LTC-2621JD-04 LEDディスプレイ データシート - 0.28インチ桁高 - ハイパーレッド(650nm) - 順電圧2.6V - 技術文書

1. 製品概要

LTC-2621JD-04は、明確な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7セグメント表示モジュールです。その主な機能は、電子機器において視覚的な数値出力を提供することです。このデバイスの核心的な利点は、LEDチップに先進的なAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）半導体技術を採用している点にあり、チップは不透明なGaAs基板上に形成されています。この組み合わせにより、特徴的なハイパーレッド発光が実現されています。表示部は白いセグメントを持つグレーの面を特徴としており、コントラストと視認性を向上させています。ターゲット市場には、産業用計器、民生電子機器、試験・測定機器、信頼性の高い低消費電力の数値表示が必要なあらゆる組み込みシステムが含まれます。

1.1 主な特長と利点

• 桁高：0.28インチ（7.0 mm）。サイズと視認性の良いバランスを提供します。
• セグメント設計：連続的で均一なセグメントにより、優れた文字の見た目と美観を実現。
• 電力効率：低消費電力設計のため、バッテリー駆動や省エネルギーを重視するアプリケーションに適しています。
• 光学性能：高輝度と高コントラスト比により、様々な照明条件下での視認性を確保します。
• 視野角：広い視野角により、軸から外れた位置からでも表示を読むことが可能です。
• 信頼性：可動部が無い固体素子の信頼性により、長い動作寿命を実現します。
• 品質管理：デバイスは光度でカテゴリ分けされており、生産ロット間での輝度の一貫性を確保しています。

2. 技術仕様の詳細

このセクションでは、データシートで定義されているデバイスの主要な技術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。

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発生する可能性のあるストレスの限界を定義します。この限界以下または限界での動作は保証されません。

• セグメント当たりの電力損失：最大70 mW。これは、単一セグメントで熱として消費できる最大連続電力を制限します。
• セグメント当たりのピーク順電流：最大90 mA。ただし、特定のパルス条件（デューティ比1/10、パルス幅0.1 ms）でのみ適用されます。この定格は、マルチプレックス表示や短時間の高輝度パルス用です。
• セグメント当たりの連続順電流：25°Cで最大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、0.33 mA/°Cの割合で線形に低下します。例えば、85°Cでは、最大許容連続電流は約 25 mA - ((85°C - 25°C) * 0.33 mA/°C) = 5.2 mA となります。
• セグメント当たりの逆電圧：最大5 V。これを超えると接合部の破壊を引き起こす可能性があります。
• 動作温度範囲：-35°C ～ +85°C。デバイスはこの周囲温度範囲内で動作するように設計されています。
• 保存温度範囲：-35°C ～ +85°C。
• はんだ付け温度：最大260°C、最大3秒間（実装面から1.6mm下で測定）。これは、波はんだ付けやリフローはんだ付けプロセスにおいて熱損傷を防ぐために重要です。

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の代表的な動作パラメータです。

• 平均光度（I_V）：200 μcd（最小）から600 μcd（最大）の範囲。順電流（I_F）1 mAで測定。これは知覚される輝度の主要パラメータです。
• ピーク発光波長（λ_p）：650 nm（代表値）。これはスペクトル出力が最も強い波長であり、ハイパーレッド色を定義します。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：20 nm（代表値）。これはスペクトル純度を示します。値が小さいほど単色光に近くなります。20nmはAlInGaP赤色LEDの典型的な値です。
• 主波長（λ_d）：639 nm（代表値）。これは、人間の目がLEDの色と一致すると知覚する単一波長であり、ピーク波長とはわずかに異なることがよくあります。
• セグメント当たりの順電圧（V_F）：2.1 V（最小）から2.6 V（最大）の範囲。I_F=20 mAでの代表値は2.6 V。これは電流制限回路の設計に不可欠です。
• セグメント当たりの逆電流（I_R）：逆電圧（V_R）5Vで最大100 μA。
• 光度マッチング比（I_V-m）：最大2:1。これは、1つのデバイス内で最も明るいセグメント/桁と最も暗いセグメント/桁との間で許容される最大比率を指定し、均一性を確保します。

測定に関する注意：光度は、CIE明所視感度曲線に近似したセンサーとフィルターを使用して測定され、測定値が人間の輝度知覚と相関することを保証します。

3. ビニングとカテゴリ分けシステム

データシートは、デバイスが光度でカテゴリ分けされていると明記しています。これはビニングプロセスが存在することを意味します。

• 光度ビニング：I_Vに指定された広い範囲（200-600 μcd）は、生産された部品が試験され、異なる強度のビンに仕分けられることを示唆しています。設計者は、特定の輝度レベルを必要とするアプリケーションや、複数のディスプレイ間で厳密な均一性を必要とするアプリケーションに適したビンを選択できます。
• 順電圧：指定された範囲（2.1-2.6V）も電圧ビニングにつながる可能性があり、大規模なアレイでの電源設計において重要になることがあります。
• 波長：λ_pとλ_dに対して代表値が与えられていますが、特定の色度座標に対する狭い公差のビンが利用可能かもしれません（ただし、この概要データシートでは詳細は記載されていません）。

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曲線）：このグラフは、光出力が電流とともにどのように増加するかを示し、通常は準線形の傾向を示し、高電流での効率低下を強調します。
• 順電圧 vs. 順電流：ダイオードのI-V特性を示し、直列抵抗値の計算や定電流ドライバーの設計に不可欠です。
• 相対光度 vs. 周囲温度：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、熱管理における重要な要素です。
• スペクトル分布：相対強度 vs. 波長のプロットで、約650nmでのピークと20nmの半値幅を示します。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

デバイスは標準的なLED表示パッケージを採用しています。すべての寸法はミリメートル（mm）です。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（≈±0.01インチ）です。正確な寸法図はデータシートで参照されていますが、ここでは詳細には記載しません。主要な側面には、全長、幅、高さ、桁間隔、リード間隔、リード寸法が含まれます。

5.2 ピン接続と内部回路

LTC-2621JD-04は、マルチプレックス・コモンアノードデバイスです。これは、各桁のアノードが内部で桁ごとに接続されている一方、各セグメントタイプ（A-G、DP）のカソードは桁間で共通であることを意味します。

ピン配置（16ピンパッケージ）：

• ピン1：カソード D
• ピン2：コモンアノード（桁1）
• ピン3：カソード D.P.（小数点）
• ピン4：カソード E
• ピン5：コモンアノード（桁2）
• ピン6：カソード C
• ピン7：カソード G
• ピン8：コモンアノード（桁3）
• ピン9：未接続
• ピン10：ピンなし
• ピン11：ピンなし
• ピン12：カソード B
• ピン13：L1、L2、L3のコモンアノード（コロンやその他のマーカーの可能性）
• ピン14：ピンなし
• ピン15：カソード A
• ピン16：カソード F

内部回路図：回路図は、3つのコモンアノードノード（桁ごとに1つ）がピン2、5、8に接続されていることを示しています。各セグメントカソード（A-G、DP）は単一のノードであり、それぞれのピンに接続されています。各桁のそのセグメントのLEDは、桁のコモンアノードと共有のセグメントカソードの間に接続されています。この構造はマルチプレックス駆動に理想的です。

6. はんだ付け・組立ガイドライン

提供されている主要なガイドラインは、はんだ付けの絶対最大定格です：最大260°C、最大3秒間（実装面から1.6mm下で測定）。

• リフローはんだ付け：ピーク温度が260°Cを超えず、240°C以上の時間が非常に短い標準的な無鉛リフロープロファイルが互換性があります。1.6mmの測定点はプロファイル検証に重要です。
• 波はんだ付け：可能ですが、接触時間と温度は260°C/3秒の制限を満たすように注意深く制御する必要があります。
• 手はんだ付け：温度制御されたはんだごてを使用してください。LEDリードに直接ではなく、PCBパッドに熱を加え、素早く接合を完了させてください。
• 保存条件：指定された保存温度範囲（-35°C ～ +85°C）内の乾燥した静電気防止環境で保管してください。湿気に敏感なデバイスは、湿潤環境にさらされた場合、使用前にベーキングが必要になることがあります。

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回路

マルチプレックス・コモンアノード構成にはドライバ回路が必要です。代表的な設計では以下を使用します：

• マイクロコントローラまたはドライバIC：タイミングとデータを制御します。
• 桁ドライバ：PNPトランジスタまたは専用のハイサイドスイッチを使用して、コモンアノードピン（2、5、8、13）に電流をシンクします。
• セグメントドライバ：マイクロコントローラのポートまたはローサイドドライバIC（オープンドレイン出力を持つ74HC595シフトレジスタや専用LEDドライバなど）を使用して、セグメントカソードピン（1、3、4、6、7、12、15、16）から電流をソースします。
• 電流制限抵抗：定電圧駆動を使用する場合、セグメントカソードラインごとに（セグメントLEDごとではなく）1つの抵抗が必要です。抵抗値は R = (V_電源- V_F) / I_F を使用して計算されます。5V電源、I_F=10 mA、V_F=2.6Vの場合、R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 Ω となります。より良い均一性のためには、定電流ドライバが推奨されます。

7.2 設計上の考慮事項

• マルチプレックス周波数：目に見えるちらつきを避けるのに十分な高いリフレッシュレートを使用します（通常、桁あたり>60 Hz、3桁では>180 Hzの走査速度）。
• ピーク電流 vs. 輝度：連続電流定格内に収まりながら高い平均輝度を達成するには、より高いピーク電流（最大90mAのパルス定格まで）でのマルチプレックスを使用します。例えば、1/3デューティサイクル（3桁）で30mAピークで駆動すると、セグメントあたり平均10mAになります。
• 熱管理：特に最大定格近くで駆動する場合、PCBレイアウトが放熱を可能にするようにしてください。高い周囲温度では電流の低下が必要になります。
• ESD保護：LEDは静電気放電に敏感です。組立時には適切なESD対策を講じて取り扱ってください。

8. 技術比較と差別化

標準的なGaP赤色LEDや大型桁表示などの古い技術と比較して、LTC-2621JD-04は以下の特定の利点を提供します：

• AlInGaP vs. GaAsP/GaP：AlInGaP技術は、著しく高い発光効率を提供し、より高い輝度と周囲光下でのより良い視認性を実現します。ハイパーレッド色もより鮮やかです。
• 小型桁高（0.28インチ）：0.5インチ以上の桁と比較して省スペースソリューションを提供し、コンパクトなデバイスに適しています。一方、非常に小さなSMD 7セグメントモジュールよりも大きく、視認性が高いです。
• グレーフェース/ホワイトセグメント：この仕上げは、セグメントがオフのときに高いコントラスト比を提供し、全面黒や全面グレーのフェースと比較して、表示全体の美観と視認性を向上させます。
• カテゴリ分けされた強度：このビニングは、低コストのディスプレイでは必ずしも存在しない品質管理と予測可能性のレベルを提供します。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: コモンアノード構成の目的は何ですか？

A1: コモンアノードはマルチプレックスを簡素化します。点灯させたいセグメントのカソードをグランドに接続しながら、その桁のアノードピンに正電圧を印加することで、一度に1桁ずつ点灯させます。これにより、必要なドライバピン数を (7セグメント + 1 DP) * 3桁 = 24 から 3アノード + 8カソード = 11 に削減できます。

Q2: このディスプレイを駆動するための抵抗値はどのように計算しますか？

A2: オームの法則を使用します： R = (V_電源- V_F) / I_F。データシートから最大V_F（2.6V）を使用して、高V_Fの部品でも抵抗に十分な電圧降下があることを保証します。I_Fは、希望する輝度に基づいて、連続定格（25°Cで25mA）またはパルス定格内で選択します。

Q3: 3.3Vのマイクロコントローラでこのディスプレイを駆動できますか？

A3: 可能ですが、制限があります。V_Fが2.6Vの場合、3.3Vでは電流制限抵抗にかかる電圧は0.7Vしか残りません。10mAの電流の場合、R=70Ωとなります。この低い抵抗値は実現可能ですが、V_Fの変動により輝度が大きく変動します。安定した性能のためには、定電流ドライバまたはより高い電源電圧（5Vなど）を供給するブーストコンバータの使用が推奨されます。

Q4: 光度マッチング比 2:1とはどういう意味ですか？

A4: 単一のLTC-2621JD-04ユニット内で、同じ条件（I_F=1mA）で測定した場合、最も明るいセグメントまたは桁が最も暗いセグメントまたは桁の2倍を超えて明るくならないことを意味します。これにより視覚的な均一性が確保されます。

10. 設計と使用事例

シナリオ：携帯型デジタルマルチメータ表示の設計

LTC-2621JD-04は優れた候補です。その0.28インチの桁は非常に視認性が高いです。低消費電力要件はバッテリー寿命にとって重要です。マルチプレックス設計により、マイクロコントローラのピン数を最小限に抑えます。設計では、マイクロコントローラのタイマーを使用して、約200 Hzで桁1、2、3を順次切り替えます。セグメントデータはテーブルから参照されます。電力を節約するために、フォトトランジスタで検知した周囲光に基づいて表示輝度（I_F）を動的に調整できます。高コントラストのグレー/ホワイトフェースは、暗い環境でも明るい作業環境でも視認性を確保します。AlInGaPハイパーレッドLEDは、明確で目を引く表示を提供します。

11. 技術原理の紹介

LTC-2621JD-04は、AlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）半導体材料を、GaAs（ガリウムヒ素）基板上にエピタキシャル成長させた技術に基づいています。不透明なGaAs基板が使用されているのは、発光を吸収するためですが、AlInGaP活性層は十分に高い内部効率を持ち、チップの上面から十分な光が放出されます。順電圧がp-n接合に印加されると、電子と正孔が活性領域に注入されます。それらの再結合により、光子の形でエネルギーが放出されます。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、発光の波長（色）を定義します—この場合、約650 nm（赤）です。7セグメント形式は、複数の小さなLEDチップ（または複数の絶縁された接合を持つ単一チップ）をパターン化された光学レンズ/拡散板の下に配置することで、認識可能な数値セグメントを形成します。

12. 技術トレンドと背景

この特定のデバイスはスルーホール技術を使用していますが、基礎となるAlInGaP材料システムは依然として非常に重要です。表示技術のトレンドには以下が含まれます：

• 小型化：自動組立のための表面実装デバイス（SMD）パッケージへの移行。多桁表示でも同様です。
• 統合：LEDアレイとドライバICを単一パッケージまたはモジュールに組み合わせて設計を簡素化。
• 先進材料：GaNベース（青/緑/白用）やAlInGaPなどの材料に関する研究が継続され、より高い効率と新しい色を追求しています。赤/オレンジ/黄色については、AlInGaPが高性能技術の主流です。
• アプリケーションの変化：個別の7セグメント表示は成熟していますが、シンプルさ、コスト、信頼性、高い視認性が最も重要であるアプリケーション（産業制御、家電、計器）では依然として不可欠です。これらは、OLEDやLCDなどの新しい技術と共存しており、視野角、太陽光下での視認性、消費電力、コストなどの要因に基づいて、それぞれ異なる市場ニッチを担っています。

LTC-2621JD-04は、この進化する状況の中で、堅牢で確立されたソリューションを表しており、意図されたアプリケーションに対して、性能、信頼性、コストの実証済みのバランスを提供します。