LTC-2621JG LEDディスプレイ データシート - 0.28インチ桁高 - 緑色 - 順電圧2.6V - 技術文書

1. 製品概要

LTC-2621JGは、明瞭で明るい数値表示を必要とするアプリケーション向けに設計された、コンパクトで高性能な3桁数字表示モジュールです。その主な機能は、固体LED技術を用いて3桁の数値データを視覚的に表示することです。採用されている中核技術は、GaAs基板上に成長させたAlInGaP（アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン）エピタキシャル層であり、これは高効率の緑色光発光を実現するために特別に設計されています。この材料システムは、従来の標準GaPなどの技術と比較して優れた発光効率と色純度を有しており、より低い駆動電流でも優れた輝度と文字表示を実現します。本デバイスは、コモンアノード・マルチプレックス方式のディスプレイに分類され、各桁のアノードが内部で共通接続されていることを意味します。これにより、時分割多重方式を用いて、より少ないマイクロコントローラのI/Oピン数で複数の桁を効率的に制御することが可能です。

1.1 主な特長と利点

本ディスプレイは、幅広い産業用、民生用、計測器アプリケーションに適した、いくつかの明確な利点を提供します。

• 光学的性能：0.28インチ（7.0 mm）の桁高を特徴とし、連続的で均一なセグメントによりギャップがなく、クリーンでプロフェッショナルな外観を実現しています。高輝度と高コントラストの組み合わせにより、様々な環境照明条件下でも優れた視認性を確保します。広い視野角により、オフアクシス位置からもディスプレイを明瞭に読み取ることができます。
• 電気的効率：本デバイスは低消費電力であり、エネルギー効率の高いシステム設計に貢献します。AlInGaP技術の採用により、比較的低い順電流で高い光度が得られます。
• 信頼性と一貫性：固体デバイスとして、可動部がなく、衝撃や振動に強い高い信頼性を提供します。ユニットは光度ごとに分類されており、異なるディスプレイ間で一貫した輝度レベルが保証されます。これは複数ユニットを使用する製品にとって極めて重要です。
• 環境適合性：パッケージは鉛フリーであり、RoHS（有害物質使用制限）指令に準拠しています。これにより、厳しい環境規制のある市場で販売される製品への使用に適しています。

1.2 物理的説明

ディスプレイはグレーのフェースプレートを備えており、これは環境光を吸収してコントラストを向上させるのに役立ちます。セグメント自体は通電時に白色光を発し、この光がグレーのフェースを透過して可視文字を形成します。この組み合わせは、最適な視認性のために選択されています。本デバイスは3桁ディスプレイであり、000から999までの数字を表示することができます。

2. 技術仕様の詳細解説

このセクションでは、データシートに規定されている電気的、光学的、熱的パラメータについて、詳細かつ客観的な分析を提供します。これらの限界値と特性を理解することは、信頼性の高い回路設計に不可欠です。

2.1 絶対最大定格

これらの定格は、デバイスに永久的な損傷が生じる可能性のある応力限界を定義します。これらの定格を超える、または定格での動作は保証されておらず、避けるべきです。

• セグメントあたりの電力損失：70 mW。これは、単一のLEDセグメントが安全に熱として放散できる最大電力です。これを超えると過熱を引き起こし、寿命の短縮や故障の原因となります。
• セグメントあたりのピーク順電流：60 mA（1 kHz、デューティサイクル25%）。これは、パルス条件下でセグメントが扱える最大瞬間電流です。連続DC動作の場合、連続順電流定格が制限要因となります。
• セグメントあたりの連続順電流：25°C時 25 mA。この電流は、周囲温度（Ta）が25°Cを超えて上昇するにつれて、0.28 mA/°Cで線形的に減額する必要があります。例えば、85°Cでは、許容される最大連続電流は次のようになります： 25 mA - [0.28 mA/°C * (85°C - 25°C)] = 25 mA - 16.8 mA =8.2 mA.
• セグメントあたりの逆電圧：5 V。これより大きい逆バイアス電圧を印加すると、破壊を引き起こしLED接合を損傷する可能性があります。
• 動作・保管温度範囲：-35°C ～ +85°C。本デバイスは、この広い温度範囲内で動作および保管することが規定されており、過酷な環境での使用に適しています。
• はんだ付け条件：260°C、3秒間、アイロン先端は部品の実装面から少なくとも1/16インチ（約1.6 mm）下に配置すること。これは、組立時の熱損傷を防ぐための標準的な鉛フリーリフロー条件のガイドラインです。

2.2 電気的・光学的特性 (Ta=25°C)

これらは、指定された試験条件下で測定された代表的な性能パラメータです。設計者は回路計算にこれらの値を使用する必要があります。

• 平均光度（I_V）：I_F= 1 mA時 320 μcd（最小）、692 μcd（代表値）。これは光出力の尺度です。広い範囲はビニングシステムが使用されていることを示しており、設計者はすべてのユニットで十分な輝度を確保するために最小値を考慮する必要があります。
• ピーク発光波長（λ_p）：I_F= 20 mA時 571 nm（代表値）。これはLEDが最も多くの光パワーを発する波長であり、スペクトルの緑色領域にあります。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：15 nm（代表値）。これはスペクトル純度を示します。幅が狭いほど、より純粋で鮮やかな緑色になります。
• 主波長（λ_d）：572 nm（代表値）。これは人間の目が知覚する単一波長であり、この緑色LEDのピーク波長にほぼ一致します。
• セグメントあたりの順電圧（V_F）：I_F= 20 mA時 2.05 V（最小）、2.6 V（代表値）。これはLEDが導通時の両端の電圧降下です。電流制限抵抗値は、最小必要な電流を保証するために、最大V_Fを使用して計算する必要があります。
• セグメントあたりの逆電流（I_R）：V_R= 5 V時 100 μA（最大）。これは、LEDが最大定格内で逆バイアスされたときに流れるわずかなリーク電流です。
• 光度マッチング比：2:1（最大）。これは、類似光領域（通常は1桁内または桁間）内の任意の2つのセグメント間の輝度差が2倍を超えないことを規定しています。これにより、視覚的な均一性が確保されます。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、本デバイスが光度ごとに分類されていると明記しています。これは、製造後のビニングプロセスを指します。

• 光度ビニング：製造後、LEDは標準試験電流（この場合は1 mA）での測定光出力に基づいて試験および選別（ビニング）されます。LTC-2621JGは、最小320 μcd、代表値692 μcdと規定されています。ユニットはより狭い光度範囲（例：320-400 μcd、400-500 μcdなど）のビンにグループ分けされます。これにより、顧客は製品内の複数のディスプレイ間で一貫した輝度を得るために特定のビンを選択することができます。データシートには全体の範囲が記載されていますが、特定のビンコードは通常、発注のためにメーカーから入手可能です。
• 順電圧：明示的にビニングされているとは記載されていませんが、提供されている範囲（2.05V～2.6V）は自然なばらつきを示しています。消費電力や駆動回路設計が重要な設計では、メーカーに電圧ビンについて問い合わせる必要があるかもしれません。

4. 性能曲線分析

データシートは代表的な電気的・光学的特性曲線を参照しています。具体的なグラフは本文には提供されていませんが、その標準的な内容と重要性を推測することができます。

• 相対光度 vs. 順電流（I_V/ I_F曲線）：このグラフは、光出力が駆動電流とともにどのように増加するかを示します。通常は非線形であり、非常に高い電流では効率（mAあたりの光出力）が低下することがよくあります。この曲線は、設計者が輝度と効率のバランスを取る動作電流を選択するのに役立ちます。
• 順電圧 vs. 順電流（V_F/ I_F曲線）：これはLEDダイオードの指数関数的なI-V特性を示します。電流制限回路の設計に極めて重要です。
• 相対光度 vs. 周囲温度：この曲線は、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。高温環境や高駆動電流で動作するアプリケーションでは、減額や放熱対策が必要となる可能性があるため、非常に重要です。
• スペクトル分布：波長全体にわたる相対光パワーを示すグラフで、571-572 nmを中心に約15 nmの半値幅を持ち、緑色光発光を確認できます。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法と図面

本デバイスは、スルーホールPCB実装に適した標準的なデュアル・インライン・パッケージ（DIP）形式を使用しています。主な寸法上の注意点は以下の通りです：すべての寸法はミリメートル単位であり、特定の特徴に異なる指示がない限り、一般的な公差は±0.25 mm（約±0.01インチ）です。設計者は、正確なPCBフットプリントを作成し、筐体内への適切な収まりを確保するために、詳細な機械図面（提供された本文には完全には詳細が記載されていません）を参照して、正確な穴間隔、ピン径、本体幅、高さ、桁間隔を確認する必要があります。

5.2 ピン接続と内部回路

ディスプレイは16のピン位置を持ちますが、すべてが物理的なピンで占有されているわけではありません（ピン10、11、14はNO PINと記載されています）。ピン9はNO CONNECTIONです。内部回路図は、マルチプレックス・コモンアノード構成を示しています。

• コモンアノード：ピン2、5、8、13はコモンアノードピンです。ピン2は桁1を、ピン5は桁2を、ピン8は桁3を制御します。ピン13は、3つのコロン表示LED（L1、L2、L3）の共通アノードです。
• セグメントカソード：他のピンは、特定のセグメント（A、B、C、D、E、F、G、DP）およびインジケータのカソードです。例えば、桁1のセグメント'A'を点灯させるには、セグメントAのカソード（ピン15）をグランドに接続しながら、桁1のアノード（ピン2）に正電圧を印加する必要があります。
• 右側小数点：説明にはRt.Hand Decimalと記載されており、ピン3はD.P.（小数点）のカソードです。これは、小数点が3桁の右側に位置していることを示しています。

6. はんだ付けと組立ガイドライン

指定されたはんだ付け条件を遵守することは、長期信頼性にとって極めて重要です。

• 手はんだ付け：手はんだ付けが必要な場合、ガイドラインは260°Cのはんだごてをピンごとに最大3秒間適用することです。アイロン先端は、ディスプレイ本体の実装面から少なくとも1.6 mm下に配置し、過度の熱がピンを伝わって内部のエポキシやワイヤーボンドを損傷するのを防ぐ必要があります。
• ウェーブまたはリフローはんだ付け：自動化プロセスの場合、260°Cをピークとする標準的な鉛フリー温度プロファイルが適しています。デバイスの保管・動作温度範囲（-35°C～+85°C）は、典型的なSMTリフロー熱サイクルに耐えられることを示していますが、スルーホールパッケージであることから、ウェーブはんだ付けが主な想定方法であると考えられます。
• 保管条件：デバイスは、保管温度範囲（-35°C～+85°C）内で低湿度の環境において、リードの酸化を防ぐために、元の防湿バッグに入れて保管する必要があります。

7. アプリケーション提案

7.1 代表的なアプリケーションシナリオ

LTC-2621JGは、明瞭で信頼性が高く、低消費電力の数値表示を必要とするあらゆる組み込みシステムに理想的です。

• 試験・計測機器：マルチメータ、周波数カウンタ、電源装置、センサー表示器。
• 産業用制御装置：温度、圧力、回転数用のパネルメータ、機械のカウント表示。
• 民生用家電：電子レンジ、デジタル時計、オーディオ機器のチューナー、体重計。
• 自動車アフターマーケット：補助システム（電圧、温度）用の計器および表示器。

7.2 設計上の考慮点と駆動回路

このディスプレイを使用した設計では、駆動方法に特に注意を払う必要があります。

• マルチプレックス駆動：マイクロコントローラは、各桁のコモンアノード（ピン2、5、8）を高いリフレッシュレート（通常>100 Hz）で順次アクティブにし、その桁に対応するセグメントカソードパターンを出力する必要があります。この残像効果により、すべての桁が同時に点灯しているかのような錯覚が生まれます。コロンアノード（ピン13）は、個別に駆動するか、マルチプレックスシーケンスに含めることができます。
• 電流制限：各セグメントカソードラインには、直列の電流制限抵抗が必要です。抵抗値は R = (V_電源- V_F) / I_F の式で計算されます。データシートの最大V_F（2.6V）を使用して、常に望ましい最小I_Fが達成されるようにします。例えば、5V電源で目標I_Fを10 mAとする場合： R = (5V - 2.6V) / 0.01A = 240 Ω。標準の220 Ωまたは270 Ω抵抗が適切です。
• 電力損失：セグメントあたりの電力（V_F* I_F）が70 mWを超えないようにし、セクション2.1で説明したように、高温環境では連続電流を減額してください。
• 視野角：広い視野角により、ユーザーに対する取り付け位置の柔軟性が高まります。

8. 技術比較と差別化

他の表示技術や旧式のLEDタイプと比較して、LTC-2621JGは特定の利点を提供します。

• 標準GaP緑色LEDとの比較：AlInGaP技術は、著しく高い発光効率を提供し、同じ電流でより明るい表示、またはより低い電力で同等の輝度を実現します。色もより鮮やかで純粋な緑色です。
• LCDディスプレイとの比較：LEDは自発光型であり、自身で光を生成するため、バックライトなしで低照度や直射日光の条件下でも優れた輝度と視認性を提供します。また、応答時間がはるかに速く、動作温度範囲も広くなっています。トレードオフとして、多くのセグメントを表示する場合、一般的に消費電力が高くなります。
• より大きいまたは小さい桁表示との比較：0.28インチの桁高は、視認性と基板スペース消費の良いバランスを提供し、小さなインジケータと大きなパネルメータの中間に位置します。
• 非ビニングディスプレイとの比較：光度ごとの分類は、複数のユニット間で視覚的一貫性を必要とするアプリケーション（例えば、複数の同一表示器を持つ製品ラインや制御パネル）における重要な差別化要因です。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: NO PINとNO CONNECTIONピンの目的は何ですか？

A1: NO PINは、物理的なピンがパッケージから省略されており、ピン列に隙間があることを意味します。NO CONNECTION（ピン9）は、物理的なピンは存在するが、ディスプレイ内部の何にも電気的に接続されていないことを意味します。これらは、同じファミリの他のディスプレイ（それらのピンを使用する可能性がある）とパッケージフットプリントを標準化するために含まれることがよくあります。

Q2: 適切な電流制限抵抗はどのように計算しますか？

A2: 公式 R = (V_電源- V_F) / I_F を使用します。計算には、すべての条件下で望ましい最小電流が流れることを保証するために、データシートの最大値 V_F（2.6V）を常に使用してください。計算値と等しいか、わずかに低い標準抵抗値を選択してください。

Q3: マルチプレックスせずに、一定DC電流でこのディスプレイを駆動できますか？

A3: 技術的には可能ですが、非常に非効率的です。3つの桁のアノードをすべて接続し、各セグメントカソードに連続的に電流を供給する必要があります。これにより、マルチプレックス設計と比較して（3つの同一桁の場合）3倍の電流が流れ、すべてのセグメントが点灯している場合、最大連続電流定格を超える可能性が高くなります。マルチプレックスが意図された最適な方法です。

Q4: 光度マッチング比 2:1は実際にはどういう意味ですか？

A4: 定義された類似光領域（おそらく1つのディスプレイ内）において、最も暗いセグメントの輝度が最も明るいセグメントの半分以上になることを意味します。これにより、数字8（すべてのセグメント点灯）が均一に見え、一部のセグメントが他よりも明らかに暗くなることはありません。

10. 設計・使用事例

シナリオ：デジタル電圧計表示の設計

設計者が0-30V DC電圧計を作成しています。マイクロコントローラのADCが電圧を読み取り、0.00から30.00の値に変換し、それを3桁と小数点（0.1V単位、例：12.3）で表示する必要があります。

1. ハードウェアインターフェース：設計者は、3つの桁アノード（ピン2、5、8）とコロン/小数点アノード（ピン13）を制御するために、デジタル出力として設定された4つのマイクロコントローラピンを使用します。他の8つのピンは、セグメントカソード（A-G、DP）を制御するためにデジタル出力として設定されます（またはシフトレジスタを使用します）。
2. ソフトウェアルーチン：ファームウェアは500 Hzのタイマー割り込みを実行します。各割り込みサイクルで：
   
   - すべてのアノードピンをOFFにする。
   
   - 桁1（100の位）のセグメントパターンをカソードピンに出力する。
   
   - 桁1のアノードピン（ピン2）をONにする。
   
   - 短い遅延を待つ。
   
   - 桁2（10の位、ピン5）と桁3（1の位、ピン8）について繰り返し、桁2がアクティブなときは小数点カソード（ピン3）を含める。
3. 電流計算：良好な輝度と低消費電力のためにセグメント電流を5 mAとし、5V電源を使用する場合： R = (5V - 2.6V) / 0.005A = 480 Ω。470 Ω抵抗が8つのセグメントカソードラインのそれぞれに直列に配置されます。
4. 結果：ディスプレイは、小数点付きの安定した明るい3桁電圧表示を示し、マイクロコントローラのI/Oと消費電力を最小限に抑えます。

11. 技術原理の紹介

中核となる動作原理は、半導体PN接合におけるエレクトロルミネッセンスに基づいています。AlInGaP材料システムでは、接合の内蔵電位（約2V）を超える順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接合を越えて注入されます。これらの電荷キャリアが活性領域（AlInGaPエピタキシャル層の量子井戸）で再結合すると、光子（光粒子）の形でエネルギーを放出します。アルミニウム、インジウム、ガリウム、リン原子の特定の組成は、半導体のバンドギャップエネルギーを決定し、それが直接発光の波長（色）を決定します。LTC-2621JGの場合、この組成は約572 nmの波長を持つ光子を生成するように調整されており、人間の目はこれを緑色光として知覚します。グレーのフェースプレートは、コントラストを高めるフィルターとして機能し、環境光を吸収して発光する緑色セグメントをより明るく鮮明に見せます。

12. 技術トレンドと背景

LTC-2621JGのようなディスプレイは、成熟し高度に最適化されたオプトエレクトロニクスの一分野を代表しています。このようなインジケータクラスのディスプレイにおけるトレンドは、効率の向上（ワットあたりの光量増加）、高度なビニングによる一貫性の改善、環境規制への適合（鉛フリー、ハロゲンフリー）に向かっています。OLEDのような新しい技術は柔軟性と高コントラストを提供しますが、従来のセグメントLEDディスプレイは、高輝度、極端な信頼性、広い温度動作範囲、桁あたりの低コストを必要とするアプリケーションで強固な地位を維持しています。旧式のGaP:NからAlInGaPへの移行は、緑色および黄色LEDの性能における重要なステップでした。将来の開発は、さらなる効率向上と統合、例えば内蔵ドライバやシリアルインターフェース（I2CやSPIなど）を備えたディスプレイに焦点を当て、マルチプレックスに必要なマイクロコントローラのオーバーヘッドを削減するかもしれません。しかし、基本的なスルーホール、マルチプレックス・コモンアノードディスプレイは、そのシンプルさ、堅牢性、汎用マイクロコントローラとの直接インターフェース能力により、基本的で広く使用されるコンポーネントであり続けています。