 인해 LED의 광 출력은 달라질 수 있습니다. 최종 사용자에게 일관성을 보장하기 위해 제조사는 측정된 광도에 따라 LED를 테스트하고 그룹(빈)으로 분류합니다. ELS-2326SURWA/S530-A3는 전형적으로 34 mcd, 최소 15 mcd의 광도를 가집니다. 구매된 장치는 특정 광도 범위(빈) 내에 속하게 되며, 이는 단일 생산 로트 또는 주문 내에서 일관되어야 합니다. 라벨 설명에는 "CAT: 광도 등급"이 포함되어 이 관행을 확인시켜 줍니다.

3.2 순방향 전압 일관성

명시적으로 빈닝 파라미터로 설명되지는 않았지만, 순방향 전압에 대한 엄격한 허용 오차(±0.1V)는 세심한 공정 제어를 시사합니다. 일관된 V_F는 간단한 직렬 저항 전류 제한 회로 설계에 중요합니다. 왜냐하면 공통 전압원에서 구동될 때 세그먼트 간의 밝기 변동을 최소화하기 때문입니다.

4. 성능 곡선 분석

그래픽 데이터는 파라미터가 작동 조건에 따라 어떻게 변화하는지에 대한 통찰력을 제공합니다.

4.1 스펙트럼 분포

스펙트럼 곡선은 서로 다른 파장에 걸쳐 방출되는 빛의 상대적 강도를 보여줍니다. 이 AlGaInP 기반 장치의 경우, 곡선은 632 nm(피크)를 중심으로 하며 전형적인 대역폭은 20 nm입니다. 이 곡선은 다른 색상 대역에서의 유의미한 방출 없이 단색의 "선명한 적색" 색상을 확인시켜 줍니다.

4.2 순방향 전류 대 순방향 전압 (I-V 곡선)

이 곡선은 반도체 다이오드에서 전류와 전압 사이의 비선형 관계를 설명합니다. LED의 경우, 턴온 문턱값(~1.8V)을 넘어서는 작은 전압 증가는 전류의 크고 지수적인 증가를 유발합니다. 이것이 LED가 열 폭주 및 파괴를 방지하기 위해 정전압원이 아닌 전류 제한 소스(예: 정전류 드라이버 또는 직렬 저항)로 구동되어야 하는 이유입니다.

4.3 순방향 전류 디레이팅 곡선

이것은 신뢰할 수 있는 설계를 위한 가장 중요한 그래프 중 하나입니다. 이 그래프는 주변 온도가 증가함에 따라 최대 허용 연속 순방향 전류(I_F)가 어떻게 감소해야 하는지를 보여줍니다. 25°C에서는 전체 25 mA가 허용됩니다. 온도가 최대 작동 온도인 85°C로 상승함에 따라 허용 전류는 현저히 감소합니다. 이 디레이팅은 LED의 내부 접합 온도가 주변 온도와 전류 흐름으로 인한 자체 발열 모두에 따라 상승하기 때문에 필요합니다. 안전 접합 온도를 초과하면 광 출력이 저하되고 수명이 극적으로 단축됩니다. 설계자는 애플리케이션의 최악의 경우 주변 온도에 적합한 작동 전류를 선택하기 위해 이 곡선을 사용해야 합니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

5.1 물리적 치수

이 장치는 디지트 높이가 57.0 mm(2.24 인치)로, 원거리에서 보기에 적합한 대형 디스플레이로 분류됩니다. 패키지 치수 도면은 전체 디스플레이 본체, 스루홀 핀의 간격 및 크기, 세그먼트 레이아웃에 대한 상세한 측정치를 제공합니다. 별도로 명시되지 않는 한 ±0.25 mm의 일반 공차가 적용됩니다. 이 도면은 PCB 풋프린트 생성, 적절한 장착 보장 및 보드 상의 금지 영역 정의에 필수적입니다.

5.2 핀아웃 및 내부 회로도

내부 회로도는 개별 세그먼트(a부터 g까지) 및 공통 연결의 전기적 연결을 보여줍니다. 이 디스플레이는 공통 애노드 구성을 사용합니다. 즉, 모든 LED 세그먼트의 애노드(양극)가 내부적으로 공통 핀(또는 핀 세트)에 연결되어 있습니다. 각 세그먼트의 캐소드(음극)는 개별 핀으로 나와 있습니다. 세그먼트를 점등하려면 공통 애노드 핀을 양전압 공급원에 연결하고 해당 캐소드 핀을 전류 제한 저항을 통해 낮은 전위(접지)로 당깁니다. 핀아웃 다이어그램은 각 세그먼트 캐소드 및 공통 애노드에 해당하는 물리적 핀을 지정합니다.

6. 솔더링 및 조립 지침

장치의 무결성과 성능을 유지하기 위해 적절한 취급이 필요합니다.

6.1 솔더링 파라미터

절대 최대 정격은 최대 5초 동안 260°C의 솔더링 온도를 지정합니다. 이는 웨이브 솔더링 또는 수동 솔더링 중 리드/와이어 온도에 적용됩니다. 리플로우 솔더링의 경우, 피크 온도가 260°C를 초과하지 않는 표준 무연 프로파일을 사용해야 합니다. 고온에 장시간 노출되면 내부 와이어 본딩이 손상되거나, 에폭시 패키지가 열화되거나, 박리가 발생할 수 있습니다.

6.2 정전기 방전 (ESD) 보호

데이터시트에는 ESD 민감성에 대한 강력한 경고가 포함되어 있습니다. AlGaInP 반도체 다이는 정전기로 인한 손상에 취약하며, 이는 즉각적인 고장 또는 장기 신뢰성을 감소시키는 잠재적 결함을 유발할 수 있습니다. 필수 예방 조치에는 다음이 포함됩니다: 작업자가 접지된 손목 스트랩 착용; ESD 안전 작업대, 매트 및 도구 사용; 모든 장비의 적절한 접지 보장; 장치를 도전성 또는 대전 방지 포장재에 보관/운송. 작업 영역의 비도전성 재료에 대한 전하를 중화시키기 위해 이오나이저를 사용할 수 있습니다.

6.3 보관 조건

장치는 지정된 보관 온도 범위인 -40°C ~ +100°C 내에서, 습기 흡수를 방지하기 위해 건조한 환경에서, 사용 준비가 될 때까지 원래의 ESD 보호 포장재에 보관해야 합니다.

7. 포장 및 주문 정보

7.1 포장 사양

이 장치는 특정 포장 공정을 따릅니다: 기계적 보호 및 취급을 위해 10개가 튜브에 포장됩니다. 그런 다음 10개의 튜브가 박스에 들어갑니다. 마지막으로 4개의 박스가 메인 운송 카톤에 포장됩니다. 이 계층적 포장(10개/튜브 → 10튜브/박스 → 4박스/카톤)은 스루홀 부품에 일반적이며 재고 관리 및 자동화 조립에 도움이 됩니다.

7.2 라벨 설명

포장의 라벨에는 여러 코드가 포함됩니다: CPN(고객 부품 번호), P/N(제조사 부품 번호: ELS-2326SURWA/S530-A3), QTY(수량), CAT(광도 카테고리/등급), LOT No(추적 가능한 제조 로트 번호). "CAT" 코드는 생산 런 전반에 걸친 밝기 일관성을 보장하는 데 중요합니다.

8. 적용 노트 및 설계 고려 사항

8.1 전형적인 적용 시나리오

데이터시트는 세 가지 주요 적용 분야를 제안합니다: 가전 제품(예: 오븐 타이머, 세탁기 디스플레이), 계기판(산업 장비, 테스트 기기 또는 자동차 애프터마켓용), 일반 디지털 표시 디스플레이. 그 큰 크기와 좋은 명암비는 디스플레이를 몇 피트 떨어진 곳에서 또는 합리적으로 밝은 주변광에서 읽어야 하는 애플리케이션에 적합하게 만듭니다.

8.2 구동 회로 설계

구동 회로 설계에는 몇 가지 핵심 계산이 필요합니다. 먼저, 디레이팅 곡선을 사용하여 필요한 밝기와 주변 온도를 기반으로 작동 전류(I_F)를 결정합니다. 전형적인 값은 10-20 mA일 수 있습니다. 공급 전압 V_CC에 연결된 공통 애노드 디스플레이를 위한 간단한 직렬 저항 설계의 경우, 각 세그먼트에 대한 저항 값은 다음과 같습니다: R = (V_CC- V_F) / I_F. 전형적인 V_F값 2.0V와 I_F=15mA인 5V 공급원을 사용하면 R = (5 - 2.0) / 0.015 = 200 Ω입니다. 저항의 정격 전력은 최소 I_F²× R = (0.015)²× 200 = 0.045W이어야 하므로, 표준 1/8W(0.125W) 저항으로 충분합니다. 여러 자릿수를 멀티플렉싱하기 위해 세그먼트 캐소드와 디지트 애노드를 제어하기 위해 전용 드라이버 IC(74HC595 시프트 레지스터 또는 MAX7219 디스플레이 드라이버와 같은)가 일반적으로 사용되어 필요한 마이크로컨트롤러 I/O 핀 수를 크게 줄입니다.

8.3 열 관리

고출력 장치는 아니지만, 수명을 위해 열 고려 사항은 여전히 중요합니다. 약간의 공기 순환이 가능하도록 PCB에 충분한 간격을 확보하십시오. 디스플레이를 다른 중요한 열원 근처에 배치하지 마십시오. 전류 디레이팅 곡선을 준수하는 것이 열 관리의 주요 방법입니다. 넓은 작동 온도 범위(-40°C ~ +85°C)는 대부분의 실내 및 많은 실외 환경에 대한 견고성을 나타냅니다.

9. 기술 비교 및 차별화

ELS-2326SURWA/S530-A3는 다음과 같은 특정 속성 조합으로 차별화됩니다: 큰 57.0mm 디지트 높이, 스루홀 장착, 선명한 적색 AlGaInP 발광, 공통 애노드 구성. 더 작은 디스플레이(예: 14.2mm 또는 20mm)와 비교하여 원거리에서 우수한 가시성을 제공합니다. 표면 실장 장치(SMD) 디스플레이와 비교하여, 이와 같은 스루홀 버전은 고진동 환경 또는 수리 작업이 필요한 애플리케이션에서 더 견고한 것으로 인식되며, 일반적으로 프로토타이핑이 더 쉽습니다. AlGaInP 재료 시스템은 구형 기술에 비해 적색/주황색/호박색 스펙트럼에서 높은 효율과 좋은 색 순도를 제공합니다.

10. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q: 이 디스플레이를 5V 마이크로컨트롤러 핀에서 직접 구동할 수 있나요?

A: 아니요. 마이크로컨트롤러 핀은 여러 세그먼트를 밝게 구동하기에 충분한 전류(일반적으로 핀당 최대 20-40mA, 총 패키지 제한 있음)를 공급하거나 싱크할 수 없습니다. 더 중요한 것은 LED는 전류가 제한되어야 합니다. 직렬 저항 없이 전압원에 직접 연결하면 과도한 전류를 끌어오려 시도하여 LED와 마이크로컨트롤러 핀 모두를 손상시킬 수 있습니다. 항상 직렬 전류 제한 저항 또는 전용 정전류 드라이버를 사용하십시오.

Q: 실온에서와 동일한 전류를 사용하는데도 85°C에서 작동할 때 디스플레이가 어두운 이유는 무엇인가요?

A: LED 발광 효율(단위 전기 입력당 광 출력)은 접합 온도가 증가함에 따라 감소합니다. 이는 반도체의 기본적인 특성입니다. 더욱이, 디레이팅 곡선은 과열을 방지하기 위해 높은 주변 온도에서 작동 전류를감소시켜야 합니다. 두 효과 모두 고온에서 밝기 감소에 기여합니다.

Q: "무연 및 RoHS 준수"가 제 설계에 무엇을 의미하나요?

A: 이는 장치가 RoHS(유해 물질 제한) 지침에 정의된 납(Pb) 또는 기타 제한된 유해 물질을 포함하지 않음을 의미합니다. 이는 유럽 연합을 포함한 많은 지역에서 전자 제품을 판매하기 위한 법적 요구 사항입니다. 또한 더 높은 녹는점을 가진 무연 솔더 사용을 요구하여 솔더링 공정에 영향을 미치며, 이것이 260°C 솔더링 정격이 중요한 이유입니다.

Q: 순방향 전압은 전형적으로 2.0V입니다. 3.3V 시스템에서 구동할 수 있나요?

A: 네, 물론 가능합니다. 3.3V 공급원(V_CC)을 사용하면 직렬 저항 값이 재계산됩니다. I_F=15mA의 경우: R = (3.3 - 2.0) / 0.015 ≈ 87 Ω. 캐소드를 낮은 전위로 당길 때 구동 회로(마이크로컨트롤러, 드라이버 IC)가 세그먼트 전류를 처리할 수 있는지 확인하십시오.

11. 설계 및 사용 사례 연구

시나리오: 실험실 인큐베이터용 간단한 디지털 타이머 설계.

디스플레이는 실험실 주변광 아래 방 건너편에서 읽을 수 있어야 합니다. 가시성을 위해 ELS-2326SURWA/S530-A3의 57.0mm 높이가 선택되었습니다. 인큐베이터에는 5V에서 작동하는 내부 마이크로컨트롤러가 있습니다. 간단함을 위해 공통 애노드 구성이 선택되었습니다. 설계는 단일 74HC595 시프트 레지스터를 사용하여 7개 세그먼트 캐소드를 제어하고, 트랜지스터 어레이(예: ULN2003)를 사용하여 4자리 디지트의 공통 애노드에 대한 전류를 싱크하여 멀티플렉싱을 가능하게 합니다. 작동 전류는 세그먼트당 12 mA로 설정되어 좋은 밝기를 보장하면서 25mA 한계 내에 머물고 따뜻한 인큐베이터 인클로저 내부(최대 ~40°C)의 온도 디레이팅을 위한 여유를 허용합니다. 220 Ω의 직렬 저항이 사용됩니다((5V - 2.0V)/0.012A ≈ 250Ω; 220Ω은 가장 가까운 표준 값으로, 결과적으로 I_F≈ 13.6mA). PCB 레이아웃에는 데이터시트의 정확한 풋프린트가 포함되며, 조립 중 기술자는 ESD 스트랩과 핀당 3초 미만의 빠른 접합을 위해 350°C로 설정된 온도 제어 솔더링 아이언을 사용합니다.

12. 작동 원리

세븐 세그먼트 디스플레이는 8자 모양으로 배열된 7개의 발광 다이오드(LED) 바의 조립체입니다. 각 바는 독립적인 LED입니다. 이 7개 세그먼트의 특정 조합을 선택적으로 점등함으로써 모든 십진수(0-9)와 일부 문자를 형성할 수 있습니다. 이와 같은 공통 애노드 디스플레이에서는 세그먼트 LED의 모든 애노드(양극 단자)가 공통 노드에 함께 연결됩니다. 캐소드(음극 단자)는 분리되어 있습니다. 세그먼트를 점등하려면 공통 애노드에 양전압을 인가하고 원하는 세그먼트의 캐소드를 전류 제한 회로를 통해 더 낮은 전위(일반적으로 접지)에 연결합니다. 이 장치에 사용된 AlGaInP(알루미늄 갈륨 인듐 인화물) 반도체 재료는 전자가 밴드갭을 가로질러 정공과 재결합할 때 가시 스펙트럼의 적색에서 호박색 영역에서 빛을 방출하도록 특별히 설계된 직접 밴드갭 화합물로, 이 과정을 전기발광이라고 합니다.

13. 기술 동향

이산 세븐 세그먼트 디스플레이 시장은 대체로 안정적이었으며, 이와 같은 스루홀 유형은 레거시 설계, 수리 시장 및 견고성이 중요한 애플리케이션에 사용됩니다. 디스플레이 기술의 더 넓은 동향은 자동화 조립을 위한 표면 실장 장치(SMD), 더 높은 밀도의 다중 자릿수 모듈, 디스플레이 패키지에 컨트롤러 및 드라이버 통합으로 향하고 있습니다. 또한 더 넓은 색 영역과 백색 LED에서의 고급 형광체 사용에 대한 동향도 있지만, 단색 적색 표시등의 경우 AlGaInP는 여전히 지배적인 고효율 기술입니다. 이 데이터시트에서 다루는 전류 구동, 열 관리 및 ESD 보호의 원리는 기본적이며, 이 이산 디스플레이에서 현대 고출력 조명 LED에 이르기까지 모든 LED 기술에 보편적으로 적용됩니다.