LTD-4608JG 0.4インチ 2桁 7セグメントLED表示器 データシート - 文字高10.0mm - 緑色 - 技術文書

1. 製品概要

LTD-4608JGは、低消費電力で明確な数値表示を必要とする用途向けに設計された、コンパクトで高性能な2桁7セグメント表示器です。その主な機能は、計器パネル、試験装置、民生電子機器、産業用制御盤などの電子機器において、視覚的な数値出力を提供することです。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）半導体材料を使用している点にあり、従来技術と比較して優れた効率と色純度を実現しています。ターゲット市場には、携帯機器、バッテリー駆動機器、およびスペース、電力効率、視認性が重要な制約条件となるあらゆるアプリケーションに携わる設計者やエンジニアが含まれます。

1.1 主な特長と核心的利点

• 0.4インチ（10.0mm）文字高：中距離視認に適した文字サイズを提供し、視認性と部品占有面積のバランスを取ります。
• 連続的で均一なセグメント：表示される数字が滑らかでプロフェッショナルな外観となり、発光に目立つ隙間や不均一性が生じません。
• 低消費電力：エネルギー効率を考慮して設計されており、バッテリー駆動機器に最適です。標準的な光度測定では、典型的な順方向電流1mAで動作します。
• 高輝度・高コントラスト：AlInGaP材料と、白いセグメントを持つグレーの表示面により、優れた光度とシャープなコントラスト比を実現し、明るい環境光下でも確実な視認性を確保します。
• 広視野角：広い視野角にわたって一貫した光出力と色を提供し、様々な視点からの使用性を高めます。
• 固体素子の信頼性：LEDベースのデバイスとして、機械式や他の表示技術と比較して、長い動作寿命、耐衝撃性、高速なスイッチング時間を提供します。
• 光度による選別（ビニング）：ユニットは光出力に応じて選別されており、複数桁や複数デバイスを組み合わせるアプリケーションで一貫した輝度マッチングを可能にします。

2. 技術パラメータ：詳細かつ客観的な解釈

このセクションでは、データシートに定義された電気的・光学的特性の詳細な分析を提供し、設計とアプリケーションにおけるその重要性を説明します。

2.1 絶対最大定格

これらは、デバイスに永久的な損傷を与えないために、いかなる条件下でも超えてはならないストレス限界です。

• セグメントあたりの電力損失：70 mW。これは、単一のLEDセグメントが熱として安全に放散できる最大電力です。
• セグメントあたりのピーク順方向電流：60 mA（デューティサイクル1/10、パルス幅0.1ms時）。この定格は、短時間のパルス動作用であり、マルチプレクシングやより高い瞬間輝度の達成に有用です。
• セグメントあたりの連続順方向電流：25 mA（25°C時）。これは連続動作のための最大DC電流です。データシートでは、25°C以上で0.33 mA/°Cのデレーティング係数が規定されており、熱負荷を管理するために周囲温度が上昇すると許容連続電流が減少することを意味します。
• セグメントあたりの逆電圧：5 V。逆バイアスでこの電圧を超えると、LED接合部が損傷する可能性があります。
• 動作・保管温度範囲：-35°C ～ +85°C。このデバイスは、産業グレードの温度環境に対応しています。
• はんだ付け温度：260°C、3秒間（実装面から1.6mm下の位置で測定）。これは、リフローはんだ付けプロファイルを定義し、組み立て時の熱損傷を回避します。

2.2 電気的・光学的特性（Ta=25°C時）

これらは、指定された試験条件下での典型的な性能パラメータです。

• 平均光度（Iv）：320 ～ 850 µcd（最小～最大）、順方向電流（IF）=1mA時。この広い範囲はビニングプロセスを示しています。設計者はこのばらつきを考慮するか、均一な外観のために選別済み部品を選択する必要があります。代表値はおそらくこの範囲の中間付近です。
• ピーク発光波長（λp）：571 nm（代表値）。これは発光強度が最も高くなる波長であり、可視スペクトルの純緑色領域に位置します。
• スペクトル半値幅（Δλ）：15 nm（代表値）。これはスペクトル純度を測定します。半値幅が狭いほど、より単色性が高く、鮮やかな緑色になります。
• 主波長（λd）：572 nm（代表値）。これは人間の目が知覚する単一波長であり、このデバイスのピーク波長とほぼ一致します。
• セグメントあたりの順方向電圧（VF）：2.05V ～ 2.6V（代表値）、IF=20mA時。これはLEDセグメントが導通時の両端電圧降下です。定電流回路の設計に極めて重要です。このばらつきは、半導体製造における通常の公差によるものです。
• セグメントあたりの逆電流（IR）：100 µA（最大）、VR=5V時。これは、LEDが最大定格で逆バイアスされたときのわずかなリーク電流です。
• 光度マッチング比（Iv-m）：2:1（最大）。これは、単一デバイス内、または同じビンからのデバイス間で、最も明るいセグメントと最も暗いセグメントの間で許容される最大比率を規定し、視覚的な均一性を確保します。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、このデバイスが光度による選別されていることを示しています。これは、製造後の選別（ビニング）プロセスを指します。

• 光度ビニング：Ivの範囲（320-850 µcd @1mA）が示すように、LEDは測定された光出力に基づいてグループに選別されます。これにより、メーカーは保証された最低輝度を持つ部品を提供したり、より厳密な強度範囲内の部品をプレミアム価格で販売したりできます。設計者は、要求されるビンを指定するか、部品表（BOM）での輝度ばらつきに備える必要があります。
• 波長/色ビニング：複数のコードで明示的に詳細が記載されていませんが、λp（571nm）とλd（572nm）の厳密な代表仕様は、管理された製造プロセスを示唆しています。色が重要なアプリケーションでは、特定の波長ビンの部品が入手可能な場合があります。
• 順方向電圧ビニング：VFの範囲（2.05-2.6V）は自然なばらつきを表します。電源設計が極めて敏感なアプリケーションでは、特定の電圧ビンから部品を選択することが有益です。

4. 性能曲線分析

データシートは代表的な電気的/光学的特性曲線を参照しています。具体的なグラフは本文に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. 順方向電流（I-V曲線）：このグラフは、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。低電流域では一般的に線形ですが、高電流域では熱効果により飽和する可能性があります。Ivの1mA試験点は、効率的で線形な領域での動作を示しています。
• 順方向電圧 vs. 順方向電流：指数関数的な関係を示し、定電流ドライバの設計に重要です。
• 相対光度 vs. 周囲温度：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。これは高温環境における重要な考慮事項です。
• スペクトル分布：光強度対波長のプロットで、約571nmにピークがあり、狭い半値幅を示し、純粋な緑色を確認できます。

5. 機械的仕様とパッケージ情報

5.1 パッケージ外形寸法と図面

このデバイスは標準的な10ピンデュアルインチラインパッケージ（DIP）を採用しています。データシートからの主要な寸法注記：特に指定がない限り、すべての寸法はミリメートル単位で、標準公差は±0.25mm（0.01インチ）です。図面には全長、幅、高さ、桁間隔、セグメント寸法、およびピン間隔（おそらく標準の0.1インチ / 2.54mmピッチ）が詳細に記載されています。

5.2 ピン接続と極性識別

このデバイスは、コモンアノード構成をマルチプレクシング用に使用しています。内部回路図は、2つのコモンアノード（各桁用に1つ）と、各セグメント（A-GおよびDP）用の個別のカソードを示しています。

ピン配置：

1: カソード C

2: カソード D.P. （小数点）

3: カソード E

4: コモンアノード （桁2）

5: カソード D

6: カソード F

7: カソード G

8: カソード B

9: コモンアノード （桁1）

10: カソード A

極性はコモンアノードの指定により明確に示されています。物理パッケージには、向きを識別するためのピン1付近に切り欠きやドットがある可能性があります。

6. はんだ付けと実装ガイドライン

• リフローはんだ付けパラメータ：絶対最大定格に従い、推奨はんだ付けプロファイルは260°C、3秒間（パッケージ本体から1.6mm下の位置で測定）です。これは標準的な鉛フリーリフロー条件です。
• 注意事項：
  • 挿入時のピンへの機械的ストレスを避けてください。
  • はんだごて先端の温度を制御し、最大パッケージ温度を超えないようにしてください。
  • 必要に応じて適切なフラックスと洗浄手順を使用してください。
• 保管条件：指定された温度範囲（-35°C ～ +85°C）内の乾燥した静電気防止環境で保管してください。高湿度や腐食性ガスへの暴露を避けてください。

7. 梱包と発注情報

• 梱包仕様：通常、このような表示器は、ピンとレンズを損傷や静電気放電（ESD）から保護するために、静電気防止チューブまたはトレイで供給されます。
• 型番規則：部品番号LTD-4608JGは、おそらく内部コーディングシステムに従っています。ここでLTDは製品ファミリー（LED表示器）、4608はサイズとタイプ（0.4インチ 2桁）、JGは色（緑）およびおそらく右側小数点（説明に記載）などの他のバリアントを指定します。

8. アプリケーション推奨事項

8.1 典型的なアプリケーションシナリオ

• デジタルマルチメータおよびクランプメータ
• ベンチ電源および電子負荷装置
• プロセス制御インジケータ
• フィットネス機器の表示部
• 自動車用アフターマーケットメーター（車内使用向け）
• 民生用機器のタイマーおよびカウンター

8.2 設計上の考慮事項

• 駆動回路：各カソードラインに定電流ドライバまたは電流制限抵抗を使用してください。2桁をマルチプレクシングするには、ちらつきを避けるのに十分な高周波数（通常>60Hz）で、コモンアノード（ピン4と9）を順次切り替えます。
• 電流計算：希望する輝度とVF曲線に基づきます。例えば、5V電源、VF=2.3Vで1mAで代表的な輝度を達成する場合、電流制限抵抗は R = (V_電源 - VF) / I_F = (5 - 2.3) / 0.001 = 2700 Ω となります。
• マイクロコントローラインターフェース：セグメントあたりの電流がMCUのシンク能力内であれば、カソードはマイクロコントローラのGPIOピン（シンク電流）で直接駆動できます。より高い電流の場合は、トランジスタ/MOSFETアレイを介して駆動します。
• 視野角：表示器を主要ユーザーの視線に対して垂直に取り付けることで、広い視野角を活用してください。

9. 技術比較と差別化

標準的なGaP（リン化ガリウム）緑色LEDや赤色GaAsP LEDなどの従来技術と比較して、AlInGaPベースのLTD-4608JGは以下を提供します：

• より高い効率と輝度：電流1ミリアンペアあたりの光出力がより多くなります。
• 優れた色純度：狭いスペクトル半値幅により、より純粋で視覚的に際立った緑色になります。
• より良い温度安定性：AlInGaPは、一部の従来材料と比較して、一般的に温度範囲にわたって性能をより良く維持します。
• 現代の白色LEDバックライト付きLCDと比較して、このデバイスは直射日光下でのコントラストが高く、単純な数値表示に対する消費電力が低く、インターフェースが極めてシンプル（直接駆動 vs. LCDコントローラ）です。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: 光度マッチング比2:1の目的は何ですか？

A1: この比率は視覚的一貫性を確保します。これは、1つの表示ユニット内で、どのセグメントも最も暗いセグメントの2倍以上明るくならないことを意味します。これにより、不均一に点灯した数字（例えば、暗いセグメントがある8が0のように見える）が別の数字と誤認されるのを防ぎます。

Q2: 3.3Vのマイクロコントローラシステムでこの表示器を駆動できますか？

A2: はい、ただし注意深い設計が必要です。代表的なVFは2.05-2.6Vです。3.3V電源では、電流制限抵抗のための電圧ヘッドルームが非常に小さくなります（3.3 - 2.6 = 0.7V）。抵抗値を正確に計算する必要があります（例：1mAの場合：R = 0.7V / 0.001A = 700Ω）。MCUピンが必要な電流をシンクできることを確認してください。低電圧電源では、定電流ドライバICがより信頼性の高い解決策となることがよくあります。

Q3: なぜ2つの異なる電流定格（連続25mAとピーク60mA）があるのですか？

A3: 25mAの連続定格はDC動作用で、平均的な熱放散によって制限されます。60mAのピーク定格は、マルチプレクシングシステムでより高い瞬間輝度を可能にします。マルチプレクシングでは、各桁は時間の一部（デューティサイクル）のみ電源が供給されます。オン時間中の高いピーク電流は、より明るい知覚平均輝度を作り出し、一方で低い平均電流はデバイスを熱的限界内に保ちます。

11. 実践的な設計と使用事例

事例：シンプルな2桁電圧計表示の設計

設計者が0.0Vから9.9Vを表示するコンパクトな電圧計を作成しています。小型、低消費電力、明確な緑色表示のためにLTD-4608JGを選択しました。システムは、電圧を測定するためのアナログ-デジタル変換器（ADC）を備えたマイクロコントローラを使用します。

• 回路設計：マイクロコントローラのポートピンは、220Ωの電流制限抵抗（5Vでセグメントあたり約3mAになるように計算）を介してセグメントカソード（A-G、DP）に接続されます。他の2つのGPIOピンは、コモンアノード（桁1と桁2）を5V電源に切り替えるPNPトランジスタ（またはPチャネルMOSFET）を駆動します。
• ソフトウェア：ファームウェアはADCを読み取り、値を2桁のBCDに変換し、各桁（0-9）に対して点灯させるセグメントを決定するためのルックアップテーブルを使用します。その後、マルチプレクシングを行います：桁1のトランジスタをオンにし、1桁目のカソードパターンを設定し、5ms待機し、桁1をオフにし、桁2のトランジスタをオンにし、2桁目のカソードパターンを設定し、5ms待機し、繰り返します。この100Hzのリフレッシュレートにより、目に見えるちらつきが解消されます。
• 結果：マイクロコントローラのリソースと電力を最小限に消費する、明確で安定した2桁表示が実現されます。

12. 動作原理の紹介

LTD-4608JG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。接合の内蔵電位（AlInGaPでは約2V）を超える順方向電圧が印加されると、n型領域からの電子とp型領域からの正孔が活性領域で再結合します。AlInGaP LEDでは、この再結合により、主にスペクトルの緑色部分（約571nm）に対応する波長の光子の形でエネルギーが放出されます。アルミニウム、インジウム、ガリウム、リンの特定の合金組成が、バンドギャップエネルギー、したがって発光の色を決定します。不透明なGaAs基板は光を上方に反射するのに役立ち、上面からの全体的な光取り出し効率を向上させます。7つのセグメントは数字のパターンで配線された個々のLEDチップであり、これらのセグメントの組み合わせを選択的に通電することで、0から9までの任意の数字（および一部の文字）を形成できます。

13. 技術トレンドと発展

7セグメントLED表示器は、数値表示用の堅牢でコスト効果の高いソリューションとして残っていますが、より広範な表示技術分野は進化しています。この製品の領域に関連するトレンドには以下が含まれます：

• 効率の向上：AlInGaPのさらなる改良や他の色用のInGaNなどの材料の開発を含む、半導体材料に関する継続的な研究は、ルーメン/ワット効率をさらに高め、より低い電流でより明るい表示を可能にし続けています。
• 小型化：より小さなピクセルピッチとより高い密度への絶え間ない追求がありますが、標準的な7セグメント表示器では、0.4インチサイズは多くのアプリケーションで確立された最適点を表しています。
• 統合化：一部の現代的な表示器は、ドライバICやマイクロコントローラインターフェース（I2CやSPIなど）を直接パッケージに統合しており、外部回路設計を簡素化しています。LTD-4608JGは、従来のディスクリートアプローチを代表しており、大量生産でコストに敏感な設計に対して最大の柔軟性と低コストを提供します。
• 代替技術からの競争：OLED（有機LED）表示器は優れたコントラストと視野角を提供し、小型のカスタム形状表示器にとってより手頃な価格になりつつあります。しかし、シンプルで高輝度、低消費電力の数値インジケータについては、LTD-4608JGのような従来のLEDセグメント表示器は、寿命、堅牢性、日光下での視認性において大きな利点を維持しています。