LTP-3862JF LEDディスプレイ データシート - 0.3インチ桁高 - AlInGaP 黄橙色 - 2.6V順電圧 - 70mW電力損失 - 技術文書

1. 製品概要

LTP-3862JFは、2桁構成の17セグメント英数字発光ダイオード（LED）表示モジュールです。主な機能は、電子機器において明確で視認性の高い数値および限定的な英字の出力を提供することです。中核技術は、リン化アルミニウム・インジウム・ガリウム（AlInGaP）半導体材料に基づいており、特に黄橙色の波長スペクトルで発光するように設計されています。このデバイスはマルチプレックス・コモンアノード表示器に分類され、各桁のアノードが内部で接続されており、時分割多重駆動技術を使用する際の駆動回路を簡素化します。

このディスプレイは、黒色の表面と白色のセグメント輪郭を特徴としており、非点灯領域からの周囲光の反射を最小限に抑えることで、コントラストと可読性を大幅に向上させています。0.3インチ（7.62 mm）の桁高は、適度な距離から明確に見える十分な大きさと、スペースが限られたパネルや機器への統合に適したコンパクトさのバランスを取っています。

2. 詳細な技術パラメータ分析

2.1 測光および光学特性

光学性能は、周囲温度（T_A）25°Cにおける標準試験条件下で定義されます。主要パラメータである平均光度（I_V）は、順電流（I_F）1 mAで駆動した場合、最小320 µcd、標準値800 µcd、最大値は規定なしと指定されています。これは、室内および多くの明るい環境に適した明るい出力を示しています。セグメント間の光度マッチング比は最大2:1と規定されており、表示全体で均一な明るさと一貫した外観を保証します。

分光特性は黄橙色領域に集中しています。ピーク発光波長（λ_p）は標準で611 nm、主波長（λ_d）は標準で605 nmであり、I_F=20mAで測定されます。スペクトル線半値幅（Δλ）は標準で17 nmであり、発光の狭帯域幅を示し、これはAlInGaP技術の特徴であり、鮮やかで純粋な色に寄与します。

2.2 電気的および熱的パラメータ

絶対最大定格は、永久的な損傷が発生する可能性のある動作限界を定義します。セグメントあたりの連続順電流定格は25 mAで、25°C以上では0.33 mA/°Cのデレーティング係数が適用されます。このデレーティングは熱管理にとって重要であり、最大接合温度を超えると性能と寿命が低下する可能性があります。セグメントあたりのピーク順電流は、パルス動作（1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）では60 mAと高く、多重化アプリケーションでより高いピーク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電力損失は70 mWに制限されています。セグメントあたりの順方向電圧（V_F）は、I_F=20mAで2.0V（最小）から2.6V（最大）の範囲です。設計者は、所望の輝度レベルを達成し、最大定格電流を超えないようにするために必要な直列電流制限抵抗の値を計算する際に、この電圧降下を考慮する必要があります。逆電圧定格は控えめな5Vであり、誤った逆バイアスを避けるための適切な回路設計の必要性を強調しています。逆電流（I_R）は、V_R=5Vで最大100 µAと規定されています。

3. 機械的およびパッケージ情報

本デバイスは、標準的な2桁17セグメントLEDパッケージのフットプリントに準拠しています。提供される寸法図には、全長、幅、高さ、および20本のピンの正確な間隔と直径を含む正確な物理的レイアウトが指定されています。特に断りのない限り、すべての寸法はミリメートル単位で提供され、一般的な公差は±0.25 mmです。ピン配置は、パッケージの下端に沿って単一列に配置されています。実装面と推奨されるソルダーパッド形状も通常示されており、信頼性の高い機械的取り付けとはんだ付けのためのPCBレイアウトをガイドします。

3.1 ピン接続と内部回路

このディスプレイは20本のピンを持ちます。内部回路図は、マルチプレックス・コモンアノード構成を示しています。ピン4は桁1のコモンアノード、ピン10は桁2のコモンアノードです。他のすべてのピン（1-3、5-9、11-13、15-20）は、特定のセグメント（セグメント命名規則に従ってAからU、DPなどとラベル付け）のカソードに接続されています。ピン14は未接続（N/C）と記載されています。このピン配置は、正しい駆動回路を設計するために不可欠であり、各桁のコモンアノードを順次駆動しながら、適切なセグメントカソードピンを通して電流をシンクして所望の文字を形成する必要があります。

4. 性能曲線分析

標準的な性能曲線は、様々な条件下での主要パラメータ間の関係を図示します。特定の曲線が参照されていますが、一般的には以下を含みます：

• 順電流対順電圧（I-V曲線）：この非線形曲線は、V_FがI_Fとともにどのように増加するかを示します。最大定格電流を超えずに所望の輝度レベルを達成するために必要な動作点と電流制限抵抗の値を決定するために重要です。
• 光度対順電流：この曲線は、駆動電流の関数としての相対的な光出力を示します。通常はサブリニアであり、非常に高い電流では効率（ルーメン/ワット）が低下する可能性があることを意味します。
• 光度対周囲温度：この曲線は、接合温度の上昇に伴う光出力のデレーティングを示します。AlInGaP LEDの場合、光度は一般に温度の上昇とともに減少するため、高温環境での設計にはこの点を考慮する必要があります。
• 分光分布：相対強度対波長のプロットで、611 nm付近の特徴的なピークと狭い半値幅を示しています。

5. はんだ付けおよび組立ガイドライン

データシートには、LEDチップおよびエポキシパッケージへの熱損傷を防ぐための重要なはんだ付けパラメータが規定されています。許容される最大はんだ温度は、部品の実装面から1/16インチ（約1.6 mm）下で測定して260°Cと定義されています。この温度での暴露時間は3秒を超えてはなりません。これらのパラメータは、典型的な赤外線または対流リフローはんだ付けプロファイルに適合しています。内部ワイヤボンドの損傷、エポキシ材料の劣化、または早期故障につながる可能性のある熱応力を誘発することを避けるために、これらのガイドラインに従うことが不可欠です。湿気吸収および静電気放電損傷を防ぐために、乾燥した静電気防止環境での適切な保管条件も通常想定されています。

6. アプリケーション提案および設計上の考慮事項

6.1 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、コンパクトで低電力の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。一般的な用途は以下の通りです：

• 試験・測定機器（マルチメータ、周波数カウンタ）。
• 民生用電子機器（オーディオアンプ、クロックラジオ、家電製品の表示）。
• 産業用制御パネル（プロセスインジケータ、タイマー表示）。
• 自動車用アフターマーケットデバイス（電圧モニタ、簡易計器）。

黄橙色は、他の一部の色と比較して、様々な照明条件下で優れた視認性と目の疲労軽減を提供します。

6.2 設計および駆動回路の考慮事項

LTP-3862JFを使用した設計では、以下のいくつかの重要な点に注意が必要です：

1. 電流制限：動作電流を設定するために、各セグメントカソードまたは桁アノード（駆動トポロジーに依存）に対して外部抵抗が必須です。抵抗値（R）はオームの法則を使用して計算されます：R = (V_SUPPLY- V_F- V_{DRIVER_SAT}) / I_F。保守的な設計のためには、データシートの最大V_Fを使用してください。
2. 多重化駆動：わずか20本のピンで34セグメント（桁あたり17 x 2）を制御するために、多重化駆動方式が使用されます。これには、十分な電流をソース/シンクでき、正しい多重化タイミングを提供できるマイクロコントローラまたは専用の表示駆動ICが必要です。駆動器は、目に見えるちらつきを避けるために十分に高い周波数（通常 >60 Hz）で、桁1と桁2のアクティベーションを切り替える必要があります。
3. 熱管理：特に高電流で駆動する場合や高周囲温度下では、セグメントあたりの平均電力損失が70 mW定格を超えないようにしてください。十分なPCB銅面積または換気が必要になる場合があります。
4. 視野角：広い視野角は有益ですが、最適な視野円錐がユーザーの典型的な視線と一致するように、前面パネル上の取り付け位置を考慮する必要があります。

7. 技術比較および差別化

LTP-3862JFの主な差別化要因は、そのAlInGaP材料システムと特定のパッケージ設計に由来します。

• 従来のGaAsPまたはGaP LEDとの比較：AlInGaP技術は、著しく高い発光効率と優れた温度安定性を提供し、より明るく一貫した出力をもたらします。AlInGaPからの黄橙色は、古い技術と比較してより鮮やかで純粋です。
• 標準的な赤色LEDとの比較：黄橙色の発光は、多くの環境で優れた視力と可読性を提供し、特定の美的または機能的要求に適している場合があります。
• 大型または小型ディスプレイとの比較：0.3インチの桁高は、より小さく高密度なディスプレイと、より大きく長距離視認用のディスプレイの中間に位置します。これは、卓上および携帯型計測器で一般的なサイズです。
• コモンカソード構成との比較：コモンアノード構成は、電流シンク（アクティブロー駆動器）として構成されたマイクロコントローラポートとインターフェースする際によく好まれます。これは一般的な設定です。

8. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: このディスプレイを多重化せずに一定のDC電流で駆動できますか？

A: はい、可能ですが、ピン使用の点で非効率的です。両方の桁のすべてのセグメントカソードを独立して接続する必要があり、はるかに多くのI/Oラインが必要になります。多重化が標準的で推奨される方法です。

Q: 光度マッチング比仕様の目的は何ですか？

A: 同じディスプレイ上の最も暗いセグメントと最も明るいセグメントの間の明るさの差が2:1の比率を超えないことを保証します。これにより、一部のセグメントが他よりも明らかに暗く見えることを防ぎ、視覚的な均一性を確保します。

Q: ピーク順電流は60mAですが、連続はわずか25mAです。60mAを連続で使用できますか？

A: 絶対にできません。60mA定格は、低デューティサイクル（10％）での非常に短いパルス（0.1ms）用です。連続電流定格を超えると過度の発熱を引き起こし、急速な光度劣化や潜在的な致命的故障につながります。

Q: 多重化設計に必要な電流制限抵抗はどのように計算しますか？

A: 1/2デューティサイクル（2桁用）の多重化設計では、実効平均電流I_{F_avg}を達成するために、通常、アクティブタイムスロット中のピーク電流を2 * I_{F_avg}に設定します。次に、ピーク電流と電源電圧を使用して抵抗を計算します。例えば、セグメントあたり目標平均10mAの場合、計算には20mAのピークを使用します：R = (V_CC- V_F) / 0.020A。

9. 実践的な設計および使用事例

事例：簡易2桁電圧計表示の設計

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が電圧（0-99Vを0-5Vにスケーリング）を測定します。ファームウェアはデジタル値を2つの10進数桁に変換します。多重化ルーチンを使用して、マイクロコントローラは以下の操作を行います：

1. 桁1のコモンアノードをアクティブにします（ピンをハイに設定するか、トランジスタを介してV_CCに接続します）。
2. 十の位の桁を表示するために、セグメントカソードラインに適切なパターンを設定します（電流をグランドにシンクします）。
3. この状態を短時間（例：5ms）保持します。
4. 桁1を非アクティブにし、桁2のコモンアノードをアクティブにします。
5. 一の位の桁（およびオプションで小数点、ピン5）のセグメントパターンを設定します。
6. 5ms間保持し、その後サイクルを繰り返します。合計10msの周期は100 Hzのリフレッシュレートとなり、ちらつきを解消します。

電流制限抵抗は、各セグメントカソードラインと直列に配置されます。電源は安定化され、一貫した輝度を確保する必要があります。

10. 動作原理の紹介

LTP-3862JF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です。接合の内蔵電位（約2.0-2.6V）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接合を越えて注入されます。これらの電荷キャリアは活性領域で再結合し、光子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、この場合は黄橙色範囲（605-611 nm）にある発光の波長（色）を決定します。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。黒色の表面は迷光を吸収し、白色のセグメント輪郭は発光をセグメント領域全体に均一に拡散させるのに役立ちます。

11. 技術トレンドと背景

有機LED（OLED）や高解像度ドットマトリクスLCDなどの新しい表示技術が民生用電子機器で普及していますが、LTP-3862JFのような個別LEDセグメントディスプレイは、特定の産業、自動車、計測器の分野で依然として非常に重要です。その利点には、極めて高い信頼性、広い動作温度範囲、高輝度、簡易な数値表示に対する低コスト、および容易なインターフェースが含まれます。このセグメント内のトレンドは、より高効率の材料（他の色のための改良されたAlInGaPやInGaNなど）、より低い動作電圧、およびパッケージ内に統合された駆動回路に向かっています。しかしながら、基本的な設計と多重化の原理は安定しており広く理解されているため、エンジニアリング設計ライブラリにおけるこのような部品の長寿命を保証しています。