LTC-4624JR LEDディスプレイ データシート - 0.4インチ桁高 - スーパーレッド(631nm) - 順電圧2.6V - 消費電力70mW - 技術文書

1. 製品概要

LTC-4624JRは、コンパクトで高性能な3桁7セグメントLED表示モジュールです。主な用途は、測定器、産業用制御盤、POS端末、家電製品など、明確で明るい数値表示を必要とする電子機器です。このデバイスの核心的な利点は、LEDチップに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ます。これにより、従来のGaAsPなどの技術と比較して、赤色スペクトルにおいて優れた発光効率と色純度を実現しています。その結果、高輝度と高コントラストによる優れた文字表示が可能となり、様々な環境照明条件下でも数字を容易に読み取ることができます。本デバイスは発光強度で分類されており、複数表示ユニットを組み合わせるアプリケーションにおいても輝度の均一性を確保できます。

1.1 主な特長とデバイス説明

本ディスプレイは、信頼性と性能に貢献するいくつかの注目すべき特長を備えています。0.4インチ（10.0mm）の桁高は、サイズと視認性のバランスに優れています。セグメントは連続的で均一であり、クリーンでプロフェッショナルな外観を保証します。低消費電力で動作し、エネルギー効率を高めます。ソリッドステート構造により、高い信頼性と長い動作寿命を実現しています。さらに、パッケージは鉛フリーであり、RoHS（有害物質使用制限）指令に準拠しているため、現代の電子機器製造に適しています。

特定の型番であるLTC-4624JRは、AlInGaPスーパーレッドLEDチップをマルチプレックス・コモンカソード構成で配列したデバイスを示します。各桁に右側小数点が含まれています。視覚デザインは、グレーの面に白いセグメントを配し、コントラストを最大化して視認性を向上させています。

2. 技術パラメータ：詳細かつ客観的な解釈

2.1 絶対最大定格

絶対最大定格を理解することは、ディスプレイの長期信頼性を確保する上で極めて重要です。これらの定格は、それを超えると永久損傷が発生する可能性がある限界値を定義します。セグメントあたりの消費電力は70 mWです。セグメントあたりのピーク順電流は90 mAですが、これは特定のパルス条件（デューティ比1/10、パルス幅0.1ms）でのみ許容されます。セグメントあたりの連続順電流は25°Cで25 mAであり、周囲温度の上昇に伴い0.33 mA/°Cの割合で線形に低下します。このデレーティングは熱管理に不可欠です。デバイスの動作・保管温度範囲は-35°Cから+85°Cです。はんだリフロー条件は、PCB上の部品実装面から1/16インチ（約1.6mm）下の位置で260°C、3秒間と規定されています。

2.2 電気的・光学的特性

電気的・光学的特性は、標準周囲温度25°Cで測定されます。平均発光強度（Iv）は、順電流（IF）1 mAにおいて、最小200 µcd、標準650 µcdの範囲です。ピーク発光波長（λp）は標準639 nm、主波長（λd）はIF=20mAで631 nmであり、これは明らかにスーパーレッド色域に分類されます。スペクトル半値幅（Δλ）は20 nmで、比較的純粋な色を示しています。LEDチップあたりの順方向電圧（VF）は、20mA時に2.0V（最小）から2.6V（最大）の間です。セグメントあたりの逆方向電流（IR）は、逆方向電圧（VR）5Vで最大100 µAです。この逆電圧定格は試験目的のみであり、アプリケーション回路では逆バイアス下での連続動作は避けなければならない点に特に注意が必要です。類似の光領域内におけるセグメント間の発光強度マッチング比は最大2:1であり、視覚的な均一性を保証します。追加の注記として、セグメント間のクロストークは≤2.5%、順方向電圧許容差は±0.1Vと規定されています。

3. 機械的仕様とパッケージ情報

ディスプレイは、標準的なスルーホールDIP（デュアル・インライン・パッケージ）形式で提供されます。パッケージ寸法はデータシートに詳細に記載されており、すべての測定値はミリメートル単位です。主要な公差には、ほとんどの寸法で±0.25mm、ピン先端シフト公差±0.4mmが含まれます。品質管理上の注記では、セグメント上の異物（≤10mil）、反射板の曲がり（長さの≤1%）、セグメント内の気泡（≤10mil）、表面のインク汚染（≤20mil）の限界値が規定されています。PCB設計では、リード用の穴径として1.0mmが推奨されます。

3.1 ピン接続と内部回路

デバイスは14ピン構成ですが、すべての位置が使用されているわけではありません。マルチプレックス・コモンカソードアーキテクチャを採用しています。内部回路図によると、3桁の各桁はそれぞれアノード接続を共有しています（桁1、2、3のコモンアノードはそれぞれピン1、5、7）。セグメントカソード（A-GおよびDP）は各桁間で接続されています。さらに、右側LED（L1、L2、L3）用の個別のカソードがあり、これらはピン14のコモンアノードを共有します。このマルチプレックス方式により、必要な駆動ピン数を24本（3桁×8セグメント）から14本に削減し、インターフェース回路を簡素化しています。ピン配置は以下の通りです：ピン1：桁1コモンアノード；ピン2：カソードE；ピン3：カソードC、L3；ピン4：カソードD；ピン5：桁2コモンアノード；ピン6：カソードDP；ピン7：桁3コモンアノード；ピン8：カソードG；ピン9,10,13：未接続；ピン11：カソードB、L2；ピン12：カソードA、L1；ピン14：L1,L2,L3コモンアノード；ピン15：カソードF。

4. アプリケーションガイドラインと設計上の考慮事項

4.1 駆動と回路設計

最適な性能と長寿命を実現するためには、いくつかのアプリケーション上の注意事項に従う必要があります。本ディスプレイは一般的な電子機器向けです。定電圧駆動よりも定電流駆動方式の使用を強く推奨します。これにより、ディスプレイ内の個々のLEDチップの順方向電圧（VF）のばらつきに関わらず、一貫した発光出力が確保されます。駆動回路は、VFの全範囲（2.0V～2.6V）に対応するように設計し、意図した駆動電流が常に供給されることを保証しなければなりません。また、電源投入時やシャットダウン時の逆電圧や過渡電圧スパイクに対する保護を回路に組み込む必要があります。逆バイアスは金属マイグレーションを引き起こし、リーク電流の増加や短絡につながる可能性があるためです。安全な動作電流は、最終アプリケーションで予想される最大周囲温度に基づき、絶対最大定格の0.33 mA/°Cのデレーティング係数を使用して低下させる必要があります。

4.2 熱的・環境的考慮事項

推奨動作電流または温度を超えると、発光出力の大幅な低下や早期故障を引き起こす可能性があります。設計者は、アプリケーションにおいて十分な放熱を確保しなければなりません。特に高湿度環境での周囲温度の急激な変化は、ディスプレイ上に結露を引き起こし、電気的または光学的な問題を引き起こす可能性があるため避けるべきです。組み立て時にはディスプレイ本体への機械的ストレスを避け、不適切な工具や方法を使用してはなりません。

4.3 組み立てとインターフェースに関する注記

装飾フィルムやオーバーレイを使用する場合、通常は感圧接着剤で貼り付けられます。このフィルム面を前面パネルやカバーに密着させたままにすることは推奨されません。外部からの力によってずれが生じる可能性があるためです。1セットで2つ以上のディスプレイを使用するアプリケーションでは、同じ発光強度BINコードのディスプレイを使用することを推奨します。これにより、輝度の目立つ違い（色むら）を避けることができます。最終製品がディスプレイに落下試験や振動試験を要求する場合、具体的な試験条件を事前に評価する必要があります。

5. 保管と取り扱い

適切な保管は、はんだ付け性と性能を維持するために不可欠です。LEDディスプレイを元の包装で保管する場合の推奨条件は、温度5°C～30°C、相対湿度60%RH以下です。これらの条件外で保管すると、部品リードの酸化を引き起こす可能性があります。在庫は速やかに消費し、大量の長期保管は避けることをお勧めします。防湿バッグを開封してから6ヶ月以上経過している場合は、組み立て前に60°Cで48時間のベーキング処理を行い、ベーキング後1週間以内に組み立てを完了することを推奨します。

6. 性能曲線とビニングシステム

データシートには、標準的な電気的・光学的特性曲線が参照されており、通常は順電流（IF）と発光強度（Iv）の関係、順方向電圧（VF）と温度の関係、スペクトル分布を示します。これらの曲線は、設計者が非標準条件下での性能を予測する上で極めて重要です。デバイスは発光強度で分類（ビニング）されています。これは、ユニットが標準試験電流での測定発光出力に基づいてテストされ、グループ化されることを意味します。複数ユニットのアプリケーションで同じビンのディスプレイを使用することで、視覚的な一貫性が確保されます。PDF抜粋では波長や電圧のビニングの詳細は記載されていませんが、主波長（631nm）と順方向電圧許容差（±0.1V）に関する厳密な仕様により、本質的に高度な均一性が提供されています。

7. 技術比較と差別化

LTC-4624JRの主な差別化要因は、赤色LEDにAlInGaP技術を使用している点にあります。従来のGaAsP（ガリウム砒素リン）赤色LEDと比較して、AlInGaPは発光効率が大幅に高く、同じ駆動電流でより高い輝度、または同等の輝度をより低い電力で実現します。また、GaAsPのしばしばオレンジがかった赤色と比較して、より鮮やかで純粋な赤色（主波長～631nm）を提供します。マルチプレックス・コモンカソード設計は、スタティック駆動ディスプレイと比較してピン効率の高いインターフェースを提供し、マイクロコントローラのI/OやドライバICの要件を削減します。グレーの面に白いセグメントというデザイン選択はコントラストを高め、多くのアプリケーションにおいて、全面赤色や低コントラストのカラースキームよりも好ましいものとなっています。

8. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: ピン配置で言及されているL1、L2、L3ピンの目的は何ですか？

A: これらは追加のLED用のカソードピンで、おそらく各桁の右側に配置されています（例：時計表示のコロンやその他のインジケータ用）。これらはピン14のコモンアノードを共有しており、7セグメント桁とは独立して制御できます。

Q: 5Vのマイクロコントローラと電流制限抵抗を使用してこのディスプレイを駆動できますか？

A: はい、可能ですが、注意深い計算が必要です。VFを2.6V（最大）、希望するIFを20mAと仮定すると、必要な直列抵抗は R = (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 オームとなります。マイクロコントローラのピンが、必要なマルチプレックス電流をシンクまたはソースできることを確認する必要があります。専用のドライバIC（MAX7219やHT16K33など）を使用する方が、より堅牢なソリューションとなることが多いです。

Q: 絶対最大連続電流は25°Cで25mAですが、デレーティングされます。50°Cで信頼性の高い動作を行うには、どの電流を使用すべきですか？

A: デレーティング係数0.33 mA/°Cを使用します：温度上昇 = 50°C - 25°C = 25°C。電流デレーティング = 25°C * 0.33 mA/°C = 8.25 mA。したがって、50°Cでの最大推奨連続電流は 25 mA - 8.25 mA =16.75 mAです。この電流以下で動作させることで信頼性が確保されます。

Q: なぜ逆バイアスに対してそれほど強く警告されているのですか？

A: 逆電圧（IR試験で使用される5Vであっても）を印加すると、半導体接合内部で金属原子の電気マイグレーションを引き起こす可能性があります。時間の経過とともに、これが導電性の経路を作り、リーク電流の増加や永久短絡を引き起こし、そのセグメントを動作不能にする可能性があります。

9. 動作原理

7セグメントディスプレイは、数字の8の形に配置された7本のLEDバー（セグメントA～G）と、小数点（DP）用の追加LEDを組み合わせたものです。これらのセグメントの特定の組み合わせを選択的に点灯させることで、すべての10進数字（0～9）といくつかの文字を形成できます。LTC-4624JRは、そのような桁アセンブリを3つ1つのパッケージに統合しています。マルチプレックス・コモンカソード設計を採用しています。この方式では、異なる桁間で同じセグメントのすべてのアノードが内部で接続されています。各桁のカソードは個別です。数字を表示するには、マイクロコントローラが、すべての桁で所望の文字を点灯させるべきセグメントのアノードをアクティブに（ハイレベルで駆動）します。次に、その文字が表示される特定の桁のカソードをグランド（ローレベルで駆動）します。このプロセスを各桁に対して高速に繰り返します（通常、周波数>100Hz）。残像効果により、3桁すべてが同時に連続して点灯しているように見えます。この方法により、24セグメント（3桁×8セグメント）それぞれを個別に配線する場合と比較して、必要な制御ラインの数を大幅に削減できます。

10. 開発動向と背景

LTC-4624JRは、スルーホール数値表示における成熟した信頼性の高い技術を代表しています。表示技術のより広範なトレンドは、自動組み立て、高密度化、薄型化のため、表面実装デバイス（SMD）パッケージに向かっています。7セグメントディスプレイにおいては、フレキシブルPCB上のSMD LEDやチップ・オン・ボード（COB）設計などのパッケージを意味します。また、LED材料の高効率化への継続的な推進があり、赤/オレンジ/黄色にはAlInGaPが、青/緑/白色にはInGaNが標準となっています。OLEDやドットマトリックスLCDはよりグラフィカルな柔軟性を提供しますが、7セグメントLEDディスプレイは、高輝度、広視野角、極端な温度耐性、シンプルなデジタル表示が最も重要である産業、自動車、屋外機器などのアプリケーションにおいて依然として支配的です。本デバイスについて説明したマルチプレックスと定電流駆動の原理は、パッケージタイプに関わらず、ほとんどの現代的な多桁LEDディスプレイとのインターフェースにおいて基礎となるものです。