LTC-46454JF LEDディスプレイ データシート - 0.4インチ桁高 - 黄橙色 - 順電圧2.6V - 技術文書

1. 製品概要

LTC-46454JF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、4桁の7セグメント英数字表示モジュールです。その主な機能は数値データを視覚的に表示することで、計測器、産業用制御パネル、民生電子機器、試験装置などで一般的に使用されます。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、従来の標準GaAsP LEDなどの技術と比較して優れた性能を提供します。

対象市場には、電力効率、視認性、信頼性が重要な製品を開発する設計者やエンジニアが含まれます。これには、携帯型バッテリー駆動デバイス、パネルメーター、医療機器の表示部、一貫した低メンテナンスの視覚出力を必要とするあらゆるシステムが該当します。本デバイスの低電流要件は、特にエネルギーに敏感なアプリケーションに適しています。

2. 技術パラメータ詳細

2.1 測光・光学特性

光学性能は、周囲温度（Ta）25°Cの標準試験条件下で定義されます。主要パラメータである平均光度（Iv）は、セグメントあたり順電流（IF）1mAで駆動した場合、代表値650µcdです。この測定は、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行われ、値が人間の視覚知覚と相関することを保証します。最小200µcdから代表値650µcdまでの広い範囲は、輝度による選別（ビニング）プロセスの可能性を示しています。

色特性は波長によって定義されます。ピーク発光波長（λp）は代表値611 nm、主波長（λd）は代表値605 nmで、いずれもIF=20mAで測定されます。ピーク波長と主波長の差はLEDでは一般的であり、発光スペクトルの形状に関連します。スペクトル半値幅（Δλ）は17 nmで、最大強度の半分における発光スペクトルの幅を示します。半値幅が狭いほど、より純粋で飽和した色であることを意味します。これらのパラメータの組み合わせにより、ディスプレイの特徴的な黄橙色の色調が定義されます。

2.2 電気的特性

電気パラメータは、ディスプレイの動作限界と条件を定義します。絶対最大定格は安全な動作の境界を設定します。セグメントあたりの連続順電流は25°Cで25 mAと定格され、デレーティング係数は0.33 mA/°Cです。これは、過熱や損傷を防ぐために、周囲温度が25°Cを超えて上昇すると、許容される最大連続電流が減少することを意味します。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0.1ms）で、ピーク順電流90 mAが許容されます。セグメントあたりの最大逆電圧は5Vです。これを超えるとLED接合が損傷する可能性があります。

主要な動作パラメータは順電圧（VF）で、セグメントあたりの試験電流20mAにおいて、代表値2.6V、最大値2.6Vです。最小値は2.05Vと記載されています。このVfの範囲は、電流制限回路を設計する上で極めて重要です。逆電流（IR）は、逆電圧（VR）5Vを印加した場合、最大100µAと規定されており、オフ状態でのリーク電流を示しています。

2.3 熱・環境仕様

本デバイスの動作温度範囲は-35°Cから+85°Cと定格されています。この広い範囲により、産業用冷蔵庫から高温の筐体まで、様々な環境条件下での機能が保証されます。保存温度範囲も同じく-35°Cから+85°Cです。重要な実装仕様として、最大はんだ付け温度があります：実装面から1.6mm下で測定し、最大3秒間260°Cです。このガイドラインは、LEDチップやエポキシパッケージへの熱損傷を防ぐために、フローはんだ付けやリフロー工程において不可欠です。

3. ビニングシステムの説明

データシートには明示的な正式なビニングコードの詳細は記載されていませんが、主要パラメータに指定された範囲は、選別またはビニングが行われていることを示唆しています。光度は最小200µcd、代表値650µcdであり、出力輝度に基づいてデバイスが分類されている可能性があります。光度マッチング比は最大2:1と規定されています。この比率は、同一桁内の異なるセグメント間、または桁間の輝度の最大許容変動を定義し、視覚的な均一性を保証します。デバイスはこの基準を満たすように試験されます。

同様に、順電圧（VF）にも範囲があります（20mAで2.05Vから2.6V）。製品は、ロット内で駆動電圧要件を一貫させるために、Vfに基づいてグループ化される可能性があります。主波長とピーク波長の仕様も、厳密な色制御を示しており、これは色度ビニングの一形態です。

4. 性能曲線分析

データシートは最終ページの代表的な電気・光学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、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：

• 相対光度 vs. 順電流（I-V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。一般的に非線形であり、熱効果により非常に高い電流では効率が低下することがよくあります。
• 順電圧 vs. 順電流：これはLEDのダイオード特性を示します。電圧は電流に対して対数的に増加します。
• 相対光度 vs. 周囲温度：この曲線は、熱デレーティングを理解する上で重要です。AlInGaP LEDの光出力は、一般に接合温度が上昇すると減少します。
• スペクトル分布：相対強度と波長の関係を示すプロットで、611 nmを中心とした半値幅17 nmのベル型曲線を示します。

これらの曲線により、設計者は非標準条件下（例えば、1mAから20mAの間の電流で駆動する場合や、25°C以外の温度で動作する場合など）での性能を予測することができます。

5. 機械的・パッケージ情報

本デバイスは標準的な0.4インチ（10.0 mm）桁高のディスプレイです。パッケージ寸法は図面（本文では参照のみで詳細はなし）で提供され、特に断りのない限り、すべての寸法はミリメートル単位で標準公差は±0.25 mmです。物理的設計は、グレーの表面と白いセグメントを特徴としており、LEDがオフのときのコントラストを高め、オン時の発光を均一に拡散させます。これは、特徴として挙げられている優れた文字表示と高コントラストに寄与しています。

ピン接続図と内部回路図は、PCBレイアウトにとって重要です。本デバイスは13ピン構成です。マルチプレックス（時分割駆動）方式のコモンアノード構造を採用しています。ピン6、8、9、12は、それぞれ桁4、3、2、1のコモンアノードです。ピン13は、アッパーコロン（UC）とロワーコロン（LC）インジケータの共通アノードです。個々のセグメントカソード（A、B、C、D、E、F、G、DP）は別々のピンに引き出されています。この構成により、桁を高速で順番に点灯させるマルチプレックス駆動が可能となり、必要な駆動ピンの総数を削減します。

6. はんだ付け・実装ガイドライン

提供されている主なガイドラインは、はんだ付け温度制限です：実装面から1.6mm下で測定し、最大3秒間260°Cです。これは、フローはんだ付けを使用するスルーホール部品の標準仕様です。設計者は、はんだ付けプロファイルがこの熱衝撃を超えないことを確認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、ピンとの接触時間を最小限に抑えるべきです。

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、すぐに使用しない場合は適切な帯電防止・湿度管理環境で保管してください。

7. パッケージング・発注情報

型番はLTC-46454JFです。JFサフィックスは、特定のパッケージタイプ、ピン構成、または色バリエーション（黄橙色）を示している可能性があります。本デバイスは、AlInGaP黄橙色マルチプレックスコモンアノードディスプレイで、右側小数点を備えていると説明されています。このようなディスプレイの標準的な梱包は、通常、出荷や取り扱い中にピンやレンズを保護するための帯電防止チューブまたはトレイです。提供された抜粋には、リールやチューブの具体的な数量は記載されていません。

8. アプリケーション提案

8.1 代表的なアプリケーション回路

コモンアノード、マルチプレックス設計は、マイクロコントローラ駆動のアプリケーションに理想的です。典型的な回路は、マイクロコントローラのI/Oポートまたは専用LEDドライバICを使用します。コモンアノードピンは、PNPトランジスタまたはPチャネルMOSFET（または、電流供給能力が十分であればマイクロコントローラのピンに直接）に接続され、各桁に順次電源を供給するために切り替えられます。セグメントカソードピンは、電流制限抵抗を介して、NPNトランジスタ、NチャネルMOSFET、またはドライバIC/マイクロコントローラのシンク可能な出力に接続されます。電流制限抵抗値は、次の式で計算されます：R = (Vcc - Vf_led) / I_desired。Vccが5V、代表的なVfが2.6V、目標セグメント電流が10mAの場合、抵抗値は約(5 - 2.6) / 0.01 = 240オームとなります。

8.2 設計上の考慮点

• マルチプレックス周波数：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する必要があり、通常は桁あたり60-100 Hz以上です。4桁の場合、走査周波数はその4倍にする必要があります。
• ピーク電流：マルチプレックス設計では、セグメントあたりの瞬時電流は平均電流よりも高くなります。セグメントあたりの平均電流を1/4デューティサイクル（4桁）で5mAを目標とする場合、オン時間中の瞬時電流は20mAにする必要があります。これは最大定格に対して確認する必要があります。
• 放熱：高い電流または高い周囲温度では、デレーティング係数を考慮して、セグメントあたりの電力損失（最大70mW）を超えないようにしてください。
• 視野角：広い視野角は、オフアクシス位置から見られる可能性のあるパネルに有益です。

9. 技術比較

従来の赤色GaAsP LEDディスプレイと比較して、LTC-46454JFのAlInGaP技術は、はるかに高い発光効率を提供します。これは、より低い駆動電流で同等またはそれ以上の輝度を達成できることを意味し、低電力要件の特徴を直接可能にします。また、一般的により優れた温度安定性と長い動作寿命を提供します。現代の高輝度赤色LEDと比較して、黄橙色（605-611nm）は優れた視認性を提供し、主観的に非常に明るいと認識されることがよくあります。真空蛍光表示管（VFD）や液晶表示装置（LCD）と比較して、このLEDディスプレイは優れた堅牢性、広い温度範囲、高速な応答時間を提供し、バックライトや高電源電圧を必要としませんが、多桁表示の場合、LCDよりも消費電力が高くなるという代償があります。

10. よくある質問（パラメータに基づく）

Q: このディスプレイを3.3Vのマイクロコントローラ電源で駆動できますか？

A: はい。代表的な順電圧は2.6Vであるため、3.3Vシステムでは電流制限抵抗で0.7Vを降下させることになります。これは動作には十分ですが、5Vシステムと比較して電流を正確に設定するための利用可能な電圧マージンは減少します。

Q: 視認可能な発光を得るために必要な最小電流はどれくらいですか？

A: データシートでは、1mAまでの試験条件が規定されており、その場合の代表的な光度は650µcdです。それよりも低い電流でもおそらく視認可能ですが、輝度は非常に暗くなります。低電流特性は主要な特徴です。

Q: 小数点とコロンはどのように制御しますか？

A: 小数点（DP）には独自のカソードピン（ピン3）があります。アッパーコロンとロワーコロン（UC、LC）は共通アノード（ピン13）を共有し、そのカソードはセグメントBカソード（ピン7）に接続されています。コロンを点灯させるには、桁のコモンアノードピン13をアクティブにし、セグメントBカソード（ピン7）をローに引き込む必要があります。

Q: なぜ逆電圧定格はわずか5Vなのですか？

A: LEDは逆電圧を遮断するようには設計されていません。PN接合は小さな逆バイアスでも容易に損傷する可能性があります。5V定格は安全限界です。回路設計では、逆電圧が印加されないようにする必要があり、双方向信号アプリケーションでは、LEDと並列に保護ダイオードを使用することがよくあります。

11. 実用的な使用例

ケース：4桁電圧計表示の設計設計者は、明確な電圧表示を必要とする卓上電源装置を作成しています。彼らは、輝度と視認性のためにLTC-46454JFを選択します。システムは、ADCを備えたマイクロコントローラを使用して出力電圧を測定します。マイクロコントローラのファームウェアは、4桁を循環させるマルチプレックスルーチンを実装します。数字0から9のセグメントパターンはルックアップテーブルに格納されます。設計者は、1/4デューティサイクルのマルチプレックスを考慮して（したがって瞬時電流は約32mA、これはパルス定格内ですが、連続定格内に収まるように減らす可能性があります）、平均セグメント電流8mAの電流制限抵抗を計算します。表示には5V電源を使用します。ディスプレイのグレーの表面は機器の前面パネルによく調和し、黄橙色の数字は実験室内の様々な照明条件下でも容易に見えます。

12. 技術原理の紹介

中核技術は、不透明なGaAs（ガリウムヒ素）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）半導体材料システムです。この半導体のPN接合に順電圧を印加すると、電子と正孔が再結合し、光子（光）の形でエネルギーを放出します。この光の特定の波長（この場合は約611 nmの黄橙色）は、結晶成長プロセス中に設計されたAlInGaP合金のバンドギャップエネルギーによって決定されます。不透明なGaAs基板は下方に発せられる光を吸収し、セグメント周囲にハロー効果を引き起こす可能性のある内部反射や散乱を減らすことでコントラストを向上させます。7セグメントレイアウトは標準化されたパターンであり、セグメント（AからGまでラベル付け）の異なる組み合わせを点灯させて数字0-9といくつかの文字を形成します。

13. 技術トレンド

LTC-46454JFのような個別の7セグメントLEDディスプレイは、高輝度、シンプルさ、堅牢性を必要とする特定のアプリケーションでは依然として関連性がありますが、表示技術の一般的なトレンドは統合ソリューションへと移行しています。ドットマトリクスLEDディスプレイやOLEDは、英数字やグラフィックスを表示するためのより大きな柔軟性を提供します。単純な数値表示では、超低電力アプリケーションではLCDが主流です。しかし、LEDの固有の利点（高輝度、自発光、広い温度範囲、長寿命）は、これらの要因が最も重要である産業、自動車、屋外機器での継続的な使用を保証します。より効率的なAlInGaPやGaNベースの青/緑/白色LEDの台頭など、LED材料の進歩により、新しい表示製品の色オプションと効率が拡大しています。