LTD-4608JS LEDディスプレイ データシート - 0.4インチ桁高 - AlInGaP イエロー - 順電圧2.6V - 技術文書

1. 製品概要

LTD-4608JSは、明確で明るい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た、2桁の7セグメント英数字表示モジュールです。その主な機能は、個々のLEDセグメントを使用して2桁の数字（0-9）と小数点を視覚的に表現することです。中核技術は、黄色光を発光させるためにAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）半導体材料を利用しています。この材料システムは、従来のLED技術と比較して高効率かつ優れた輝度で知られています。本デバイスは、白色のセグメントマーキングを備えたグレーのフェースプレートを特徴としており、様々な照明条件下でのコントラストと視認性を向上させます。光束強度に基づいて分類されており、量産における選択の一貫性を可能にします。

1.1 中核的利点とターゲット市場

本ディスプレイは、様々なアプリケーションに適したいくつかの主要な利点を提供します。低消費電力であるため、バッテリー駆動またはエネルギーに敏感なデバイスに理想的です。高輝度と高コントラスト、そして広い視野角により、様々な視点からの視認性が確保され、これは民生用電子機器、計測器、産業用制御パネルにとって重要です。LEDの固体信頼性は、機械式または真空蛍光表示とは異なり、長い動作寿命と衝撃・振動への耐性をもたらします。連続的で均一なセグメントは、美しい文字表示を提供します。主なターゲット市場には、携帯型電子機器、試験・測定機器、自動車のダッシュボード（非重要インジケーター用）、家電製品、および明確で信頼性の高い数値表示が必要なPOS端末が含まれます。

2. 詳細な技術パラメータ分析

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、設計エンジニアにとっての重要性を説明しながら、詳細かつ客観的な解釈を提供します。

2.1 測光および光学的特性

測光性能は、ディスプレイの機能の中核です。平均光束強度 (Iv)は、順電流 (IF) 1mAにおいて200から650 µcdで規定されています。この広い範囲はビニングプロセスを示しており、設計者はこのばらつきを考慮に入れるか、複数のディスプレイ間で均一な外観を得るために厳しいビンを指定する必要があります。ピーク発光波長 (λp)は588 nm、主波長 (λd)は587 nmであり、いずれもIF=20mAで測定されます。これらの値は黄色の色度点を定義します。スペクトル線半値幅 (Δλ)が15 nmであることは、比較的狭いスペクトル帯域幅を示し、飽和した黄色を生み出します。光束強度マッチング比 (IV-m)の最大値が2:1であることは、単一デバイス内のセグメント間で許容される輝度のばらつきを定義し、全体の均一性に影響を与えます。

2.2 電気的パラメータ

電気的仕様は、動作限界と条件を定義します。セグメントあたりの順方向電圧 (VF)は、IF=20mAにおいて代表値が2.6Vです。このパラメータは、電流制限抵抗ネットワークを設計する上で極めて重要です。セグメントあたりの逆方向電流 (IR)は、VR=5Vにおいて最大100 µAであり、LEDが逆バイアスされたときのリーク電流を示します。これは通常動作では一般に無視できます。これらのパラメータは、信頼性の高い動作を確保するために、絶対最大定格と共に考慮されなければなりません。

2.3 熱的および絶対最大定格

絶対最大定格は、それを超えると永久的な損傷が発生する可能性のある応力限界を定義します。セグメントあたりの連続順電流は、25°Cにおいて25 mAで、ディレーティング係数は0.33 mA/°Cです。これは、周囲温度 (Ta) が25°Cを超えて上昇するにつれて、許容連続電流が減少することを意味します。例えば、85°Cでは、最大電流は約 25 mA - (0.33 mA/°C * (85-25)°C) = 5.2 mA となります。ピーク順電流は60 mAですが、これはパルス条件下（1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）でのみです。セグメントあたりの電力損失は70 mWです。動作および保管温度範囲は-35°Cから+85°Cであり、使用時および非動作時の環境限界を定義します。はんだ付け温度定格（最大260°C、3秒間）は、PCB実装プロセスにとって重要です。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、本デバイスが光束強度で分類されていることを示しています。これは、製造後のビニングまたは選別プロセスを意味します。この文書では特定のビンコードは提供されていませんが、このようなディスプレイの典型的なビニングには、標準試験電流（例：特性に示されている1mA）で測定された光束強度に基づいてユニットを選別することが含まれます。これにより、複数のユニットを調達する設計者は、自社製品全体で一貫した輝度レベルを達成できます。均一性が重要な設計要件である場合、エンジニアは詳細なビニング仕様またはロット固有のデータについてメーカーに相談すべきです。

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。提供されたテキストでは特定のグラフは詳細に説明されていませんが、このようなLEDの標準的な曲線には通常以下が含まれます：

• IV曲線（電流 vs. 順方向電圧）：指数関数的関係を示し、動的抵抗と様々な動作電流における正確な電圧降下を決定するのに役立ちます。
• 光束強度 vs. 順電流 (Iv-IF)：光出力が電流と共にどのように増加するかを示し、通常は動作範囲内でほぼ線形関係にあり、輝度調整と効率計算に役立ちます。
• 光束強度 vs. 周囲温度 (Iv-Ta)：接合温度が上昇するにつれて光出力が減少することを示し、高温環境で動作するアプリケーションを設計する上で重要です。
• スペクトル分布：相対強度対波長のプロットであり、ピーク波長と主波長、および発光スペクトルの形状を確認します。

これらの曲線は、非標準条件下でのデバイスの挙動を理解し、性能と寿命のために駆動回路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

デバイスパッケージは、詳細な寸法図（ミリメートル単位）によって定義されます。主要な特徴には、全体のフットプリント、ディスプレイの高さ、2桁間の間隔、および取り付け穴またはピンの位置と直径が含まれます。ピン接続図は重要です：これは2つの共通アノード（各桁に1つ）と、セグメントA-Gおよび小数点 (D.P.) 用の個別のカソードを持つ10ピン構成です。内部回路図はマルチプレックス構成を示しています：2桁間のすべての対応するセグメント（例：すべてのAセグメント）は、内部で単一のカソードピンに接続されています。各桁のアノードは個別に制御されます（桁1用はピン9、桁2用はピン4）。このマルチプレクシング設計により、必要な駆動ピン数が15（1桁あたり7セグメント+DP、プラス2つのグランド）から10に削減され、インターフェース回路が簡素化されます。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

主な実装上の考慮事項は、はんだ付けプロセスです。絶対最大定格は、はんだ付け温度が260°Cを超えてはならず、最大3秒間であることを規定しており、これはシーティングプレーンから1.6mm（1/16インチ）下で測定されます。これは、フローはんだ付けまたは手はんだ付けの標準定格です。リフローはんだ付けの場合、ピーク温度が260°C未満の標準的な鉛フリープロファイルを使用し、液相線以上の時間を制御してLEDチップとプラスチックパッケージへの熱ストレスを最小限に抑える必要があります。データシートはESD定格を規定していませんが、静電気放電 (ESD) を避けるための適切な取り扱いが推奨されます。保管は、指定された温度範囲（-35°Cから+85°C）内で低湿度環境で行い、リフロー中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. アプリケーション推奨事項

7.1 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、コンパクトで明るい2桁の数値表示を必要とするあらゆるアプリケーションに適しています。例としては、デジタルマルチメータ、卓上電源、周波数カウンタ、時計表示（分／秒）、スコアボード、生産ラインカウンタ、ネットワーク機器やオーディオ機器のステータスインジケーターなどがあります。その黄色は、警告インジケーターとして、または他のディスプレイに対する明確な視覚的コントラストを提供するためにしばしば選ばれます。

7.2 設計上の考慮事項

• 駆動回路：マルチプレクシング駆動回路を使用してください。各桁は高周波数（通常 >100Hz）で交互に点灯され、両方の桁が連続して点灯しているように知覚されます。これには、セグメント電流をシンクし、桁のアノード電流をソースできるマイクロコントローラのGPIOピン、または専用のディスプレイドライバIC（7447デコーダやMAX7219など）が必要です。
• 電流制限：外部の電流制限抵抗は、各カソードライン（セグメント）に必須です。または、ドライバに統合されます。抵抗値は R = (Vcc - VF) / IF として計算されます。ここで、VFは順方向電圧（最悪ケースの電流計算には最大値を使用）、Vccは電源電圧、IFは所望の順電流（連続定格を超えない値）です。
• 輝度制御：平均輝度は、IF電流を調整するか、駆動信号にパルス幅変調 (PWM) を使用することで制御できます。
• 視野角：エンドユーザーにとっての視認性を確保するために、その広い視野角を考慮してディスプレイを配置してください。

8. 技術比較と差別化

他の表示技術と比較して、このAlInGaP LEDディスプレイは明確な利点を提供します。従来のGaAsP（ガリウム砒素リン）赤色LEDと比較して、AlInGaPは同じ電流で著しく高い発光効率と輝度、そしてより優れた温度安定性を提供します。LCD（液晶ディスプレイ）モジュールと比較して、バックライトを必要とせず、より広い視野角を提供し、低温での動作が速く、機械的に頑丈です。主なトレードオフは、多くのセグメントを表示する場合のLCDと比較した高い消費電力です。LEDセグメントディスプレイ市場内では、その主要な差別化要因は、特定の0.4インチ桁高、AlInGaPの黄色、デュプレックス共通アノード構成、および品質の一貫性を確保する分類された光束強度です。

9. 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マイクロコントローラにどのように接続すればよいですか？

A: 少なくとも10本のGPIOピンが必要です。共通アノードピン（4 & 9）を、桁を有効にするためにHIGHに設定された出力として構成されたマイクロコントローラピンに接続します。セグメントカソードピン（1,2,3,5,6,7,8,10）を、セグメントを点灯させるためにLOWに設定された出力として構成されたピンに接続します。一方の桁を高速で有効にし、そのセグメントを設定し、次にもう一方の桁に切り替えることで、マルチプレクシングを行わなければなりません。MCUの負荷を軽減するために、専用のドライバICの使用を強くお勧めします。

Q: なぜ順電流は温度と共にディレーティングされるのですか？

A: 温度が上昇すると、LEDの内部効率が低下し、より多くの電力が光ではなく熱に変換されます。この熱が管理されないと、接合温度がさらに上昇し、劣化の加速や故障につながる可能性があります。電流をディレーティングすることで発生する熱を制限し、接合温度を安全な限界内に保ちます。

Q: 光束強度マッチング比 2:1とはどういう意味ですか？

A: これは、単一の表示ユニット内で、最も暗いセグメントの輝度が、最も明るいセグメントの輝度の半分以上になることを意味します。1:1の比率は完全な均一性ですが、2:1は許容できる視覚的一貫性を確保する一般的な仕様です。

10. 実践的な設計と使用例

ケース：簡単な2桁カウンターの設計目標は00から99までカウントすることです。低コストのマイクロコントローラ（例：ATtiny）が制御信号を生成します。回路は8本の180Ω電流制限抵抗（セグメントカソードごとに1本、5V電源、VF=2.6V、IF~13mAで計算）を使用します。2つのNPNトランジスタ（例：2N3904）が共通アノードピンのハイサイドスイッチとして使用され、さらに2つのMCUピンによって制御されます。ファームウェアは2msのタイマー割り込みを実装します。割り込みサービスルーチンでは、現在表示されている桁を無効にし、カウント値に基づいて次の桁のセグメントパターンを更新し、その桁のトランジスタを有効にしてから終了します。メインループは毎秒カウント変数をインクリメントします。この設計はMCUリソースを効率的に使用し、安定したちらつきのない表示を提供します。

11. 動作原理の紹介

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センスの原理に基づいて動作します。セグメント（共通アノードからその特定のカソードまで）にダイオードのターンオン電圧（約2.05-2.6V）を超える順方向電圧が印加されると、活性AlInGaP領域で電子と正孔が再結合します。この再結合によりエネルギーが光子の形で放出され、波長が約588 nmを中心とする黄色光が生成されます。7つのセグメント（AからG）は、8の形に配置された個々のLEDチップです。これらのセグメントの異なる組み合わせを選択的に通電することにより、0から9までのすべての数字を形成できます。デュプレックス共通アノード構成は、1桁のすべてのLEDが共通の正電圧接続を共有することを意味し、マルチプレクシング中にその桁を有効にするために切り替えられます。

12. 技術トレンドと開発動向

この特定のデバイスは確立されたAlInGaP技術を使用していますが、LEDディスプレイのより広い分野は進化を続けています。トレンドには、より広い色域のためのInGaN（インジウムガリウム窒化物）のようなさらに効率的な材料の採用が含まれますが、赤、オレンジ、黄色についてはAlInGaPが依然として支配的です。システム設計を簡素化するために、より高密度の多桁モジュールや、統合ドライバとコントローラを備えたディスプレイ（インテリジェントディスプレイ）への移行があります。小型化は別のトレンドであり、携帯機器向けにより小さな桁高が利用可能になっています。さらに、パッケージングの進歩は熱管理を改善し、所定の電流レベルでのより高い輝度または改善された寿命を可能にすることを目指しています。ピン削減の効率性から、基本的なマルチプレクシング原理は標準として残っています。