LTC-5623JD LEDディスプレイ仕様書 - 0.56インチ桁高 - ハイパーレッド - 順電圧2.6V - 技術文書

1. 製品概要

LTC-5623JDは、4桁の7セグメント発光ダイオード（LED）表示モジュールです。主な機能は、様々な電子機器や計測器において、明確で明るい数値表示を提供することです。測定機器、産業用制御装置、民生家電、パネルメーターなど、数値データの表示が必要なシナリオでの使用が中心的な用途となります。

本デバイスの主な特徴は、文字サイズ、輝度、信頼性のバランスにあります。LEDチップには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、特にハイパーレッド色を実現しています。この技術は、従来の標準的なGaAsP技術と比較して、効率と発光強度において優位性を提供します。表示面はグレーでセグメントマーキングは白色となっており、様々な照明条件下でのコントラストと視認性を向上させています。

仕様書に記載されている主な利点には、連続的で均一なセグメント外観、低消費電力、優れた文字表示、高輝度と高コントラスト、広い視野角、およびソリッドステートの信頼性が含まれます。また、本デバイスは発光強度でカテゴリ分けされており、RoHS指令に準拠した鉛フリーパッケージで提供されています。

2. 技術仕様と客観的解釈

2.1 絶対最大定格

これらのパラメータは、デバイスに永久的な損傷が発生する可能性がある限界値を定義します。通常動作条件ではありません。

• セグメントあたりの電力損失：70 mW。これは単一セグメント（例：セグメント'A'）で許容される最大の熱としての電力損失です。これを超えると半導体接合部が過熱する可能性があります。
• セグメントあたりのピーク順方向電流：90 mA。これはパルス条件下（デューティ比1/10、パルス幅0.1ms）でのみ許容されます。知覚される輝度を得るために高い瞬間電流を使用するマルチプレクシング方式で有用です。
• セグメントあたりの連続順方向電流：25°Cで25 mA。この電流値は、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、最大連続電流は約 25 mA - ((85°C - 25°C) * 0.28 mA/°C) = 8.2 mA となります。
• 動作・保管温度範囲：-35°C から +105°C。デバイスはこの全範囲内で動作および保管が可能です。
• はんだ付け温度：最大260°C、最大3秒間（実装面から1.6mm（1/16インチ）下で測定）。これは、プラスチックパッケージや内部ワイヤーボンドへの熱ダメージを防ぐために、フローはんだ付けやリフローはんだ付けプロセスにおいて重要な条件です。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、周囲温度（Ta）25°Cで測定された代表的な性能パラメータです。

• 平均光度（Iv）：順方向電流（IF）1 mAにおいて、320 μcd（最小）、700 μcd（代表値）。これは光出力を定量化します。本デバイスはこのパラメータに基づいてビニング（選別）されています。
• ピーク発光波長（λp）：IF=20mAにおいて650 nm（代表値）。これはスペクトル出力が最も強い波長です。
• スペクトル半値幅（Δλ）：IF=20mAにおいて20 nm（代表値）。これはスペクトルの純度を示します。値が小さいほど単色光に近くなります。
• 主波長（λd）：IF=20mAにおいて639 nm（代表値）。これは人間の目が知覚する単一波長であり、ハイパーレッド色を定義します。
• セグメントあたりの順方向電圧（Vf）：IF=20mAにおいて2.1V（最小）、2.6V（代表値）。これは点灯しているセグメント両端の電圧降下です。定電流回路を設計する上で極めて重要です。
• セグメントあたりの逆方向電流（Ir）：逆方向電圧（Vr）5Vにおいて100 μA（最大）。このパラメータはテスト目的のみであり、デバイスは連続的な逆バイアス動作を意図していません。
• 光度マッチング比（Iv-m）：2:1（最大）。これは、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、外観の均一性を保証します。

3. ビニングとカテゴリ分けシステム

仕様書には、本デバイスが発光強度でカテゴリ分けされていると記載されています。これは、標準テスト電流（通常1mAまたは20mA）で測定された光出力に基づいてユニットが選別（ビニング）されていることを意味します。この抜粋では具体的なビンコードは提供されていませんが、一般的な慣行では、発光強度の範囲を表す英数字コード（例：B1、B2、C1）が使用されます。これにより、設計者はアプリケーションに適した一貫した輝度レベルのディスプレイを選択できます。厳しい2:1の強度マッチング比は、単一桁内の全セグメント間および桁間の視覚的一貫性をさらに確実にします。

4. 性能曲線分析

仕様書は最終ページに代表的な電気的・光学的特性曲線を参照しています。本文中に具体的なグラフは提供されていませんが、LED技術に基づいてその標準的な内容を推測できます：

• 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）：このグラフは、ダイオードに典型的な指数関数的関係を示すでしょう。この曲線により、設計者は所望の動作電流に必要な駆動電圧を決定でき、安定した定電流ドライバの設計に不可欠です。
• 光度 vs. 順方向電流（I-L曲線）：これは光出力が電流とともにどのように増加するかを示します。ある範囲では一般的に線形ですが、非常に高い電流では熱や効率低下により飽和します。
• 光度 vs. 周囲温度：この曲線は、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。このデレーティングを理解することは、高温環境で動作するアプリケーションにとって重要です。
• 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、約650nmにピークがあり、約20nmの半値幅を示し、ハイパーレッド色の仕様を確認できます。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

本デバイスの桁高は0.56インチ（14.2 mm）です。寸法図（本文では完全には詳細化されていません）は、PCBフットプリント設計に重要な測定値を提供します：全長、全幅、全高；桁間間隔；セグメント寸法；およびピンの長さ、直径、間隔。注記には、すべての寸法がミリメートル単位で、一般的な公差は±0.25 mmであると指定されています。重要な注記として、ピン先端のシフト公差が±0.4 mmであり、挿入時のこの潜在的な位置ずれに対応するために、マザーボードのピンホールの直径（ψ）を1.0 mmに設計することを推奨しています。

5.2 ピン接続と極性

LTC-5623JDはコモンアノード構成を採用しています。これは、各桁のLEDのアノードが内部で接続され、別々のピン（桁1-4）に引き出されている一方、各セグメントタイプ（A-G、DP）のカソードは全桁で共有され、個別のピンに引き出されていることを意味します。ピン配置は以下の通りです：ピン1：カソードE、ピン2：カソードD、ピン3：カソードDP、ピン4：カソードC、ピン5：カソードG、ピン6：コモンアノード桁4、ピン7：カソードB、ピン8：コモンアノード桁3、ピン9：コモンアノード桁2、ピン10：カソードF、ピン11：カソードA、ピン12：コモンアノード桁1。内部回路図はこのマルチプレクシング構成を明確に示しています。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

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下で測定して、最大260°C、最大3秒間。これは鉛フリーリフローはんだ付けの標準プロファイルです。設計者は、パッケージのひび割れ、レンズの変形、または内部ダイやワイヤーボンド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。フローはんだ付けでは、接触時間を最小限に抑えるべきです。LEDは半導体デバイスであるため、明示的には記載されていませんが、静電気放電（ESD）を避ける適切な取り扱いも推奨されます。

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

コモンアノードディスプレイの場合、駆動回路は通常、コモンアノードピンを桁選択トランジスタ（例：PNPまたはPチャネルMOSFET）を介して正電源（Vcc）に接続します。セグメントカソードピンは、電流制限抵抗とセグメント駆動トランジスタ、または専用LEDドライバICを介してグランドに接続されます。マルチプレクシング技術が使用されます：一度に一つの桁をそのアノードを有効にすることで点灯させ、その桁の所望の数字に対応する適切なカソードを有効にします。このサイクルを4桁すべてで高速に繰り返すことで、すべての桁が同時に点灯しているかのような錯覚を作り出します。この方法により、必要なドライバピン数を32（4桁 * 8セグメント）から12（4アノード + 8カソード）に削減できます。

7.2 設計計算

電流制限抵抗の計算：は、特定のサイズカテゴリに位置付け、遠くから見やすさを向上させるために0.3インチディスプレイよりも大きく、一方で大型パネルに使用される1インチディスプレイよりも小さい可能性があります。

マルチプレクシング時のピーク電流：1/4デューティサイクル（4桁用）で平均セグメント電流10 mAを達成するには、そのアクティブタイムスロット中のピーク電流を40 mAにする必要があります。これは絶対最大ピーク電流定格90 mA以内ですが、ディスプレイが高温環境で動作する場合は連続電流のデレーティングに対して確認する必要があります。

7.3 視野角と視認性

広い視野角の仕様は、横から見た場合でも表示が読み取れることを保証します。グレーの表示面と白いセグメントはコントラストを高め、数字を背景に対して明確に際立たせます。これは薄暗い環境と明るい環境の両方で有益です。

8. 技術比較と差別化

LTC-5623JDは、いくつかの要因によって差別化されています。AlInGaPハイパーレッド技術の使用は、一般的にGaAsPのような従来の赤色LED技術と比較して、より高い発光効率と優れた温度安定性を提供し、より明るく一貫した出力をもたらします。0.56インチの桁高places it in a specific size category, larger than 0.3-inch displays for better visibility at a distance, but potentially smaller than 1-inch displays used in larger panels. The4桁、コモンアノード構成、右側小数点は、多くの数値表示アプリケーションにとって標準的ですが不可欠な機能セットです。その広い動作温度範囲（-35°C から +105°C）は、極端な温度が一般的な産業および自動車環境での使用に適しており、より狭い範囲のディスプレイに対する利点を提供します。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: このディスプレイをマイクロコントローラのピンから直接駆動できますか？

A: できません。典型的なMCUピンが供給/吸収できる電流は20-25mAであり、これはピン全体の合計です。このディスプレイはマルチプレクシングを使用するため、単一セグメントで10-40mAが必要になる可能性があり、1桁全体のコモンアノードにはすべての点灯セグメントの電流の合計（例：8セグメント * 10mA = 80mA）が必要になります。したがって、外部トランジスタまたは専用ドライバICが必須です。

Q: ピーク波長（650nm）と主波長（639nm）の違いはなぜですか？

A: ピーク波長は、発光スペクトルの物理的なピークです。主波長は、人間の目の明所視応答曲線（CIE）に基づいて計算されます。目は特定の波長により敏感であるため、知覚される色（主波長）は物理的なピークとは異なる波長になることがあります。

Q: 保管温度は105°Cまでですが、260°Cではんだ付けできますか？

A: はい、ただし時間制限が重要です。保管定格は長期的な非動作条件のためのものです。はんだ付け定格（260°C、3秒）は、プロファイルが厳密に守られる場合にパッケージが耐えられるように設計された短期的で極端な熱プロセスです。時間または温度を超えると損傷を引き起こす可能性があります。

10. 設計および使用事例

シナリオ: デジタル電圧計表示の設計設計者が0-20V範囲の4桁DC電圧計を作成しています。明確な視認性のためにLTC-5623JDを選択します。アナログ-デジタルコンバータ（ADC）とマイクロコントローラが入力電圧を処理します。MCUのファームウェアは表示する桁（例：12.34）を計算し、マルチプレクシングルーチンを介してディスプレイを制御します。コモンアノードピンは、PNPトランジスタを介してMCUに接続され、5V電源を各桁に順次切り替えます。セグメントカソードピンは、74HC595シフトレジスタやMAX7219のような専用LEDドライバを介してMCUに接続され、これらは定電流シンクも提供します。電流制限抵抗はセグメントラインと直列に配置されます。ファームウェアは、ちらつきが見えないようにリフレッシュレートを60 Hz以上に保証します。広い動作温度範囲により、電圧計は温度が大きく変動する可能性のある作業場のガレージで使用できます。

11. 動作原理

本デバイスは、半導体p-n接合におけるエレクトロルミネセンスの原理に基づいて動作します。セグメント両端にダイオードのしきい値（このAlInGaP材料では約2.1-2.6V）を超える順方向電圧が印加されると（アノードがカソードに対して正）、電子と正孔が活性領域に注入され、そこで再結合します。AlInGaPのような直接遷移型半導体では、この再結合によりエネルギーが光子（光）の形で放出されます。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、それが今度は発光の波長（色）を決定します。この場合はハイパーレッド（約639-650 nm）です。プラスチックパッケージは、脆弱な半導体ダイを封止保護し、最適な視認性のために光出力を整形し、回路基板実装のための機械的インターフェース（ピン）を提供します。

12. 技術動向

7セグメントディスプレイは数値表示の定番であり続けていますが、より広範な状況は進化しています。ドライバ電子回路をディスプレイモジュール自体に組み込むことによる高集積化の傾向があり、ホストシステムの設計を簡素化しています。赤/オレンジ/琥珀色にはAlInGaPの使用が確立されていますが、フルカラー機能のためには、異なるLED技術（例：青色/緑色用のInGaN）を組み合わせたり、文字やグラフィックスの表示により大きな柔軟性を提供するドットマトリックスOLEDやマイクロLEDパネルに移行したりする可能性があります。しかしながら、非常に高い輝度、広い温度範囲、長寿命、およびシンプルさを必要とするアプリケーションでは、LTC-5623JDのような個別LED7セグメントディスプレイは、堅牢でコスト効果の高いソリューションであり続けます。パッケージングの進展により、自動組立のためのさらに小型のフォームファクタや表面実装バージョンが生まれる可能性があります。