LTS-4801JR 0.39인치 슈퍼 레드 LED 디스플레이 데이터시트 - 숫자 높이 10.0mm - 순방향 전압 2.6V - 전력 70mW - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

LTS-4801JR는 단일 숫자, 7세그먼트 영숫자 디스플레이 모듈입니다. 숫자 높이가 0.39인치(10.0밀리미터)로, 선명한 중간 크기의 숫자 표시가 필요한 응용 분야에 적합합니다. 본 장치는 고급 AlInGaP(알루미늄 인듐 갈륨 포스파이드) 반도체 기술을 활용하여 슈퍼 레드 색상 출력을 생성합니다. 패키지는 회색 면과 흰색 세그먼트 표시를 제공하여 높은 대비로 우수한 문자 가독성을 보장합니다. 이 디스플레이는 공통 애노드 타입으로 설계되었으며, 멀티플렉싱 응용 분야에서 구동 회로를 단순화하는 일반적인 구성입니다.

1.1 주요 특징 및 장점

• 0.39인치 숫자 높이:과도한 전력 소비 없이 좋은 가시성을 제공하는 균형 잡힌 크기를 제공합니다.
• 연속 균일 세그먼트:전문적인 외관을 위해 각 세그먼트 전체에 걸쳐 일관된 발광을 보장합니다.
• 저전력 요구사항:효율적인 AlInGaP 기술로 상대적으로 낮은 순방향 전류에서도 밝은 출력이 가능합니다.
• 고휘도 및 고대비:슈퍼 레드 AlInGaP 칩과 회색 면/흰색 세그먼트 설계가 결합되어 다양한 조명 조건에서도 우수한 가독성을 제공합니다.
• 넓은 시야각:넓은 시야 범위에서 일관된 광도와 색상을 제공합니다.
• 광도 분류:단위는 광도에 따라 분류되어 다중 숫자 디스플레이에서 일관된 밝기를 보장합니다.
• 무연 패키지 (RoHS 준수):유해 물질을 제한하는 환경 규정에 따라 제조되었습니다.
• 고체 상태 신뢰성:LED는 다른 디스플레이 기술에 비해 긴 작동 수명, 충격 저항성 및 진동 내성을 제공합니다.

1.2 목표 응용 분야 및 시장

이 디스플레이는 일반 전자 장비에서 사용하기 위한 것입니다. 일반적인 응용 분야로는 계기판, 소비자 가전, 산업 제어 표시, 시험 및 측정 장비, 선명한 숫자 표시가 필요한 가정용 기기가 포함됩니다. 신뢰성, 가독성 및 저전력 작동이 주요 고려사항인 응용 분야에 적합합니다. 데이터시트는 사전 협의 없이 안전-중요 시스템(예: 항공, 의료 생명 유지 장치)에서 이 장치를 사용하지 않도록 명시적으로 경고하며, 이는 주 시장이 상업 및 산업용 전자 제품임을 나타냅니다.

2. 기술 사양 및 객관적 해석

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이 한계에서 또는 그 근처에서 디스플레이를 지속적으로 작동하는 것은 권장되지 않습니다.

• 세그먼트당 전력 소산:70 mW. 이는 단일 LED 세그먼트가 열로 안전하게 소산할 수 있는 최대 전력입니다.
• 세그먼트당 피크 순방향 전류:90 mA. 이는 멀티플렉싱을 위한 펄스 조건(1/10 듀티 사이클, 0.1ms 펄스 폭)에서만 허용됩니다.
• 세그먼트당 연속 순방향 전류:25°C에서 25 mA. 이 전류는 주변 온도(Ta)가 25°C 이상 증가함에 따라 0.33 mA/°C로 선형적으로 감소합니다. 예를 들어, 50°C에서는 최대 연속 전류가 약 25 mA - (0.33 mA/°C * 25°C) = 16.75 mA가 됩니다.
• 작동 및 저장 온도 범위:-35°C ~ +85°C. 장치는 이 넓은 온도 범위 내에서 견디고 작동할 수 있습니다.
• 납땜 온도:최대 260°C, 5초 동안, 장착 평면 아래 1/16인치(≈1.6mm)에서 측정.

2.2 전기적 및 광학적 특성

이는 주변 온도(Ta) 25°C에서 측정한 일반적인 성능 매개변수입니다.

• 평균 광도(I_V):I_F=1mA에서 200 ucd (최소), 520 ucd (일반). 이는 세그먼트당 광 출력입니다. 2:1 매칭 비율은 한 배치 내에서 가장 밝은 세그먼트가 가장 어두운 세그먼트보다 두 배 이상 밝지 않음을 보장하며, 이는 균일한 외관에 중요합니다.
• 피크 방출 파장(λ_p):639 nm (일반). 이는 스펙트럼 전력 출력이 가장 높은 파장으로, "슈퍼 레드" 색상을 정의합니다.
• 주 파장(λ_d):631 nm (일반). 이는 인간의 눈이 인지하는 단일 파장으로, 피크 파장과 약간 다를 수 있습니다.
• 스펙트럼 선 반치폭(Δλ):20 nm (일반). 이는 색 순도를 나타냅니다. 값이 작을수록 더 단색광에 가깝습니다.
• 칩당 순방향 전압(V_F):I_F=20mA에서 2.10V (최소), 2.60V (일반). 이는 LED가 작동할 때 걸리는 전압 강하입니다. 회로 설계는 이 범위를 고려해야 합니다.
• 역방향 전류(I_R):V_R=5V에서 100 µA (최대). 이 매개변수는 테스트 목적으로만 사용되며, 장치는 연속 역방향 바이어스 하에서 작동해서는 안 됩니다.
• 크로스 토크:< 2.5%. 이는 점등된 세그먼트에 인접한 점등되지 않은 세그먼트로부터의 최소 광 누출량을 지정합니다.

3. 빈닝 및 등급 시스템

데이터시트는 LTS-4801JR가 "광도 분류"됨을 나타냅니다. 이는 표준 테스트 전류(일반적으로 1mA 또는 20mA)에서 측정된 광 출력에 따라 디스플레이를 분류하는 빈닝 과정을 의미합니다. 이는 여러 숫자가 나란히 사용될 때 사용자에게 밝기가 균일하게 보이도록 보장합니다. 설계자는 응용 분야에 엄격한 광도 매칭이 필요한지 지정해야 합니다. 문서는 파장(색상) 또는 순방향 전압에 대한 상세한 빈 코드나 임계값을 지정하지 않으며, 이는 주 분류가 광도를 기반으로 함을 시사합니다.

4. 성능 곡선 분석

제공된 텍스트 발췌문이 "일반적인 전기적/광학적 특성 곡선"을 언급하지만, 특정 그래프는 텍스트에 포함되어 있지 않습니다. 일반적으로 이러한 데이터시트에는 설계 분석을 위한 다음과 같은 필수 곡선이 포함됩니다:

• 순방향 전류 대 순방향 전압(I-V 곡선):비선형 관계를 보여주며, 전류 제한 회로 설계에 중요합니다.
• 광도 대 순방향 전류(I-L 곡선):광 출력이 전류와 함께 어떻게 증가하는지 보여주며, 작동 범위 내에서 거의 선형 관계를 보이는 경우가 많습니다.
• 광도 대 주변 온도:온도가 증가함에 따라 광 출력이 감소하는 것을 보여주며, 고온 환경 응용 분야에 중요합니다.
• 상대 스펙트럼 전력 분포:파장에 대한 강도를 그래프로 나타내며, 약 639nm에서 피크와 스펙트럼 폭을 보여줍니다.

설계자는 특정 작동 조건에서 성능을 정확하게 예측하기 위해 이러한 그래프를 위해 전체 PDF를 참조해야 합니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

5.1 패키지 치수

디스플레이는 표준 스루홀 DIP(듀얼 인라인 패키지) 폼 팩터를 가집니다. 주요 치수 정보는 다음과 같습니다:

• 다르게 지정되지 않는 한 모든 치수는 밀리미터 단위이며 일반 공차는 ±0.25mm입니다.
• 핀 끝 이동 공차는 ±0.40 mm이며, PCB 홀 배치 시 고려해야 합니다.
• 안정적인 납땜을 위해 권장 PCB 홀 직경은 1.0 mm입니다.
• 품질 사양은 광학적 선명도와 미적 품질을 보장하기 위해 이물질, 세그먼트 내 기포, 반사판 굽힘 및 표면 잉크 오염을 제한합니다.

5.2 핀 구성 및 회로도

LTS-4801JR는 공통 애노드 구성의 10핀 장치입니다. 내부 회로도는 7개의 세그먼트(A-G)와 소수점(DP)이 각각의 캐소드 핀에 연결된 것을 보여줍니다. 모든 세그먼트의 애노드는 내부적으로 함께 연결되어 두 개의 핀(핀 3과 핀 8)으로 나오며, 이 핀들도 내부적으로 연결되어 있습니다. 이는 PCB 레이아웃 및 전원 연결에 유연성을 제공합니다.

핀아웃:

1: 캐소드 G

2: 캐소드 F

3: 공통 애노드 (내부적으로 핀 8에 연결됨)

4: 캐소드 E

5: 캐소드 D

6: 캐소드 D.P. (소수점)

7: 캐소드 C

8: 공통 애노드 (내부적으로 핀 3에 연결됨)

9: 캐소드 B

10: 캐소드 A

6. 납땜 및 조립 지침

6.1 자동 납땜 (웨이브/리플로우)

권장 조건은 패키지 장착 평면 아래 1.6mm(1/16인치)에서 측정하여 260°C, 5초입니다. 이 과정에서 부품 본체 자체의 온도는 최대 정격을 초과해서는 안 됩니다.

6.2 수동 납땜

핸드 납땜의 경우 350°C ±30°C의 온도를 사용할 수 있지만, 납땜 시간은 핀당 5초로 제한해야 하며, 이 역시 장착 평면 아래 1.6mm에서 측정합니다. 장시간 열 노출을 피하도록 주의해야 합니다.

6.3 저장 조건

저장에 대해 명시적으로 언급되지는 않았지만, 작동 및 저장 온도 범위는 -35°C ~ +85°C입니다. 부품을 건조하고 제어된 환경에 보관하여 납땜 중 "팝콘 현상"을 일으킬 수 있는 수분 흡수를 방지하는 것이 좋은 관행입니다.

7. 신뢰성 테스트

본 장치는 군사(MIL-STD), 일본(JIS) 및 내부 표준을 기반으로 한 포괄적인 신뢰성 테스트를 거칩니다. 이는 다양한 환경 스트레스 하에서 견고성을 보장합니다.

• 작동 수명 테스트 (RTOL):실온에서 최대 정격 전류로 1000시간.
• 환경 스트레스 테스트:고온/고습 저장(65°C/90-95% RH, 500시간), 고온 저장(105°C, 1000시간), 저온 저장(-35°C, 1000시간), 온도 사이클링(-35°C ~ 105°C, 30사이클) 및 열 충격을 포함합니다.
• 기계적/납땜성 테스트:납땜 저항(260°C, 10초) 및 납땜성(245°C, 5초) 테스트는 조립 과정 중 핀의 무결성을 검증합니다.

8. 응용 노트 및 설계 고려사항

8.1 중요 응용 주의사항

• 절대 최대 정격:전류, 전력 또는 온도 정격을 초과하면 심각한 광 출력 저하 또는 파괴적 고장이 발생할 수 있습니다.
• 구동 회로 보호:회로는 전원 켜기/끄기 순간 동안 LED를 역전압 및 전압 과도 현상으로부터 보호해야 합니다. 직렬 저항만으로는 부족하며, 다이오드 클램프 또는 보호 기능이 있는 통합 드라이버 IC를 권장합니다.
• 정전류 구동:일관된 밝기와 수명을 위해, 특히 온도가 변하는 환경에서는 직렬 저항이 있는 단순 전압원보다 정전류원으로 세그먼트를 구동하는 것이 강력히 권장됩니다.
• 순방향 전압 범위:구동 회로는 전체 V_F범위(20mA에서 2.10V ~ 2.60V)에 걸쳐 필요한 전류를 제공하도록 설계되어야 합니다.
• 열 관리:최대 연속 전류는 실제 작동 주변 온도를 기반으로 감소되어야 합니다. 밀폐되거나 고온 환경에서는 적절한 환기 또는 방열판이 필요할 수 있습니다.
• 역방향 바이어스 피하기:연속 역방향 바이어스는 반도체 내부 금속 이동을 일으켜 조기 고장을 초래할 수 있습니다.

8.2 일반적인 응용 회로

LTS-4801JR와 같은 공통 애노드 디스플레이의 경우, 애노드(핀 3 & 8)는 양의 공급 전압(V_CC)에 연결됩니다. 각 캐소드 핀은 전류 싱크에 연결됩니다. 이는 다음을 사용하여 달성할 수 있습니다:

1. 트랜지스터 싱크:마이크로컨트롤러에 의해 제어되는 NPN 트랜지스터 또는 N-채널 MOSFET.
2. 통합 드라이버 IC:전용 LED 드라이버 칩 또는 충분한 싱크 전류 능력을 가진 마이크로컨트롤러 포트 핀(세그먼트당 25mA 한계 기억). 전류 제한 저항은 일반적으로 각 세그먼트와 직렬로 또는 전압원을 사용할 때 공통 애노드 경로에 배치되지만, 정전류 회로가 더 우수합니다.

여러 숫자를 멀티플렉싱하기 위해, 다른 숫자의 공통 애노드는 높은 주파수로 순차적으로 스위칭되며, 각 숫자에 대해 적절한 캐소드 패턴이 표시됩니다. 이렇게 하면 필요한 I/O 핀 수가 줄어듭니다.

9. 기술 비교 및 차별화

LTS-4801JR는 몇 가지 주요 속성을 통해 차별화됩니다:

• 재료 기술 (AlInGaP):오래된 GaAsP 또는 GaP LED에 비해, AlInGaP는 특히 적색/주황색/호박색 스펙트럼에서 훨씬 더 높은 효율과 밝기를 제공하여 동일한 광 출력에 대해 더 낮은 전력 소비를 가져옵니다.
• 슈퍼 레드 색상:631-639 nm의 주/피크 파장은 생생하고 깊은 레드 색상을 제공하며, 매우 포화되어 잘 보입니다.
• 광도 빈닝:모든 디스플레이가 보장된 광도 매칭을 제공하는 것은 아니며, 이는 불균일한 밝기를 피하기 위한 다중 숫자 응용 분야에 중요합니다.
• 넓은 온도 범위:-35°C ~ +85°C의 작동 범위는 산업 및 자동차(비안전-중요) 응용 분야에 견고합니다.

10. 자주 묻는 질문 (기술 매개변수 기반)

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

A: 싱크 전류용으로는 직접적으로는 불가능합니다. 마이크로컨트롤러 핀은 일반적으로 20-25mA를 싱크할 수 있으며, 이는 한 세그먼트의 절대 최대치입니다. 이는 안전 여유가 없으며 LED와 마이크로컨트롤러 모두 손상될 위험이 있습니다. 트랜지스터나 드라이버 IC를 사용하는 것이 항상 더 좋습니다. 소싱 전류(공통 애노드로)의 경우, 핀은 모든 세그먼트가 동시에 점등될 때 충분한 전류를 공급하지 못할 수 있습니다(7*20mA=140mA).

Q: 왜 두 개의 공통 애노드 핀(3과 8)이 있나요?

A: 내부적으로 연결되어 있습니다. 이는 레이아웃 유연성을 제공하고, 더 낮은 저항을 위해 PCB 양쪽에서 애노드를 연결할 수 있으며, 두 핀을 모두 사용하여 열 방산에 도움이 될 수 있습니다.

Q: 피크 파장과 주 파장의 차이는 무엇인가요?

A: 피크 파장(λ_p)은 발광 스펙트럼의 물리적 피크입니다. 주 파장(λ_d)은 인간의 눈의 색상 반응(CIE 곡선)을 기반으로 계산되며 인지된 색상을 나타냅니다. 종종 가깝지만 동일하지는 않습니다.

Q: 직렬 저항 값을 어떻게 계산하나요?

A: 단순 전압원(V_공급)을 사용하는 경우, 공식은 R = (V_공급- V_F) / I_F입니다. 최소 전류가 충족되도록 데이터시트의 최대 V_F(2.60V)를 사용하세요. 예를 들어, 5V 공급 전압과 원하는 I_F가 20mA인 경우: R = (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 옴입니다. 다른 공급 전압과 전류에 대해 항상 재계산하세요.

11. 실용적인 설계 및 사용 예시

시나리오: 4자리 전압계 표시 장치 설계.

1. 부품 선택:LTS-4801JR 디스플레이 4개를 사용합니다. 균일한 밝기가 중요한 경우 동일한 광도 빈에서 나온 것인지 확인하세요.
2. 구동 방법:멀티플렉싱을 구현합니다. 네 디스플레이 전체에 걸쳐 해당하는 모든 세그먼트 캐소드(A, B, C,... DP)를 함께 연결합니다. 각 숫자의 공통 애노드를 개별적으로 제어하기 위해 4개의 NPN 트랜지스터(예: 2N3904)를 사용합니다.
3. 전류 제어:트랜지스터 컬렉터의 공통 경로(애노드 이전)에 단일 전류 제한 저항을 배치합니다. 한 번에 하나의 숫자만 점등되므로, 저항 값은 한 숫자의 총 전류(예: 8세그먼트 * 각 5mA = 40mA)에 대해 계산됩니다. 또는 더 나은 정확도를 위해 각 캐소드 라인에 정전류 드라이버 IC를 사용하세요.
4. 마이크로컨트롤러 인터페이스:세그먼트 패턴(캐소드)용으로 7-8개의 마이크로컨트롤러 핀과 숫자 선택 트랜지스터(애노드) 제어용으로 4개의 핀을 사용합니다.
5. 소프트웨어:메인 루프에서 순차적으로 하나의 숫자 트랜지스터를 켜고, 해당 숫자의 세그먼트 패턴을 출력하고, 짧은 시간(1-5ms) 기다린 후 다음 숫자로 이동합니다. 깜빡임을 피하기 위해 새로 고침 빈도는 60Hz 이상이어야 합니다.
6. 보호:각 트랜지스터의 베이스와 마이크로컨트롤러 핀에 직렬로 작은 값의 저항(예: 100Ω)을 추가하여 전류를 제한합니다. 전원 공급 장치가 깨끗하고 스파이크가 없도록 하세요.

12. 작동 원리

발광 다이오드(LED)는 반도체 p-n 접합 다이오드입니다. 다이오드의 문턱 전압(V_F)을 초과하는 순방향 전압이 인가되면, n형 물질의 전자가 공핍 영역에서 p형 물질의 정공과 재결합합니다. 이 재결합 사건은 에너지를 방출합니다. 표준 다이오드에서는 이 에너지가 주로 열입니다. AlInGaP와 같은 LED 재료에서는 반도체의 밴드갭 에너지가 방출된 에너지가 광자(빛) 형태가 되도록 합니다. 빛의 특정 파장(색상)은 반도체 재료의 밴드갭 에너지에 의해 직접 결정됩니다. AlInGaP는 가시 스펙트럼의 적색에서 호박색 부분에 광자를 생성하는 밴드갭을 가집니다. 7세그먼트 디스플레이는 단순히 여러 개의 이러한 LED 칩(세그먼트당 하나 및 소수점)을 표준 배열로 패키징하고, 그들의 전기적 연결을 외부 제어를 위해 핀으로 가져옵니다.

13. 기술 동향

AlInGaP의 사용은 적색/주황색을 위한 초기 LED 재료에 비해 진전을 나타냅니다. 이러한 구성 요소와 관련된 디스플레이 기술의 현재 동향은 다음과 같습니다:

• 효율 증가:지속적인 재료 과학 연구는 LED의 내부 양자 효율(IQE) 및 광 추출 효율을 향상시켜 더 낮은 전류에서 더 높은 밝기를 이끌고 있습니다.
• 소형화:0.39인치는 표준 크기이지만, 자동화 조립을 위해 스루홀 DIP 패키지보다는 표면 실장 장치(SMD) 패키지를 사용한 더 작고 고밀도의 디스플레이로의 추세가 있습니다.
• 통합:구동 전자 장치는 디스플레이 모듈 자체(지능형 디스플레이) 또는 시스템 설계를 단순화하는 더 정교한 다중 채널 정전류 드라이버 IC로 점점 더 통합되고 있습니다.
• 더 넓은 색 영역:이것은 단색 디스플레이이지만, 적색 LED를 위한 기반 재료 기술 개발은 전색 RGB 디스플레이에도 혜택을 주어 더 순수하고 포화된 색상을 추구합니다.
• 신뢰성 및 표준화에 초점:LED가 더 까다로운 응용 분야에 침투함에 따라, 표준화된 테스트(신뢰성 섹션에서 볼 수 있듯이) 및 더 상세한 수명 사양(L70, L90 등급)이 일반화되고 있습니다.

이러한 동향에도 불구하고, LTS-4801JR와 같은 개별 7세그먼트 디스플레이는 완전한 그래픽 디스플레이가 필요하지 않은 단순하고 신뢰할 수 있으며 저렴하고 가독성이 높은 숫자 출력이 필요한 응용 분야에서 여전히 매우 관련성이 높습니다.