LTC-2621JD-01 LEDディスプレイ データシート - 0.28インチ桁高 - ハイパーレッド650nm - 順方向電圧2.6V - 技術文書

1. 製品概要

LTC-2621JD-01は、コンパクトで高性能な3桁数字表示モジュールです。小型フォームファクタで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ています。中核技術としてAlGaInP（アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン）半導体材料を採用し、ハイパーレッド発光を実現。従来の赤色LEDと比較して優れた輝度と効率性を提供します。高コントラストと様々な照明条件下での優れた視認性を実現するため、グレーの面と白色のセグメントカラーを特徴としています。

1.1 中核的利点

• 高視認性：0.28インチ（7mm）の桁高と連続的で均一なセグメントにより、文字の輪郭が明瞭に定義されます。
• 光学性能：AlGaInPハイパーレッドLEDチップにより、高輝度と高コントラスト比を達成しています。
• 広視野角：広い視野範囲にわたって均一な光度と色を提供します。
• 低消費電力：効率的な設計により、動作に必要な駆動電流を最小限に抑えています。
• 信頼性：ソリッドステート構造により、長い動作寿命と衝撃・振動に対する耐性を確保しています。
• 標準化：デバイスは光度に基づいて分類（ビニング）されており、複数ユニットを並べて使用するアプリケーションで輝度の一致を保証します。
• 環境適合性：パッケージは鉛フリーであり、RoHS指令に準拠しています。

1.2 対象アプリケーション

本表示器は、数値表示を必要とする幅広い電子機器に適しています。典型的なアプリケーションとしては、計器盤、試験・測定機器、POS端末、産業用コントローラ、家電製品などが挙げられます。その信頼性から、明確な数値データ表示が不可欠な汎用用途にも適しています。

2. 技術仕様と客観的解釈

2.1 絶対最大定格

これらの定格は、デバイスに永久的な損傷が生じる可能性のあるストレスの限界を定義します。この限界値以下または等しい状態での動作は保証されません。

• セグメントあたりの電力損失：70 mW。これは、セグメントにかかる順方向電流と電圧降下の複合効果を制限します。
• セグメントあたりのピーク順方向電流：90 mA（デューティサイクル1/10、パルス幅0.1ms時）。パルス動作専用であり、DC駆動には使用できません。
• セグメントあたりの連続順方向電流：25°Cで25 mA、25°C以上では0.28 mA/°Cで直線的に減額します。これはDCまたは平均電流設計における重要なパラメータです。
• セグメントあたりの逆方向電圧：5 V。これを超えると即座に致命的な故障を引き起こす可能性があります。
• 動作・保管温度範囲：-35°C ～ +105°C。デバイスは産業用温度範囲に対応しています。

2.2 電気的・光学的特性

これらはTa=25°Cで測定された典型的な動作パラメータであり、通常条件下での期待される性能を定義します。

• 平均光度（I_V）：I_F=1mA時で320～850 µcd。この広い範囲は、デバイスが異なる輝度ビンで入手可能であることを示しています（セクション2.3参照）。
• ピーク発光波長（λ_p）：650 nm（ハイパーレッド）。
• 主波長（λ_d）：636 nm。これは人間の目が知覚する波長です。
• セグメントあたりの順方向電圧（V_F）：I_F=20mA時で2.1V～2.6V。回路設計では適切な電流制御を確保するため、この範囲に対応する必要があります。
• セグメントあたりの逆方向電流（I_R）：V_R=5V時で最大100 µA。

2.3 ビニングシステムの説明

光度のばらつきを抑え一貫性を確保するため、光度はビンに分類されます。提供されるビンテーブルは、より高い駆動電流10mAで測定した場合、FからKまでのグレードを示し、強度範囲は321-500 µcd（F）から2101-3400 µcd（K）までです。各ビン内には±15%の許容差が適用されます。複数の表示器を並べて使用するアプリケーションでは、輝度のばらつき（色むら）を避けるため、同じビングレードを指定することを強く推奨します。

3. 機械的・パッケージ情報

3.1 パッケージ寸法

本表示器は標準的なデュアル・インライン・パッケージ（DIP）のフットプリントに準拠しています。主な寸法上の注意点は以下の通りです：主要寸法はすべてミリメートル単位で、一般的な公差は±0.25 mm、ピン先端シフト公差は+0.4 mmです。設計者は、実装面、全高、幅、ピン間隔を含むPCBレイアウトの正確な寸法については、データシート3ページの詳細な寸法図を参照してください。

3.2 ピン構成と内部回路

デバイスは16ピン構成ですが、すべての位置にピンがあるわけではありません（ピン10、11、14はNO PIN）。これはマルチプレックス方式のコモンアノード表示器です。内部回路図は、3つのコモンアノードピン（桁1、桁2、桁3用）と、各セグメント（A-G、DP）およびコロンセグメント（L1、L2、L3）用の個別のカソードピンを示しています。ピン13はコロンポイントの共通アノードとして機能します。この構造では、アノードを順次駆動し、対応するセグメントのカソードをLowに引き込むマルチプレックス駆動方式が必要です。

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 駆動回路設計

• 電流駆動：順方向電圧（V_F）に範囲があるため、一貫した光度と長寿命を確保するには、定電圧駆動よりも定電流駆動を強く推奨します。
• 電流制限：周囲温度による減額を考慮し、絶対最大連続電流を決して超えないように回路を設計する必要があります。
• 逆電圧保護：電源のオン・オフ時にLEDセグメントに逆電圧や電圧スパイクが印加されるのを防ぐため、駆動回路には保護回路（直列抵抗、クランプダイオードなど）を組み込むべきです。
• マルチプレクシング：目に見えるちらつきを避けるため、適切なマルチプレクシング周波数（通常>100Hz）を使用する必要があります。マルチプレックス方式では、ピーク電流は平均DC電流よりも高くできますが、ピーク電流定格内に収める必要があります。

4.2 熱・環境管理

• 放熱：推奨動作電流または周囲温度を超えると、光出力の劣化を加速し、早期故障の原因となる可能性があります。高温環境では、十分なPCBの銅面積やその他の放熱対策が必要になる場合があります。
• 結露：湿気の多い環境での急激な温度変化は避けるべきです。表示面での結露は、光学的な問題や電気的リークの原因となる可能性があります。
• 機械的ストレス：組立時には表示器本体に異常な力を加えないでください。適切な工具を使用する必要があります。

4.3 保管と取り扱い

LED表示器を元の包装で長期保管する場合は、5°C～30°C、相対湿度60%以下の条件を推奨します。防湿バッグ外で保管した場合、またはバッグを開封してから6ヶ月以上経過した場合は、使用前に部品を60°Cで48時間ベーキングし、ピンの酸化を防ぎはんだ付け性を確保するため、1週間以内に組立を完了することをお勧めします。

5. はんだ付けと組立ガイド

データシートには、はんだ付け条件が規定されています：部品は、実装面から1/16インチ（約1.6 mm）下で測定して、260°Cで3秒間さらされるべきです。これは典型的なリフローはんだ付けプロファイルの参考値です。組立工程中、部品本体の温度自体は最大保管温度105°Cを超えてはなりません。これらの基準を満たすよう注意深く熱プロファイルを設定することで、鉛フリーはんだ付け用の標準リフロープロファイルを使用できます。

6. 性能曲線と分析

データシートでは、通常以下の典型的な性能曲線が参照されています：

• 相対光度 vs. 順方向電流：駆動電流と光出力の非線形関係を示します。
• 順方向電圧 vs. 順方向電流：ダイオードの特性曲線を示します。
• 相対光度 vs. 周囲温度：接合温度が上昇するにつれて光出力が減少することを示します。
• 分光分布：650nmを中心とした波長全体での発光強度を示すグラフです。

これらの曲線は、設計者が意図した動作温度範囲で効率と信頼性を維持しながら、特定の輝度要件に対して駆動条件を最適化するために極めて重要です。

7. 技術比較と差別化

LTC-2621JD-01の主な差別化要因は、AlGaInPハイパーレッド技術の採用です。従来のGaAsPや標準的な赤色GaP LEDと比較して、AlGaInPは著しく高い発光効率を提供し、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。ハイパーレッドという名称は、主波長が630-635nm付近であることが多い標準的な赤色LEDと比較して、より深く、より飽和した赤色（ピーク650nm）を示しています。0.28インチの桁高は、視認性と基板スペースの経済性のバランスを提供します。

8. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 5Vのマイクロコントローラピンで直接この表示器を駆動できますか？

A: できません。順方向電圧はわずか2.1-2.6Vです。5Vで直接駆動すると過剰な電流が流れ、セグメントを破壊します。電流制限抵抗、または望ましくは定電流駆動回路が必要です。

Q: ピーク波長（650nm）と主波長（636nm）の違いは何ですか？

A: ピーク波長は、スペクトル出力が物理的に最も強い波長です。主波長は、人間の目がLEDの色と一致すると知覚する単一波長の色であり、スペクトル曲線全体の影響を受けます。どちらも標準的な仕様です。

Q: ビニングはなぜ重要ですか？

A: 製造プロセスにより、輝度には自然なばらつきが生じます。ビニングは、LEDを性能が類似したグループに分類します。複数ユニットを並べて使用するアプリケーションで同じビンの表示器を使用することで、外観の均一性を確保します。

Q: 必要な電流制限抵抗の値をどのように計算しますか？

A: オームの法則を使用します：R = (V_電源- V_F) / I_F。データシートの最大V_F（2.6V）を使用して、あらゆる条件下で所望のI_Fを達成するのに十分な電圧が利用可能であることを確認します。例えば、5V電源で目標I_Fが20mAの場合：R = (5V - 2.6V) / 0.020A = 120 Ω。抵抗での電力損失も常に確認してください。

9. 設計・使用事例

シナリオ：卓上電源用のシンプルな3桁電圧計表示器の設計。

実装：十分なI/Oピンを備えたマイクロコントローラを使用します。3本のピンをデジタル出力として設定し、小さなNPNトランジスタまたはMOSFETを介して桁のアノード（ピン2、5、8）を駆動します。他の7本または8本のピンは、電流制限抵抗または定電流シンク出力が可能な専用LEDドライバICを介して、セグメントのカソード（ピン1、3、4、6、7、12、15、16）を駆動します。マイクロコントローラのファームウェアはマルチプレクシングを実装します：桁1用のトランジスタをオンにし、桁1に表示したい数字に対応するカソードパターンを設定し、短時間（例：2ms）待機し、桁1をオフにし、桁2と桁3についても繰り返します。このサイクルを連続的に実行します。輝度は、電流制限抵抗の値またはマルチプレクシングのデューティサイクルを変更することで調整できます。

10. 動作原理の紹介

LED（発光ダイオード）は、半導体のp-n接合ダイオードです。ダイオードの閾値を超える順方向電圧が印加されると、n型材料からの電子が空乏層でp型材料からの正孔と再結合します。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。光の特定の波長（色）は、使用される半導体材料のエネルギーバンドギャップによって決まります。AlGaInPは、赤/オレンジ/琥珀色の光に対応するバンドギャップを持っています。このマルチプレックス表示器では、個々のセグメントがLEDです。桁の共通アノードに電力を供給し、特定のセグメントのカソードをグランドに接続することで、それらのセグメントが点灯して数字を形成します。

11. 技術トレンド

このような表示技術のトレンドは、より高い効率、より低い消費電力、および統合度の向上に向かっています。個別のLED数字表示器は、そのシンプルさ、明るさ、広い視野角から依然として人気がありますが、一部のアプリケーションでは、グラフィカルな機能を提供するOLED（有機EL）ディスプレイやTFT-LCDなどのより統合されたソリューションによって補完または置き換えられつつあります。しかしながら、特に産業用や屋外環境などで、非常に明るく、頑丈で、シンプルな数値表示を必要とするアプリケーションでは、LTC-2621JD-01のようなLED数字表示器は、信頼性が高くコスト効果の高い選択肢であり続けています。将来の開発では、さらに効率の高い材料や、表示器パッケージ自体に駆動回路を統合するものも見られるかもしれません。