LTC-3698KF LEDディスプレイ データシート - 0.39インチ桁高 - 黄橙色 - 順電圧2.6V - 技術文書

1. 製品概要

LTC-3698KFは、ソリッドステートの単一桁英数字表示モジュールです。その主な機能は、電子機器において明確で視認性の高い数値および限定的な英字キャラクターの出力を提供することです。中核技術は、リン化アルミニウムインジウムガリウム（AlInGaP）半導体材料に基づいており、黄橙色から赤色スペクトルにおける高効率発光で知られています。この特定のデバイスは、不透明なヒ化ガリウム（GaAs）基板上に形成された黄橙色LEDチップを採用しています。表示部は、白色セグメントを持つライトグレーのフェースプレートを特徴としており、様々な照明条件下でのコントラストと可読性を最大化するように設計された組み合わせです。コンパクトな0.39インチの桁高は、スペースが限られているが視認性が重要なアプリケーションに適しています。

1.1 中核的利点とターゲット市場

本デバイスは、市場におけるその位置を定義するいくつかの主要な利点を提供します。高輝度と優れたコントラストを提供し、明るい環境下でも視認性を確保します。広い視野角は重要な利点であり、表示を様々な位置から鮮明さを大きく損なうことなく読み取ることができます。ソリッドステートデバイスとして、フィラメントベースの表示などの旧来の技術と比較して、摩耗する可動部品がなく、優れた信頼性と長寿命を提供します。低消費電力であるため、バッテリー駆動または省エネルギーを重視するアプリケーションに理想的です。本デバイスは光度でカテゴライズされており、RoHS指令に準拠した鉛フリーパッケージで提供され、環境規制に対応しています。典型的なターゲット市場には、産業用計器（例：パネルメーター、試験装置）、民生用家電（例：電子レンジ、コーヒーメーカー）、自動車補助表示器、信頼性の高い数値表示を必要とする様々な組み込みシステムが含まれます。

2. 詳細な技術パラメータ分析

電気的および光学的パラメータは、表示器の動作限界と性能を定義します。適切な回路設計と統合には、徹底的な理解が不可欠です。

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がある限界値を指定します。連続動作のためのものではありません。

• チップあたりの電力損失：70 mW。これは、個々のLEDセグメントチップが熱として安全に放散できる最大電力です。
• チップあたりのピーク順電流：60 mA。この電流は、1/10デューティサイクル、0.1 msパルス幅のパルス条件下でのみ許容されます。マルチプレクシング方式や瞬間的な高輝度の達成に有用です。
• チップあたりの連続順電流：定格は25°Cで25 mAです。重要なことに、この定格は、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) * 0.28 mA/°C) = 8.2 mA となります。この低下は、熱管理と長期信頼性にとって重要です。
• 動作・保管温度範囲：-35°C ～ +105°C。デバイスはこの広い温度範囲内で耐え、動作することができます。
• 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）。これはリフローはんだ付けプロファイルの制約を定義します。

2.2 光学的・電気的特性（代表値 @ 25°C）

これらのパラメータは、通常動作条件下でのデバイスの性能を記述します。

• 平均光度（Iv）：順電流（IF）= 1 mA で、500（最小）、1300（代表）、μcd（マイクロカンデラ）。これは知覚される光出力の尺度です。広い範囲はビニングプロセスを示しており、設計者は最悪ケースの視認性に対して最小値を考慮する必要があります。
• ピーク発光波長（λp）：IF=20mAで611 nm（代表値）。これはスペクトルパワー分布が最大となる波長です。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：IF=20mAで17 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、より単色光に近いことを意味します。
• 主波長（λd）：IF=20mAで605 nm（代表値）。これは人間の目が知覚する単一波長であり、黄橙色を定義します。
• セグメントあたりの順方向電圧（VF）：IF=20mAで2.05（最小）、2.6（代表）ボルト。これは電流制限回路の設計にとって重要です。ドライバはこの電圧降下を克服するのに十分な電圧を供給する必要があります。
• セグメントあたりの逆方向電流（IR）：逆方向電圧（VR）=5Vで100 μA（最大）。データシートは、このパラメータがテスト目的のみであり、デバイスを逆バイアス下で連続動作させるべきではないことを明示しています。
• 光度マッチング比（Iv-m）：IF=1mAで1.6:1（最大）。これは表示の均一性にとって重要な仕様です。同じ桁内で最も明るいセグメントの光度が、最も暗いセグメントの光度の1.6倍を超えないことを意味し、一貫した外観を保証します。
• クロストーク：≤ 2.5%。これは、隣接するセグメントが点灯しているときに、通電されていないセグメントからの意図しない光漏れの最大量を指定します。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、デバイスが光度でカテゴライズされていることを示しています。これは、製造されたユニットが標準テスト電流（1mA）での測定光出力（Iv）に基づいて選別されるビニングプロセスを意味します。指定された500から1300 μcdの範囲は、利用可能な異なるビンにわたる広がりを表している可能性が高いです。設計者は、複数の表示器間で厳密な輝度マッチングを必要とするアプリケーションに対して特定のビンを選択できます。単一ユニット内の1.6:1の強度マッチング比は、セグメント間の均一性に対する別個の保証された性能パラメータです。

4. 性能曲線分析

PDFは代表的な特性曲線を参照していますが、提供されたテキストには実際のグラフは含まれていません。標準的なLEDの動作に基づくと、これらの曲線には通常以下が含まれます：

• 電流対順方向電圧（I-V曲線）：指数関数的関係を示します。順方向電圧（VF）は電流とともに増加し、負の温度係数（温度上昇とともに減少）を持ちます。
• 光度対順方向電流（L-I曲線）：光出力は低電流では電流に対してほぼ線形ですが、熱や効率低下により高電流では飽和する可能性があることを示します。
• 光度対周囲温度：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。これは電流の低下要件に関連しています。
• スペクトル分布：相対強度対波長のプロットで、約611nmにピーク、約17nmの半値幅を示します。

設計者は、非標準条件下での性能を正確にモデル化するために、これらのグラフについて完全なデータシートを参照する必要があります。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法と公差

表示器の桁高は0.39インチ（9.8 mm）です。特に指定がない限り、すべての寸法公差は±0.25mmです。主要な機械的注意事項には、ピン先端シフト公差±0.4mm、セグメント表面の異物およびインク汚染の制限、反射板の曲がりの制限（長さの≤1%）、セグメント材料内の気泡の制限が含まれます。データシートは、リード用のPCB穴径を1.0 mmと推奨しています。

5.2 ピン接続と回路図

デバイスは16ピンのフットプリントを持ちますが、すべての位置に物理的なピンや電気的接続があるわけではありません。これはコモンアノード表示として構成されています。内部回路図は、各桁（桁1、2、3）のアノードが桁ごとに内部で接続されていることを示しています。各セグメントのカソード（A、B、C、D、E、F、G、および小数点/インジケータ用のL/L1/L2）は別々のピンに引き出されています。このアーキテクチャは、マイクロコントローラが各桁のコモンアノードを順次駆動しながら、共有のカソードラインにその桁のパターンを提示するマルチプレクス駆動に最適です。

ピン配置概要：ピン2：コモンアノード 桁1；ピン6：コモンアノード 桁2；ピン8：コモンアノード 桁3。カソード：ピン3（E）、4（C）、5（D）、7（L/L1/L2）、9（G）、12（B）、15（A）、16（F）。ピン1、10、11、13、14は接続なし、ピンなしと記載されています。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

主要な組立仕様は、はんだ付け温度プロファイルです：パッケージの実装面から1.6mm下で測定して、最大260°C、最大3秒間。これは標準的な鉛フリーリフローはんだ付け要件です。設計者は、内部LEDチップやプラスチックパッケージへの損傷を防ぐために、PCB組立プロセスがこの制限に準拠していることを確認する必要があります。推奨される1.0mmのPCB穴径は、適切なリード挿入とはんだの毛細管現象を助けます。取り扱い中は標準的なESD（静電気放電）対策を講じる必要があります。保管については、指定された温度範囲-35°C～+105°Cが適用されます。

7. アプリケーション提案と設計上の考慮事項

7.1 代表的なアプリケーション回路

最も一般的な駆動方法はマルチプレクシングです。マイクロコントローラまたは専用の表示ドライバICは、3つのコモンアノードを制御するための3つの出力ライン（桁全体の電流が大きくなる可能性があるため、トランジスタを介して）と、セグメントカソードを制御するための8つの出力ライン（通常、電流制限抵抗または定電流ドライバを介して）を持ちます。マイクロコントローラは各桁を高速でサイクルし、そのアノードをオンにして、その桁で点灯すべきセグメントのカソードを有効にします。残像効果により、安定した3桁表示の錯覚が生まれます。

7.2 重要な設計上の考慮事項

• 電流制限：各カソードライン（または定電流ドライバ）に対して、セグメントの順電流（IF）を設定するための外部抵抗が必須です。その値は、電源電圧（Vcc）、LED順方向電圧（VF ～2.6V）、および所望の電流（例：良好な輝度のための10-20 mA、低下曲線を考慮して）に基づいて計算されます。
• 熱管理：温度による電流の低下は極めて重要です。周囲温度が高い環境や通気性の悪い筐体では、過熱と加速劣化を防ぐために、最大連続電流をそれに応じて低減する必要があります。
• マルチプレクシング周波数：目に見えるちらつきを避けるのに十分な高さ（通常、桁あたり>60 Hz）である必要があります。デューティサイクルは知覚される輝度に影響を与え、電力および熱計算には平均電流を考慮する必要があります。
• 視野角：広い視野角は利点ですが、意図されたユーザーに対する取り付け位置は依然として考慮すべきです。

8. 技術比較と差別化

真空蛍光表示管（VFD）や白熱表示などの旧来の技術と比較して、AlInGaP LEDは大幅に低い消費電力、高い信頼性、振動に対する鈍感性を提供します。標準的な赤色GaAsP LEDと比較して、AlInGaP技術ははるかに高い発光効率（mAあたりの光量が多い）と、温度および時間に対する優れた安定性を提供します。このデバイスにおけるライトグレーのフェースと白色セグメントの特定の組み合わせは、黒フェースの全赤または全緑表示と比較してコントラストを高め、特定の条件下での可読性を向上させる可能性があります。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 接続なし、ピンなしの位置の目的は何ですか？

A: これは、製品ファミリー内の他の表示バリアントと共有される可能性のある標準的な物理的フットプリントまたはピン間隔を維持するためによく行われます。この特定のモデルでは一部のピンが電気的に使用されていない場合でもです。機械的な互換性を確保します。

Q: 光度マッチング比1.6:1はどのように解釈すればよいですか？

A: これは視覚的な均一性を保証します。同じ電流で1桁のすべてのセグメントを測定すると、最も暗いセグメントの強度がXであり、最も明るいセグメントの強度は1.6 * Xを超えないことになります。比率が低いほど均一性が良いことを示します。

Q: 5Vのマイクロコントローラでこの表示器を直接駆動できますか？

A: いいえ。外部部品を使用する必要があります。マイクロコントローラのGPIOピンは、LED（特に桁全体のコモンアノード電流）に十分な電流を供給/吸収できません。さらに、各カソードと直列に電流制限抵抗が必要です。回路には、コモンアノードのより高い電流を切り替えるためのトランジスタ（例：NPN/PNPまたはMOSFET）が必要です。

10. 実用的なアプリケーション例

シナリオ：シンプルな3桁電圧計表示の設計。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電圧を測定します。ファームウェアはこの読み取り値を3桁の10進数に変換します。マルチプレクシングルーチンを使用して、マイクロコントローラは次のように動作します：1）すべての桁のアノードドライバをオフにする。2）カソードラインに百の位の桁のセグメントパターンを出力する（例：1を表示するため）。