LTC-4724JS LED 디스플레이 데이터시트 - 0.4인치 자릿수 높이 - AlInGaP 노란색 - 2.6V 순방향 전압 - 40mW 전력 소산 - 기술 문서

1. 제품 개요

LTC-4724JS는 선명한 숫자 표시가 필요한 응용 분야를 위해 설계된 소형 고성능 3자리 7세그먼트 디스플레이 모듈입니다. 주요 기능은 개별 LED 세그먼트를 사용하여 세 자리 숫자(0-9)와 관련 소수점을 시각적으로 표현하는 것입니다. 이 장치는 공간 효율성, 가독성 및 신뢰성이 주요 고려 사항인 다양한 전자 시스템에 통합되도록 설계되었습니다.

핵심 기술은 LED 칩에 알루미늄 인듐 갈륨 포스파이드(AlInGaP) 반도체 재료를 사용합니다. 이 재료 시스템은 노란색에서 빨간색 스펙트럼 영역에서 높은 효율성과 우수한 성능으로 알려져 있습니다. 칩은 불투명한 갈륨 비소(GaAs) 기판 위에 제작되어 광 출력을 전방으로 향하게 하여 밝기와 대비를 향상시킵니다. 디스플레이는 흰색 세그먼트 표시가 있는 회색 전면판을 특징으로 하여 다양한 조명 조건에서 문자 가독성을 향상시키는 높은 대비 배경을 제공합니다.

디스플레이는 멀티플렉스 공통 캐소드 구성을 사용합니다. 이 설계는 정적 구동 방식에 비해 필요한 구동 핀 수를 크게 줄입니다. 각 자릿수의 각 세그먼트에 전용 핀이 필요한 대신, 각 자릿수의 캐소드가 함께 연결되어 순차적으로 제어되고(멀티플렉싱), 각 세그먼트 유형(A-G, DP)의 애노드는 모든 자릿수에서 공유됩니다. 이는 I/O 핀이 제한된 마이크로컨트롤러 기반 시스템에 매우 효율적입니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

2.1 광도 및 광학 특성

광학 성능은 디스플레이 기능의 핵심입니다. 주요 파라미터는 일반적으로 주변 온도(Ta) 25°C에서 표준화된 테스트 조건 하에서 측정됩니다.

• 평균 발광 강도(I_V):이 파라미터는 세그먼트의 인지된 밝기를 정의합니다. 테스트 전류(I_F) 1mA에서 전형적인 값은 650 µcd(마이크로칸델라)이며, 보장된 최소값은 200 µcd입니다. 넓은 범위는 강도에 대한 분류 또는 빈닝 과정을 나타내며, 이는 최소 성능 수준을 보장하기 위한 LED 제조에서 일반적입니다.
• 피크 방출 파장(λ_p):I_F=20mA에서 측정된 전형적인 피크 파장은 588 나노미터(nm)입니다. 이는 방출을 가시 스펙트럼의 노란색 영역에 확실히 위치시킵니다.
• 주 파장(λ_d):이는 587 nm로, 피크 파장에 매우 가깝습니다. 주 파장은 빛의 인지된 색상을 가장 잘 나타내는 단일 파장이며 색상이 중요한 응용 분야에 중요합니다.
• 스펙트럼 선 반폭(Δλ):15 nm(전형적)에서, 이 파라미터는 방출된 빛의 스펙트럼 순도 또는 대역폭을 나타냅니다. 여기서 볼 수 있는 상대적으로 좁은 반폭은 AlInGaP LED의 특징이며 포화된 순수한 노란색에 기여합니다.
• 발광 강도 매칭 비율(I_V-m):최대 2:1로 지정된 이 비율은 동일한 디스플레이 내 다른 세그먼트 간 허용 가능한 밝기 변화를 정의합니다. 2:1 비율은 동일한 구동 조건에서 가장 밝은 세그먼트가 가장 어두운 세그먼트보다 두 배 이상 밝지 않아야 함을 의미하며, 균일한 외관을 보장합니다.

모든 발광 강도 측정은 CIE(국제 조명 위원회) 표준 명시적 눈 반응 곡선에 근사하도록 보정된 광 센서와 필터 조합을 사용하여 수행되어 측정값이 인간의 시각적 인지와 상관관계를 가지도록 합니다.

2.2 전기적 특성 및 절대 최대 정격

이러한 한계를 준수하는 것은 장치 수명과 파괴적 고장 방지에 중요합니다.

• 세그먼트당 연속 순방향 전류:25°C에서 단일 LED 세그먼트를 통과하는 허용 가능한 최대 연속 DC 전류는 25 mA입니다. 이 온도를 초과하면 주변 온도가 섭씨 1도 증가할 때마다 0.33 mA의 비율로 선형적으로 정격을 감소시켜야 합니다.
• 세그먼트당 피크 순방향 전류:펄스 동작의 경우 더 높은 전류가 허용됩니다. 1/10 듀티 사이클과 0.1ms 펄스 폭에서 피크 전류는 60 mA에 도달할 수 있습니다. 이는 짧은 ON 시간 동안 더 높은 순간 밝기가 필요한 멀티플렉싱 방식에 유용합니다.
• 세그먼트당 전력 소산:단일 세그먼트가 열로 소산할 수 있는 최대 전력은 40 mW입니다. 이는 순방향 전압(V_F)에 순방향 전류(I_F)를 곱하여 계산됩니다. 이 한계를 초과하면 반도체 접합부의 과열 위험이 있습니다.
• 세그먼트당 순방향 전압(V_F):구동 전류 20 mA에서 LED 세그먼트 양단의 전형적인 순방향 전압 강하는 2.6V이며, 최소값은 2.05V입니다. 이 파라미터는 구동기의 전류 제한 회로 설계에 매우 중요합니다.
• 세그먼트당 역방향 전압:LED 세그먼트 양단에 인가할 수 있는 최대 역방향 바이어스 전압은 5V입니다. 이를 초과하면 접합 항복으로 인해 LED에 즉각적이고 비가역적인 손상을 초래할 수 있습니다.
• 세그먼트당 역방향 전류(I_R):5V 역방향 바이어스가 인가되면 누설 전류는 전형적으로 100 µA 이하입니다.

2.3 열 및 환경 사양

• 동작 온도 범위:장치는 주변 온도 범위 -35°C ~ +85°C 내에서 정상적으로 작동하도록 지정됩니다. 이 범위를 벗어난 성능은 보장되지 않습니다.
• 보관 온도 범위:장치는 동일한 -35°C ~ +85°C 범위 내에서 작동 없이 보관할 수 있습니다.
• 납땜 온도:조립 중 장치는 패키지의 착석 평면 아래 1.6mm에서 측정하여 최대 3초 동안 최대 260°C의 납땜 온도를 견딜 수 있습니다. 이는 웨이브 솔더링 또는 리플로우 공정에 중요합니다.

3. 빈닝 및 분류 시스템

데이터시트는 장치가 "발광 강도에 대해 분류됨"이라고 명시적으로 언급합니다. 이는 생산 후 분류(빈닝) 과정을 의미합니다. 이 발췌문에서 특정 빈 코드는 제공되지 않지만, 이러한 디스플레이에 대한 일반적인 분류는 표준 테스트 전류에서 측정된 발광 강도를 기반으로 유닛을 그룹화하는 것을 포함합니다. 이는 고객이 일관된 최소 밝기 수준의 디스플레이를 받도록 보장합니다. I_V에 대해 지정된 최소값(200 µcd)과 전형값(650 µcd)은 이 분류의 경계를 정의합니다. 설계자는 밝기가 지정된 2:1 매칭 비율 내에서 그리고 강도 빈 간에 유닛마다 다를 수 있음을 인지해야 하며, 이는 여러 디스플레이에 걸쳐 균일한 밝기를 위한 시스템 보정에 영향을 줄 수 있습니다.

4. 성능 곡선 분석

데이터시트는 상세 설계 작업에 필수적인 "전형적인 전기/광학 특성 곡선"을 참조합니다. 특정 그래프는 본문에 제공되지 않지만 표준 LED 특성을 기반으로 이러한 곡선에는 일반적으로 다음이 포함됩니다:

• 순방향 전류 대 순방향 전압(I-V 곡선):이 비선형 곡선은 LED 양단에 인가된 전압과 결과 전류 간의 관계를 보여줍니다. 전압의 작은 변화가 전류(및 따라서 밝기)의 큰 변화를 일으킬 수 있으므로 정전류 구동기 설계에 중요합니다. 곡선의 무릎 부분, 즉 20mA에서 전형적인 V_F 약 2.6V 부근이 정상 동작 영역입니다.
• 발광 강도 대 순방향 전류(I-L 곡선):이 그래프는 광 출력이 구동 전류에 따라 어떻게 증가하는지 보여줍니다. 일반적으로 일정 범위에서 선형이지만 열 및 효율 저하로 인해 매우 높은 전류에서 포화됩니다. I_V에 대한 1mA 테스트 지점과 다른 파라미터에 대한 20mA 지점은 이 곡선에서 두 가지 주요 참조점을 제공합니다.
• 발광 강도 대 주변 온도:LED의 광 출력은 일반적으로 접합 온도가 증가함에 따라 감소합니다. 이 곡선은 넓은 온도 범위에서 작동하는 응용 분야에 있어 고온에서도 가독성이 유지되도록 하는 데 중요합니다.
• 스펙트럼 분포:상대 강도 대 파장의 플롯으로, 약 588 nm에서 피크와 좁은 15 nm 반폭을 보여 순수한 노란색 발광을 확인시켜 줍니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

5.1 물리적 치수 및 공차

패키지 도면은 PCB 레이아웃 및 외장 설계에 중요한 기계적 데이터를 제공합니다. 모든 치수는 밀리미터 단위로 제공됩니다. 지정되지 않은 치수에 대한 일반 공차는 ±0.25 mm(±0.01 인치에 해당)입니다. 설계자는 적절한 맞춤을 보장하기 위해 이러한 공차를 기계적 설계에 반영해야 합니다. 도면에는 디스플레이 모듈의 전체 길이, 너비, 높이, 자릿수 간 간격, 세그먼트 크기 및 장착 핀의 위치와 직경이 상세히 설명될 것입니다.

5.2 핀 구성 및 연결도

핀 연결 테이블은 내부 회로와 외부 세계 간의 인터페이스 맵입니다. LTC-4724JS는 15핀 배열을 사용합니다(여러 핀이 "연결 없음" 또는 "핀 없음"으로 표시됨).

• 공통 캐소드:핀 1, 5, 7, 14는 캐소드 연결입니다. 핀 1은 자릿수 1용, 핀 5는 자릿수 2용, 핀 7은 자릿수 3용이며, 핀 14는 왼쪽 소수점(L1, L2, L3)용 공통 캐소드입니다. 이 구조는 멀티플렉싱 방식을 가능하게 합니다.
• 세그먼트 애노드:나머지 핀(2, 3, 4, 6, 8, 11, 12, 15)은 특정 세그먼트의 애노드입니다: A, B, C, D, E, F, G 및 DP(소수점). 내부 회로도에 표시된 대로 세그먼트 C와 G는 각각 왼쪽 소수점 L3 및 일반과 공유됩니다.

내부 회로도는 이 멀티플렉스 아키텍처를 시각적으로 나타내며, 세 자릿수 캐소드와 공유 세그먼트 애노드가 어떻게 상호 연결되는지 보여줍니다. 이 도해를 이해하는 것은 올바른 소프트웨어 타이밍 및 하드웨어 구동 회로를 개발하는 데 필수적입니다.

6. 납땜 및 조립 지침

납땜 온도에 대한 절대 최대 정격(착석 평면 아래 1.6mm에서 3초간 260°C)은 조립 공정에 대한 명확한 지침을 제공합니다. 이 정격은 표준 무연 리플로우 솔더링 프로파일(종종 피크 온도가 약 245-250°C)과 호환됩니다. 웨이브 솔더링의 경우, 핀이 녹은 솔더에 노출되는 시간을 이 한계 내로 유지하도록 제어해야 합니다. 스루홀 구성품 납땜을 위한 표준 IPC 지침을 따르는 것이 좋습니다. 열 충격을 최소화하기 위해 예열을 권장합니다. 납땜 후 디스플레이는 서서히 냉각되도록 해야 합니다. 민감한 LED 접합부에 대한 손상을 방지하기 위해 조립 중 항상 적절한 ESD(정전기 방전) 처리 절차를 따라야 합니다.

7. 응용 제안 및 설계 고려 사항

7.1 전형적인 응용 시나리오

LTC-4724JS는 소형, 밝고 신뢰할 수 있는 숫자 디스플레이가 필요한 다양한 응용 분야에 매우 적합합니다. 일반적인 용도는 다음과 같습니다:

• 테스트 및 측정 장비:디지털 멀티미터, 주파수 카운터, 전원 공급 장치(3자리 해상도로 충분한 경우, 예: 0-999 표시).
• 산업 제어 및 계측:온도, 압력, 속도 또는 계수 표시용 패널 미터.
• 소비자 가전:오디오 장비(앰프 볼륨 디스플레이), 주방 가전(타이머, 온도 표시).
• 자동차 애프터마켓:전압, RPM 또는 온도용 게이지 및 디스플레이.

7.2 주요 설계 고려 사항

• 구동 회로:멀티플렉싱 구동 회로가 필요합니다. 이는 일반적으로 자릿수 캐소드를 통해 전류를 싱크하고(일반적으로 트랜지스터를 통해) 세그먼트 애노드에 전류를 소스할 수 있는 마이크로컨트롤러 또는 전용 디스플레이 구동기 IC를 포함합니다. 각 세그먼트 애노드에 전류 제한 저항이 필수적입니다(정전류 구동기를 사용하는 경우 공유 가능). 이를 통해 I_F를 안전한 값, 일반적으로 밝기와 수명의 균형을 위해 10-20 mA 사이로 설정합니다.
• 멀티플렉싱 주파수:리프레시 레이트는 가시적인 깜빡임을 피하기 위해 충분히 높아야 하며, 일반적으로 60 Hz 이상입니다. 세 자릿수의 경우 각 자릿수는 주기의 약 1/3 동안 점등됩니다. 피크 전류는 더 높게 설정할 수 있습니다(최대 60mA 펄스 정격까지). 이는 감소된 듀티 사이클을 보상하고 평균 밝기를 유지하기 위함입니다.
• 전원 공급:순방향 전압 요구 사항(~2.6V)은 시스템 전원 공급 장치가 전류 제한 저항 및 구동 회로 양단의 전압 강하를 허용하기 위해 이보다 높은 전압을 제공해야 함을 의미합니다. 5V 공급이 일반적이고 편리합니다.
• 시야각 및 대비:데이터시트는 "넓은 시야각"과 "높은 대비"를 주장합니다. 회색 전면/흰색 세그먼트가 대비를 향상시킵니다. 최적의 시청을 위해 디스플레이는 주 시청 방향에 수직으로 장착되어야 합니다. 높은 주변광 조건에서는 높은 밝기(전형 650 µcd)가 유리합니다.
• 열 관리:세그먼트당 전력 소산은 낮지만, 특히 더 높은 전류에서 여러 세그먼트가 동시에 점등될 때 누적되는 열을 고려해야 합니다. 외장 내 적절한 환풍을 권장하며, 특히 상한 온도 근처에서 작동할 경우 더욱 그렇습니다.

8. 기술 비교 및 차별화

LTC-4724JS의 주요 차별화 요소는 재료 기술과 패키지에 있습니다. 표준 GaP 또는 GaAsP LED와 같은 오래된 기술에 비해 AlInGaP는 상당히 높은 발광 효율을 제공하여 동일한 구동 전류에서 더 큰 밝기를 제공합니다. 생성된 노란색도 더 포화되고 순수합니다. 현대적인 대안에 비해 0.4인치 자릿수 높이는 크기와 가독성 사이의 특정 균형을 제공합니다. 멀티플렉스 공통 캐소드 설계는 다중 자릿수 디스플레이의 표준이지만, 특정 핀아웃 및 내부 회로(왼쪽 소수점용 공유 캐소드 포함)는 이 부품 번호에 고유하며 구동 소프트웨어와 일치해야 합니다. 발광 강도에 대한 분류는 모든 디스플레이에 존재하지 않을 수 있는 수준의 품질 관리를 제공합니다.

9. 자주 묻는 질문(기술 파라미터 기반)

• Q: 3.3V 마이크로컨트롤러로 이 디스플레이를 구동할 수 있나요?A: 가능하지만 신중한 설계가 필요합니다. 전형적인 V_F는 2.6V입니다. 구동 트랜지스터와 전류 제한 저항의 작은 전압 강하를 고려하면 3.3V 공급 장치의 여유 공간이 매우 빡빡하거나 불충분할 수 있으며, 특히 V_F 변동을 고려할 때 더욱 그렇습니다. 5V 공급이 더 안정적입니다. 레벨 시프터 또는 별도의 5V 레일에서 전원을 공급받는 구동기 IC가 필요할 수 있습니다.
• Q: 피크 전류(60mA)가 연속 전류(25mA)보다 높은 이유는 무엇인가요?A: 듀티 사이클이 낮으면 평균 전력 소산 및 접합 온도가 안전 한계 내에 유지되므로 LED는 더 높은 순간 전류를 처리할 수 있습니다. 이는 멀티플렉싱에서 더 높은 인지 밝기를 달성하기 위해 활용됩니다.
• Q: "연결 없음" 핀의 목적은 무엇인가요?A: 아마도 표준 15핀 DIP(듀얼 인라인 패키지) 풋프린트에 맞추기 위한 기계적 자리 표시자일 것입니다. 납땜 중 물리적 안정성을 제공하지만 전기적 기능은 없습니다. 어떤 회로에도 연결하지 마십시오.
• Q: 전류 제한 저항의 값을 어떻게 계산하나요?A: 옴의 법칙을 사용하세요: R = (V_공급- V_F- V_{구동기_강하}) / I_F. 5V 공급, V_F 2.6V, 구동기 강하 0.2V, 원하는 I_F 15mA의 경우: R = (5 - 2.6 - 0.2) / 0.015 = 146.7 Ω. 표준 150 Ω 저항이 적절할 것입니다. 항상 저항의 전력 소산을 확인하세요: P = I²* R.

10. 실용적인 설계 및 사용 예시

마이크로컨트롤러를 사용한 간단한 3자리 전압계 설계를 고려해 보세요. 마이크로컨트롤러의 ADC가 전압을 읽고 0에서 999 사이의 숫자로 변환하여 표시해야 합니다.

1. 하드웨어 인터페이스:마이크로컨트롤러의 세 개 I/O 핀을 출력으로 구성하여 세 자릿수 캐소드 핀(1,5,7)에서 전류를 싱크하는 NPN 트랜지스터(또는 트랜지스터 어레이)를 제어합니다. 다른 여덟 개 I/O 핀(또는 핀을 절약하기 위한 시프트 레지스터)을 출력으로 구성하여 개별 150Ω 전류 제한 저항을 통해 여덟 개 세그먼트 애노드 핀(A,B,C,D,E,F,G,DP)에 전류를 소스합니다.
2. 소프트웨어 루틴:메인 루프는 멀티플렉싱을 구현합니다. 모든 자릿수 캐소드를 끕니다. 그런 다음 자릿수 1에 대한 세그먼트 패턴을 애노드 핀에 설정합니다(예: "5" 표시). 그런 다음 자릿수 1의 캐소드를 활성화합니다(트랜지스터를 통해 접지 경로 제공). 짧은 시간(예: 2-3 ms) 기다립니다. 그런 다음 자릿수 1을 비활성화하고 자릿수 2에 대한 세그먼트 패턴을 설정하고 자릿수 2 캐소드를 활성화하고 기다린 후 자릿수 3에 대해 반복합니다. 이 주기가 지속적으로 반복됩니다. 세그먼트당 피크 전류는 약 20mA로 설정할 수 있습니다. 1/3 듀티 사이클에서 평균 전류는 약 6.7mA로 연속 정격 내에 잘 들어갑니다.
3. 결과:시각 잔상으로 인해 세 자릿수가 모두 동시에 안정적으로 점등된 것처럼 보여 측정된 전압을 표시합니다.

11. 기술 원리 소개

LTC-4724JS는 AlInGaP(알루미늄 인듐 갈륨 포스파이드) 반도체를 사용하는 고체 조명 기술을 기반으로 합니다. 다이오드의 밴드갭 전압을 초과하는 순방향 전압이 인가되면 전자와 정공이 반도체 구조의 활성 영역으로 주입됩니다. 이들은 재결합하여 광자(빛) 형태로 에너지를 방출합니다. AlInGaP 합금의 특정 구성은 밴드갭 에너지를 결정하며, 이는 직접적으로 방출된 빛의 파장(색상)을 결정합니다. 이 경우 노란색(~587-588 nm)입니다. 불투명한 GaAs 기판은 뒤로 방출되는 모든 빛을 흡수하여 유용한 전방 광 출력에 기여하지 않는 내부 반사를 줄여 전체 효율을 향상시킵니다. 7세그먼트 형식은 7개의 독립적인 막대 모양 LED 세그먼트(A부터 G까지 레이블링)를 선택적으로 점등하여 숫자 문자를 형성하는 표준화된 방법입니다.

12. 기술 동향 및 맥락

이 특정 부품은 성숙한 AlInGaP 기술을 사용하지만, 더 넓은 LED 디스플레이 환경은 계속 발전하고 있습니다. 동향에는 파란색/녹색/흰색용 InGaN과 같은 더 효율적인 재료 채택, 더 높은 밀도와 더 작은 풋프린트를 위한 칩 온 보드(COB) 및 표면 실장 장치(SMD) 패키지 개발, 구동기 및 컨트롤러를 디스플레이 모듈에 직접 통합(지능형 디스플레이) 등이 포함됩니다. 그러나 표준 스루홀 패키지에서 순수하고 효율적인 노란색이 필요한 특정 응용 분야의 경우, LTC-4724JS와 같은 AlInGaP 기반 디스플레이는 여전히 신뢰할 수 있고 비용 효율적인 솔루션으로 남아 있습니다. 그들의 단순성, 견고성 및 기본 마이크로컨트롤러와의 쉬운 인터페이스는 맞춤형 그래픽 디스플레이가 불필요한 많은 산업 및 소비자 설계에서 계속적인 관련성을 보장합니다.