LTP-3362JD LEDディスプレイ仕様書 - 0.3インチ桁高 - AlInGaPハイパーレッド - 2.6V順電圧 - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、桁高0.3インチ（7.62 mm）の2桁17セグメント英数字発光ダイオード（LED）ディスプレイの仕様を詳細に説明します。本デバイスは、数値および限定的なアルファベット情報の表示を必要とするアプリケーション向けに、明確で読みやすい文字表示を提供するように設計されています。その基本構造は、先進的なAS-AlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）ハイパーレッドLEDチップを採用しており、これはヒ化ガリウム（GaAs）基板上に成長させたものです。この技術選択は、本仕様書に記載された特定の色と性能特性を実現する上で極めて重要です。視覚デザインは、黒地に白セグメントを特徴としており、様々な照明条件下で高いコントラストと優れた文字表示を実現するために最適化された組み合わせです。

1.1 中核的利点と対象アプリケーション

本ディスプレイは、様々な電子製品に適したいくつかの主要な利点を提供します。低消費電力は、バッテリー駆動または省エネルギーを重視するデバイスにとって大きな利点です。高輝度と高コントラスト比により、薄暗い環境から明るい環境まで、視認性を確保します。広い視野角により、様々な位置から表示情報を明確に見ることができ、これは民生電子機器、計測器、公共情報表示装置にとって重要です。LED技術に固有の固体信頼性により、真空蛍光管や白熱灯タイプなどの他の表示技術と比較して、長い動作寿命と衝撃・振動に対する耐性が確保されます。本ディスプレイは輝度でカテゴライズされており、ユニットは光出力に基づいてビニング（選別）されるため、生産ロット内での一貫性が保たれます。典型的なアプリケーションには、明確で信頼性の高い英数字出力が求められる、デジタルパネルメーター、試験装置、医療機器、POS端末、産業用制御パネル、自動車用ダッシュボード表示などが含まれます。

2. 技術仕様と客観的解釈

本セクションでは、ディスプレイの性能と限界を定義する電気的、光学的、物理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。

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。これらの限界以下または限界での動作は保証されておらず、回路設計では避けるべきです。

• セグメントあたりの電力損失：70 mW。これは、損傷のリスクなく単一のLEDセグメントが熱として放散できる最大電力です。
• セグメントあたりのピーク順電流：90 mA。この電流は、過熱することなく高い瞬間輝度を達成するために、特定のパルス条件（1 kHz周波数、10%デューティサイクル）でのみ許容されます。連続DC動作には使用できません。
• セグメントあたりの連続順電流：25°C時 25 mA。これは定常状態動作のための推奨最大電流です。0.33 mA/°Cのデレーティング係数は、周囲温度が25°Cを超えて上昇するにつれて、過熱を防ぐためにこの最大電流を減らさなければならないことを示しています。
• セグメントあたりの逆電圧：5 V。これより高い逆バイアス電圧を印加すると、LED接合が破壊される可能性があります。
• 動作・保管温度範囲：-35°C から +85°C。デバイスはこの温度範囲内で動作および保管することが定格されています。
• はんだ付け条件：260°Cで3秒間、はんだごて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）下に保つこと。これは、LEDチップやプラスチックパッケージへの熱損傷を防ぐための、フローまたは手はんだ付けにおける重要なガイドラインです。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、指定された試験条件下で測定される典型的な性能パラメータです。設計者は回路計算と性能期待値のためにこれらの値を使用すべきです。

• セグメントあたりの平均光度（I_V）：I_F= 1 mA時 200 μcd（最小）、600 μcd（標準）。これは光出力の尺度です。広い範囲はビニングプロセスを示しており、設計者は十分な輝度を確保するために最小値を考慮に入れる必要があります。
• ピーク発光波長（λ_p）：I_F= 20 mA時 650 nm（標準）。これはスペクトル出力が最も強い波長であり、色をスペクトルのハイパーレッド領域に位置付けます。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：20 nm（標準）。これはスペクトル純度、またはピーク周辺で放射される波長の広がりを示します。20 nmという値はAlInGaP赤色LEDでは典型的です。
• 主波長（λ_d）：639 nm（標準）。これは人間の目がLEDの色に最も一致すると知覚する単一波長であり、目の感度曲線のためピーク波長とはわずかに異なります。
• セグメントあたりの順電圧（V_F）：I_F= 20 mA時 2.0 V（最小）、2.6 V（標準）。これは動作時のLEDセグメント両端の電圧降下です。電流制限抵抗は、予想される最大V_Fを使用して計算し、電流が限界を超えないように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小さなリーク電流です。
• 光度マッチング比（I_V-m）：2:1（最大）。これは、単一デバイス内で最も明るいセグメントと最も暗いセグメントとの間で許容される最大比率を指定し、均一な外観を保証します。

2.3 ビニングシステムの説明

仕様書は、デバイスが輝度でカテゴライズされていると明記しています。これは製造後のビニングまたは選別プロセスを意味します。ここでは特定のビンコードは記載されていませんが、通常の実践では、測定された光出力に基づいてディスプレイをグループ化（例：明るいビンと標準ビン）し、生産バッチ内での一貫性を確保します。複数のユニット間で厳密な輝度均一性がアプリケーションにとって重要な場合、この部品を調達する設計者は、利用可能なビンについて問い合わせるべきです。順電圧（V_F）の範囲（2.0Vから2.6V）は、順電圧ビニングの可能性も示しており、これは電源設計に影響を与える可能性があります。

3. 機械的仕様、インターフェース、および実装情報

3.1 パッケージ寸法とピン配置

ディスプレイは標準的な2桁LEDパッケージに収められています。すべての寸法は、特に指定がない限り、標準公差±0.25 mmでミリメートル単位で提供されます。設計者は、正確なフットプリントと高さをPCBおよび筐体設計に組み込む必要があります。ピン接続表は正しいインターフェースのために不可欠です。デバイスはマルチプレックス共通カソード構成を使用しています：ピン4は桁1の共通カソード、ピン10は桁2の共通カソードです。残りのピン（1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 11, 12, 13, 15, 16, 17, 18, 19, 20）は、個々のセグメント（AからU、小数点用のDPを含む）のアノードです。ピン14は未接続（NC）と記載されています。この構成により、時分割多重方式を使用して2桁を独立して駆動でき、必要な駆動ピンの総数を削減できます。

3.2 内部回路図と駆動方法

内部回路図は、マルチプレックス共通カソード配置を示しています。2桁間の対応するすべてのセグメントアノード（例：すべてのAセグメント）は内部で接続されています。特定の桁のセグメントを点灯させるには、そのアノードピンを（適切な電流制限付きで）ハイに駆動し、目標桁のカソードをローに引き下げる必要があります。どの桁のカソードをアクティブにするかを高速で切り替え、目的のパターン用にアノードを設定することで、両方の桁が連続して点灯しているように見えます。この方法には、多重化が可能なマイクロコントローラまたは専用ドライバICが必要です。

3.3 はんだ付けおよび実装ガイドライン

はんだ付け条件（260°Cで3秒間）を厳守することが最も重要です。この時間または温度を超えると、内部のワイヤボンドが損傷したり、LEDエポキシが劣化したり、パッケージが剥離したりする可能性があります。リフローはんだ付けでは、この熱限界に一致するプロファイルを使用する必要があります。はんだごて先端を実装面より下に保つという注意書きは、リードを介したLEDダイへの直接的な熱伝達を防ぐのに役立ちます。半導体接合を保護するために、取り扱いおよび組立中は標準的なESD（静電気放電）対策を講じる必要があります。

4. 性能分析とアプリケーション上の考慮事項

4.1 典型的特性曲線

特定のグラフは本文では再現されていませんが、このようなデバイスの典型的な曲線には以下が含まれます：順電流（I_F）対順電圧（V_F）：この指数曲線は電流と電圧の関係を示します。膝電圧は約2.0Vで、その後はわずかな電圧増加で電流が急速に増加し、電流制限回路の必要性を強調しています。光度（I_V）対順電流（I_F）：この曲線は、低電流では一般的に線形ですが、熱効果により高電流では飽和する可能性があります。これは、設計者が所望の輝度を効率的に達成するための動作電流を選択するのに役立ちます。光度対周囲温度：これは、温度が上昇するにつれて光出力が低下する様子を示しており、高温環境で動作する設計にとって重要です。スペクトル分布：波長全体にわたって放射される光の強度を示すプロットで、約650 nmを中心に約20 nmの半値幅を持ちます。

4.2 設計上の考慮事項とアプリケーション提案

電流制限：順電流を設定するために、各アノードラインに直列抵抗（または定電流ドライバ）が必須です。抵抗値は R = (V_電源- V_F) / I_F として計算されます。仕様書の最大V_F（2.6V）を使用して、すべての条件下で選択したI_F（例：20 mA）を電流が決して超えないようにします。マルチプレクシングドライバ：多重化シーケンス、リフレッシュレート、輝度制御を管理するには、十分なI/Oピンを備えたマイクロコントローラまたは専用LEDドライバIC（MAX7219やHT16K33など）が必要です。リフレッシュレートは、目に見えるちらつきを避けるために十分に高く（>60 Hz）する必要があります。電力損失：総電力を計算します：1セグメントで20 mA、2.6Vの場合、P = 52 mW。複数のセグメントが点灯している場合、特に高い周囲温度では、パッケージの熱限界を超えないようにします。視野角：広い視野角は有益ですが、ディスプレイを筐体に取り付ける際には、主な視認方向を考慮し、ベゼルによる影を避けるようにします。

4.3 比較とよくある質問

他の技術との比較：7セグメントディスプレイと比較して、17セグメント形式はアルファベット文字（A-Z）のより読みやすい表示を可能にしますが、ドットマトリックスディスプレイほど包括的ではありません。AlInGaP技術は、古いGaAsPやGaP赤色LEDよりも高い効率と優れた温度安定性を提供します。典型的なユーザー質問： Q: 抵抗なしで定電圧電源でこのディスプレイを駆動できますか？A: できません。順電圧には範囲（2.0-2.6V）があります。平均V_Fに設定された定電圧は、低いV_Fを持つLEDに過電流を流し、早期故障を引き起こす可能性があります。常に電流制限を使用してください。Q: なぜピーク電流（90 mA）は連続電流（25 mA）より高いのですか？A: LEDは、ピーク輝度（例：ハイライト用）のために短時間の高電流パルスを処理できます。これは、熱エネルギーが蓄積して接合を損傷する時間がないためです。平均電力は依然として限界内である必要があります。Q: 未接続ピンの目的は何ですか？A: これは、ファミリー内の他の製品とのピン数を標準化するための機械的なプレースホルダーであるか、構造的な対称性を提供するためであることが多いです。どの回路にも接続してはいけません。

5. 技術原理と背景

5.1 基盤技術：GaAs上のAlInGaP

中核の発光構造は、ヒ化ガリウム（GaAs）基板上にエピタキシャル成長させたアルミニウムインジウムガリウムリン（AlInGaP）ヘテロ接合です。結晶格子中のアルミニウム、インジウム、ガリウム、リンの比率を調整することにより、バンドギャップエネルギー、したがって発光波長を精密に調整できます。この材料システムは、高輝度の赤色、橙色、黄色LEDを製造するのに特に効率的です。ハイパーレッドという名称は、通常、高い発光効率を持つ深紅色を生み出す特定の組成を指します。GaAs基板は発光に対して不透明であるため、デバイス構造はパッケージのエポキシレンズを通した上面発光用に設計されています。

5.2 業界背景とトレンド

本仕様書がリリースされた時点（2003年）では、AlInGaP技術は、赤色/橙色の従来のLED材料に対する大きな進歩を表していました。英数字ディスプレイのトレンドはその後、高密度ドットマトリックスパネルへ、そしてより最近では、より高い柔軟性とフルカラー機能のための有機LED（OLED）またはマイクロLEDディスプレイへと移行しています。しかし、このようなセグメントLEDディスプレイは、極端な信頼性、長寿命、高輝度、シンプルさ、および単色または限られた色の役割における低コストを必要とするアプリケーションにおいて、依然として非常に重要です。その固体特性、低消費電力、優れた視認性により、これらの属性が最も重要である産業、自動車、計測器分野での継続的な使用が確保されています。