LTC-4727JR 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 - 順方向電圧2.6V - 技術文書

1. 製品概要

LTC-4727JRは、明確で視認性の高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、4桁7セグメントLEDディスプレイモジュールです。桁高0.4インチ（10.0 mm）により、遠方からの優れた視認性を提供します。本デバイスは、スーパーレッド色の出力を実現するために、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います。この材料システムは、非透明なGaAs基板上に成長させたもので、高効率と高安定性で知られています。表示部はグレーの面と白いセグメントを特徴としており、これらが連携して高いコントラストを提供し、様々な照明条件下での文字の判読性を向上させます。主なターゲット市場は、産業用制御パネル、試験・計測機器、POSシステム、信頼性の高い明るい数値表示が重要なその他の電子機器です。

1.1 主な特長

• 0.4インチ（10.0mm）桁高：大きく、読みやすい文字を提供します。
• 連続均一セグメント：点灯セグメントに隙間や不規則性がなく、一貫性のあるプロフェッショナルな視覚的外観を確保します。
• 低消費電力：バッテリー駆動や省エネルギーを考慮したアプリケーションに適した効率的な設計です。
• 優れた文字表示：グレーの面と白いセグメントの高いコントラストが、シャープで明確な数字を提供します。
• 高輝度 & 高コントラスト：AlInGaPチップは強力なスーパーレッド光を生成し、明るい環境下でも視認可能です。
• 広い視野角：広範囲の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。
• ソリッドステートの信頼性：LEDは、他の表示技術と比較して、長い動作寿命、耐衝撃性、耐振動性を提供します。
• 光度による選別：デバイスは一貫した輝度レベルで選別（ビニング）されており、複数ディスプレイのアプリケーションに役立ちます。
• 無鉛パッケージ（RoHS準拠）：有害物質を制限する環境規制に従って製造されています。

1.2 デバイス識別

型番LTC-4727JRは、AlInGaPスーパーレッドLEDと右側小数点構成を備えた、マルチプレックス・コモンカソード・ディスプレイを具体的に示しています。この命名規則により、設計者は部品の電気的構成と光学的特性を迅速に識別できます。

2. 機械的仕様とパッケージ情報

LTC-4727JRの物理的寸法は、最終製品設計への適切な統合において重要です。パッケージは、プリント基板（PCB）に実装するためのピンを備えた標準的なスルーホール型です。主要な寸法はすべてミリメートルで提供され、特に指定がない限り一般的な公差は±0.25 mmです。主な機械的注意事項には、ピン先端のシフト許容値、セグメント表面の異物やインク汚染の制限、セグメント領域内の最大許容気泡サイズが含まれます。反射板のわずかな曲がりは、その長さの1%まで許容されます。最適な機械的適合性と信頼性の高いはんだ接合を得るために、ディスプレイピン用のPCB穴径は0.9 mmを推奨します。

3. 電気的構成とピン配置

3.1 内部回路図

LTC-4727JRは、マルチプレックス・コモンカソード構造を採用しています。これは、各桁のLEDのカソードが内部で接続され、各セグメント（AからG、およびDP）のアノードが4桁すべてで共有されていることを意味します。この設計により、必要な駆動ピン数を32本（4桁 * 8セグメント）からわずか12本に大幅に削減し、マイクロコントローラとのインターフェースに非常に効率的です。

3.2 ピン接続詳細

16ピンデュアルインチパッケージのピン割り当ては以下の通りです：
ピン 1: 桁1 コモンカソード
ピン 2: 桁2 コモンカソード
ピン 3: セグメントD アノード
ピン 4: セグメントL1, L2, L3 コモンカソード（コロンやその他のインジケータ用と思われる）
ピン 5: セグメントE アノード
ピン 6: 桁3 コモンカソード
ピン 7: 小数点（DP）アノード
ピン 8: 桁4 コモンカソード
ピン 9: 未接続
ピン 10: ピンなし
ピン 11: セグメントF アノード
ピン 12: ピンなし
ピン 13: セグメントCおよびL3 アノード
ピン 14: セグメントAおよびL1 アノード
ピン 15: セグメントG アノード
ピン 16: セグメントBおよびL2 アノード
ピン9、10、12は未接続または欠如しており、これはパッケージサイズを標準化するためのディスプレイピン配置における一般的な慣行です。

4. 定格と特性

4.1 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のあるストレスの限界を定義します。周囲温度（Ta）25°Cで規定されています。
セグメントあたりの電力損失：最大70 mW。
セグメントあたりのピーク順方向電流：90 mA、ただしパルス条件下（デューティサイクル1/10、パルス幅0.1 ms）のみです。この定格は、短時間の高電流マルチプレキシング用です。
セグメントあたりの連続順方向電流：25°Cで25 mA。この電流は、25°Cを超える毎に1°Cあたり0.33 mAで線形に減額する必要があり、過熱を防止します。
動作・保管温度範囲：-35°C ～ +85°C。
はんだ付け条件：ディスプレイは、はんだがシーティングプレーンから1/16インチ（約1.6 mm）下に適用され、260°Cで最大3秒間の波はんだ付けまたは手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最大定格を超えてはなりません。

4.2 電気的・光学的特性

これらはTa=25°Cにおける代表的な動作パラメータであり、通常使用時のデバイスの性能を定義します。
平均光度（Iv）：順方向電流（IF）1 mAで駆動した場合、セグメントあたり最小320 µcdから代表値975 µcdの範囲です。この高輝度が主な特長です。
ピーク発光波長（λp）：639 nmで、出力はスペクトルの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で、発光のスペクトル純度を示します。
主波長（λd）：631 nmで、公差は±1 nmと狭く、ユニット間で一貫した色出力を保証します。
チップあたりの順方向電圧（VF）：IF=20 mAで代表値2.6V、範囲は2.0Vから2.6V、公差は±0.1Vです。このパラメータは駆動回路設計において重要です。
セグメントあたりの逆方向電流（IR）：逆方向電圧（VR）5Vを印加した場合、最大100 µAです。これは試験条件であり、連続的な逆バイアス動作は禁止されていることに注意してください。
光度マッチング比：類似の光領域内のLED間で最大2:1です。これは、ディスプレイ内の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。
クロストーク仕様：≤ 2.5%で、マルチプレキシング中に非選択セグメントの不要な発光を最小限に抑えます。

4.3 代表的な性能曲線分析

抜粋では特定の曲線データポイントは提供されていませんが、このようなデバイスの代表的な曲線には以下が含まれます：
順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）：指数関数的関係を示し、目標電流に必要な駆動電圧を決定するために重要です。曲線は温度とともにシフトします。
光度 vs. 順方向電流（I-L曲線）：光出力が電流とともにどのように増加するかを示し、動作範囲内ではほぼ線形関係にあり、非常に高い電流では効率が低下します。
光度 vs. 周囲温度：接合温度が上昇するにつれて光出力が減額される様子を示します。AlInGaP LEDは、他の技術と比較して一般的に優れた高温性能を示します。
スペクトル分布：相対強度を波長に対してプロットしたグラフで、中心は639 nm、半値幅20 nmであり、スーパーレッドの色点を確認します。

5. アプリケーションガイドラインと設計上の考慮事項

5.1 一般的なアプリケーション注意事項

このディスプレイは、標準的な商業用および産業用電子機器を対象としています。例外的な信頼性要件があるアプリケーションや、故障が安全性を脅かす可能性があるアプリケーションでは、設計採用前に必ず相談が必要です。損傷を避けるために、絶対最大定格の遵守が不可欠です。推奨駆動電流や動作温度を超えると、光出力の劣化を加速し、早期故障につながる可能性があります。駆動回路には、電源投入時の逆電圧や過渡スパイクに対する保護を組み込む必要があります。順方向電圧の変動に関わらず安定した光度を確保するために、定電圧駆動よりも定電流駆動方式を強く推奨します。回路は、全VF範囲（2.0Vから2.6V）に対応できるように設計され、意図した電流がすべてのセグメントに供給されることを保証しなければなりません。

5.2 回路設計と熱管理

安全動作電流は、予想される最大周囲温度に基づいて選択し、25°Cを超える場合に規定の減額係数0.33 mA/°Cを適用する必要があります。回路設計では、逆バイアスは厳密に回避しなければなりません。逆バイアスはLEDチップ内の金属移動を誘発し、リーク電流の増加や短絡を引き起こす可能性があります。設計者は、電流制限抵抗またはコモンカソードマルチプレキシング用に構成された専用LEDドライバICを実装すべきです。特に湿潤環境での急激な周囲温度変化は、ディスプレイ上に結露を引き起こし、電気的または光学的な問題につながる可能性があるため、避けるべきです。

5.3 機械的および組立上の考慮事項

組立中は、ディスプレイ本体に異常な力を加えないでください。感圧接着剤を使用して装飾フィルムやフィルターを適用する場合、このフィルムが前面パネルと直接密着するようにすることは推奨されません。外力によりフィルムがずれる可能性があります。1セットで2つ以上のディスプレイを使用するアプリケーションでは、ユニット間の目立つ輝度や色調の違いを防ぐために、同じ光度ビンからのディスプレイを使用することを強く推奨します。最終製品がディスプレイに落下試験や振動試験を要求する場合、互換性を確保するために、特定の試験条件を事前に評価すべきです。

6. 保管と取り扱い

はんだ付け性と性能を維持するために、LEDディスプレイは、温度5°C～30°C、相対湿度60%以下の管理された条件下で、元の防湿包装内に保管する必要があります。これらの条件外での長期保管、または防湿バッグを開封して6ヶ月以上経過すると、ピンの酸化を引き起こす可能性があります。長期保管を避け、製品をタイムリーに消費する在庫管理が推奨されます。酸化が疑われる場合は、使用前にピンの再はんだ付けが必要になる場合があります。

7. 技術比較と差別化

LTC-4727JRは、スーパーレッド発光にAlInGaP技術を使用することで差別化されています。従来のGaAsPやGaPベースの赤色LEDと比較して、AlInGaPは著しく高い発光効率を提供し、同じ駆動電流でより大きな輝度を実現します。グレーの面と白いセグメントの組み合わせは、拡散面や着色面を持つディスプレイと比較して優れたコントラストを提供します。マルチプレックス・コモンカソード設計は、多桁ディスプレイの標準的でありながら効率的な構造であり、システムコストと複雑さを削減します。0.4インチの桁サイズは、小さなインジケータと大きなパネルディスプレイの中間に位置し、中程度の距離から情報を読み取る必要がある機器に理想的です。

8. よくある質問（FAQ）

Q: ピーク波長と主波長の違いは何ですか？
A: ピーク波長（λp）は、発光スペクトルの強度が最大となる波長（639 nm）です。主波長（λd）は、LEDの知覚される色に一致する単色光の単一波長（631 nm）です。色の仕様にはλdがより関連します。

Q: なぜ定電流駆動が推奨されるのですか？
A: LEDの輝度は、主に電圧ではなく電流の関数です。順方向電圧（VF）はユニットごとに、また温度によって変動します。定電流源は、これらのVF変動に関わらず、所望の光度が一貫して達成されることを保証します。

Q: 専用ドライバICを使用しない場合、このディスプレイの直列抵抗はどのように計算しますか？
A: 単純な静的駆動（マルチプレックスしない）の場合、オームの法則を使用します：R = (電源電圧 - VF_合計) / IF。VF_合計は直列接続されたセグメント（もしあれば）の順方向電圧の合計です。IFは連続定格内（例：10-20 mA）で選択し、抵抗での電力損失が許容範囲内であることを確認します。マルチプレックス駆動の場合、ピーク電流定格とデューティサイクルを使用して平均電流を計算します。

Q: 光度による選別とはどういう意味ですか？
A: 製造工程中、ディスプレイは標準試験電流での測定光出力に基づいて試験され、選別（ビニング）されます。これにより、設計者は同じ輝度ビンからのユニットを購入でき、複数のディスプレイを並べて使用する際の視覚的な均一性を確保できます。

9. 設計・使用事例

シナリオ：卓上デジタルマルチメータのディスプレイ設計
LTC-4727JRは優れた候補です。0.4インチの桁は、作業台上で明確な視認性を提供します。設計者は、十分なI/Oピンを備えたマイクロコントローラを使用して、4つのコモンカソードと7-8本のセグメントアノードを時分割マルチプレックス方式で駆動します。専用LEDドライバ・ポートエキスパンダを使用して、このタスクをMCUからオフロードすることもできます。回路には、各セグメントアノードラインに電流制限抵抗を含めます。電流値は、十分な輝度を提供しながら、予想される最大筐体内温度（例：50°C）に対する減額限界内に収まるように選択します（例：15 mA）。スーパーレッド色は長時間の視認に目に優しいです。PCBレイアウトでは、電圧レギュレータなどの主要な熱源からディスプレイを離して配置するように注意します。電圧スパイクを避けるために、フィルタリングされた安定した電源を使用します。最後に、明るい実験室照明下でのコントラストを向上させるために、中性密度フィルターや防眩ウィンドウをディスプレイ上に配置する場合がありますが、使用する場合は装飾フィルムがずれる可能性のある圧力を加えないように注意します。