LTC-5753JD-01 LEDディスプレイ データシート - 0.56インチ 桁高 - ハイパーレッド (650nm) - 順電圧 2.6V - 消費電力 70mW - 技術文書

1. 製品概要

LTC-5753JD-01は、鮮明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、高性能な4桁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、4つの独立した桁にわたって数値データを視覚的に表現することであり、各桁は個別にアドレス可能な7つのLEDセグメントと小数点で構成されています。本デバイスは、計器パネル、産業用制御システム、試験装置、民生電子機器、および信頼性の高い複数桁の数値表示が不可欠なあらゆるインターフェースへの統合のために設計されています。

このディスプレイの中核的な利点は、ハイパーレッドLEDチップに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いる点にあります。この材料システムは、赤橙色スペクトルにおける高い効率と優れた発光強度で知られています。本ディスプレイは、白いセグメントを持つライトグレーの表示面を特徴としており、様々な照明条件下でのコントラストと視認性を大幅に向上させ、優れた文字表示に貢献しています。デバイスは発光強度で分類されており、複数ユニットを設置する際の均一な視覚性能のために、生産ロット間で一貫した輝度レベルを保証します。

2. 技術仕様詳細解説

このセクションでは、データシートに定義された主要な技術パラメータについて、設計とアプリケーションにおける重要性を説明しながら、詳細かつ客観的な分析を提供します。

2.1 測光・光学特性

光学性能は、ディスプレイの機能性の中核です。主要パラメータは標準化された試験条件（通常Ta=25°C）で測定されます。

• 平均光度 (I_V):順方向電流 (I_F) 1mAにおいて、最小200 µcdから代表値650 µcdの範囲です。このパラメータは、CIE明所視応答曲線に近似するフィルターを使用して、点灯セグメントの人間の目で知覚される明るさを定量化します。高い代表値は良好な視認性を保証します。
• ピーク発光波長 (λ_p):650ナノメートル (nm)。これはLEDの光出力が最大となる波長です。ハイパーレッドの色特性を定義します。
• 主波長 (λ_d):639 nm。これは、LED光の知覚色を人間の目に最もよく一致させる単一波長です。発光スペクトルの形状により、ピーク波長と主波長の差はLEDでは典型的なものです。
• スペクトル半値幅 (Δλ):20 nm。これは、発光の帯域幅を指定するもので、スペクトルパワー分布の半値全幅 (FWHM) として測定されます。20 nmの値は、比較的純粋で飽和した赤色を示しています。
• 光度マッチング比 (I_V-m):最大2:1。これは表示の均一性にとって重要なパラメータです。同一条件 (I_F=1mA) で駆動した場合、同一デバイス内のいずれか1つのセグメントの光度が、他のいずれかのセグメントの2倍を超えてはならないことを規定します。これにより、1桁内のすべてのセグメント間でバランスの取れた明るさが保証されます。

2.2 電気的・熱的特性

これらのパラメータは、信頼性と安全性を確保するための電気的動作限界と条件を定義します。

• セグメントあたり順電圧 (V_F):代表値2.6V、I_F=20mA時最大2.6V。これはLEDセグメントが電流を導通しているときの両端の電圧降下です。駆動段の電流制限回路設計にとって極めて重要です。
• セグメントあたり連続順電流 (I_F):25°C時最大25 mA。これは、劣化のリスクなく単一セグメントに連続的に印加できる最大DC電流です。データシートは25°C以上で0.33 mA/°Cのデレーティング係数を規定しており、接合温度を管理するために周囲温度が上昇すると最大許容電流が減少することを意味します。
• セグメントあたりピーク順電流:最大90 mA。これは、デューティ比1/10、パルス幅0.1msのパルス条件下でのみ許容されます。これにより、平均消費電力を制限内に保ちながら、知覚される明るさを得るために高い瞬時電流を使用するマルチプレクシング方式が可能になります。
• セグメントあたり逆電圧 (V_R):最大5 V。これより高い逆バイアス電圧を印加すると、LED接合部の即時的かつ致命的な故障を引き起こす可能性があります。
• セグメントあたり逆電流 (I_R):V_R=5V時最大100 µA。これは、LEDが最大定格内で逆バイアスされているときに流れるわずかなリーク電流です。
• セグメントあたり消費電力 (P_D):最大70 mW。これは単一セグメントで熱として消費できる最大電力です。主にI_F* V_Fによって決まるこの制限を超えると、過熱や寿命の短縮を招く可能性があります。

2.3 絶対最大定格と環境制限

これらは、いかなる状況下でも（一瞬たりとも）超えてはならないストレス限界です。これらの定格を超えて動作させると、永久損傷を引き起こす可能性があります。

• 動作温度範囲:-35°C から +85°C。デバイスはこの周囲温度範囲内で動作することが保証されていますが、順電流などの電気的パラメータは高温時にデレーティングが必要になる場合があります。
• 保存温度範囲:-35°C から +85°C。デバイスは動作させずにこの範囲内で保存できます。
• はんだ付け温度:最大260°C、最大3秒間（実装面から1.6mm (1/16インチ) 下で測定）。これは、LEDチップやパッケージへの熱ダメージを防ぐための、フローはんだ付けやリフロー工程にとって極めて重要です。

3. ビニングと分類システム

データシートは、デバイスが発光強度で分類されていると明記しています。これは生産時のビニング工程を示しています。この抜粋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分類には、標準試験電流（例：I_F=1mA）で測定された発光強度に基づいてユニットをグループ化することが含まれます。これにより、単一製品に複数のディスプレイを調達する設計者が、すべてのユニット間で均一な輝度を達成できるようになり、プロフェッショナルな外観の最終製品にとって不可欠です。順電圧や主波長などの他の主要パラメータも、一貫した性能を保証するために指定された許容差内で管理されていることが示唆されています。

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記述されていませんが、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：

• 相対光度 vs. 順電流 (I_Vvs. I_F):電流の増加に伴う明るさの増加を示します。高電流では加熱や効率低下により通常は準線形以下の挙動になります。
• 順電圧 vs. 順電流 (V_Fvs. I_F):ダイオードの指数関数的なI-V特性を示し、定電流ドライバの設計に重要です。
• 相対光度 vs. 周囲温度 (I_Vvs. T_a):接合温度の上昇に伴いLED出力がどのように減少するかを示し、熱管理の重要性を強調します。
• スペクトルパワー分布:650nmピークを中心とした波長スペクトル全体での発光強度を示すグラフです。

これらの曲線により、設計者は非標準動作条件下での性能を予測し、効率と長寿命のために駆動回路を最適化することができます。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 物理寸法と外形

パッケージ図面が参照されています。標準的な4桁0.56インチディスプレイの主な特徴には、4つの桁を横並びに収めた全体モジュールサイズ、標準DIP（デュアル・インライン・パッケージ）ソケットまたはPCBフットプリントと互換性のあるピン間隔、および14.2 mmのセグメント高さが含まれます。連続した均一なセグメントという特徴は、単一の成形前面板で実現されることが多い、桁間のシームレスな外観を示唆しています。寸法公差は特に指定がない限り、通常±0.25 mmです。

5.2 ピン接続と回路図

デバイスは12ピン構成です。これはコモンカソードマルチプレクシングアーキテクチャを採用しています。これは、特定の桁のすべてのLEDのカソード（負側）が内部で接続され、各セグメントタイプ（A-G、DP）のアノード（正側）がすべての桁で共有されることを意味します。

• ピン 6, 8, 9, 12:これらはそれぞれ、桁4、桁3、桁2、桁1のコモンカソードピンです。
• ピン 1, 2, 3, 4, 5, 7, 10, 11:これらはそれぞれ、セグメントE、D、DP、C、G、B、F、Aのアノードピンです。

内部回路図は、アノードがセグメント線に、カソードがそれぞれの桁線に接続された、4セットの7個のLED（プラスDP）の配置を示すでしょう。この構造はマルチプレクシング駆動技術の基本です。

6. はんだ付けと実装ガイドライン

信頼性のため、指定されたはんだ付けプロファイルへの遵守は必須です。はんだ付け温度の絶対最大定格は260°C、3秒間です。実際には、安全マージンを確保するために、ピーク温度をこの最大値よりわずかに低くした（例：250°C）鉛フリーリフロープロファイルが推奨されます。測定ポイント（実装面から1.6mm下）は、リフロー炉内の熱風温度ではなく、パッケージリードの温度を表すため、極めて重要です。高温への長時間の曝露は、内部ワイヤーボンドの損傷、LEDエポキシの劣化、またはデラミネーションを引き起こす可能性があります。はんだごてによる手はんだ付けは、PCBパッドに十分な放熱対策を施し、迅速に行うべきです。組立中は常に適切なESD（静電気放電）取り扱い手順に従う必要があります。

7. アプリケーション提案

7.1 代表的なアプリケーション回路

LTC-5753JD-01はマルチプレクス（多重化）動作のために設計されています。代表的な駆動回路には、マイクロコントローラまたは専用の表示ドライバIC（例：MAX7219、TM1637）が含まれます。ドライバは、その桁に対して正しいパターンのセグメントアノード電圧（電流制限抵抗を介して）を印加しながら、一度に1つの桁カソードを順次アクティブに（電流をグランドにシンク）します。このサイクルは高周波数（通常>100Hz）で繰り返され、残像効果を利用して4桁すべてが連続点灯しているように見せます。この方法により、必要な駆動ピン数を36本（4桁 * 9セグメント）からわずか12本（8セグメント + 4桁）に大幅に削減できます。

7.2 設計上の考慮点とベストプラクティス

• 電流制限抵抗:各セグメントアノードラインに必須です。抵抗値は、電源電圧 (V_CC)、LED順電圧 (V_F)、および所望のセグメント電流 (I_F) に基づいて計算されます。式: R = (V_CC- V_F) / I_F。マルチプレクシングの場合、I_Fはピーク電流であり、平均電流ではありません。
• マルチプレクシング周波数とデューティ比:目に見えるちらつきを避けるのに十分な高周波数（通常>60-100 Hz）が必要です。4桁マルチプレクスにおける各桁のデューティ比は1/4（25%）です。電流Iで静的に駆動されたLEDと同じ知覚輝度を得るためには、そのアクティブタイムスロット中のピーク電流は約4Iである必要があります。これはピーク電流定格（90mA）に対して確認する必要があります。
• 電源デカップリング:マルチプレクシングのパルス電流要求を平滑化するために、0.1µFのセラミックコンデンサを表示モジュールの電源ピンの近くに配置してください。
• 視野角:広い視野角機能は、ディスプレイが軸外位置から見られる可能性のあるアプリケーションで有益です。PCB実装は、意図されたユーザーの視線を考慮する必要があります。

8. 技術比較と差別化

標準的なGaAsPやGaP赤色LEDなどの旧来の技術と比較して、AlInGaPハイパーレッドLEDは著しく高い発光効率を提供し、同じ駆動電流でより高い輝度、または同じ輝度でより低い消費電力を実現します。650nmの波長は、鮮やかで深みのある赤色を提供します。コモンアノード構成と比較して、コモンカソード構成は、電流を供給するよりもシンク（グランドに流す）方が得意な現代のマイクロコントローラとのインターフェースがしばしばより便利です。0.56インチの桁高さは、中距離視認に適したカテゴリーに位置付けられ、小型SMDディスプレイより大きく、大型パネル実装ユニットより小さくなっています。

9. よくある質問 (FAQ)

Q: このディスプレイをマルチプレクシングせずに一定のDC電圧で駆動できますか？

A: 技術的には可能ですが、非常に非効率的であり、多数のI/Oピン（桁あたりセグメントごとに1本）が必要です。マルチプレクシングが意図された最適な動作方法です。

Q: なぜピーク電流定格は連続電流定格よりもずっと高いのですか？

A: これは熱制限によるものです。短いパルス中は、LED接合部が著しく加熱する時間がなく、最大接合温度を超えることなく高い瞬時電流を許容できます。この特性はマルチプレクシングで利用されています。

Q: 光度マッチング比の目的は何ですか？

A: 視覚的な均一性を保証します。この仕様がないと、同じ桁内で1つのセグメント（例：セグメントA）が他のセグメント（例：セグメントD）よりも明らかに明るかったり暗かったりし、不均一でプロフェッショナルでない外観を作り出す可能性があります。

Q: 平均消費電力はどのように計算しますか？

A: マルチプレクスされたディスプレイの場合、点灯時の1セグメントの電力 (I_{F_peak}* V_F) を計算し、それを代表的な桁で点灯するセグメント数（例：8の場合は7）で乗算し、さらにデューティ比（4桁マルチプレクスの場合は1/4）で乗算します。これにより1桁の平均電力が得られます。モジュール全体の電力は4倍します。ドライバIC自体の消費電力も含めることを忘れないでください。

10. 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。AlInGaP LEDセグメントの両端に、ダイオードのオン電圧（約2.1-2.6V）を超える順バイアス電圧が印加されると、電子と正孔が活性領域に注入され、そこで再結合します。この再結合プロセスにより、AlInGaP材料のバンドギャップに特徴的な波長（ハイパーレッド領域、~650nm）の光子（光）の形でエネルギーが放出されます。内部回路はマトリックス（桁ごとのコモンカソード、セグメントタイプごとのコモンアノード）に配置されており、時分割多重化を可能にしています。これにより、任意の瞬間には電気的に1桁のみがアクティブですが、高速の順次走査によりすべてが点灯しているように見えます。

11. 業界動向とトレンド

LTC-5753JD-01のようなディスプレイは、成熟した信頼性の高い技術を代表しています。OLEDや高解像度ドットマトリックスLCDなどの新しい表示技術がグラフィックスやカスタムフォントにより柔軟性を提供する一方で、7セグメントLEDディスプレイは、極端な信頼性、高輝度、広視野角、低コスト、シンプルさを優先するアプリケーション、特に産業、自動車、屋外環境において依然として支配的です。このセグメント内のトレンドは、より高い効率（ワットあたりのルーメン）による低消費電力と発熱の低減、および自動組立のための表面実装デバイス（SMD）パッケージに向かっていますが、このようなスルーホールパッケージは、試作、修理、および特定の頑丈なアプリケーションで人気を保っています。旧来のGaAsPに対するAlInGaPのような先進的な半導体材料の使用は、この効率主導のトレンドの直接的な結果です。