LSHD-5503 LED 디스플레이 데이터시트 - 0.56인치 자릿수 높이 - AlInGaP 적색 - 2.6V 순방향 전압 - 70mW 소비 전력 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

LSHD-5503은 선명하고 밝으며 신뢰할 수 있는 숫자 표시가 필요한 응용 분야를 위해 설계된 고성능 단일 자릿수 숫자 디스플레이 모듈입니다. 핵심 기술은 갈륨 비소(GaAs) 기판 위에 에피택셜 성장된 고급 반도체 알루미늄 인듐 갈륨 인화물(AS-AlInGaP) 적색 LED 칩을 기반으로 합니다. 이 소재 시스템은 적색 스펙트럼에서 높은 효율과 우수한 색 순도로 유명합니다. 이 장치는 흰색 세그먼트 구분선이 있는 연한 회색 전면판을 특징으로 하여 다양한 조명 조건에서 최적의 가독성을 위한 높은 대비를 제공합니다. 주요 설계 목표는 낮은 전력 소비, 높은 밝기 출력, 균일한 세그먼트 발광 및 고체 상태 신뢰성으로, 숫자 데이터 표시가 중요한 다양한 소비자, 산업 및 계측기 제품에 통합하기에 적합합니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

LSHD-5503의 성능은 적절한 회로 설계 및 성능 예측에 각각 중요한 포괄적인 전기 및 광학 파라미터 세트로 정의됩니다.

2.1 광도 및 광학적 특성

발광 성능은 주요 차별화 요소입니다. 각 세그먼트의 평균 광도는 다양한 구동 조건에서 최소값, 전형값 및 최대값으로 지정됩니다. 순방향 전류(I_F)가 1 mA일 때, 광도는 320 μcd(최소)에서 1300 μcd(최대)까지 범위를 가지며, 전형값이 제공됩니다. 더 높은 구동 전류인 10 mA에서는 전형 광도가 5400 μcd로 크게 상승하여, 고휘도 응용 분야에 대한 장치의 능력을 보여줍니다. 세그먼트 간 광도 일치 비율은 I_F=1mA에서 최대 2:1로 지정되어, 숫자 전체에 걸쳐 시각적 균일성을 보장합니다. 주 파장(λ_d)은 624 nm이며, 피크 발광 파장(λ_p)은 I_F=20mA에서 632 nm로, 가시 스펙트럼의 적색 부분에 확실히 위치합니다. 스펙트럼 선 반치폭(Δλ)은 20 nm로, 순수한 적색에 기여하는 상대적으로 좁은 스펙트럼 대역폭을 나타냅니다.

2.2 전기적 특성

세그먼트당 순방향 전압(V_F)은 20 mA로 구동될 때 2.1V(최소)와 2.6V(최대) 사이입니다. 이 파라미터는 회로에서 필요한 전류 제한 저항 값을 계산하는 데 필수적입니다: R_limit= (V_supply- V_F) / I_F. 역방향 전류(I_R)는 역방향 전압(V_R) 5V에서 최대 100 μA로 제한되며, 이는 표준 테스트 조건이며 연속 작동 모드는 아닙니다.

2.3 절대 최대 정격 및 열 관리

이 정격은 영구적 손상이 발생할 수 있는 응력 한계를 정의합니다. 세그먼트당 연속 순방향 전류는 25 mA입니다. 세그먼트당 피크 순방향 전류는 90 mA로 정격되어 있지만, 펄스 조건(1 kHz 주파수, 15% 듀티 사이클)에서만 가능하며, 이는 더 높은 인지 밝기를 달성하기 위한 멀티플렉싱 방식에 유용합니다. 세그먼트당 소비 전력은 V_F* I_F로 계산된 70 mW입니다. 주변 온도(T_a) 25°C 이상에서는 순방향 전류 디레이팅 계수 0.28 mA/°C가 지정됩니다. 이는 25°C 이상에서 섭씨 1도마다 최대 허용 연속 전류를 0.28 mA 감소시켜야 과열을 방지한다는 의미입니다. 예를 들어, 50°C에서는 최대 전류가 25 mA - (0.28 mA/°C * 25°C) = 18 mA가 됩니다. 작동 및 저장 온도 범위는 -35°C에서 +105°C로, 가혹한 환경에 대한 견고성을 나타냅니다.

3. 빈닝 및 분류 시스템

데이터시트는 제품이 "광도 기준으로 빈닝(Binned for Luminous Intensity)"되었다고 명시합니다. 이는 중요한 품질 관리 및 선별 과정입니다. 제조 과정에서 변동이 발생합니다. 빈닝은 각 유닛의 광 출력을 표준 테스트 전류(데이터시트에 따라 1 mA 또는 10 mA일 가능성 높음)에서 측정하고, 특정 광도 범위 또는 "빈(bins)"으로 그룹화하는 과정을 포함합니다. 이를 통해 설계자는 응용 분야에 맞는 일관된 밝기 수준의 부품을 선택할 수 있어, 다중 자릿수 디스플레이나 서로 다른 제품 간에 균일한 외관을 보장할 수 있습니다. 데이터시트는 전체 최소/최대 범위를 제공하지만, 특정 빈 코드와 그에 해당하는 광도 범위는 일반적으로 제조업체의 별도 빈닝 문서에 정의됩니다.

4. 성능 곡선 분석

데이터시트는 단일 지점 사양 이상의 장치 동작을 이해하는 데 필수적인 "전형적인 전기/광학 특성 곡선"을 참조합니다. 제공된 텍스트에 구체적인 그래프가 상세히 설명되어 있지는 않지만, 이러한 장치에 대한 표준 곡선은 일반적으로 다음을 포함합니다:

• 상대 광도 대 순방향 전류 (I_Vvs. I_F):광 출력이 전류와 함께 어떻게 증가하는지 보여주며, 일반적으로 더 높은 전류에서는 가열 및 효율 저하로 인해 비선형적인 방식으로 증가합니다.
• 순방향 전압 대 순방향 전류 (V_Fvs. I_F):드라이버 설계에 중요한 다이오드의 I-V 특성을 보여줍니다.
• 상대 광도 대 주변 온도 (I_Vvs. T_a):접합 온도가 상승함에 따라 광 출력이 어떻게 감소하는지 설명하여 열 관리의 중요성을 강조합니다.
• 스펙트럼 분포:상대 강도 대 파장의 그래프로, 약 632 nm에서 피크와 20 nm 반치폭을 보여줍니다.

이러한 곡선을 통해 엔지니어는 비표준 조건(예: 다른 구동 전류, 온도)에서의 성능을 모델링하고 설계를 최적화할 수 있습니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

LSHD-5503의 자릿수 높이는 0.56인치(14.22 mm)입니다. 패키지 치수는 모든 중요한 치수가 밀리미터로 표시된 상세 도면에 제공됩니다. 달리 명시되지 않는 한 공차는 일반적으로 ±0.25 mm입니다. 이 정보는 PCB 풋프린트 설계, 외장 내 적절한 장착, 소수점 정렬 유지에 매우 중요합니다. 패키지에는 LED 칩, 연한 회색 전면/흰색 세그먼트 마스크 및 연결 핀이 포함되어 있습니다.

6. 핀 연결 및 내부 회로

이 장치는 7세그먼트 및 소수점 디스플레이를 위한 표준 10핀 구성을 가지고 있습니다. 이 장치는커먼 캐소드구조를 사용합니다. 이는 모든 LED 세그먼트의 캐소드(음극 단자)가 내부적으로 함께 연결되고 핀 3과 8로 나와 있으며, 이 핀들도 서로 연결되어 있음을 의미합니다. 각 개별 세그먼트(A부터 G까지) 및 소수점(DP)의 애노드(양극 단자)는 별도의 핀(1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 10)으로 나와 있습니다. 내부 회로도는 이 구성을 시각적으로 나타내며, 애노드가 분리되고 캐소드가 공통 노드에 연결된 8개의 개별 LED(7개 세그먼트 + DP)를 보여줍니다. 이 구성은 숫자를 빠른 순서로 한 번에 하나씩 전원을 공급하는 멀티플렉싱에 이상적입니다.

7. 솔더링 및 조립 가이드라인

절대 최대 정격에는 특정 솔더링 조건이 포함됩니다: 장치는 솔더링 아이언 온도 260°C에서 5초 동안 노출될 수 있으며, 아이언 팁이 패키지의 장착 평면에서 최소 1/16인치(약 1.6 mm) 아래에 있어야 합니다. 이는 과도한 열이 핀을 따라 올라가 내부 LED 칩이나 플라스틱 패키지를 손상시키는 것을 방지하기 위한 중요한 지침입니다. 웨이브 또는 리플로우 솔더링의 경우, 프로파일은 패키지의 열 한계 내에 유지되도록 신중하게 제어되어야 하며, 여기서는 명시적으로 언급되지 않았지만 일반적으로 수분 민감도 및 리플로우 프로파일에 대한 IPC/JEDEC J-STD-020 표준을 참조합니다. 조립 중에는 항상 적절한 ESD(정전기 방전) 처리 절차를 따라야 합니다.

8. 응용 제안 및 설계 고려사항

8.1 일반적인 응용 시나리오

LSHD-5503은 밝고 신뢰할 수 있는 단일 자릿수 숫자 디스플레이가 필요한 모든 응용 분야에 적합합니다. 일반적인 용도로는 테스트 및 측정 장비(멀티미터, 주파수 카운터), 산업 제어 패널(온도 디스플레이, 카운터 판독값), 소비자 가전(전자레인지, 세탁기, 오디오 장비), 자동차 애프터마켓 게이지 및 판매 시점 단말기가 있습니다.

8.2 중요한 설계 고려사항

• 전류 제한:LED는 전류 구동 장치입니다. 각 세그먼트에 직렬 저항(또는 정전류 드라이버)을 사용하여 순방향 전류를 안전한 값(≤25 mA 연속)으로 제한해야 합니다. 저항 값은 공급 전압과 데이터시트의 순방향 전압 강하를 사용하여 계산됩니다.
• 멀티플렉싱:다중 자릿수 디스플레이의 경우 LSHD-5503과 같은 커먼 캐소드 장치가 이상적입니다. 마이크로컨트롤러는 한 숫자의 세그먼트 애노드를 해당 숫자의 패턴으로 구동하면서 해당 숫자의 커먼 캐소드를 순차적으로 활성화할 수 있습니다. 피크 전류 정격(90 mA 펄스)은 짧은 멀티플렉싱 기간 동안 더 높은 순간 전류를 허용하여 밝은 평균 광도를 달성할 수 있게 합니다.
• 열 설계:전류 디레이팅 곡선을 준수하십시오. 높은 주변 온도나 높은 연속 전류에서 작동하는 경우 적절한 환기를 보장하십시오. PCB 레이아웃은 핀에서 열을 발산하는 데 도움이 될 수 있습니다.
• 시야각:데이터시트는 넓은 시야각을 주장하며, 이는 디스플레이가 축외 위치에서 볼 수 있는 응용 분야에 유리합니다.

9. 기술 비교 및 차별화

표준 GaAsP(갈륨 비소 인화물) 적색 LED와 같은 오래된 기술과 비교할 때, LSHD-5503의 AlInGaP 기술은 상당히 높은 발광 효율을 제공하여 동일한 구동 전류에서 더 큰 밝기를 제공합니다. 또한 온도와 시간에 걸쳐 우수한 색 순도와 안정성을 제공합니다. 컬러 필터가 있는 일부 현대 백색 LED와 비교할 때, AlInGaP 적색 LED는 본질적으로 단색광이며 순수한 적색광을 생성하는 데 더 효율적입니다. 0.56인치 자릿수 높이는 일반적인 크기 범주에 속하여 가독성과 물리적 풋프린트 사이의 좋은 균형을 제공합니다. 커먼 캐소드 구성은 특정 회로 토폴로지에서 커먼 애노드 유형에 비해 마이크로컨트롤러 기반 멀티플렉싱 설계에 직접적인 이점을 제공합니다.

10. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

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

A: 아니요. 전류 제한 저항을 사용해야 합니다. 일반적인 적색 LED는 약 2V의 전압 강하가 있습니다. 5V를 직접 연결하면 과도한 전류가 흘러 세그먼트가 파괴됩니다. 저항 계산: R = (5V - 2.6V) / 0.02A = 120Ω (안전을 위해 최대 V_F 사용).

Q: "광도 기준으로 빈닝"이 제 설계에 어떤 의미인가요?

A: 특정 밝기 범위의 부품을 주문할 수 있다는 의미입니다. 여러 유닛 간의 시각적 일관성이 중요한 경우(예: 다중 자릿수 패널), 원하는 빈 코드를 유통업체에 지정하여 모든 숫자가 일치하는 밝기를 가지도록 보장하십시오.

Q: 피크 전류는 90mA이지만 연속 전류는 25mA뿐입니다. 더 밝은 출력을 위해 90mA를 사용할 수 있나요?

A: 지정된 대로 펄스 모드에서만 가능합니다(1 kHz, 15% 듀티 사이클). 그 경우 평균 전류는 90mA * 0.15 = 13.5mA가 되어 연속 정격 내에 있습니다. 90mA에서 연속 작동은 소비 전력 한계를 초과하고 빠른 고장을 초래합니다.

Q: 두 개의 커먼 캐소드 핀(3과 8)을 어떻게 연결하나요?

A: 내부적으로 연결되어 있습니다. 둘 중 하나를 사용하거나 둘 다 드라이버 회로(예: 트랜지스터 싱크)에 연결하여 잠재적으로 더 나은 전류 분배 및 열 성능을 얻을 수 있습니다.

11. 설계 및 사용 사례 연구

시나리오: 간단한 3자릿수 전압계 디스플레이 설계.

세 개의 LSHD-5503 디스플레이가 사용됩니다. 충분한 I/O 핀을 가진 마이크로컨트롤러가 선택됩니다. 설계는 시분할 멀티플렉싱을 사용합니다:

1. 각 숫자의 커먼 캐소드 핀은 마이크로컨트롤러에 의해 제어되는 개별 NPN 트랜지스터(또는 전용 드라이버 IC)에 연결됩니다.

2. 세 숫자의 모든 세그먼트 애노드 핀(A-G, DP)은 함께 연결되고 전류 제한 저항을 통해 마이크로컨트롤러에 연결됩니다.

3. 마이크로컨트롤러 소프트웨어: a) 모든 캐소드 드라이버 트랜지스터를 끕니다. b) 백의 자릿수에 대해 어떤 세그먼트가 켜져야 하는지 계산합니다. c) 애노드 라인에서 세그먼트 패턴을 활성화합니다. d) 백의 자릿수의 캐소드에 대한 트랜지스터를 잠시 활성화합니다. e) 십의 자릿수와 일의 자릿수에 대해 단계 b-d를 빠르게 반복합니다(예: 전체 1 kHz 속도).

짧은 켜짐 시간 동안의 피크 세그먼트 전류는 더 높게 설정할 수 있습니다(예: 40-60 mA). 이는 낮은 듀티 사이클(3자릿수 시스템에서 숫자당 약 33%)을 보상하여 평균 전력과 열을 한계 내에 유지하면서 밝고 깜빡임 없는 디스플레이를 달성합니다.

12. 기술 원리 소개

LSHD-5503은 갈륨 비소(GaAs) 기판 위에 에피택셜 성장된 알루미늄 인듐 갈륨 인화물(AlInGaP) 반도체 소재를 기반으로 합니다. 이는 III-V족 화합물 반도체입니다. p-n 접합에 순방향 전압이 가해지면 전자와 정공이 활성 영역으로 주입됩니다. 이들의 재결합은 광자(빛) 형태로 에너지를 방출합니다. AlInGaP 합금의 특정 밴드갭 에너지는 방출되는 빛의 파장을 결정합니다. 이 경우 약 624-632 nm의 적색광을 생성하도록 조정됩니다. AlInGaP와 같은 직접 밴드갭 소재를 사용하면 높은 내부 양자 효율을 얻습니다. 빛은 연한 회색 전면과 흰색으로 칠해진 세그먼트를 포함하는 성형 에폭시 패키지를 통해 방출됩니다. 흰색 페인트는 기저 LED 칩에서 나오는 빛을 반사하고 확산시켜 사용자에게 보이는 균일하게 발광하는 세그먼트를 생성합니다.

13. 기술 동향 및 배경

LSHD-5503이 성숙하고 신뢰할 수 있는 기술을 나타내지만, 디스플레이 기술의 더 넓은 분야는 계속 발전하고 있습니다. AlInGaP는 적색 및 호박색 LED를 위한 지배적인 고효율 기술로 남아 있습니다. 개별 LED 디스플레이의 동향은 더 높은 효율(와트당 더 많은 루멘) 추구를 포함하며, 이는 휴대용 장치의 배터리 수명을 개선하고 열 부하를 줄입니다. 또한 칩 스케일 자체의 소형화 추세가 있어 다중 요소 디스플레이에서 잠재적으로 더 작은 패키지 풋프린트나 더 높은 픽셀 밀도를 가능하게 합니다. 더 나아가, 통합이 주요 동향입니다. 드라이버 전자 장치와 때로는 마이크로컨트롤러까지 "지능형 디스플레이" 모듈에 통합되어 최종 엔지니어의 설계 과정을 단순화하고 있습니다. 그러나 표준적이고 비용 효율적인 단일 자릿수 숫자 디스플레이의 경우, LSHD-5503과 같이 검증된 성능과 넓은 가용성을 가진 장치들은, 특히 맞춤형 그래픽 디스플레이가 불필요한 응용 분야에서, 가까운 미래에도 전자 설계의 기본 구성 요소로 남을 것입니다.