LTC-2723JF 7セグメントLED表示器 データシート - 0.28インチ桁高 - 黄橙色 - 順方向電圧2.6V - 技術文書

1. 製品概要

LTC-2723JFは、高性能な4桁7セグメント英数字表示モジュールです。その主な機能は、幅広い電子機器において、明確で明るい数値および限定的な英数字の表示を提供することです。コアアプリケーションは、優れた視認性を持つコンパクトな多桁数値表示を必要とするデバイス、例えば試験・計測機器、産業用制御パネル、POS端末、および民生電子機器などです。

本デバイスの主要なポジショニングは、サイズ、輝度、および電力効率のバランスにあります。0.28インチ（7 mm）の桁高により、過度なパネルスペースを占有することなく読みやすい表示を提供します。AlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）LED技術の使用は大きな利点であり、従来の標準GaAsP LEDなどの技術と比較して、優れた発光効率と独特の鮮やかな黄橙色を実現します。これにより、高輝度、優れたコントラスト、広い視野角という中核的な利点がもたらされ、明るい環境や斜めからの角度でも読みやすさを確保します。

ターゲット市場には、信頼性が高くインターフェースが容易な表示ソリューションを必要とする、組み込みシステム、計測機器、産業用ハードウェアの設計者やエンジニアが含まれます。そのマルチプレックス共通カソード設計は駆動回路を簡素化し、必要なマイクロコントローラのI/Oピン数と外部部品数を削減します。これは、コスト重視およびスペース制約のあるアプリケーションにとって重要な利点です。

2. 詳細技術パラメータ分析

2.1 測光・光学特性

光学性能は周囲温度（T_A）25°Cで定義されます。主要な指標は平均光度（I_V）であり、セグメントあたりの順方向電流（I_F）1 mAで駆動した場合の代表値は600 µcd（マイクロカンデラ）です。仕様は最小200 µcdから最大値までの範囲を提供し、基本的な輝度レベルを保証します。この強度は、人間の目の分光感度に近似したCIE明所視効率関数に較正されたセンサーとフィルターを使用して測定されます。

色特性は波長パラメータによって定義されます。ピーク発光波長（λ_p）の代表値は611 nmで、可視スペクトルの黄橙色領域に該当します。色の知覚により関連性の高い指標である主波長（λ_d）の代表値は605 nmです。スペクトル線半値幅（Δλ）17 nmは比較的狭い発光帯を示し、黄橙色の純度と彩度に寄与します。光度マッチング比（I_V-m）は最大2:1と規定されており、同じ条件下で駆動した場合、セグメント間の輝度差が2倍を超えないことを保証し、表示全体の均一な外観を確保します。

2.2 電気・熱特性パラメータ

電気特性は回路設計にとって重要です。セグメントあたりの順方向電圧（V_F）は、標準試験電流20 mAにおける代表値が2.6Vです。最小値は2.05Vと記載されています。このパラメータは、電流制限抵抗値と電源要件を計算するために不可欠です。セグメントあたりの逆方向電流（I_R）は、逆方向電圧（V_R）5Vにおける最大値が100 µAであり、オフ状態でのデバイスのリーク特性を示しています。

絶対最大定格は動作限界を定義します。セグメントあたりの連続順方向電流定格は25 mAですが、25°Cを超えると0.33 mA/°Cの割合で線形にデレーティングする必要があります。パルス動作では、特定の条件下（デューティ比1/10、パルス幅0.1 ms）でピーク順方向電流60 mAが許容されます。セグメントあたりの最大電力損失は70 mWです。デバイスの動作・保管温度範囲は-35°Cから+85°Cに定格されており、産業用および広範な環境アプリケーションに適しています。はんだ付け温度定格は、デバイスが実装面から1/16インチ（約1.6 mm）下の位置で260°Cを3秒間耐えられることを規定しており、これはPCB組立プロセスにとって重要な情報です。

3. ビニングと分類システム

データシートは、本デバイスが光度で分類されていると明記しています。これは、標準試験条件（おそらくI_F提供されている主な組立ガイドラインは、はんだ付け温度仕様です：デバイスは実装面から1/16インチ（1.6 mm）下の位置で260°Cを3秒間耐えることができます。これは、フローはんだ付けまたはリフローはんだ付けプロセスの標準的な定格です。設計者は、PCB組立プロファイルがこの熱ストレスを超えないようにする必要があります。手はんだ付けの場合は、温度制御されたはんだごてを使用し、ピンごとの接触時間を最小限に抑えるべきです。

4. 性能曲線分析

データシートには代表的な電気・光学特性曲線のセクションが含まれています。提供されたテキストでは具体的な曲線は描画されていませんが、このようなデバイスの標準的な曲線には通常以下が含まれます：

• 順方向電流対順方向電圧（I_F-V_F曲線）：この非線形関係は、電圧が電流とともにどのように増加するかを示します。LEDが安全かつ効率的な領域で動作するようにドライバ回路を設計するために不可欠です。
• 光度対順方向電流（I_V-I_F曲線）：この曲線は、光出力が駆動電流にどのように依存するかを示します。一般的にある範囲では線形ですが、より高い電流では飽和します。これは、最適な輝度と消費電力、寿命のバランスを考慮した表示器の駆動に関する決定に役立ちます。
• 光度対周囲温度：この曲線は、LEDの接合温度が上昇するにつれて光出力がどのように減少するかを示します。このデレーティングを理解することは、高い周囲温度で動作するアプリケーションにとって重要です。
• スペクトル分布：611 nmのピークを中心に、異なる波長にわたって放出される光の相対強度を示すグラフで、色純度を説明します。

5. 機械的・パッケージ情報

本デバイスは標準的なLED表示器パッケージで提供されます。パッケージ寸法セクションには機械的外形図が記載されていますが、テキスト抜粋には具体的なミリメートル寸法は記載されていません。注記には、特に断りのない限り、すべての寸法は公差±0.25 mmのミリメートル単位であると指定されています。この図面はPCBフットプリント設計、前面パネルの切り抜きサイズの正確な設定、およびピンとPCBパッドの位置合わせを確保するために不可欠です。

パッケージはグレーの面と白いセグメントの外観を特徴としており、非点灯領域（面）からの反射を減らすことでコントラストを高め、点灯セグメントに対して清潔で拡散性のある表面を提供します。右側の小数点はパッケージに統合されています。極性はピン配列と共通カソードアーキテクチャによって明確に定義されています。

6. ピン接続と内部回路

LTC-2723JFはマルチプレックス共通カソード構成を採用しています。これは重要な設計側面です。内部回路図（参照はされているが表示されていない）を参照すると、4桁の各桁がカソード接続を共有していることがわかります。すべての桁にわたる対応するセグメント（A、B、C、D、E、F、G、DP）のアノードは内部で接続されています。

詳細なピン接続は以下の通りです：ピン1は桁1の共通カソード、ピン8は桁4、ピン11は桁3、ピン14は桁2です。ピン12は、左下、中央下、右下のコロンセグメント（L1、L2、L3）用の特別な共通カソードで、時間の区切り（例：12:34）に使用される可能性があります。セグメントアノードは他のピンに分散されています（例：ピン13はアノードAとL1、ピン15はアノードBとL2、ピン2はアノードCとL3、ピン3はDPなど）。ピン4、9、10は接続なしまたはピンなしとマークされています。マルチプレックス方式を正しく動作させるためには、このピン配列を正確に従う必要があります。

7. はんだ付けと組立ガイドライン

The primary assembly guideline provided is the soldering temperature specification: the device can withstand 260\u00b0C for 3 seconds at a point 1/16 inch (1.6 mm) below the seating plane. This is a standard rating for wave soldering or reflow soldering processes. Designers must ensure their PCB assembly profile does not exceed this thermal stress. For manual soldering, a temperature-controlled iron should be used with minimal contact time per pin.

LEDに関する一般的な取り扱い上の注意が適用されます：エポキシレンズへの機械的ストレスを避け、取り扱い中の静電気放電（ESD）から保護し、密閉包装を開封後すぐに使用しない場合は適切な静電気防止・湿度管理環境で保管してください。

8. アプリケーション設計上の考慮事項

8.1 代表的なアプリケーション回路

最も一般的なアプリケーションはマイクロコントローラによる駆動です。マルチプレックス共通カソード設計のため、マイクロコントローラは走査技術を使用する必要があります。マイクロコントローラは、共通アノードライン（セグメントA-G、DP）に単一の桁のパターンを設定し、次にその桁に対応する共通カソードピンをアクティブに（電流をグランドにシンク）します。短時間（例：1-5 ms）後、次の桁に移動し、4桁すべてを高速に循環させます。人間の目は残像効果により、これが連続点灯している表示として知覚します。この方法により、必要なI/Oピン数が（7セグメント + 1 DP） * 4桁 = 32ピンから、7セグメントピン + 4桁ピン + 3コロンピン = 14ピンに削減され、大幅な節約となります。

外部部品には通常、各セグメントアノードラインと直列に接続された電流制限抵抗が含まれます。抵抗値はオームの法則を使用して計算されます：R = (V_supply- V_F) / I_F。5V電源、代表的なV_F2.6V、および希望するI_F10 mAの場合、抵抗値は（5 - 2.6）/ 0.01 = 240オームとなります。表示器はマルチプレックスされているため、各桁のアクティブ時間中の瞬間電流を高くして同じ平均輝度を達成できます。例えば、25%のデューティ比で40 mAピークで駆動すると、平均10 mAが得られます。

8.2 設計上の注意点とベストプラクティス

• ドライバの選択：マイクロコントローラまたは専用ドライバICが、共通カソードピン（1桁内のすべての点灯セグメントの電流の合計）に対して十分な電流をシンクできることを確認してください。
• リフレッシュレート：ちらつきを防ぐために、総リフレッシュレートを60 Hz以上に維持してください。4桁の場合、各桁の走査時間は約4 ms未満であるべきです。
• 輝度制御：ソフトウェアでマルチプレックスのデューティ比またはピーク駆動電流（絶対最大定格内）を調整することで、輝度を容易に制御できます。
• 電源シーケンス：どのカソードもアクティブでないときにセグメントアノードに信号を印加しないでください。これは未定義状態や潜在的なラッチアップを引き起こす可能性があります。
• 視野角：表示器をユーザーの予想される主視線に対して垂直に取り付けることで、広い視野角を活用してください。

9. 技術比較と利点

従来の赤色GaAsP LED表示器と比較して、LTC-2723JFのAlInGaP技術は著しく高い発光効率を提供します。これは、同じ電気入力電流に対してより多くの光（より高いカンデラ出力）を生成することを意味し、所定の輝度に対して消費電力を低減するか、最大輝度を高めることができます。黄橙色（605-611 nm）は、標準的な赤色よりも主観的に明るく注意を引くと感じられることが多く、周囲に赤色光がある環境ではより良い性能を発揮する可能性があります。

より大きな桁の表示器と比較して、0.28インチサイズはコンパクトな占有面積を提供し、携帯用または高密度に配置された機器に理想的です。液晶表示器（LCD）と比較して、このLED表示器は優れた輝度、広い視野角、高速な応答時間を提供し、バックライトを必要としないため設計を簡素化します。主なトレードオフは、特に複数のセグメントが点灯している場合、LCDよりも消費電力が高いことです。

10. よくある質問（FAQ）

Q: 正しい電流制限抵抗値はどのように計算しますか？

A: 公式 R = (V_CC- V_F) / I_Fを使用してください。初期計算にはデータシートの代表的なV_F（2.6V）を使用します。希望する輝度に基づいてI_Fを選択し、25 mAの連続最大値を下回るようにしてください。これはセグメントあたりの値であることに注意してください。マルチプレックス設計の場合、同じ平均輝度を達成するために瞬間的なI_Fは高くなります。

Q: この表示器を定電流（非マルチプレックス）で駆動できますか？

A: 技術的には可能です。各桁のカソードを独立してグランドに接続し、セグメントを直接駆動することで実現できます。しかし、これにははるかに多くのI/Oピン（32以上）が必要であり、マイクロコントローラのリソースと消費電力の点で非常に非効率的です。マルチプレックス設計が意図された最適な使用例です。

Q: 光度マッチング比の目的は何ですか？

A: この2:1の比率は視覚的な均一性を保証します。同じ条件下で駆動した場合、デバイス内のどのセグメントも他のセグメントの2倍以上明るくならないことを保証します。これにより、一部の桁やセグメントが目立って暗くまたは明るく見えることを防ぎ、視覚的な混乱を回避します。

Q: ヒートシンクは必要ですか？

A: 指定された電流および温度制限内での通常動作では、ヒートシンクは必要ありません。セグメントあたりの最大電力損失70 mWは、通常の条件下ではデバイスのパッケージとPCBトレースによって容易に管理されます。最大定格に近い高い周囲温度で動作する場合は、十分な換気を確保してください。

11. 実践的な設計と使用例

シナリオ：デジタルマルチメータ表示の設計LTC-2723JFは、4桁マルチメータ表示に最適な選択肢です。設計には、電圧、電流、または抵抗を測定するアナログ-デジタル変換器（ADC）を備えたマイクロコントローラが関与します。マイクロコントローラは測定値を処理し、4桁の適切な7セグメントコードに変換し、レンジに基づいて小数点の位置を処理します。

ファームウェアは、マルチプレックス走査を管理するためのタイマ割り込みを実装します。4つのマイクロコントローラピンは、4桁のカソード（ピン1、14、11、8）に接続されたオープンドレインまたは強力なシンク出力として設定されます。他の7つのピンは、180オームの電流制限抵抗を介してセグメントアノード（A、B、C、D、E、F、G）に接続されたプッシュプル出力として設定されます。DPアノード（ピン3）は、必要に応じて8番目のピンに接続されます。

2.5 msごと（総リフレッシュレート100 Hz）にタイマ割り込みが発生します。ファームウェアはすべての桁カソードをオフにし、順番に次の桁のパターンを表示するようにセグメントアノード出力を更新し、その後その桁のカソードピンのみをアクティブにします。このプロセスが連続的に繰り返されます。黄橙色はグレーの面に対して高いコントラストを提供し、携帯型メーターが遭遇する様々な照明条件での読みやすさを確保します。

12. 動作原理

基本原理は、半導体P-N接合におけるエレクトロルミネッセンスです。AlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）材料は直接遷移型半導体です。順方向バイアス（アノードがカソードに対して正の電圧）が印加されると、N型領域からの電子とP型領域からの正孔が活性領域に注入されます。これらの電荷キャリアが再結合すると、光子（光）の形でエネルギーを放出します。AlInGaP合金の特定の組成がバンドギャップエネルギーを決定し、それが直接放出される光の波長（色）を決定します—この場合は黄橙色（約605-611 nm）です。グレーの面と白いセグメント材料は拡散体およびコントラストエンハンサーとして機能し、小さなLEDチップからの光を認識可能なセグメントに形成・指向させます。

13. 技術トレンドと背景

AlInGaP LED技術は、赤、オレンジ、黄色の従来のLED材料（GaAsPなど）に比べて大きな進歩を表しています。はるかに優れた内部量子効率と温度安定性を提供し、より多くの電気エネルギーが光に変換され、広い温度範囲で輝度がより良く維持されることを意味します。この技術により、高輝度・高効率LEDの開発が可能になり、高輝度白色LEDが広く普及する以前から、屋外および自動車アプリケーションに適したLEDが実現されました。

現代の表示器ではフルグラフィックスのためにドットマトリックスOLEDやTFT LCDが使用されることが多いですが、7セグメントLED表示器は、その極端なシンプルさ、堅牢性、低コスト、および純粋な数値表示への完璧な適合性により、依然として非常に重要な存在です。その開発トレンドは、効率（ルーメン/ワット）の向上、コントラスト比（より暗い面、より明るいセグメント）の改善、およびAlInGaPとInGaN（青色/緑色/白色用）材料システム内でのより多様なパッケージサイズと色の提供に焦点を当てています。LTC-2723JFのようなデバイスで使用されるマルチプレックス技術は、限られた数の制御ラインで複数の表示要素を制御する問題に対する古典的かつ永続的な解決策です。