LTC-4627JR LEDディスプレイ データシート - 0.4インチ桁高 - スーパーレッド - 順電圧2.6V - 消費電力70mW - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTC-4627JRは、4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。その主な機能は、様々な電子機器において、明確で明るい数値および限定的な文字表示を提供することです。中核技術は、スーパーレッド光を発する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、不透明なGaAs基板上に成長され、赤色スペクトルにおける高効率と優れた色純度で知られています。このデバイスは、白いセグメントマーキングを持つグレーの表面を特徴とし、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ています。マルチプレックス・コモンアノードタイプとして設計されており、これはマルチ桁ディスプレイで必要なドライバピンを最小限に抑えるための標準構成です。

1.1 主な特長と利点

• コンパクトで読みやすい：0.4インチ（10.0 mm）の桁高を特徴とし、サイズと視認性の良いバランスを提供します。
• 優れた光学性能：高輝度と高コントラストを実現し、明確な文字表示を保証します。連続的で均一なセグメントは一体感のある外観を提供します。
• 省エネルギー：低消費電力であり、バッテリー駆動または省エネルギーを意識したアプリケーションに適しています。
• 優れた視野角：広い視野角を提供し、様々な位置からディスプレイを読むことができます。
• 高い信頼性：可動部品やフィラメントがない固体の信頼性の恩恵を受けます。
• 品質保証：デバイスは輝度でカテゴライズされており、指定されたビン内で一貫した明るさレベルを保証します。
• 環境適合性：パッケージは鉛フリーであり、RoHS（有害物質の使用制限）指令に準拠して製造されています。

1.2 デバイス識別

型番LTC-4627JRは、右側小数点付きのスーパーレッド、マルチプレックス・コモンアノードディスプレイを具体的に示しています。この命名規則は、デバイスの電気的構成と光学的特性を正確に識別するのに役立ちます。

2. 技術仕様の詳細

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発生する可能性のある限界を定義します。動作は常にこれらの範囲内で維持されるべきです。

• セグメントあたりの消費電力：最大70 mW。これを超えると過熱や故障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電流：最大90 mA、ただしパルス条件下（1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）でのみ。これはマルチプレキシングまたは短時間のテスト用です。
• セグメントあたりの連続順電流：25°Cで最大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、0.33 mA/°Cで直線的に低下します。例えば、50°Cでは、最大連続電流は約25 mA - (0.33 mA/°C * 25°C) = 16.75 mAとなります。
• 動作・保管温度範囲：-35°C から +85°C。
• はんだ付け条件：このデバイスは、はんだ浴が装着面から1/16インチ（≈1.6mm）下で260°C、3秒間のフローはんだ付けに耐えることができます。組立中、ユニットの本体温度はその最大定格を超えてはなりません。

2.2 電気的・光学的特性（25°Cにおける標準値）

これらは、指定されたテスト条件下で保証される性能パラメータです。

• 平均光度（I_V）：順電流（I_F）1 mAにおいて200-650 µcd。この広い範囲は、デバイスが輝度でビニングされていることを示しています。
• ピーク発光波長（λ_p）：I_F=20mAにおいて639 nm（標準）、スーパーレッド領域に位置します。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：20 nm（標準）、スペクトル純度を定義します。
• 主波長（λ_d）：631 nm（標準）、許容差±1 nm。
• セグメントあたりの順電圧（V_F）：I_F=20mAにおいて2.0Vから2.6V、許容差±0.1V。これはドライバ設計における重要なパラメータです。
• セグメントあたりの逆電流（I_R）：逆電圧（V_R）5Vにおいて最大100 µA。注：これはテスト条件です。連続的な逆バイアス動作は禁止されています。
• 光度マッチング比（I_V-m）：I_F=10mAにおいて最大2:1。これはセグメント間で許容される最大の明るさのばらつきを規定します。
• クロストーク：≤ 2.5%、隣接セグメントの意図しない発光が最小限であることを意味します。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、製品が輝度でカテゴライズされていることを示しています。これは、標準テスト電流（おそらく1mAまたは10mA）で測定された光出力に基づいてディスプレイを選別するビニングプロセスを意味します。設計者は、同じ輝度ビン（例：400-500 µcd）からデバイスを選択することで、アセンブリ内の複数ディスプレイ間で均一な明るさを確保し、注意事項で言及されている色調の不均一な問題を回避できます。この文書では波長/色や順電圧については明示的に詳細が記載されていませんが、このような分類はLED製造において一貫した性能を保証するために一般的です。

4. 性能曲線の分析

データシートは標準的な電気的/光学的特性曲線を参照しています。具体的なグラフは本文には記載されていませんが、このようなデバイスの標準的な曲線には通常以下が含まれます：

• I-V（電流対電圧）曲線：指数関数的関係を示し、典型的な順電圧（V_F）が約2.0-2.6Vであることを強調します。
• 輝度対順電流（I_V対 I_F）曲線：光出力が電流とともに最大定格限界までどのように増加するかを示します。これは、設計者が所望の明るさと効率のための動作点を選択するのに役立ちます。
• 輝度対周囲温度曲線：温度の上昇に伴う光出力の低下を示し、高温環境での熱管理の必要性を強調します。
• スペクトル分布：相対強度対波長のプロットで、639 nm（ピーク）と631 nm（主波長）を中心とし、指定された20 nmの半値幅を持ちます。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

この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：

• すべての寸法はミリメートル（mm）です。
• 特に指定がない限り、一般的な公差は±0.25 mmです。
• ピン先端シフト公差は±0.4 mmです。
• 欠陥の品質管理限界：セグメント上の異物≤10ミル、インク汚染≤20ミル、セグメント内の気泡≤10ミル。
• 反射板の曲がりは、その長さの≤1%に制限されます。

5.2 ピン接続と極性

このデバイスはコモンアノードタイプです。これは、各桁のLEDのアノードが内部で接続されていることを意味します。ピン配置は以下の通りです：

• ピン1, 2, 6, 8：それぞれ桁1、桁2、桁3、桁4のコモンアノード。
• ピン4：左側コロンセグメント（L1, L2, L3）のコモンアノード。
• 個々のセグメント（A, B, C, D, E, F, G, DP, L1, L2, L3）のカソード（負極端子）は、ピン3, 5, 7, 11, 13, 14, 15, 16に分散されています。
• ピン9, 10, 12は接続なしまたはピンなしとマークされています。

内部回路図：回路図はマルチプレックス構成を示しています。各桁のアノードは独立しており、同じセグメント位置（例：すべての'A'セグメント）のカソードは接続されています。特定の桁の特定のセグメントを点灯させるには、対応する桁のアノードピンをハイ（正電圧）に駆動し、対応するセグメントのカソードピンをロー（グランドまたはシンク電流）に駆動する必要があります。このマルチプレキシングは高速に行われ、すべての桁が同時に点灯しているように見せます。

6. はんだ付け、組立および保管ガイドライン

6.1 はんだ付け

絶対最大定格は、フローはんだ付けプロファイルを指定しています：装着面から1/16"下のはんだ浴で260°C、3秒間。リフローはんだ付けの場合は、ピーク温度がデバイスの最大温度定格を超えない標準的な鉛フリープロファイルを使用する必要があります。組立中にディスプレイ本体に機械的ストレスがかからないように注意する必要があります。

6.2 保管条件

適切な保管は、ピンの酸化と性能劣化を防ぐために重要です。

• LEDディスプレイ（LTC-4627JRなど）の場合：元の梱包で保管してください。推奨条件：温度5°Cから30°C、湿度60%RH以下。これらの条件外で保管された場合、または防湿バッグが6ヶ月以上開封されていた場合は、デバイスを60°Cで48時間ベーキングし、1週間以内に使用することを推奨します。
• 一般的な原則：大量の在庫を長期保管することは避けてください。新鮮さを保ち、スズメッキリードの酸化を防ぐために、在庫は迅速に消費してください。

7. アプリケーションノートと設計上の考慮事項

7.1 重要な使用上の注意

• 使用目的：通常の電子機器（オフィス、通信、家庭用）向けです。故障が生命や健康を危険にさらす可能性があるため、事前の相談と承認なしに安全が重要なアプリケーション（航空、医療、交通制御）には推奨されません。
• ドライバ設計：
  • 定電流駆動：一貫した明るさを確保し、LEDを熱暴走から保護するために、定電圧駆動よりも強く推奨されます。
  • 電圧範囲：ドライバ回路は、すべてのデバイスに意図した電流を供給するために、完全なV_F範囲（2.0V-2.6V）に対応する必要があります。
  • 逆電圧・過渡保護：回路は、金属移動やリーク電流の増加による損傷を防ぐために、電源投入/シャットダウン時の逆電圧や電圧スパイクから保護する必要があります。
  • 電流の低下率：最大周囲温度を考慮した後、25°C以上での低下率0.33 mA/°Cを使用して動作電流を選択してください。
• 環境：湿気の多い環境での急激な温度変化は避け、ディスプレイ上の結露を防いでください。
• 機械的：フロントパネルフィルム/グラフィックオーバーレイを使用する場合は、ディスプレイ表面に直接押し付けないようにしてください。アプリケーションが落下/振動テストを含む場合は、事前にテスト条件を共有して評価を受けてください。
• 複数ディスプレイユニットのマッチング：1つのユニットに2つ以上のディスプレイを組み立てる場合は、均一な外観を確保するために、同じ輝度ビンからのデバイスを使用してください。

7.2 典型的なアプリケーションシナリオ

LTC-4627JRは、明確で中サイズ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。例えば：

• 試験・測定機器（マルチメータ、電源装置）。
• 産業用制御パネルおよびタイマー。
• 民生用機器（電子レンジ、オーブン、オーディオ機器）。
• 販売時点情報端末および基本情報表示。
• ホビイストおよびプロトタイピングプロジェクト。

8. 技術比較と差別化

標準的なGaAsPやGaP赤色LEDなどの古い技術と比較して、LTC-4627JRのAlInGaPスーパーレッドLEDチップは、大幅に高い輝度と効率を提供します。一部の現代的な白色照明またはサイドライトディスプレイと比較して、純粋な赤色表示において優れた色飽和度と視野角を提供します。その0.4インチの桁サイズは、小さくて読みにくいディスプレイと大きくてより多くの電力を消費するディスプレイの間のニッチを埋めます。コモンアノードマルチプレックス設計は、マルチ桁ディスプレイのためのコスト効率が高くピン効率の良い標準ですが、スタティック駆動タイプよりも複雑なドライバICを必要とします。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: LTC-4627JRにはどのドライバICを使用すべきですか？

A: コモンアノードピンに電流を供給し、セグメントカソードピンから電流をシンクできるマルチプレキシングドライバが必要です。一般的な選択肢は、MAX7219やTM16xxシリーズなどの専用LEDドライバIC、または十分なGPIOピンと電流容量を持つマイクロコントローラ（必要に応じて外部トランジスタを使用）です。

Q2: 電流制限抵抗はどのように計算しますか？

A: オームの法則を使用します：R = (V_電源- V_F) / I_F。計算にはデータシートの最大V_F（2.6V）を使用して、デバイスのばらつきがあっても電流が選択したI_Fを決して超えないようにします。5V電源で所望のI_Fが10 mAの場合：R = (5V - 2.6V) / 0.01A = 240 Ω。マルチプレックス回路では、抵抗は常にカソード（シンク）側に配置してください。

Q3: 屋外で使用できますか？

A: 動作温度範囲（-35°C から +85°C）は多くの屋外環境に対応しています。ただし、日光下での視認性（高コントラストが役立ちます）、結露の可能性（急激な温度変化を避ける）、およびデバイス自体が防水ではないため、湿気や汚れの侵入を防ぐために保護窓の後ろにディスプレイを密閉することを考慮してください。

Q4: なぜ定電流駆動が推奨されるのですか？

A: LEDの順電圧（V_F）は温度やデバイスごとに変化します。直列抵抗を持つ定電圧源は近似的な定電流を提供しますが、変動する可能性があります。真の定電流源は、LEDが常に正確に設計された電流を得ることを保証し、特に-35°Cから+85°Cの範囲で一貫した明るさと長寿命につながります。

10. 設計事例

シナリオ：シンプルな4桁カウンター/タイマーの設計。

設計者は、視認性と標準インターフェースのためにLTC-4627JRを選択します。内蔵タイマーと十分なI/Oを持つマイクロコントローラを使用します。4つのGPIOピンは、必要な電流を供給するために小さなNPNトランジスタ（例：2N3904）を介して桁アノード（ピン1,2,6,8）を駆動する出力として設定されます。他の7つのGPIOピン（小数点用に1つ追加）はオープンドレイン出力として設定され、セグメントカソード（A-G, DP）に直接接続され、それぞれ220Ωの直列抵抗をグランドに接続して、5V電源からセグメント電流を約10-12mAに設定します。ファームウェアはマルチプレキシングルーチンを実装し、一度に1つの桁アノードをオンにしながら、その桁の適切なセグメントカソードをアクティブにし、4桁すべてを高速（>60Hz）で循環させます。グレーの表面/白いセグメントは、製品のフロントパネルの濃色アクリル窓の後ろで優れたコントラストを提供します。

11. 動作原理

LTC-4627JR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。ダイオードのオン電圧（≈2.0V）を超える順バイアス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合金の特定の組成は、バンドギャップエネルギーを決定し、これは直接発光の波長（色）に対応します—この場合、約631-639 nmのスーパーレッドです。不透明なGaAs基板は、光を上方に反射するのに役立ち、全体的な光出力効率を向上させます。7セグメントパターンは、各セグメント領域の下に個々のLEDチップまたはチップアレイを配置し、内部マルチプレキシングマトリックスを介して接続することで作成されます。

12. 技術トレンド

LTC-4627JRのような個別の7セグメントディスプレイは、そのシンプルさ、高輝度、広い視野角のために特定のアプリケーションで重要な役割を果たし続けていますが、より広範なトレンドは、統合ドットマトリックスディスプレイ（LEDおよびOLED）およびTFT LCDに向かっています。これらは、文字、グラフィックス、アニメーションの表示においてより大きな柔軟性を提供します。しかし、数字、いくつかの文字、極端な明瞭さ/信頼性のみが必要なアプリケーションでは、7セグメント技術は進化し続けています。トレンドには、さらに高効率の材料、より低い動作電圧、自動組立のための表面実装デバイス（SMD）パッケージ、およびシステム設計をさらに簡素化しマイクロコントローラのピン数を減らすための統合ドライバと通信インターフェース（I2CやSPIなど）を備えたディスプレイが含まれます。