LTC-2721JD LED 디스플레이 데이터시트 - 0.28인치 자릿수 높이 - AlInGaP 적색 - 2.6V 순방향 전압 - 70mW 소비전력 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

LTC-2721JD는 전자 장비에서 선명한 숫자 표시를 위해 설계된 소형 고성능 3자리 7세그먼트 디스플레이입니다. 0.28인치(7.0mm)의 자릿수 높이를 특징으로 하여 크기와 가독성 사이의 탁월한 균형을 제공합니다. 본 장치는 비투명 GaAs 기판 위에 제작된 고효율 적색 변종인 첨단 AlInGaP(알루미늄 인듐 갈륨 포스파이드) LED 칩 기술을 활용합니다. 이 기술 선택은 구형 LED 재료에 비해 우수한 밝기와 효율성을 제공하는 성능의 핵심입니다. 디스플레이는 대비와 문자 외관을 향상시켜 다양한 조명 조건에서 숫자를 쉽게 읽을 수 있게 하는 흰색 세그먼트가 있는 독특한 회색 전면을 가지고 있습니다. 주요 목표 시장은 신뢰할 수 있는 저전력 숫자 표시가 필요한 소비자 가전, 산업용 제어판, 계측기, 테스트 장비 및 사무 기기를 포함합니다.

1.1 주요 특징 및 장점

• 최적의 크기:0.28인치 자릿수 높이는 과도한 패널 공간을 차지하지 않으면서 선명한 디스플레이를 제공합니다.
• 우수한 광학 성능:연속적이고 균일한 세그먼트는 일관된 조명을 보장합니다. 높은 밝기, 높은 대비 및 넓은 시야각의 조합은 다양한 각도에서 가독성을 보장합니다.
• 에너지 효율성:효율적인 AlInGaP 기술에 의해 구동되는 낮은 전력 요구 사항.
• 향상된 신뢰성:고체 구조는 긴 작동 수명과 충격 및 진동에 대한 저항성을 제공합니다.
• 품질 보증:장치는 휘도에 대해 등급이 분류되어 생산 로트 간 일관된 밝기 수준을 보장합니다.
• 환경 규정 준수:본 제품은 RoHS(유해 물질 제한) 지침을 준수하는 무연 패키지로 제공됩니다.

1.2 제품 식별

부품 번호 LTC-2721JD는 특히 AlInGaP 고효율 적색 LED를 사용하고 오른쪽 소수점을 특징으로 하는 멀티플렉싱 공통 캐소드 디스플레이를 나타냅니다. 이 구성은 마이크로컨트롤러 I/O 핀 수를 줄여 여러 자릿수를 구동하는 데 표준입니다.

2. 기술 파라미터: 심층 객관적 해석

이 섹션은 디스플레이의 성능과 작동 한계를 정의하는 중요한 파라미터에 대한 상세하고 객관적인 분석을 제공합니다.

2.1 절대 최대 정격

이는 어떤 조건에서도, 순간적으로도 초과해서는 안 되는 스트레스 한계입니다. 이 한계에서 또는 그 이상으로 작동하면 영구적인 손상을 초래할 수 있습니다.

• 세그먼트당 소비 전력:70 mW. 이는 단일 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 이상으로 증가함에 따라 0.33 mA/°C로 선형적으로 감소합니다. 예를 들어, 85°C에서 최대 연속 전류는 대략 다음과 같습니다: 25 mA - ((85°C - 25°C) * 0.33 mA/°C) ≈ 5.2 mA.
• 온도 범위:작동 및 저장 온도 범위는 -35°C ~ +85°C입니다.
• 납땜 조건:웨이브 또는 수동 납땜은 장착 평면 아래 1/16인치(≈1.59 mm) 깊이로 수행되어야 합니다. 권장 최대 납땜 온도는 260°C에서 5초 또는 350°C ±30°C에서 수동 납땜 시 5초 이내입니다.

2.2 전기적 및 광학적 특성

이는 Ta=25°C 및 지정된 순방향 전류(IF)에서 측정된 일반적인 성능 파라미터입니다.

• 평균 휘도(I_V):IF=1mA에서 200~600 μcd(마이크로칸델라) 범위입니다. 디스플레이는 강도에 대해 빈 분류되어, 측정된 출력을 기반으로 부품이 그룹으로 분류되어 일관성을 보장합니다.
• 세그먼트당 순방향 전압(V_F):일반적으로 2.6V, IF=20mA에서 최대 2.6V입니다. 설계자는 구동 회로가 충분한 전압을 제공할 수 있는지 확인해야 합니다.
• 피크 발광 파장(λ_p):656 nm. 이는 광 출력 전력이 가장 큰 파장입니다.
• 주 파장(λ_d):640 nm. 이는 인간의 눈이 인지하는 단일 파장으로 색상(적색)을 정의합니다.
• 스펙트럼 선 반폭(Δλ):22 nm. 이는 방출된 적색광의 스펙트럼 순도를 나타냅니다.
• 세그먼트당 역방향 전류(I_R):V_R=5V에서 최대 100 μA.중요 참고:이 파라미터는 테스트 목적으로만 사용됩니다. 장치는 연속 역방향 바이어스 작동을 위해 설계되지 않았으며, 이러한 조건은 구동 회로에 의해 방지되어야 합니다.
• 휘도 일치 비율:유사한 광 영역 내 세그먼트에 대해 최대 2:1. 이는 한 자릿수의 모든 세그먼트에서 균일한 밝기를 보장합니다.
• 크로스 토크:≤2.5%로 지정됩니다. 이는 인접 세그먼트가 구동될 때 의도하지 않은 세그먼트의 발광을 의미하며, 최소화되어야 합니다.

3. 기계적 및 패키지 정보

3.1 패키지 치수 및 공차

디스플레이는 표준 듀얼 인라인 패키지(DIP) 풋프린트를 따릅니다. 주요 치수 참고 사항은 다음과 같습니다:

• 모든 치수는 밀리미터(mm) 단위입니다.
• 다르게 지정되지 않는 한 일반 공차는 ±0.20 mm입니다.
• 핀 끝 이동 공차는 ±0.4 mm입니다.
• 품질 관리 한계는 이물질(≤10 mils), 잉크 오염(≤20 mils), 굽힘(반사체 길이의 ≤1%), 세그먼트 내 기포(≤10 mils)에 대해 정의됩니다.
• 핀에 대한 권장 PCB 구멍 직경은 1.30 mm입니다.

3.2 핀아웃 및 내부 회로

LTC-2721JD는멀티플렉싱 공통 캐소드디스플레이입니다. 세 개의 공통 캐소드 핀(각 자릿수에 대해 하나씩: 핀 2, 5, 8)과 각 세그먼트(A-G, DP) 및 콜론 세그먼트(L1, L2, L3)에 대한 개별 애노드 핀이 있습니다. 핀 13은 세 개의 콜론 LED에 대한 공통 캐소드입니다. 이 아키텍처는 마이크로컨트롤러가 특정 자릿수의 공통 캐소드를 접지하면서 원하는 세그먼트 애노드에 순방향 전압을 가하여 해당 자릿수를 발광시킬 수 있게 합니다. 자릿수를 빠르게 순환시킴으로써(멀티플렉싱), 세 자릿수가 모두 계속 켜져 있는 것처럼 보입니다. 핀 연결은 다음과 같습니다: 1(D), 2(CC1), 3(DP), 4(E), 5(CC2), 6(C/L3), 7(G), 8(CC3), 9(NC), 10-11(NP), 12(B/L2), 13(CC L1/L2/L3), 14(NP), 15(A/L1), 16(F).

4. 성능 곡선 및 특성

데이터시트는 일반적인 성능 곡선을 참조합니다(제공된 텍스트에는 표시되지 않음). 표준 LED 동작과 주어진 파라미터를 기반으로, 이러한 곡선은 일반적으로 다음을 설명합니다:

• 순방향 전류 대 순방향 전압(I-V 곡선):지수 관계를 보여주며, 20mA에서 일반적인 V_F는 2.6V입니다.
• 휘도 대 순방향 전류:광 출력이 최대 정격까지 전류와 함께 어떻게 증가하는지 보여줍니다.
• 휘도 대 주변 온도:온도가 증가함에 따라 광 출력이 감소하는 것을 보여주며, 설계에 중요한 요소입니다.
• 스펙트럼 분포:656 nm(피크) 및 640 nm(주)를 중심으로 파장에 대한 상대 강도를 그래프로 표시합니다.

5. 신뢰성 시험

본 장치는 견고성과 장수명을 보장하기 위해 군사(MIL-STD), 일본(JIS) 및 내부 표준을 기반으로 한 포괄적인 신뢰성 시험을 거칩니다.

• 작동 수명(RTOL):실온에서 최대 정격 전류로 1000시간.
• 환경 스트레스:고온/고습 저장(65°C/90-95% RH에서 500시간), 고온 저장(105°C에서 1000시간), 저온 저장(-35°C에서 1000시간)을 포함합니다.
• 열 순환 및 충격:온도 순환(-35°C와 105°C 사이 30사이클) 및 열 충격(-35°C와 105°C 사이 30사이클) 시험은 급격한 온도 변화에 대한 복원력을 테스트합니다.
• 납땜성:납땜 저항(260°C에서 10초) 및 납땜성(245°C에서 5초) 시험은 패키지가 조립 공정을 견딜 수 있는 능력을 검증합니다.

6. 납땜 및 조립 지침

6.1 자동 납땜

웨이브 납땜의 경우, 권장 조건은 리드를 장착 평면 아래 1/16인치(1.59 mm) 깊이로 260°C에서 최대 5초 동안 침지하는 것입니다. 이 과정에서 디스플레이의 본체 온도는 최대 저장 온도를 초과해서는 안 됩니다.

6.2 수동 납땜

납땜 인두를 사용할 때, 팁은 리드(다시, 장착 평면 아래 1/16인치)에 350°C ±30°C의 온도로 5초를 초과하지 않도록 접촉해야 합니다. 접합부와 패키지 본체 사이의 리드에 히트싱크를 사용하는 것이 좋은 방법입니다.

7. 중요 적용 주의사항 및 설계 고려사항

중요:이러한 주의사항을 준수하는 것은 신뢰할 수 있는 작동과 조기 고장을 방지하는 데 필수적입니다.

• 의도된 용도:일반 전자 장비용으로 설계되었습니다. 안전 관련 응용 분야(항공, 의료 등)에 대해서는 상담이 필요합니다.
• 정격 준수:구동 회로는반드시절대 최대 정격(전류, 전압, 전력, 온도)이 절대 초과되지 않도록 해야 합니다. 제조사는 미준수로 인한 손상에 대해 책임을 지지 않습니다.
• 전류 및 열 관리:권장 순방향 전류 또는 작동 온도를 초과하면 심각하고 비가역적인 광 출력 저하를 일으키며 치명적인 고장으로 이어질 수 있습니다.
• 회로 보호:구동 회로는 전원 투입 또는 종료 중에 발생할 수 있는 역전압 및 전압 변동에 대한 보호 기능을 포함해야 합니다. 전류를 제한하기 위해 직렬 저항 또는 정전류 드라이버가 필수적입니다.
• 구동 방법: 정전압 구동보다정전류 구동을 강력히 권장합니다. 이는 세그먼트 또는 유닛 간 순방향 전압(V_F)의 작은 변동에도 불구하고 일관된 휘도를 보장하고 전류 스파이크에 대한 내재적 보호를 제공합니다. 멀티플렉싱 작동의 경우, 피크 전류는 세그먼트당 평균 전류가 한계 내에 유지되도록 듀티 사이클을 기반으로 계산되어야 합니다.

8. 실제 적용 시나리오 및 설계 노트

8.1 일반적인 적용 분야

• 디지털 멀티미터(DMM) 및 테스트 장비:전압, 전류 및 저항에 대한 선명한 숫자 표시 제공.
• 산업용 타이머 및 카운터:경과 시간, 생산 수 또는 설정값 표시.
• 소비자 가전:시계, 오디오 장비 디스플레이, 주방 가전 표시.
• 계측 패널:온도, 압력 또는 속도와 같은 센서 데이터를 컴팩트한 형식으로 표시.

8.2 설계 구현 사례 연구

시나리오:마이크로컨트롤러를 사용하여 3자릿수 전압계 디스플레이 설계.

1. 멀티플렉싱 드라이버:마이크로컨트롤러는 세그먼트 애노드(A-G, DP)에 대해 7-8개의 I/O 핀을, 자릿수 캐소드(CC1, CC2, CC3)에 대해 3개의 I/O 핀(오픈 드레인/로우 출력으로 구성)을 사용합니다.
2. 전류 제한:각 세그먼트 애노드 라인과 직렬로 전류 제한 저항을 배치합니다. 저항 값(R)은 다음 공식을 사용하여 계산됩니다: R = (V_공급- V_F) / I_F. 5V 공급 전압, V_F=2.6V, 원하는 I_F10 mA의 경우: R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 Ω. 가장 가까운 표준 값(예: 220 Ω 또는 270 Ω)을 사용합니다.
3. 멀티플렉싱 타이밍:마이크로컨트롤러를 프로그래밍하여 한 번에 하나의 자릿수 캐소드를 활성화하고, 해당 자릿수에 필요한 세그먼트를 발광시킨 후, 짧은 시간(예: 2-5 ms)을 기다린 다음 다음 자릿수로 이동합니다. 50-200 Hz의 새로고침 속도는 가시적인 깜빡임을 방지합니다.
4. 피크 전류 확인:10% 듀티 사이클(3자릿수)을 사용하는 경우, 활성 시간 동안 피크 전류는 더 높을 수 있습니다.평균 I_F10 mA의 경우, 1/3 듀티 사이클 동안의피크전류는 30 mA가 됩니다. 이는 피크 순방향 전류(90 mA)에 대한 절대 최대 정격 및 작동 온도에서의 연속 전류 감소와 비교하여 확인되어야 합니다.

9. 기술 비교 및 차별화

LTC-2721JD의 주요 장점은 AlInGaP 기술에서 비롯됩니다:

• 기존 GaAsP/GaP 적색 LED 대비:AlInGaP는 상당히 높은 발광 효율을 제공하여 동일한 구동 전류에서 더 큰 밝기 또는 동일한 밝기에서 더 낮은 전력 소비를 제공합니다. 또한 더 나은 온도 안정성과 색 순도를 제공합니다.
• 더 큰 디스플레이 대비:0.28인치 크기는 읽기 어려울 수 있는 매우 작은(0.2인치) 디스플레이와 더 많은 전력과 보드 면적을 소비하는 더 큰(0.5인치 이상) 디스플레이 사이의 최적 지점을 제공합니다.
• 공통 캐소드 대 공통 애노드:공통 캐소드 구성은 일반적으로 마이크로컨트롤러에 의해 구동되는 시스템에서 선호됩니다. 마이크로컨트롤러는 일반적으로 전류를 공급하는 것(핀을 하이로 구동)보다 전류를 싱크하는 것(핀을 로우로 구동)을 더 효과적으로 수행할 수 있기 때문입니다.

10. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

10.1 3.3V 마이크로컨트롤러로 이 디스플레이를 구동할 수 있나요?

답변:가능하지만 주의가 필요합니다. 일반적인 순방향 전압(V_F)은 2.6V입니다. 3.3V 공급 전압으로는 전류 제한 저항에 대한 여유 전압이 0.7V만 있습니다. 이 작은 전압 강하는 전류가 V_F및 공급 전압의 변동에 매우 민감하게 만듭니다. 3.3V 작동 시 안정적인 밝기를 보장하기 위해 정전류 드라이버 회로를 강력히 권장합니다. 드라이버 없이 3.3V GPIO 핀에 직접 연결하면 V_F가 범위의 하한에 있을 경우 과전류 위험이 있습니다.

10.2 최대 연속 전류가 온도에 따라 감소하는 이유는 무엇인가요?

답변:이는 LED의 순방향 전압의 음의 온도 계수와 패키지의 물리적 한계 때문입니다. 온도가 상승하면 내부 효율이 떨어지고 더 많은 전력이 빛 대신 열로 변환됩니다. 전류를 줄이지 않으면 접합 온도가 통제 불가능하게 상승(열 폭주)하여 급격한 성능 저하와 고장으로 이어질 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 감소 곡선(0.33 mA/°C)이 제공됩니다.

10.3 "휘도 등급 분류"는 무엇을 의미하나요?

답변:이는 디스플레이가 생산 후 테스트되어 다른 밝기 빈으로 분류된다는 의미입니다. 예를 들어, 한 배치는 I_V가 200-300 μcd, 다른 배치는 300-400 μcd 등일 수 있습니다. 이는 대량 구매하는 설계자가 제품의 모든 유닛에서 균일한 밝기를 보장할 수 있게 합니다. 특정 빈 코드는 종종 패키지에 표시됩니다(모듈 마킹에서 "Z: BIN CODE"로 참조됨).

11. 동작 원리 및 기술 동향

11.1 기본 동작 원리

7세그먼트 LED 디스플레이는 8자 모양으로 배열된 발광 다이오드 배열입니다. 각 세그먼트(A부터 G까지)는 개별 LED입니다. 순방향 바이어스 전압(다이오드의 V_F를 초과)을 가하고 저항 또는 정전류원으로 전류를 제한함으로써, 전자와 정공이 AlInGaP 반도체의 활성 영역 내에서 재결합하여 재료 특유의 파장(이 경우 적색, ~640 nm)으로 광자(빛) 형태로 에너지를 방출합니다. 멀티플렉싱은 인간 눈의 잔상 효과를 이용하여 한 번에 하나의 자릿수만 발광시키지만 너무 빨리 순환시켜 모두 동시에 켜져 있는 것처럼 보이게 합니다.

11.2 객관적 기술 배경

AlInGaP는 적색, 주황색 및 노란색 LED를 위한 성숙하고 고도로 최적화된 재료 시스템을 나타냅니다. 이는 우수한 효율성과 신뢰성을 제공합니다. 디스플레이 기술의 동향은 더 높은 통합(예: 도트 매트릭스 디스플레이, OLED, 마이크로 LED) 및 드라이버 IC와의 직접 통합을 향하고 있습니다. 그러나 LTC-2721JD와 같은 개별 7세그먼트 디스플레이는 단순성, 저비용, 높은 밝기, 견고성 및 숫자 데이터만 표시해야 하는 응용 분야에서의 사용 편의성으로 인해 여전히 매우 관련성이 높습니다. 그들의 설계는 잘 이해되어 있으며 저비용 마이크로컨트롤러와 쉽게 인터페이스하여 가까운 미래에도 산업, 소비자 및 계측 분야에서 계속 사용될 것입니다.