LTD-322JR LEDディスプレイ データシート - 0.3インチ桁高 - 順電圧2.6V - スーパーレッド - 技術文書

1. 製品概要

LTD-322JRは、明確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、1桁の7セグメントLEDディスプレイモジュールです。その主な機能は、個々のLEDセグメントを選択的に点灯させることで、数値文字（0-9）および一部の限られた英数字記号を視覚的に表現することです。本デバイスは、AlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）半導体材料を使用して構築されており、これは不透明なGaAs（ガリウムヒ素）基板上に成長されています。この材料技術は、高輝度の赤色光を効率的に生成するために特に選択されています。ディスプレイは黒い表面を特徴としており、周囲光を吸収することでコントラストを大幅に向上させ、点灯時に鮮やかなスーパーレッド色で輝く白色のセグメントを備えています。物理的な桁の高さは0.3インチ（7.62 mm）で、中程度の距離からの視認性が重要な中サイズのパネルに適しています。

1.1 中核的な利点とターゲット市場

このディスプレイの主な利点は、そのAlInGaP LED技術と設計に由来します。高輝度、連続的で均一なセグメントによる優れた文字表示、広い視野角を提供し、様々な位置からの視認性を確保します。低電力で動作し、最終アプリケーションのエネルギー効率に貢献します。ソリッドステート構造により、可動部がなく、本質的な信頼性と長い動作寿命を提供します。これらの機能の組み合わせにより、LTD-322JRは、産業用計器（例：パネルメーター、プロセスコントローラー）、民生家電（例：電子レンジ、洗濯機のタイマー）、試験・測定機器、および耐久性があり明るく明確な数値表示インターフェースを必要とするあらゆる組み込みシステムを含むターゲット市場に理想的です。

2. 技術パラメータ詳細解説

このセクションでは、データシートで定義されているデバイスの仕様について、客観的かつ詳細な分析を提供します。

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のあるストレスの限界を定義します。これらの限界以下または限界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、連続DC動作下で単一の点灯セグメントが安全に熱として放散できる最大電力です。
• セグメントあたりのピーク順電流：90 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。マルチプレクスディスプレイなどで、より高い瞬間輝度を達成するための短時間のオーバードライブを可能にします。
• セグメントあたりの連続順電流：25°Cで25 mA。これは、室温での単一セグメントの定常状態（DC）動作における推奨最大電流です。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、0.33 mA/°Cで直線的に低下（デレート）します。つまり、過熱を防ぐために許容される連続電流が減少します。
• セグメントあたりの逆電圧：5 V。これより高い逆バイアス電圧を印加すると、LEDのPN接合が破壊される可能性があります。
• 動作・保管温度範囲：-35°C ～ +85°C。デバイスは、この周囲温度範囲内で機能し、保管されるように定格されています。
• 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、LEDチップやパッケージへの熱損傷を防ぐための、波はんだ付けまたはリフローはんだ付けプロセスにおける重要なパラメータです。

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。

• 平均輝度（I_V）：順電流（I_F）1 mAで200 μcd（最小）、600 μcd（代表値）。これは光出力の知覚される明るさを定量化します。広い範囲は、輝度のためのビニングシステムを示しています。
• ピーク発光波長（λ_p）：I_F=20mAで639 nm（代表値）。これはスペクトルパワー出力が最大となる波長であり、可視スペクトルのスーパーレッドまたはレッドオレンジ領域に位置します。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：20 nm（代表値）。これは発光の帯域幅を測定し、比較的純粋な単色の赤色を示しています。
• 主波長（λ_d）：631 nm（代表値）。これは人間の目が知覚する波長であり、色度点に密接に関連しています。
• セグメントあたりの順電圧（V_F）：I_F=20mAで2.0 V（最小）、2.6 V（代表値）。これは指定電流が流れているときのLEDセグメント両端の電圧降下です。定電流回路の設計に極めて重要です。
• セグメントあたりの逆電流（I_R）：逆電圧（V_R）5Vで100 μA（最大）。これはLEDが逆バイアスされたときの小さなリーク電流です。
• 輝度マッチング比（I_V-m）：2:1（最大）。これは単一桁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の最大許容比率を指定し、均一な外観を保証します。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、本デバイスが輝度で分類されていることを示しています。これは製造後のビニング（選別）プロセスを意味します。

3.1 輝度ビニング

半導体製造プロセスに内在するばらつきにより、個々のLEDチップは光出力効率にわずかな差が生じます。エンドユーザーに一貫性を保証するため、LEDは標準試験電流（例：1mA）で測定された輝度に基づき、異なる輝度ビンにテスト・選別されます。200～600 μcdという指定範囲は、複数のビンが存在することを示唆しています。設計者は、アプリケーションの輝度均一性要件に適したビンを選択できます。1デバイス内のセグメント間の2:1の輝度マッチング比は、ビニング後に適用されるより厳しい公差です。

4. 性能曲線分析

提供されたデータシート抜粋は代表的な電気的／光学的特性曲線に言及していますが、具体的なグラフは本文には含まれていません。標準的なLEDの動作に基づくと、これらの曲線は通常、回路設計に極めて重要な以下の関係を説明するでしょう：

4.1 順電流 vs. 順電圧 (I-V 曲線)

このグラフは、LEDを流れる電流とその両端の電圧との間の指数関数的関係を示します。代表的な2.6V付近の膝電圧は、電流が著しく増加し始めるポイントです。安定した動作のためには、ドライバは電圧ではなく電流を制御する必要があります。

4.2 輝度 vs. 順電流

この曲線は、光出力が順電流とともにどのように増加するかを示します。広い範囲で一般的に線形ですが、熱効果と効率低下により非常に高い電流で飽和します。

4.3 輝度 vs. 周囲温度

LEDの光出力は、接合温度が上昇すると減少します。この曲線は、広い温度範囲で動作するアプリケーションにおいて、輝度補償の必要性を理解するために不可欠です。

4.4 スペクトル分布

相対強度対波長のプロットで、約639 nmにピークがあり、約20 nmのスペクトル幅を示し、色純度を確認できます。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

本デバイスは標準的な10ピンシングルインライン（SIL）パッケージを採用しています。特に指定がない限り、すべての寸法はミリメートルで提供され、一般的な公差は±0.25 mmです。主要な寸法には、全高、全幅、奥行き、桁窓サイズ、およびPCBレイアウトに重要なピン間間隔（ピッチ）が含まれます。

5.2 ピン接続と極性の識別

LTD-322JRは、デュプレックス・コモンカソードディスプレイです。これは、1つのパッケージ内に2つの独立した桁（桁1と桁2）を含み、それぞれが独自のコモンカソードピンを持つことを意味します。ピン配置は以下の通りです：

• ピン1：アノード G（セグメントG）
• ピン2：未接続
• ピン3：アノード A（セグメントA）
• ピン4：アノード F（セグメントF）
• ピン5：コモンカソード（桁2）
• ピン6：アノード D（セグメントD）
• ピン7：アノード E（セグメントE）
• ピン8：アノード C（セグメントC）
• ピン9：アノード B（セグメントB）
• ピン10：コモンカソード（桁1）

コモンカソード構成とは、特定の桁のLEDすべてのカソード（負極端子）が内部で接続されていることを意味します。セグメントを点灯させるには、対応するアノードピンをハイ（または抵抗を介して電流源に接続）に駆動し、その桁のコモンカソードをグランド（ロー）に接続する必要があります。この構成は非常に一般的で、マルチプレクシングを簡素化します。

5.3 内部回路図

The internal diagram visually represents the electrical connections described above. It shows two sets of seven LEDs (segments A-G), each set sharing a common cathode connection for Digit 1 and Digit 2, respectively. The anode for each corresponding segment (e.g., Segment A of Digit 1 and Segment A of Digit 2) are separate pins, allowing independent control.

6. はんだ付け・組立ガイドライン

指定されたはんだ付けプロファイルを遵守することは、損傷を防ぐために極めて重要です。

6.1 リフローはんだ付けパラメータ

絶対最大定格では、実装面（通常はPCB表面）から1.6mm下で測定した場合、最大3秒間のピーク温度260°Cが指定されています。これは標準的な無鉛リフロープロファイル（例：IPC/JEDEC J-STD-020）に適合します。プリヒート、ソーク、リフロー、冷却速度は、PCB組立仕様に従って制御する必要があります。熱衝撃は避けるべきです。

6.2 取り扱いと保管

デバイスは、乾燥剤入りの元の防湿バッグに保管し、制御された環境（-35°C ～ +85°Cの保管範囲内）に置くべきです。敏感なLED接合部を保護するため、取り扱い時には標準的なESD（静電気放電）対策を講じる必要があります。

7. アプリケーション提案

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。このディスプレイは別々のコモンカソードを持つ2桁を備えているため、マイクロコントローラは桁1と桁2の点灯を高速に交互に切り替えることができます。各桁のサイクルで、適切なコモンカソードをローに設定し、セグメントアノードピンに（電流制限抵抗を介して）正しいパターンのハイ信号を印加します。人間の目の残像効果により、これらの高速パルスが安定した2桁の数字として知覚されます。この方法は、静的（DC）駆動と比較して、必要なマイクロコントローラのI/Oピン数を大幅に削減します。

7.2 設計上の考慮点

• 電流制限抵抗：すべてのアノードラインに必須です。抵抗値（R）はオームの法則を使用して計算されます：R = (V_電源- V_F) / I_F。20mAでの代表的なV_F2.6Vと5V電源を使用すると、R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 Ωとなります。寿命を延ばし、V_電源 variations.
• マルチプレクシング周波数：可視フリッカーを避けるために十分に高くする必要があり、通常60-100 Hz以上です。2桁マルチプレクスの各桁のデューティサイクルは1/2であるため、平均輝度を維持するためにピーク電流をDC定格よりも高くすることができます（90mAピーク定格で許容される範囲内）。
• 視野角：広い視野角は有益ですが、機械的外装設計時に主な視認方向を考慮してください。
• コントラスト向上：黒い表面は本質的なコントラストを提供します。ディスプレイ窓やオーバーレイが反射やグレアを引き起こし、視認性を低下させないようにしてください。

8. 技術比較と差別化

従来のGaAsP（ガリウムヒ素リン）赤色LEDなどの古いLED技術と比較して、LTD-322JRで使用されているAlInGaP技術は、はるかに高い発光効率を提供し、同じ駆動電流でより大きな輝度を実現します。また、温度や寿命にわたってより優れた色純度と安定性を提供します。現代の代替品と比較して、その主な差別化要因は、コモンカソードデュプレックス構成における特定の0.3インチ桁高、スーパーレッド色度点（約639 nm）、および複数のユニットを使用する際に均一な表示を実現するのに役立つ輝度分類です。

9. よくある質問 (FAQ)

9.1 3.3Vマイクロコントローラでこのディスプレイを駆動できますか？

はい、ただし注意深い計算が必要です。V_Fが2.6Vの場合、電圧ヘッドルーム（3.3V - 2.6V = 0.7V）は低くなります。公式R = 0.7V / I_Fを使用すると、10mA電流の場合70 Ωの抵抗が必要です。20mAでは、必要な35 Ωの抵抗では、V_電源またはV_Fの変動に対するマージンがほとんどなくなり、ディスプレイが暗くなる可能性があります。LEDセグメントには5V電源を使用し、3.3VマイクロコントローラからトランジスタまたはドライバICを介して制御する方が信頼性が高くなります。

9.2 "ピーク"波長と"主"波長の違いは何ですか？

ピーク波長（λ_p）：光パワー出力が物理的に最も高くなる単一波長。主波長（λ_d）：標準的な人間の観察者にとって、LEDの出力と同じ色に見える単色光の波長。LEDの全スペクトルとCIE等色関数から計算されます。このような狭帯域スペクトルのLEDでは、値が近いことがよくあります。

9.3 マルチプレクシング時に均一な輝度を実現するにはどうすればよいですか？

マルチプレクシングルーチンが各桁に対して等しいオン時間を持つことを確認してください。輝度は平均電流に比例するため、デューティサイクルを補償するためにセグメント電流（抵抗値またはドライバ設定を介して）を調整できます。1/2デューティサイクルの2桁マルチプレクスの場合、各セグメントを40mAピーク（90mA定格内）で駆動して平均20mAを達成し、輝度のDC試験条件と一致させることができます。

10. 設計導入事例

シナリオ：産業用オーブンコントローラ用のシンプルな2桁温度表示器を設計。マイクロコントローラのI/Oピンが限られている。
実装：LTD-322JRが理想的です。そのデュプレックス・コモンカソード設計により、制御にはわずか8本のI/Oピンしか必要ありません（7本のセグメントアノード + 2つのコモンカソードを切り替えるための1ピン、必要に応じてトランジスタを使用）。高輝度と広い視野角により、工場現場で温度が読みやすくなります。AlInGaP技術により、オーブン付近の高温環境でも安定した性能が保証されます。設計者は、同じ輝度ビンからLEDを選択して、両方の桁が同じ明るさに見えるように保証します。電流制限抵抗は、5V電源とセグメントあたり30mAのマルチプレクスピーク電流に対して計算され、明るくフリッカーフリーな表示を提供します。

11. 技術原理の紹介

AlInGaPはIII-V族化合物半導体です。順バイアスが印加されると、電子と正孔が活性領域に注入され、そこで再結合して光子（光）の形でエネルギーを放出します。AlInGaP合金の特定のバンドギャップエネルギーが発光波長を決定し、この場合は赤色領域（約639 nm）です。不透明なGaAs基板を使用することで、構造内に光を閉じ込め、古い透明基板設計と比較して、より多くの光をチップ上面から上方に導き、抽出効率を高めます。黒色のエポキシパッケージは迷光を吸収し、コントラストを向上させます。

12. 技術トレンド

AlInGaPは高効率の赤色、橙色、黄色LEDの主要技術であり続けていますが、継続的な研究は、より高い駆動電流での効率向上（効率低下の低減）と信頼性の向上に焦点を当てています。ディスプレイに関しては、より高い画素密度（より小さな桁/個別LED）とドライバエレクトロニクスを直接パッケージに統合する（インテリジェントディスプレイ）方向に向かっています。しかし、LTD-322JRのような標準的なセグメント数値表示器については、技術は成熟しており、コスト削減、均一性のためのより厳密なビニング、高信頼性アプリケーションのための熱管理の改善に重点が置かれています。