LTD-4608JR LEDディスプレイ データシート - 0.4インチ 桁高 - AlInGaP スーパーレッド - 順電圧2.6V - 技術文書

1. 製品概要

LTD-4608JRは、2桁の7セグメント英数字LEDディスプレイモジュールです。計器パネル、民生電子機器、産業用制御装置、試験装置など、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ています。本デバイスは、発光チップに先進的なAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）半導体技術を採用しており、不透明なGaAs基板上に実装されています。この構造がその性能特性に寄与しています。ディスプレイは白いセグメントマーキングを持つグレーのフェースプレートを備えており、様々な照明条件下で最適な視認性を提供する高いコントラストを実現しています。

1.1 主要な特徴と利点

• 桁サイズ：0.4インチ（10.0 mm）の文字高を特徴とし、サイズと視認性の良いバランスを提供します。
• セグメント品質：各セグメント全体で連続的かつ均一な発光を提供し、一貫した視覚的外観を実現します。
• 電力効率：低消費電力で設計されており、バッテリー駆動または省エネルギーを重視したデバイスに適しています。
• 光学性能：高輝度と高コントラストを実現し、薄暗い環境から明るい環境まで視認性を確保します。
• 視野角：広い視野角を提供し、様々な位置からディスプレイを明確に読み取ることができます。
• 信頼性：可動部品がない固体素子の信頼性の恩恵を受け、長い動作寿命を実現します。
• ビニング：光度が分類（ビニング）されており、複数ディスプレイを並べて使用するアプリケーションで、輝度レベルが一致したユニットを選択することが可能です。
• 環境適合性：パッケージは鉛フリーであり、RoHS（有害物質使用制限）指令に準拠しています。

1.2 デバイス構成

型番LTD-4608JRは、AlInGaPスーパーレッドLEDチップをデュプレックス（2桁）、コモンアノード構成で配列したデバイスを指定します。右側小数点を含みます。コモンアノード設計は、各桁のアノードを個別に制御し、カソード（セグメントピン）を共有するマルチプレックス駆動回路を簡素化します。

2. 技術パラメータ：詳細かつ客観的な解釈

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がある限界を定義します。動作は常にこれらの範囲内に維持する必要があります。

• セグメントあたりの電力損失：最大70 mW。これを超えると過熱や劣化の加速を引き起こす可能性があります。
• セグメントあたりのピーク順方向電流：パルス条件下（デューティサイクル1/10、パルス幅0.1ms）で90 mA。これは短時間試験用であり、連続動作用ではありません。
• セグメントあたりの連続順方向電流：25°Cで25 mA。この定格は、周囲温度（Ta）が25°Cを超えて上昇するにつれて、0.28 mA/°Cで線形的にデレートします。例えば、85°Cでは、最大許容連続電流は約 25 mA - ((85°C - 25°C) * 0.28 mA/°C) = 8.2 mA となります。
• 動作・保管温度範囲：-35°C から +105°C。本デバイスは産業用温度範囲に対応しています。
• はんだ付け温度：リードは、実装面から1/16インチ（約1.6 mm）下で測定して、260°Cで5秒間はんだ付け可能です。

2.2 電気的・光学的特性（Ta=25°Cにおける標準値）

これらのパラメータは、ディスプレイの通常動作性能を定義します。

• 平均光度（Iv）：順方向電流（IF）= 1 mAで、320から850マイクロカンデラ（µcd）の範囲です。この広い範囲は、デバイスが輝度によって選別されるビニングプロセスを示しています。
• ピーク発光波長（λp）：639 nmで、可視スペクトルの赤色領域に該当します。
• セグメントあたりの順方向電圧（VF）：IF=20 mAで、標準値2.6V、最大2.6V。最小値は2.0Vです。回路設計では、一貫した電流駆動を確保するためにこの範囲を考慮する必要があります。
• 逆方向電流（IR）：逆方向電圧（VR）=5Vで最大100 µA。このパラメータは試験目的のみであり、デバイスは連続的な逆バイアス動作用に設計されていません。
• 光度マッチング比：同じ類似発光領域内のセグメント間で最大2:1。これは、定義されたグループ内で最も明るいセグメントが最も暗いセグメントの2倍以上明るくならないことを意味し、均一性を確保します。
• クロストーク：≤2.5%と規定されています。これは、点灯しているセグメントから隣接する非点灯セグメントへの不要な光漏れを指します。

3. ビニングシステムの説明

LTD-4608JRは、光度に対して分類システムを採用しています。これは、LED製造において、類似した光出力を持つデバイスをグループ化する標準的な手法です。モジュールのマーキングにはビンコードを表すZコードが含まれています。設計者は発注時に特定のビンコードを指定することができ、製品内のすべてのディスプレイで輝度の一貫性を確保できます。これは、複数のディスプレイを並べて使用するアプリケーションにおいて極めて重要です。

4. 性能曲線分析

データシートは、非標準条件下でのデバイス動作を理解するために不可欠な代表的な曲線を参照しています。この種のデバイスの標準的な曲線には通常、以下が含まれます：

• 相対光度 vs. 順方向電流（I-V曲線）：駆動電流の増加に伴う光出力の増加を示します。通常は非線形の関係です。推奨電流を超えて動作させると、輝度の向上効果が逓減し、発熱が増加します。
• 相対光度 vs. 周囲温度：光出力の熱的デレーティングを示します。温度が上昇すると、発光効率は一般的に低下します。
• 順方向電圧 vs. 順方向電流：ダイオードのV-I特性を示し、電流制限回路の設計に不可欠です。
• スペクトル分布：相対強度と波長の関係を示すプロットで、AlInGaP LEDに典型的な狭帯域幅を示し、主波長631 nmを中心としています。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

本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形状です。主な寸法上の注意点は以下の通りです：

• すべての寸法はミリメートル単位で、一般的な公差は±0.20 mmです。
• ピン先端シフト公差は±0.4 mmです。
• 異物、インク汚染、反射板の曲がり、セグメント領域内の気泡について限界が定義されており、外観および光学品質を確保します。
• 最適な嵌合のため、PCB穴径1.30 mmが推奨されます。

5.2 ピン接続と極性

本デバイスは単列10ピンです。内部回路図は2桁のコモンアノード構成を示しています。ピン配置は以下の通りです：

1. ピン1：カソード C
2. ピン2：カソード D.P.（小数点）
3. ピン3：カソード E
4. ピン4：コモンアノード（桁2）
5. ピン5：カソード D
6. ピン6：カソード F
7. ピン7：カソード G
8. ピン8：カソード B
9. ピン9：コモンアノード（桁1）
10. ピン10：カソード A

この配置は、桁1と桁2のアノードを高周波で交互に点灯させ、適切なセグメントカソードを駆動して目的の数字を形成するマルチプレックス駆動に最適です。

6. はんだ付け・組立ガイドライン

6.1 自動はんだ付け

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秒間であり、パッケージの実装面から1.6 mm（1/16インチ）下で測定します。プロセス中、ディスプレイ本体自体の温度は最大保管温度105°Cを超えてはなりません。

6.2 手はんだ付け

手はんだ付けを行う場合、はんだごて先端温度は350°C ±30°Cと規定されています。はんだ付け時間はピンあたり5秒を超えてはならず、これも実装面から1.6 mm下で測定します。はんだごて先端とパッケージ本体の間のリードにヒートシンクを使用することは、過度の熱伝達を防ぐ良い方法です。

7. アプリケーション推奨事項

7.1 代表的なアプリケーションシナリオ

LTD-4608JRは、以下を含む一般的な電子機器に適しています：

• デジタルマルチメータおよびオシロスコープ
• オーディオ機器ディスプレイ（アンプ、レシーバー）
• 産業用タイマーおよびカウンターパネル
• 民生家電（電子レンジ、洗濯機）
• POS端末および基本情報表示

7.2 重要な設計上の考慮事項

• 駆動方法：定電圧駆動よりも定電流駆動を強く推奨します。これにより、セグメント間やユニット間の順方向電圧（VF）の変動に関わらず、一貫した光度を確保できます。単純な直列抵抗器で基本的な電流制限は可能ですが、専用のLEDドライバICを使用すると、より安定した駆動とマルチプレックス制御が可能になります。
• 回路保護：駆動回路には、電源投入時やシャットダウン時に発生する可能性のある逆電圧や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。用途に応じて、直列に接続した単純なダイオードやトランジェント電圧サプレッサ（TVS）を使用できます。
• 熱管理：電流および電力損失の絶対最大定格を超えないでください。最終製品内で十分な通風を確保し、ディスプレイ周囲の周囲温度を規定限界内に保つようにしてください。高温環境での設計には、連続電流の温度に対する線形デレーティングを考慮に入れる必要があります。
• マルチプレックス：2桁をマルチプレックスする場合、リフレッシュレートは可視フリッカー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）。マルチプレックスパルス中のピーク電流はDC連続定格電流よりも高くすることができますが、デューティサイクルを考慮して、時間平均電流は連続定格内に収める必要があります。

8. 信頼性試験

本デバイスは、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実施しています。これらの試験は、その堅牢性と長寿命を検証します：

• 動作寿命試験（RTOL）：最大定格条件下での1000時間連続動作。
• 環境ストレステスト：高温高湿保管、高温保管、低温保管、温度サイクル、および熱衝撃試験を含みます。
• 機械的・プロセス試験：はんだ耐熱性（260°C、10秒）およびはんだ付け性（245°C、5秒）試験により、リードが標準的な組立プロセスに耐えられることを確認します。

9. 注意事項と使用制限

データシートには、意図された使用法と責任を定義する重要な注意事項が含まれています：

• 本ディスプレイは一般的な電子機器向けに設計されています。特に故障が生命や健康を脅かす可能性がある（航空、医療機器、重要な安全システムなど）ような、例外的な信頼性を必要とするアプリケーションでは、事前の相談とおそらく異なるグレードの部品が必要です。
• メーカーは、絶対最大定格を超えた動作や提供された指示に従わなかったことによる損害について責任を負いません。
• 製品の寿命と性能を確保する主要な手段として、電気的および熱的限界への厳格な遵守が強調されています。

10. 技術比較と差別化

GaAsP（ガリウムヒ素リン）赤色LEDのような旧来の技術と比較して、LTD-4608JRで使用されているAlInGaP技術には以下のような大きな利点があります：

• 高い効率と輝度：AlInGaPは優れた発光効率を提供し、同じ駆動電流でより高い輝度を実現します。
• 優れた温度安定性：AlInGaP LEDの光出力は、一般的に旧来の技術よりも温度変化の影響を受けにくくなっています。
• 色純度：スペクトル線半値幅（Δλ）が20 nmであり、より広いスペクトルの光源と比較して比較的純粋な赤色を示します。
• 右側小数点付きのコモンアノード構成は、コモンカソードや左側小数点構成を持つ他の2桁ディスプレイと差別化される特定の特徴です。

11. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 5V電源と抵抗でこのディスプレイを駆動できますか？

A: はい、ただし注意深い計算が必要です。20 mAでの標準VFが2.6Vの場合、直列抵抗値は (5V - 2.6V) / 0.02A = 120オームが必要です。5V電源が安定していることを確認し、最小VF（2.0V）を考慮するとより高い電流が流れる可能性がある点に注意する必要があります。定電流ドライバの方がより信頼性が高いです。

Q: 光度マッチング比2:1は、私の設計にとって何を意味しますか？

A: 単一のディスプレイ内で、セグメント間の輝度差が2倍を超えないことを意味します。ほとんどのアプリケーションでは、これは許容範囲内です。完全な均一性が重要な場合は、より厳しいビンからユニットを選択するか、ソフトウェア/ハードウェアで個々のセグメントキャリブレーションを実装する必要があるかもしれません。

Q: マーキング上の日付コードYYWWはどのように解釈すればよいですか？

A: YYWWは通常、製造年の下2桁と製造週の2桁を表します。例えば、2415は、2024年の第15週に製造されたことを示します。

12. 実践的な設計と使用例

シナリオ：簡単な2桁カウンターの設計

マイクロコントローラ（例：Arduino、PIC、ARM Cortex-M）を使用します。2本のI/Oピンを出力として設定し、小さなNPNトランジスタまたはMOSFETを介してコモンアノード（ピン4と9）を駆動します。他の7本のI/Oピン（またはピンを節約するために74HC595のようなシフトレジスタ）が、電流制限抵抗または定電流シンクアレイを介してセグメントカソード（ピン1、3、5、6、7、8、10）を駆動します。小数点（ピン2）は無視するか、使用できます。ファームウェアはマルチプレックスを実装します：桁1のトランジスタをオンにし、1桁目の値に対応するセグメントパターンを設定し、短時間待機（例：5ms）、桁1をオフにし、桁2のトランジスタをオンにし、2桁目のセグメントパターンを設定し、待機し、繰り返します。各セグメントのON時間中の電流は、デューティサイクル（2桁の場合は50%）に基づいて計算し、平均電流が連続定格を超えないようにする必要があります。

13. 動作原理の紹介

7セグメントLEDディスプレイは、複数の発光ダイオード（LED）の集合体です。各セグメント（AからGまでラベル付け）および小数点は、個別のLEDまたはLEDチップのグループです。LTD-4608JRのようなコモンアノード構成では、特定の桁のすべてのLEDのアノードが共通のピンに接続されています。各セグメントLEDのカソードは個別のピンに引き出されています。セグメントを点灯させるには、そのカソードピンを低電圧（グランドまたは電流シンク）に接続し、コモンアノードピンを高電圧（Vcc）に接続して回路を完成させ、その特定のLEDに電流を流します。アクティブなアノードピンに対してどのカソードピンをアクティブにするかを制御することで、異なる数字といくつかの文字を形成できます。

14. 技術トレンド

個別の7セグメントLEDディスプレイは特定のアプリケーションで関連性を保っていますが、ディスプレイ技術のより広範なトレンドは統合ソリューションに向かっています：

• 統合ドライバディスプレイ：LEDアレイ、マルチプレックス回路、時にはシンプルなシリアルインターフェース（I2C、SPI）を単一のPCB上に含むモジュールで、エンドエンジニアの設計を簡素化します。
• OLEDおよびLCDへの移行：より複雑なグラフィックスや英数字を必要とするアプリケーションでは、有機LED（OLED）および液晶ディスプレイ（LCD）モジュールがコスト競争力を高め、より大きな柔軟性を提供するようになっています。
• 小型化と効率化：LEDチップ技術の継続的な開発により、発光効率（ルーメン/ワット）が向上し続けており、同じ占有面積内でより明るいディスプレイを低電力で実現したり、より小さなチップサイズで高解像度を実現したりすることが可能になっています。ただし、赤/オレンジ/黄色用の基本的なAlInGaP技術は、高性能の標準として残っています。

LTD-4608JRは、シンプルで明るく低コストの数値表示が必要とされるアプリケーションに最適な、成熟した、信頼性が高く、よく理解された技術を代表しています。