LTC-5689TBZ 青色7セグメントLEDディスプレイ データシート - 0.56インチ桁高 - 3.6V順電圧 - InGaN青色チップ - 技術文書

1. 製品概要

LTC-5689TBZは、高性能な3桁の7セグメント英数字表示モジュールです。明瞭で明るく、視認性に優れた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ています。この表示器の中核をなすのは、サファイア基板上にエピタキシャル成長させたInGaN（窒化インジウムガリウム）青色LEDチップであり、安定かつ効率的な発光を実現します。統合された重要な機能として、各セグメントごとにツェナーダイオードが備わっており、逆電圧スパイクに対する保護を提供します。これは、電気的にノイズの多い環境下での表示器の長期信頼性を向上させるための重要な要素です。

この表示器は、黒い面に白いセグメントという構成で、高いコントラストを実現し、様々な照明条件下での可読性を大幅に向上させます。コモンアノードタイプの表示器に分類され、マイクロコントローラベースのシステムで一般的に使用されるマルチプレックス駆動回路の標準構成となっています。本デバイスはRoHS（有害物質使用制限）指令に準拠しており、鉛フリー材料で製造されていることが保証されています。

1.1 中核的利点とターゲット市場

LTC-5689TBZの主な利点は、その光電子設計と堅牢な構造に由来します。InGaN技術の採用により、高輝度と、主波長が典型的に470-475 nm付近の一貫した青色を実現しています。連続的で均一なセグメントは、プロフェッショナルでシームレスな文字表示を保証し、これは民生用電子機器、産業用制御パネル、計器、試験装置などのユーザーインターフェースにおいて極めて重要です。

低消費電力であるため、バッテリー駆動または省エネルギーを重視するデバイスに適しています。広い視野角により、横から見た場合でも表示が読みやすく保たれ、パネル実装アプリケーションでの有用性を拡大します。LEDの固体信頼性に、追加されたツェナーダイオード保護が組み合わさることで、長い動作寿命と安定性を要求されるアプリケーションにおいて、耐久性に優れた選択肢となります。

2. 詳細な技術パラメータ分析

2.1 絶対最大定格

絶対最大定格を理解することは、回路設計および動作中にデバイスの故障を防ぐために不可欠です。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がある限界を定義します。

• LEDは指数関数的なI-V関係を示します。20 mA時の指定VFは、この曲線上の1点を与えます。この曲線は、ターンオン電圧と、この点を超えると電圧に対して電流が急速に増加する様子を示し、電流制限機構の必要性を強調しています。70 mW。これは、連続動作時に1つ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。
• セグメントごとのピーク順電流：100 mA。この電流は、デューティ比1/10、パルス幅0.1 msのパルス条件下でのみ許容されます。通常の動作条件の計算には使用すべきではありません。
• セグメントごとの連続順電流：25°C時 20 mA。これは標準動作における推奨最大電流です。周囲温度（Ta）が25°Cを超えて上昇すると、0.21 mA/°Cの線形デレーティング係数が適用されます。例えば、50°Cでは、最大連続電流は約 20 mA - (0.21 mA/°C * 25°C) = 14.75 mA となります。
• 動作・保管温度範囲：-35°C ～ +85°C。本デバイスは産業用温度範囲に対応しています。
• はんだ付け条件：本デバイスは、実装面から1/16インチ（約1.6 mm）下でのはんだ温度が260°Cで最大3秒間という、フローはんだ付けまたはリフロー工程に耐えることができます。

2.2 電気的・光学的特性（Ta=25°C）

これらのパラメータは特定の試験条件下で測定され、デバイスの典型的な性能を表します。

• 平均光度（Iv）：順電流（IF）=10 mA時、5400 - 9000 µcd（マイクロカンデラ）。この広い範囲は、デバイスが光度に基づいてビニング（選別）またはカテゴライズされていることを示します。設計者は、複数のユニットや表示器間で一貫した輝度を目指す場合、このばらつきを考慮する必要があります。
• セグメントごとの順方向電圧（VF）：IF=20 mA時、3.3V（最小）、3.6V（標準）。このパラメータは、電流制限抵抗値を設計する上で極めて重要です。標準的な5V電源を使用する場合、抵抗値は R = (Vcc - VF) / IF = (5V - 3.6V) / 0.020A = 70 オーム となります。信頼性とVFのばらつきを考慮して、やや高い値（例：75-100オーム）が使用されることがよくあります。
• ピーク発光波長（λp）：468 nm（標準）。これは発光強度が最も高くなる波長です。
• 主波長（λd）：470 - 475 nm（標準）。これは人間の目が知覚する波長であり、LEDの色を定義します。
• スペクトル半値幅（Δλ）：25 nm（標準）。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。
• セグメントごとの逆電流（IR）：逆電圧（VR）=5V時、100 µA（最大）。重要な注意点：この試験条件は品質保証（IR試験）のみを目的としています。本デバイスは、逆バイアス下での連続動作を想定して設計されていません。統合されたツェナーダイオードは、過渡的な保護を目的としており、定常的な逆電圧動作のためではありません。
• 光度マッチング比：2:1（最大）。これは、1桁内または同様の点灯領域内で、最も明るいセグメントと最も暗いセグメントとの間で許容される最大比率を規定し、視覚的な均一性を保証します。

3. ビニングとカテゴリ化システム

データシートには、本デバイスが光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、測定された性能パラメータに基づいて製品をグループ化する、LED製造における一般的な慣行です。

• 光度ビニング：5400-9000 µcdというIvの範囲は、複数の光度ビンが存在することを示唆しています。一貫した輝度を必要とするアプリケーション（例：複数桁の表示器や複数ユニットを備えたパネル）では、より狭いビンを指定するか、同じ製造ロットから調達することが望ましいです。
• 波長/色ビニング：コードで明示的に詳細が記載されていませんが、470-475 nmという典型的なλd範囲は、色選別の可能性を示唆しています。一貫した主波長は、均一な色の外観を得るための鍵です。
• 順方向電圧選別：VFの範囲（3.3Vから3.6V）もカテゴリ化の対象となる可能性があり、大規模なアレイにおける電源設計や熱管理に影響を与えることがあります。

4. 性能曲線分析

データシートでは典型的な電気的/光学的特性曲線が参照されています。抜粋部分には具体的なグラフは記載されていませんが、標準的なLED曲線を推測することができ、設計上重要です。

• 順電流対順電圧（I-V曲線）：光度対順電流（L-I曲線）：
• 光出力は一般に順電流に比例しますが、熱効果により高電流で飽和することがあります。推奨される20 mA以下で動作させることで、直線性と長寿命が確保されます。光度対周囲温度：
• LEDの光出力は、接合温度が上昇すると減少します。連続電流のデレーティング（0.21 mA/°C）は、輝度と信頼性を維持するためにこの熱効果を管理することに直接関連しています。スペクトル分布：
• このグラフは、470-475 nmを中心とし、典型的な半値幅25 nmで、波長全体にわたる発光の相対強度を示すでしょう。5. 機械的、パッケージおよびピン配置情報

5.1 パッケージ寸法

この表示器の桁高は0.56インチ（14.2 mm）です。すべての機械的寸法は、特に断りのない限り、標準公差±0.25 mmでミリメートル単位で提供されます。ピン先端シフト公差が+0.4 mmであるという特記事項があり、これはPCBフットプリント設計において適切な位置合わせとはんだ付け性を確保するために重要です。

5.2 内部回路図とピン接続

内部回路図は、各セグメント（A-G、DP1-5）がツェナーダイオードと直列接続された個別のInGaN青色LEDチップであるという構造を明らかにしています。これらすべてのLED-ツェナーペアは、桁ごとに共通のアノード接続を共有しています。ピン配置は以下の通りです：

ピン1-7：それぞれセグメントA、B、C、D、E、F、Gのカソード。

• ピン8：右側3つの小数点（DP1、DP2、DP3）の共通カソード。
• ピン9、10、11：それぞれ桁3、桁2、桁1の共通アノード。これは各桁の電源供給点です。
• ピン12：左側2つの小数点（DP4、DP5）の共通アノード。
• ピン13、14：それぞれDP5とDP4のカソード。
• この構成はマルチプレックスに理想的です。共通アノード（ピン9、10、11、12）を順次HIGHに駆動し、適切なセグメントカソードピンを通じて電流をシンクすることで、マイクロコントローラからの比較的少ないピン数で、すべての3桁と5つの小数点を制御できます。

6. はんだ付け、組立および取り扱いガイドライン

はんだ付け仕様の遵守は極めて重要です。本デバイスは、パッケージ本体から1.6 mm下ではんだ温度が260°Cで最大3秒間という条件に耐えることができます。標準的な鉛フリーリフロープロファイル（IPC/JEDEC J-STD-020）が一般的に適用可能です。挿入時のピンへの機械的ストレスや、手はんだ付け時の過度の加熱を避けるように注意する必要があります。保管については、乾燥した結露のない環境で、推奨範囲は-35°Cから+85°Cです。

7. アプリケーションノートと設計上の考慮事項

7.1 典型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ックスです。マイクロコントローラは、共通アノードライン上のトランジスタスイッチ（例：PNPまたはPチャネルMOSFET）を制御するために出力ピンを使用し、カソードラインではシンク能力のあるI/OポートまたはドライバIC（ULN2003ダーリントンアレイを備えた74HC595シフトレジスタなど）を使用します。各カソードライン（またはドライバに内蔵）には電流制限抵抗が必要です。マルチプレックス周波数は、ちらつきを避けるために十分に高くする必要があります（通常 >60 Hz）。

7.2 設計上の考慮事項

電流制限：

• 常に直列抵抗を使用してください。過電流を避けるために、最悪ケース（最小）のVFに基づいて計算します。マルチプレックスデューティ比：
• 各桁は時間の一部しか電源が供給されないため、所望の輝度を得るために、セグメントごとの瞬間電流を平均値よりも高く設定することができます。例えば、3桁マルチプレックスの場合、桁ごとのデューティ比は約1/3です。平均電流10 mAを達成するために、そのアクティブ時間中の瞬間電流を30 mAに設定することができます。ただし、ピーク電流定格を超えず、平均消費電力が限界内であることが条件です。ツェナーダイオードの機能：
• 統合されたツェナーダイオードは、セグメント上の負の電圧過渡現象をクランプし、繊細なLEDチップを保護します。通常の順方向動作時には電圧を調整しません。視野角と実装：
• 表示器がPCB上に直角に実装され、パネルの切り抜きが正しく位置合わせされていることを確認し、広い視野角の利点を最大限に活用してください。8. 技術比較と差別化

保護ダイオードのない標準的な7セグメント表示器と比較して、LTC-5689TBZは、逆起電力、誘導性スイッチング、または配線誤りによる電気的過負荷に対する耐性が大幅に向上しています。古いGaPやGaAsP技術を使用した表示器と比較して、InGaN青色チップはより高い輝度と、より鮮やかで飽和した青色を提供します。0.56インチの桁高は、中距離視認に適したカテゴリーに位置付けられ、小型SMD表示器よりも大きく、大型パネルメーターよりも小さいサイズです。

9. よくある質問（FAQ）

Q: 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？

A: 可能ですが、注意が必要です。標準VFは3.6Vであり、3.3Vよりも高くなっています。非常に暗い、または点灯しない可能性があります。LEDの電源には、昇圧回路またはより高い電圧（例：5V）で動作するドライバICが必要となりますが、制御信号は3.3Vのロジックレベルで維持することができます。

Q: 逆電圧を印加すべきでないなら、なぜ逆電流（IR）仕様があるのですか？

A: IR試験は、ツェナーダイオードとLED接合が健全であることを確認するための製造品質チェックです。動作ガイドラインではありません。連続的な逆バイアスはデバイスを劣化させる可能性があります。

Q: 小数点を独立して制御するにはどうすればよいですか？

A: 5つの小数点は2つのグループに分かれています：DP1/DP2/DP3（ピン8の共通カソード）とDP4/DP5（ピン14と13の個別カソード、ピン12の共通アノード）。これらはマルチプレックスシーケンスに従って適切に駆動する必要があります。

10. 実用的なアプリケーション例

ケース：シンプルな3桁電圧計表示の設計。

ADCを備えたマイクロコントローラが電圧を測定します。ファームウェアは読み取り値を3桁に変換します。マルチプレックスルーチンを使用して、桁1のアノード（ピン11）をアクティブにし、次にカソードピン（1-7、小数点用に8）を1桁目の値に対応するグランドパターンに設定し、短い間隔待機した後、桁1を非アクティブにして桁2（ピン10）をアクティブにする、という処理を繰り返します。小数点（例：DP2）は、その共通アノードグループ（DP4/DP5の場合はピン12、またはDP1/2/3の場合は桁サイクルに含まれる）をアクティブにし、適切な桁のアクティブ期間中にその特定のカソードをLowに引くことで点灯します。各カソードラインに100オームの電流制限抵抗を設けることで、5V電源からの安全な動作点を提供します。11. 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。ダイオードのターンオン閾値（このInGaN LEDでは約3.3-3.6V）を超える順電圧が印加されると、電子と正孔が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。特定の材料組成（InGaN）がバンドギャップエネルギーを決定し、これが発光する青色の波長に対応します。統合されたツェナーダイオードは、逆電圧がその降伏電圧を超えると大きく導通し、有害な逆電流をLED接合から迂回させて損傷から保護します。

12. 技術トレンド

InGaNベースのLEDは、青色および緑色発光のための成熟した高効率技術を代表しています。表示技術のトレンドには、より高い画素密度（より小さなセグメントまたはドットマトリックス）への移行、表示パッケージ内への統合ドライバおよびコントローラ、自動組立のための表面実装デバイス（SMD）パッケージの採用が含まれます。個別の7セグメント表示器は特定のアプリケーションで依然として重要ですが、その役割は、グラフィックスや多色出力においてより大きな柔軟性を提供するOLEDおよびTFT LCDモジュールによって補完されることが増えています。LTC-5689TBZに見られるようなツェナーダイオードなどの保護部品の統合は、コスト重視のアプリケーションにおいて堅牢性と信頼性を向上させることに焦点を当てた業界の動向を反映しています。

InGaN-based LEDs represent a mature and highly efficient technology for blue and green emission. Trends in display technology include a move towards higher pixel density (smaller segments or dot-matrix), integrated drivers and controllers within the display package, and the adoption of surface-mount device (SMD) packages for automated assembly. While discrete seven-segment displays remain vital for specific applications, their role is increasingly complemented by OLED and TFT LCD modules that offer greater flexibility for graphics and multi-color output. The integration of protection components like Zener diodes, as seen in the LTC-5689TBZ, reflects an industry focus on improving robustness and reliability in cost-sensitive applications.