LTD-323JF LEDディスプレイ データシート - 0.3インチ (7.62mm) 桁高 - AlInGaP 黄橙色 - 順電圧2.6V - 消費電力70mW - 技術文書

1. 製品概要

本デバイスは、0.3インチ（7.62 mm）桁高の英数字LEDディスプレイです。コンパクトなフォームファクタで、明確で視認性の高い数値または限定的な英数字情報を提供するように設計されています。中核技術として、黄橙色の発光を生み出すためにアルミニウムインジウムガリウムリン（AlInGaP）半導体材料を利用しています。ディスプレイは、高コントラストを実現する黒面と、最適な光拡散と外観のための白セグメントを特徴とします。デュプレックス・コモンアノードディスプレイに分類され、2桁が共通のアノード接続を共有することを意味します。これは、ドライバ回路におけるマルチプレクシングによりピン数を削減する一般的な構成です。

2. 技術パラメータ詳細解説

このセクションでは、データシートに規定されている主要な電気的および光学的パラメータについて、詳細かつ客観的な分析を提供します。

2.1 光学特性

光学性能はディスプレイの機能の中核です。平均光度（Iv）は、順電流（IF）1 mAにおいて、320 μcd（最小）から800 μcd（標準）と規定されています。このパラメータは、点灯セグメントの知覚される明るさを示します。設計者は、光度マッチング比（Iv-m）が最大2:1であることに注意すべきです。この比率は、同一桁内の異なるセグメント間、または桁間で許容される明るさのばらつきを定義し、視覚的な均一性を保証します。比率が低いほど、一貫性が優れていることを示します。

色特性は波長によって定義されます。ピーク発光波長（λp）は611 nm（標準）であり、一方で主波長（λd）はIF=20mAにおいて605 nm（標準）です。主波長は、人間の目が知覚する単一波長であり、色（この場合は黄橙色）を定義します。スペクトル半値幅（Δλ）が17 nm（標準）であることは、発光帯のスペクトル純度または狭さを示しています。値が小さいほど、より単色性の高い光源であることを意味します。

2.2 電気的特性

電気的パラメータは、動作条件と電力要件を定義します。主要なパラメータは、セグメントあたりの順電圧（VF）であり、順電流20 mAにおいて2.6V（標準）です。この値は、各セグメントと直列に接続する電流制限抵抗を設計する上で極めて重要です。セグメントあたりの逆電流（IR）は、逆電圧（VR）5Vにおいて最大100 μAと規定されており、オフ状態におけるデバイスのリーク特性を示しています。

2.3 絶対最大定格

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のある応力限界を定義します。通常動作のための値ではありません。

• セグメントあたりの消費電力：70 mW。これは、セグメントにかかる順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連続順電流：25°Cにおいて25 mA、デレーティング係数0.33 mA/°C。これは、周囲温度（Ta）が25°Cを超えて上昇するにつれて、許容される最大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ピーク順電流：60 mA、ただしパルス条件（デューティ比1/10、パルス幅0.1ms）でのみ有効です。これはマルチプレクシング駆動方式に関連します。
• セグメントあたりの逆電圧：5 V。これを超えるとLED接合部が破壊される可能性があります。
• 動作・保管温度範囲：-35°C から +85°C。
• 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、フローはんだ付けやリフローはんだ付けプロセスにとって重要です。

3. ビニングシステムの説明

データシートには、本デバイスが輝度でカテゴライズされていると明記されています。これはビニングシステムの存在を示しています。LED製造においては、ばらつきが生じます。ビニングとは、輝度、場合によっては順電圧や主波長といった主要パラメータに基づいて、LEDをグループ（ビン）に仕分けるプロセスです。ビニング済み製品を購入することで、設計者は組み立てに使用する全てのディスプレイ間で輝度の一貫性をより高く保証でき、これは製品品質にとって不可欠です。データシートに記載のIv範囲（320-800 μcd）は、おそらく入手可能な異なるビンにまたがる広がりを表しています。

4. 性能曲線分析

具体的な曲線は提供されたテキストには詳細に記載されていませんが、典型的なLEDデータシートには設計に不可欠なグラフが含まれます。

4.1 順電流 vs. 順電圧 (I-V曲線)

この曲線は、電流と電圧の非線形関係を示します。順電圧は電流に対して対数的に増加します。与えられた標準VF値（2.6V @ 20mA）は、この曲線上の一点です。設計者はこれを使用して、特にVFが増加する低温時において、ドライバ回路が十分な電圧を供給できることを確認します。

4.2 光度 vs. 順電流

このグラフは、明るさが電流にどのように比例するかを示します。広い範囲で一般的に線形ですが、非常に高い電流では飽和します。これは、所望の明るさレベルを達成するために必要な動作電流を決定するのに役立ちます。

4.3 光度 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。この曲線は熱設計にとって極めて重要です。ディスプレイが高温環境で動作する場合、または放熱が不十分な場合、明るさは25°Cでの規定値よりも低くなります。

4.4 スペクトル分布

波長全体での相対強度を示すグラフは、ピーク（611 nm）と半値幅（17 nm）を視覚化し、黄橙色の色度点を確認するものです。

5. 機械的・パッケージ情報

本デバイスは特定の物理的フットプリントとピン配置を持ちます。パッケージ寸法図（本文では参照されているが表示されていない）は、すべての重要な機械的寸法をミリメートル単位で提供し、標準公差は±0.25 mmです。この図面はPCBレイアウトに不可欠であり、フットプリントと立ち入り禁止領域が正しく設計されていることを保証します。

5.1 ピン接続と内部回路

Theピン接続表が提供されています。10ピンのデバイスです。内部回路図はデュプレックス・コモンアノード構成を示しています。ピン5とピン10は、それぞれ桁2と桁1の共通アノードです。他のピン（1, 3, 4, 6, 7, 8, 9）は個々のセグメント（G, A, F, D, E, C, B）のカソードです。ピン2はNo Pinと記されており、電気的接続のない機械的なプレースホルダーである可能性が高いです。セグメントのラベル付け（A-G）は、標準的な7セグメントディスプレイの慣例に従っています。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

提供されている主要なガイドラインは、はんだ付け温度定格です：最大260°C、最大3秒間（実装面から1.6mm下で測定）。これはフローはんだ付けやリフローはんだ付けの標準的な定格です。これを遵守することは、LEDチップ、エポキシ封止材、または内部ワイヤーボンドへの熱損傷を防ぐために重要です。高温への長時間の曝露は、剥離、変色、または致命的な故障を引き起こす可能性があります。

一般的な取り扱い上の注意：明示的には記載されていませんが、LED接合部は静電気に敏感であるため、取り扱いおよび組立中は標準的なESD（静電気放電）対策を講じる必要があります。保管は、規定された温度および湿度範囲内で行い、はんだ付け時のポップコーン現象を引き起こす可能性のある湿気の吸収を防ぐべきです。

7. パッケージングおよび発注情報

型番は明確にLTD-323JFと識別されています。この命名規則は、主要な属性をコード化している可能性があります：LTDはディスプレイタイプを、32は0.32インチサイズ（0.3インチに近似）を、JFは色（黄橙色）とパッケージを示しているかもしれません。データシート参照番号はSpec No.: DS30-2001-410です。発注時には、正確な型番を使用する必要があります。リールパッケージング、テープ幅、向きなどの詳細は、通常、別途のパッケージング仕様書に記載されています。

8. アプリケーション提案

8.1 典型的なアプリケーションシナリオ

このディスプレイは、コンパクトで明るく信頼性の高い数値表示を必要とするアプリケーションに適しています。一般的な用途には以下が含まれます：

• 試験・測定機器（マルチメータ、周波数カウンタ）。
• 産業用制御パネルおよび計器表示。
• 民生用機器（電子レンジ、オーディオ機器）。
• 自動車用アフターマーケットダッシュディスプレイ。
• POS端末。

8.2 設計上の考慮事項

• ドライバ回路：各セグメントカソードに対して、定電流源または直列の電流制限抵抗を備えた電圧源を使用します。抵抗値は R = (供給電圧 - VF) / IF で計算されます。5V電源と20mA目標電流の場合：R = (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 Ω。
• マルチプレクシング：コモンアノード構造はマルチプレクシングに理想的です。一度に1つの共通アノード（桁）を順次有効にし、適切なセグメントカソードを駆動することで、より少ないI/Oピンで複数の桁を制御できます。ピーク電流定格（60mA）により、デューティ比の低下を補償するために高いパルス電流を使用でき、知覚される明るさを維持できます。
• 視野角：データシートは広視野角を謳っており、ディスプレイが軸外れ位置から見られる可能性のあるアプリケーションに有益です。
• コントラスト：黒面は、明るい環境でも暗い環境でも高いコントラストを提供します。

9. 技術比較

発売当時（2001年）に利用可能だった他のLEDディスプレイ技術と比較して、LTD-323JFで使用されているAlInGaP材料システムは、GaAsP（ガリウムヒ素リン）のような古い技術に対して明確な利点を提供しました：

• より高い輝度と効率：AlInGaP LEDは、特に赤から黄橙色のスペクトルにおいて、GaAsP LEDよりも大幅に明るく効率的です。
• より優れた温度安定性：AlInGaPは一般的に、GaAsPと比較して、温度上昇に伴う光度の低下が少ないです。
• 優れた信頼性：ソリッドステート信頼性の主張は、AlInGaPチップの堅牢な性質と成熟したパッケージング技術によって裏付けられています。
• 真空蛍光表示管（VFD）のような同時代の代替品と比較して、このLEDディスプレイは駆動がより簡単で、寿命が長く、より低い電圧で動作しますが、一部の条件では輝度が低い場合があります。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 5V電源から20mAでセグメントを駆動するには、どの抵抗を使用すべきですか？

A: 標準VF 2.6Vを使用すると、R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 Ωです。最も近い標準値（例：120 Ω または 150 Ω）を使用し、実際の電流を確認してください。

Q: 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？

A: 可能かもしれませんが、順電圧を確認する必要があります。20mAでは、VFは標準2.6Vであり、電流制限抵抗にかかる電圧はわずか0.7Vしか残りません。これは非常に小さな抵抗値（35 Ω）を必要とし、電流がVFの変動に敏感になります。より低い電流（例：5-10mA）で動作させるか、ブーストコンバータを備えた専用LEDドライバICを使用する方が良いでしょう。

Q: 2:1の光度マッチング比とはどういう意味ですか？

A: 同じディスプレイユニット内で、最も明るいセグメント/桁が最も暗いセグメント/桁の2倍以上明るくならないことを意味します。これにより視覚的な均一性が保証されます。

Q: 連続順電流のデレーティングはどのように解釈すればよいですか？

A: 最大連続電流は、25°Cを超える摂氏1度ごとに0.33 mA減少します。85°C（最大動作温度）では、デレーティングは (85-25)*0.33mA ≈ 19.8 mA です。したがって、85°Cで許容される最大連続電流は、セグメントあたり 25 mA - 19.8 mA = 5.2 mA です。

11. 実践的設計事例

シナリオ：マイクロコントローラを使用した簡単な2桁電圧計表示の設計。

1. 回路設計：2つの共通アノード（ピン5 & 10）を、オープンドレイン/ローサイドスイッチとして構成された2つの別々のマイクロコントローラI/Oピンに接続します。7つのセグメントカソードすべて（ピン1,3,4,6,7,8,9）を、120 Ωの電流制限抵抗（5Vシステム用）を介して他の7つのI/Oピンに接続します。
2. ソフトウェア（マルチプレクシング）：タイマ割り込みルーチン内（例：100Hz）で：
   
   a. 両方の共通アノードピンをオフにします（PNPトランジスタを使用する場合はハイインピーダンスまたはロジックハイに設定）。
   
   b. セグメントカソードピンを桁1のパターンに設定します。
   
   c. 桁1の共通アノード（ピン10）を有効にします（ローに駆動）。
   
   d. 短い遅延を待ちます（例：5ms）。
   
   e. 桁1のアノードをオフにします。
   
   f. セグメントカソードピンを桁2のパターンに設定します。
   
   g. 桁2の共通アノード（ピン5）を有効にします。
   
   h. 5ms待ちます。
   
   i. 繰り返します。人間の目は両方の桁が連続して点灯していると知覚します。
3. 電流計算：各セグメントは50%のデューティ比で点灯します（一度に1桁）。セグメントあたりの平均電流を10mAにするには、アクティブ時間中のパルス電流を20mAにする必要があります。これは60mAのピーク定格内です。

12. 原理紹介

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ッセンスの原理に基づいて動作します。活性材料はAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）です。接合部の内蔵電位を超える順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に注入されます。そこでそれらは再結合し、光子（光）の形でエネルギーを放出します。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、それが直接、発光の波長（色）を定義します—この場合は黄橙色（約605-611 nm）です。黒面は周囲光を吸収してコントラストを向上させ、白セグメント材料は下層のLEDチップからの発光を散乱させ均一に分布させるのに役立ちます。

13. 開発動向

これはレガシー製品ですが、その背景を理解することでディスプレイ技術の動向が浮き彫りになります。その導入以来、いくつかの主要な動向が現れています：

• SMD（表面実装デバイス）パッケージへの移行：現代の同等品はほぼ独占的にSMDタイプであり、LTD-323JFのようなスルーホールディスプレイと比較して、自動ピックアンドプレース組立、より小さなフットプリント、より低いプロファイルを可能にします。
• 高密度化とフルカラー化：ディスプレイは、より高い画素密度（ドットマトリックス、OLED）とフルカラー機能（RGB LED）に向かって進化し、グラフィックスとより広い色域を可能にしています。
• 効率の向上：新しいLED材料と蛍光体システム（白色LEDで使用されるようなもの）は、大幅に高い発光効率（ルーメン毎ワット）を提供し、同じ明るさでの消費電力を削減します。
• 統合ドライバ：多くの現代のディスプレイモジュールは、統合ドライバIC（I2C、SPIインターフェース）を備えており、マイクロコントローラとのインターフェースを簡素化し、必要なI/Oピンの数を削減します。
• 代替技術：小型で低電力の数値表示については、OLED（有機LED）技術で作られたセグメントが、超薄型プロファイル、非常に高いコントラスト、広い視野角を提供しますが、寿命とコストの考慮事項は様々です。

LTD-323JFは、その特定のフォームファクタ、輝度、シンプルなインターフェースが完全に適しているアプリケーション、特にコスト重視または長寿命設計において、信頼性の高い成熟したソリューションを代表しています。