LSHD-F101 0.39인치 단일 숫자 적색 LED 디스플레이 데이터시트 - 숫자 높이 10.0mm - 순방향 전압 2.6V - 소비전력 70mW - 기술 문서

1. 제품 개요

LSHD-F101은 단일 숫자, 7세그먼트 및 소수점 LED 디스플레이 모듈입니다. 갈륨비소(GaAs) 기판 위에 성장된 첨단 알루미늄 인듐 갈륨 인화물(AlInGaP) 에피택셜 층을 활용하여 고효율의 적색광을 방출합니다. 이 장치의 주요 적용 분야는 계기판, 가전제품, 산업용 제어 장치와 같이 선명하고 밝으며 신뢰할 수 있는 숫자 표시가 필요한 전자 장비입니다. 핵심 장점으로는 연속적이고 균일한 세그먼트로 인한 우수한 문자 외관, 탁월한 가시성을 위한 높은 휘도와 명암비, 그리고 긴 수명을 보장하는 고체 상태의 신뢰성이 포함됩니다.

1.1 주요 특징

• 숫자 높이: 0.39인치 (10.0 mm).
• 부드러운 문자 외관을 위한 연속적이고 균일한 세그먼트.
• 에너지 효율성을 향상시키는 낮은 전력 요구 사항.
• 탁월한 가독성을 위한 높은 휘도 및 높은 명암비.
• 다양한 장착 위치에 적합한 광시야각.
• 움직이는 부품이 없는 고체 상태의 신뢰성.
• 휘도 등급화로 다중 숫자 애플리케이션에서 밝기 일치 가능.
• RoHS(유해물질 제한) 지침을 준수하는 무연 패키지.

2. 기술 파라미터: 심층적 객관적 해석

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 신뢰할 수 있는 성능을 위해 이 한계 또는 그 근처에서의 동작은 권장되지 않습니다.

• 세그먼트당 소비전력: 70 mW. 이는 열 손상을 일으키지 않고 개별 LED 세그먼트가 안전하게 소산할 수 있는 최대 전력입니다.
• 세그먼트당 피크 순방향 전류: 90 mA. 이 정격은 펄스 조건(1/10 듀티 사이클, 0.1ms 펄스 폭)에서 적용되며, 연속 전류 정격보다 높습니다.
• 세그먼트당 연속 순방향 전류: 25°C에서 25 mA. 이 전류는 주변 온도가 25°C 이상으로 증가함에 따라 0.28 mA/°C로 선형적으로 감소합니다. 더 높은 온도에서는 적절한 방열 또는 전류 감소가 필요합니다.
• 세그먼트당 역방향 전압: 5 V. 역방향 바이어스에서 이 전압을 초과하면 즉각적이고 치명적인 고장이 발생할 수 있습니다.
• 동작 및 보관 온도 범위: -35°C ~ +105°C. 이 장치는 넓은 산업용 온도 범위 내에서 동작 및 보관이 가능하도록 정격화되었습니다.
• 솔더링 조건: 패키지는 260°C에서 최대 5초 동안 솔더링을 견딜 수 있으며, 이는 장착 평면 아래 1/16인치(약 1.6 mm)에서 측정됩니다.

2.2 전기적 및 광학적 특성

이는 지정된 테스트 조건(Ta=25°C)에서 측정된 일반적인 성능 파라미터입니다.

• 세그먼트당 평균 광도(Iv): 1mA 구동 전류에서 200-750 ucd, 10mA에서 3400-9750 ucd 범위. 이 높은 광도는 밝은 디스플레이 출력을 보장합니다.
• 피크 발광 파장(λp): 650 nm (일반값). 이는 광 출력이 최대가 되는 파장을 지정합니다.
• 주 파장(λd): 639 nm (일반값). 이는 인간의 눈이 인지하는 단일 파장으로, 색상을 적색으로 정의합니다.
• 스펙트럼 선 반폭(Δλ): 20 nm (일반값). 이는 방출된 적색광의 스펙트럼 순도를 나타냅니다.
• 칩당 순방향 전압(Vf): 20mA 테스트 전류에서 2.10V ~ 2.60V. 회로 설계는 일관된 구동 전류를 보장하기 위해 이 범위를 수용해야 합니다.
• 세그먼트당 역방향 전류(Ir): 5V 역방향 전압에서 최대 100 µA. 이 파라미터는 테스트 목적으로만 사용되며, 연속 역방향 바이어스 동작은 금지됩니다.
• 광도 일치 비율: 1mA로 구동 시 세그먼트 간 최대 2:1. 이는 디스플레이 전체에 걸쳐 균일한 밝기를 보장합니다.

3. 빈닝 시스템 설명

데이터시트는 장치가 "휘도 등급화"되었다고 표시합니다. 이는 디스플레이가 표준 테스트 전류(예: 1mA 또는 10mA)에서 측정된 광 출력을 기준으로 분류되는 빈닝 과정을 의미합니다. 이를 통해 설계자는 동일하거나 인접한 광도 빈에서 부품을 선택하여 다중 숫자 디스플레이에서 시각적 균일성을 보장하고, 일부 숫자가 다른 숫자보다 더 밝거나 어둡게 보이는 것을 방지할 수 있습니다. 이 발췌문에서는 특정 빈 코드 세부 사항이 제공되지 않지만, 이 분류는 최종 애플리케이션에서 미적 및 기능적 일관성을 위한 중요한 품질 관리 단계입니다.

4. 성능 곡선 분석

데이터시트는 상세 설계에 필수적인 "일반적인 전기적/광학적 특성 곡선"을 참조합니다. 이는 일반적으로 다음을 포함합니다:

• IV 곡선(순방향 전류 대 순방향 전압): 지수적 관계를 보여주며, 정전류 드라이버 설계에 중요합니다.
• 광도 대 순방향 전류: 광 출력이 전류와 함께 어떻게 증가하는지 보여주어 밝기 보정 및 효율 계산에 도움을 줍니다.
• 광도 대 주변 온도: 온도 상승에 따른 광 출력의 감소를 보여주어 열 관리에 중요합니다.
• 스펙트럼 분포: 파장에 대한 상대 강도를 그래프로 나타내어 주 파장과 피크 파장 및 스펙트럼 폭을 확인합니다.

설계자는 이러한 곡선을 참조하여 구동 조건을 최적화하고, 온도 의존성을 이해하며, 실제 작동 환경에서의 성능을 예측해야 합니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

5.1 패키지 치수

디스플레이는 흰색 세그먼트가 있는 연한 회색 전면을 가지고 있습니다. 주요 치수 정보는 다음과 같습니다:

• 다르게 지정되지 않는 한 모든 치수는 밀리미터 단위이며 일반 공차는 ±0.25mm입니다.
• 핀 끝단 이동 공차는 ±0.40 mm입니다.
• 핀에 권장되는 PCB 구멍 직경은 1.0 mm입니다.
• 품질 사양은 광학적 선명도와 기계적 무결성을 보장하기 위해 이물질, 세그먼트 내 기포, 반사판 굽힘, 표면 잉크 오염을 제한합니다.

5.2 핀 구성 및 회로도

이 장치는 커먼 애노드 구조의 10핀 구성을 가지고 있습니다. 내부 회로도는 내부적으로 연결된 두 개의 커먼 애노드 핀(핀 1 및 핀 6)을 보여주며, 이는 중복성을 제공하고 잠재적으로 더 나은 전류 분배를 가능하게 합니다. 세그먼트 캐소드(A-G 및 DP)는 개별 핀에 연결됩니다. 이 구성은 단일 숫자 장치임에도 불구하고 다중 숫자를 멀티플렉싱하기 위한 표준입니다. 핀아웃은 다음과 같습니다: 1-커먼 애노드, 2-F, 3-G, 4-E, 5-D, 6-커먼 애노드, 7-DP, 8-C, 9-B, 10-A.

6. 솔더링 및 조립 지침

6.1 자동 솔더링

권장 조건: 패키지 장착 평면 아래 1.6mm(1/16인치)에서 측정하여 260°C에서 5초. 이 과정에서 부품 본체 온도는 최대 정격을 초과해서는 안 됩니다.

6.2 수동 솔더링

권장 조건: 장착 평면 아래 1.6mm에 인두 팁을 위치시키고 350°C ±30°C에서 최대 5초. 장시간 열에 노출되는 것을 피하도록 주의해야 합니다.

7. 애플리케이션 권장 사항

7.1 일반적인 애플리케이션 시나리오

이 디스플레이는 사무 장비, 통신 장치, 가전제품을 포함한 일반 전자 장비용으로 설계되었습니다. 높은 밝기와 가독성으로 인해 패널 미터, 시계 디스플레이, 간단한 제어 장치 표시, 선명한 숫자 표시기가 필요한 소비자 가전에 적합합니다.

7.2 중요한 설계 고려 사항

• 구동 방법:LED 밝기는 전압이 아닌 전류의 함수이므로, 일관된 광도와 수명을 보장하기 위해 정전압보다 정전류 구동을 강력히 권장합니다.
• 전류 제한:드라이버 회로는 각 세그먼트의 전류를 절대 최대 정격(25mA 연속, 온도에 따라 감소) 내로 제한해야 합니다. 이를 초과하면 급격한 성능 저하가 발생합니다.
• 전압 범위:회로는 의도한 전류를 모든 장치에 공급하기 위해 2.10V ~ 2.60V의 전체 순방향 전압(Vf) 범위를 수용하도록 설계되어야 합니다.
• 역방향 전압 보호:구동 회로는 전원 투입, 종료 또는 오류 조건 동안 LED 캐소드에 역방향 전압 또는 전압 스파이크가 인가되는 것을 방지하기 위한 보호 장치(예: 직렬 다이오드 또는 집적 회로 기능)를 포함해야 합니다.
• 열 관리:안전 동작 전류는 애플리케이션 환경의 최대 주변 온도를 기준으로 25°C 이상에서 0.28 mA/°C의 감소 계수를 사용하여 감소되어야 합니다.

8. 신뢰성 테스트

이 장치는 군사(MIL-STD), 일본 산업(JIS) 및 내부 표준을 기반으로 한 포괄적인 신뢰성 테스트를 거칩니다. 이러한 테스트는 견고성과 장수명을 검증합니다:

• 동작 수명(RTOL):실온에서 최대 정격 전류로 1000시간.
• 환경 스트레스:고온/고습 보관(65°C/90-95% RH에서 500시간), 고온 및 저온 보관(105°C 및 -35°C에서 1000시간), 온도 사이클링 및 열 충격 테스트를 포함합니다.
• 공정 견고성:솔더 저항성 및 솔더링성 테스트는 패키지가 표준 조립 공정을 견딜 수 있도록 보장합니다.

9. 주의 사항 및 사용 제한

이 장치는 고장이 생명이나 건강을 위협할 수 있는 안전 관련 애플리케이션(예: 항공, 의료 생명 유지 장치, 교통 안전 시스템)용으로 설계되지 않았습니다. 이러한 애플리케이션의 경우 제조업체와 상담하여 특별히 자격을 갖춘 구성 요소를 사용해야 합니다. 제조업체는 절대 최대 정격을 초과하거나 제공된 지침에 반하는 동작으로 인해 발생하는 손해에 대해 책임을 지지 않습니다. 역방향 바이어스를 피하는 데 특별한 주의가 필요하며, 이는 금속 이동을 유발하여 누설 전류 증가 또는 고장으로 이어질 수 있습니다.

10. 기술 비교 및 차별화

LSHD-F101은 GaAs 기판 위에 AlInGaP 기술을 사용함으로써 차별화됩니다. 표준 GaAsP 또는 GaP와 같은 오래된 기술에 비해 AlInGaP LED는 훨씬 더 높은 발광 효율을 제공하여 동일한 구동 전류에서 더 큰 밝기를 제공합니다. "연속적이고 균일한 세그먼트" 기능은 세그먼트 내에서 보이는 간격이나 핫스팟을 제거하는 고품질 몰드 및 확산기 설계를 나타내며, 이는 더 전문적이고 가독성이 높은 문자 외관으로 이어집니다. 광시야각과 분류된 광도는 다른 관점에서 또는 여러 장치에 걸쳐 일관된 시각적 성능이 필요한 애플리케이션에서 추가적인 장점입니다.

11. 자주 묻는 질문(기술 파라미터 기반)

Q: 5V 전원과 간단한 저항으로 이 디스플레이를 구동할 수 있나요?

A: 예, 하지만 신중한 계산이 필요합니다. 옴의 법칙(R = (Vsupply - Vf_led) / I_led)을 사용하고, 20mA에서 최악의 경우 Vf를 2.6V로 가정하면, 저항 값은 (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 옴이 됩니다. 그러나 Vf 변동으로 인해 세그먼트/디스플레이 간 밝기가 달라질 수 있습니다. 일관성을 위해 정전류 드라이버가 선호됩니다.

Q: 피크 파장과 주 파장의 차이는 무엇인가요?

A: 피크 파장(650nm)은 방출된 빛 스펙트럼의 물리적 피크입니다. 주 파장(639nm)은 인간의 눈에 동일한 색상 인식을 일으킬 단일 파장입니다. 주 파장은 색상 사양과 더 관련이 있습니다.

Q: 왜 두 개의 커먼 애노드 핀이 있나요?

A: 이는 기계적 대칭성을 제공하고, PCB 레이아웃을 단순화하며, 전류를 더 균등하게 분배하는 데 도움을 주어 잠재적으로 신뢰성과 밝기 균일성을 향상시킬 수 있습니다.

12. 설계 및 사용 사례 연구

시나리오: 간단한 디지털 전압계 표시 장치 설계.

설계자는 2자리 전압계 디스플레이(두 개의 장치 필요)에 LSHD-F101을 선택합니다. 먼저 균일한 밝기를 위해 동일한 빈에서 두 개의 디스플레이를 조달하기 위해 광도 빈닝 정보를 확인합니다. 마이크로컨트롤러는 3.3V에서 동작합니다. 좋은 밝기를 위해 각 세그먼트를 10mA 목표로 구동하기 위해 트랜지스터 어레이 IC를 사용하는 정전류 싱크 드라이버를 설계합니다. 드라이버 회로는 디스플레이 패널에 연결하는 긴 와이어로부터의 유도성 전압 스파이크를 클램핑하기 위한 보호 다이오드를 포함합니다. PCB 레이아웃은 권장되는 1.0mm 장착 구멍에 적절한 간격을 두고 디스플레이를 배치하며, 열 방산을 위한 접지 평면을 포함합니다. 테스트 중에는 예상 최대 주변 온도 50°C에서 세그먼트 밝기를 확인하고 전류가 세그먼트당 약 18mA(25mA - (0.28mA/°C * (50-25)°C))로 적절히 감소되었는지 확인합니다.

13. 동작 원리 소개

LSHD-F101의 발광은 AlInGaP 재료로 만들어진 반도체 p-n 접합에서의 전계발광을 기반으로 합니다. 접합의 내재 전위를 초과하는 순방향 전압이 인가되면, n형 영역의 전자와 p형 영역의 정공이 활성 영역으로 주입됩니다. 여기서 이들은 재결합하여 광자의 형태로 에너지를 방출합니다. AlInGaP 합금의 특정 구성은 밴드갭 에너지를 결정하며, 이는 직접적으로 방출된 빛의 파장(색상)에 해당합니다—이 경우 적색입니다. GaAs 기판은 광학적으로 흡수성이 있으므로, 칩은 상부 발광을 위해 설계되었으며, 이는 몰딩된 플라스틱 패키지에 의해 확산되어 균일한 세그먼트를 형성합니다.

14. 기술 동향 및 배경

AlInGaP 기술은 적색, 주황색, 노란색 LED를 위한 성숙하고 매우 효율적인 솔루션을 나타냅니다. 질화갈륨(GaN) 기반 LED와 같은 새로운 기술이 청색, 녹색 및 백색 조명 시장을 지배하는 반면, AlInGaP는 해당 스펙트럼 영역에서 우수한 효율성과 색 순도로 인해 고성능 적색 표시기 및 디스플레이를 위한 선호 재료로 남아 있습니다. 디스플레이 기술의 동향에는 자동화 조립 및 더 높은 밀도를 위한 표면 실장 장치(SMD) 패키지로의 이동이 포함됩니다. LSHD-F101은 스루홀 구성 요소이지만, 높은 밝기, 신뢰성 및 분류된 성능의 설계 원칙은 여전히 기본적입니다. 향후 발전은 더 나은 효율성, 더 넓은 온도 범위 및 드라이버 전자 장치와의 통합에 초점을 맞출 수 있습니다.