LTP-4323JD LEDディスプレイ データシート - 0.4インチ桁高 - ハイパーレッド - 順電圧2.6V - 消費電力70mW - 技術文書

1. 製品概要

LTP-4323JDは、明瞭で明るく信頼性の高い数値および限定的なアルファベット表示を必要とするアプリケーション向けに設計された、高性能な2桁英数字表示モジュールです。その中核技術は、アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン（AlInGaP）半導体材料に基づいており、特にハイパーレッドスペクトルで発光するように設計されています。この材料選択は、不透明なヒ化ガリウム（GaAs）基板上に成長させており、従来技術と比較して赤色発光に対して優れた効率と輝度を提供します。本デバイスは、グレーの面に白いセグメントを備え、様々な照明条件下で優れた視認性を実現する高いコントラストを提供します。発光強度でカテゴライズされており、生産ロット間で一貫した性能を確保し、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。

1.1 主な特長と利点

• コンパクトで視認性良好：0.4インチ（10.0 mm）の桁高を特徴とし、スペースに制約のあるパネルに適していると同時に、優れた文字の識別性を維持します。
• 優れた光学性能：AlInGaP LEDチップと連続均一なセグメント設計により、高輝度、高コントラスト、広視野角を実現します。
• 省エネルギー：低い電力要件を持ち、システム全体の消費電力の低減に貢献します。
• 設計の柔軟性：コモンカソード構成（本データシートに準拠）で提供され、多くのマイコンをベースとしたシステムのドライバ回路設計を簡素化します。
• 堅牢な構造：優れた文字表示とソリッドステートの信頼性を提供し、標準的なプリント基板（PCB）への実装が容易です。
• 環境規格適合：鉛フリー部品としてパッケージングされ、現代の環境基準に準拠しています。

1.2 対象アプリケーションと市場

このディスプレイは、様々な分野の一般的な電子機器での使用を目的としています。典型的なアプリケーションには、計器パネル、試験・測定機器、販売時点情報管理（POS）システム、産業用制御インターフェース、民生用家電製品、通信機器などが含まれます。信頼性が高く、明瞭で明るい英数字表示が必要なアプリケーション向けに設計されています。本データシートは、事前の協議なしにこの標準的な民生用グレードの部品を安全が極めて重要なシステム（例：航空、医療用生命維持装置、交通制御）で使用しないよう明示的に警告しており、汎用産業機器および民生用電子機器における主要市場を強調しています。

2. 技術仕様と客観的解釈

以下のセクションでは、データシートで定義されているデバイスの電気的、光学的、熱的特性に関する詳細かつ客観的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応力限界を定義します。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消費電力：70 mW。これは、単一のLEDセグメントが過熱のリスクなく安全に消費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、短時間のパルス条件（1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）でのみ許容され、連続動作には適用されません。
• セグメントあたりの連続順電流：25°Cで25 mA。この電流は、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) * 0.33 mA/°C) ≈ 5.2 mA となります。
• 温度範囲：動作および保管温度範囲は -35°C から +85°C です。
• はんだ付け条件：デバイスは、実装面から1/16インチ（≈1.59 mm）下で測定して、260°Cで5秒間のはんだ付けに耐えることができます。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、指定された試験条件（Ta=25°C）下で測定された代表的なおよび最大/最小性能パラメータです。

• 平均発光強度（Iv）：200 μcd（最小）から650 μcd（最大）の範囲で、IF=1mAで試験された代表値が提供されます。これは輝度出力を示します。
• セグメントあたりの順方向電圧（VF）：IF=20mAで、代表値2.6V、最大値が規定されています。設計者は、このVF範囲を考慮して、駆動回路がすべてのユニットで所望の電流を達成するのに十分な電圧を供給できることを確認する必要があります。
• ピーク発光波長（λp）：650 nm。これは発光強度が最も高い波長であり、ハイパーレッド色を定義します。
• 主波長（λd）：639 nm。これは、人間の目が光の色に一致すると知覚する単一波長であり、色仕様にとって重要です。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：20 nm。これはスペクトル純度を示します。値が小さいほど、より単色光に近いことを意味します。
• 逆方向電流（IR）：VR=5Vで最大100 μA。データシートは、この逆電圧条件は試験目的のみであり、デバイスは逆バイアス下で連続動作できないことを強く注記しています。
• 発光強度マッチング比：同一の類似発光領域内のセグメント間で最大2:1。これは、1文字内のセグメント間で許容される輝度変動を規定します。
• クロストーク：隣接セグメント間の不要な光学的干渉を指し、≤ 2.5%と規定されています。

3. ビニングとカテゴリ分類システム

LTP-4323JDは、発光強度に対してカテゴリ分類システムを採用しています。これは、ユニットが測定された光出力に基づいて試験され、異なる性能ビンに仕分けられることを意味します。モジュールのマーキングにはZ: BIN CODE識別子が含まれます。これにより、設計者はマルチユニットアプリケーションで均一な外観を得るために、一貫した輝度レベルのディスプレイを選択することができます。データシートは、各コードに関連する特定のビンコード値や強度範囲を詳細には記載しておらず、これらは通常、別のビニング文書で定義されるか、購入時に合意されます。

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。提供されたテキストでは特定のグラフは詳細に記載されていませんが、そのような曲線には通常以下が含まれます：

• 順電流 vs. 順電圧（I-V曲線）：非線形関係を示し、定電流ドライバの設計に重要です。
• 発光強度 vs. 順電流（I-L曲線）：光出力が電流とともにどのように増加するかを示し、高電流では発熱効果によりしばしばサブリニアになります。
• 発光強度 vs. 周囲温度：温度上昇に伴う光出力の低下を示し、空調されていない環境でのアプリケーションにとって重要です。
• スペクトル分布：相対強度対波長のプロットで、650nmでのピークと20nmの半値幅を示します。

これらの曲線は、非標準条件（異なる電流、温度）下でのデバイスの挙動を理解し、効率と寿命のために設計を最適化するために不可欠です。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

ディスプレイは標準的なデュアルインチラインパッケージ（DIP）フットプリントを持ちます。主な寸法上の注意点は以下の通りです：

• 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、一般公差は±0.25 mmです。
• ピン先端シフト公差は0.4 mmです。
• セグメント上の異物（≤10ミル）、インク汚染（≤20ミル）、反射板の曲がり（≤長さの1/100）、セグメント内の気泡（≤10ミル）に対して特定の品質限界が設定されています。
• リード用の推奨PCB穴径はØ1.30mmです。

5.2 ピン配置と極性識別

デバイスは20ピンを持ちます。内部回路図とピン接続表は、この特定の型番（LTP-4323JD）がコモンカソードタイプであることを示しています。各セグメント（A, B, C, D, E, F, G, H, K, M, N, P, R, S, T, U, DP）はそれぞれ独自のアノードピンを持ちます。2つの文字は共通のカソードピン（文字1用のピン4、文字2用のピン10）を共有します。ピン14は未接続と記載されています。電流を正しくシンクするために、コモンカソードピンを正しく識別することは、適切な回路設計にとって極めて重要です。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

6.1 自動はんだ付けプロファイル

フローまたはリフローはんだ付けの場合、条件は260°Cで5秒間と規定され、部品の実装面から1.59mm（1/16インチ）下で測定されます。組み立て中の部品本体自体の温度は、最大定格温度を超えてはなりません。

6.2 手はんだ付け手順

手はんだ付けの場合、はんだごての先端は実装面から1.59mm下に適用する必要があります。はんだ付け時間は、350°C ±30°Cの温度で5秒以内でなければなりません。これらの時間または温度制限を超えると、内部のワイヤーボンドやLEDチップが損傷する可能性があります。

7. 信頼性試験

デバイスは、軍用規格（MIL-STD）、日本工業規格（JIS）、および内部規格に基づく包括的な信頼性試験を受けています。これらの試験は、その堅牢性と寿命を検証します：

• 動作寿命試験（RTOL）：最大定格電流で1000時間の連続動作を行い、長期的な発光劣化と故障を試験します。
• 環境ストレステスト：高温高湿保管（65°C/90-95% RHで500時間）、高温保管（105°Cで1000時間）、低温保管（-35°Cで1000時間）を含みます。
• 温度サイクルおよびサーマルショック：温度サイクル（-35°Cと105°Cの間で30サイクル）およびサーマルショック（-35°Cと105°Cの間で急速な遷移を伴う30サイクル）により、熱膨張係数（CTE）の不一致による機械的故障を試験します。
• はんだ付け性試験：耐はんだ性（260°Cで10秒）およびはんだ付け性（245°Cで5秒）により、リードが組み立てプロセスに耐えられることを保証します。

8. 重要なアプリケーション注意事項と設計上の考慮点

8.1 設計および実装に関する警告

• 駆動電流と熱管理：推奨される連続順電流または動作温度を超えると、光出力の劣化（ルーメン維持率の低下）が加速し、早期の致命的な故障につながる可能性があります。電流の直線的な低下曲線は遵守されなければなりません。
• 回路保護：LEDは逆方向降伏電圧が低いため、駆動回路には、電源投入時またはシャットダウンシーケンス中の逆電圧および電圧トランジェントに対する保護を組み込む必要があります。
• 定電流駆動：これはLEDを駆動するための推奨方法です。LEDの順方向電圧の負の温度係数を補償するため、ユニット間および温度変化にわたって一貫した輝度を確保します。
• 順方向電圧の考慮：電源またはドライバ回路は、順方向電圧の全範囲（VF、代表値2.6V、仕様に基づく最大値）に対応できるように設計され、すべての条件下で目標駆動電流がすべてのセグメントに供給されることを保証しなければなりません。

8.2 代表的なアプリケーション回路の概念

LTP-4323JDのようなコモンカソードディスプレイの場合、2つの文字にわたる16セグメントを制御するために、典型的なマルチプレキシング方式がよく使用されます。コモンカソードピン（4と10）は順次グランドに切り替えられ（例：トランジスタによって）、適切なセグメントアノードピンがハイ（電流制限抵抗または定電流ドライバICを介して）駆動され、その文字の所望のセグメントを点灯させます。これにより、必要なマイコンI/Oピンの数を削減します。設計は、マルチプレキシングパルス中のセグメントあたりのピーク電流が絶対最大定格を超えないこと、および時間平均電流が所望の輝度レベルを満たすことを保証しなければなりません。

9. 比較優位性と技術的背景

赤色LEDへのAlInGaP技術の使用は、ヒ化ガリウムリン（GaAsP）のような古い技術に対する大きな進歩を表しています。AlInGaPは実質的に高い外部量子効率を提供し、同じ入力電流に対してより明るい出力を実現します。ハイパーレッド発光（650nmピーク）は視覚的により明確であり、ディスプレイがフィルター越しに見られる、または日中太陽光下で使用されるアプリケーションでより優れた性能を発揮する可能性があります。グレーの面/白いセグメントの設計はコントラストを最大化します。単純な7セグメントディスプレイと比較して、16セグメント形式はアルファベット（限定的ではありますが）のより完全な表現を可能にし、数字とともに短いテキストメッセージを必要とするアプリケーションでのデバイスの有用性を高めます。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 5Vのマイコンピンで直接このディスプレイを駆動できますか？

A: いいえ。代表的な順方向電圧は2.6Vですが、正しい電流（例：20mA）を設定するために常に直列の電流制限抵抗が必要です。5Vピンのみを使用すると過剰な電流が流れ、LEDセグメントを破壊します。抵抗値は R = (Vcc - Vf) / If を使用して計算してください。

Q: ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

A: ピーク波長（650nm）は、発光スペクトルの物理的なピークです。主波長（639nm）は、人間の目が知覚する色のポイントであり、発光スペクトルの形状によって異なる場合があります。どちらも仕様にとって重要です。

Q: なぜ定電圧駆動よりも定電流駆動が推奨されるのですか？

A: LEDの順方向電圧（Vf）は温度が上昇すると低下します。定電圧電源を使用すると、これにより電流が増加し、さらなる発熱と熱暴走を引き起こす可能性があります。定電流源はVfの変動に関係なく安定した電流を維持し、安定した輝度を確保し、LEDを保護します。

Q: 発光強度マッチング比2:1はどのように解釈すればよいですか？

A: これは、定義された類似発光領域（おそらく1文字内）で最も明るいセグメントが、同じ領域で最も暗いセグメントの2倍を超えて明るくならないことを意味します。均一性の尺度です。

11. 実践的な設計と使用例

シナリオ： 簡単な2桁電圧計表示の設計LTP-4323JDは理想的です。マイコンのADCが電圧を読み取り、10進数に変換し、ディスプレイを駆動します。ファームウェアはマルチプレキシングを処理します：10の位のセグメントパターンをアノードラインに設定し、短時間（例：5ms）コモンカソードピン4をグランドにし、次に1の位のセグメントパターンを設定し、同じ時間コモンカソードピン10をグランドにし、これを高速に繰り返します。残像効果により、両方の桁が連続して点灯しているように見えます。電源電圧と所望の平均セグメント電流（マルチプレキシングのデューティサイクルを考慮）に基づいて、電流制限抵抗の慎重な計算が必要です。駆動回路がLEDに逆電圧を印加する可能性がある場合は、保護ダイオードを含める必要があります。

12. 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ッセンスの原理に基づいて動作します。ダイオードのオン閾値を超える順方向電圧が印加されると、n型AlInGaP層からの電子がp型層からの正孔と再結合します。この再結合イベントは、光子（光）の形でエネルギーを放出します。AlInGaP結晶格子の特定の合金組成がバンドギャップエネルギーを決定し、これが直接発光の波長（色）を定義します—この場合は650 nm付近の赤色領域です。不透明なGaAs基板は下方に発せられる光を吸収し、それを上方に反射させることで全体的な効率を向上させます。ディスプレイの各セグメントには、これらの微小なLEDチップが1つ以上含まれています。

13. 技術トレンドと背景

AlInGaPベースのLEDは、琥珀色、赤色、ハイパーレッド発光に対して成熟し高度に最適化された技術を表しています。窒化ガリウム（GaN）のような新しい材料が青色、緑色、白色LED市場を支配していますが、AlInGaPはより長い波長に対して効率のリーダーであり続けています。現在のディスプレイ技術のトレンドは、小型化（0.4インチ桁高よりも小さい）、高画素密度（フルグラフィックスのためのドットマトリックスやOLEDへの移行）、および効率の向上（同じ輝度に対するより低い駆動電流）に焦点を当てています。しかし、過酷な環境（広い温度範囲）での専用の高信頼性・高輝度英数字表示器については、LTP-4323JDのようなセグメントLED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ています。将来の開発には、ドライバ電子回路を直接パッケージに統合することや、さらなる熱管理のためのパッケージの改良が含まれる可能性があります。