LTC-4627JD-01 LEDディスプレイ データシート - 0.4インチ桁高 - ハイパーレッド - 順電圧2.6V - 消費電力70mW - 技術文書

1. 製品概要

LTC-4627JD-01は、数値表示用途向けに設計された4桁7セグメントLEDディスプレイです。各桁の高さは0.4インチ（10.0 mm）で、様々な電子機器のインターフェースに適した、明瞭で読みやすい文字を提供します。本デバイスは、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、ハイパーレッド発光を実現しています。グレーの面に白いセグメントを配し、コントラストと視認性を高めています。表示部はマルチプレックス・コモンアノード型として構成されており、これはマルチ桁表示において必要なドライバピン数を最小限に抑える標準的な構成です。

1.1 主な特長

• 桁高：0.4インチ（10.0 mm）。
• セグメント設計：連続的で均一なセグメントにより、文字表示の一貫性を確保。
• 電力効率：低消費電力。
• 光学性能：優れた文字表示、高輝度、高コントラスト。
• 視野角：広い視野角。
• 信頼性：ソリッドステートの高い信頼性。
• 品質管理：光度による選別（ビニング）を実施。
• 環境適合性：RoHS指令に準拠した鉛フリーパッケージ。

1.2 デバイス識別

型番LTC-4627JD-01は、AlInGaPハイパーレッドLEDを搭載したマルチプレックス・コモンアノード表示器であり、右側小数点を含むことを特記します。

2. 技術仕様詳細

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生じる可能性がある限界値を定義します。これらの条件下での動作は保証されません。

• セグメントあたりの消費電力：70 mW
• セグメントあたりのピーク順電流：90 mA（デューティサイクル1/10、パルス幅0.1ms時）
• セグメントあたりの連続順電流：25 mA（25°C時）、25°C以上では0.28 mA/°Cで直線的に低下。
• 動作温度範囲：-35°C ～ +105°C
• 保存温度範囲：-35°C ～ +105°C
• はんだ付け条件：260°Cでのフローはんだ付けを3秒間。はんだ付け点は、表示器本体の実装面から少なくとも1/16インチ（約1.6 mm）下に位置させること。

2.2 電気的・光学的特性

代表的な性能パラメータは、周囲温度（Ta）25°Cで測定された値です。

• 平均光度（I_V）：200 - 650 μcd（I_F= 1 mA時）。これは輝度の主要な指標です。
• ピーク発光波長（λ_p）：650 nm（I_F= 20 mA時）。これは発光強度が最も高い波長です。
• スペクトル半値幅（Δλ）：20 nm（I_F= 20 mA時）。これは色純度を示し、値が小さいほど単色光に近いことを意味します。
• 主波長（λ_d）：639 nm（I_F= 20 mA時）。これは人間の目が知覚する波長です。
• チップあたりの順方向電圧（V_F）：2.1 V（最小）、2.6 V（代表値）（I_F= 20 mA時）。許容差は±0.1V。
• セグメントあたりの逆方向電流（I_R）：最大100 μA（V_R= 5V時）。注：これは試験条件であり、連続的な逆バイアス動作は許可されません。
• 光度マッチング比：最大2:1（同一発光領域内のセグメント間、I_F= 1 mA時）。これはセグメント間の輝度均一性を保証します。
• クロストーク：≤ 2.5%。これは、一方のセグメントが点灯し他方が消灯している際の、隣接セグメント間での光漏れの最大許容量を規定します。

2.3 光度のビニングシステム

LEDは、順電流10 mAで測定された光度に基づいて選別（ビニング）されています。これにより、設計者は用途に応じて一貫した輝度レベルの表示器を選択できます。ビニングテーブルは以下の通りです：

• ビン E：200 - 320 μcd
• ビン F：321 - 500 μcd
• ビン G：501 - 800 μcd
• ビン H：801 - 1300 μcd
• ビン J：1301 - 2100 μcd

選択されたビン内での光度許容差は±15%です。一つのアセンブリで複数の表示器を使用するアプリケーションでは、輝度の目立つ違い（色むら）を避けるため、同じビンからの表示器を使用することを強く推奨します。

3. 機械的・パッケージ情報

3.1 パッケージ寸法

本表示器は標準的なデュアル・インライン・パッケージ（DIP）のフットプリントに準拠しています。特に指定のない限り、全ての寸法はミリメートル単位で、一般公差は±0.25 mmです。主な機械的注意点は以下の通りです：

• ピン先端位置ずれ公差：±0.4 mm。
• セグメント上の異物：≤ 10 mil（約0.254 mm）。
• 反射板の曲がり：≤ 長さの1%。
• セグメント内の気泡：≤ 10 mil。
• 表面のインク汚染：≤ 20 mil（約0.508 mm）。
• ピン用推奨PCB穴径：1.0 mm。

3.2 ピン配置と回路図

本表示器は16ピン構成ですが、物理的に存在しない、または電気的に接続されていないピンもあります。マルチプレックス・コモンアノード型です。内部回路図は、4つのコモンアノードピン（各桁用）と、各セグメント（A-GおよびDP）の共有カソードピンを示しています。ピン接続テーブルは以下の通りです：

• ピン 1： 桁1 コモンアノード
• ピン 2： 桁2 コモンアノード
• ピン 3： セグメントD カソード
• ピン 4： セグメントL1, L2, L3 コモンアノード（カスタムアイコン用と思われる）
• ピン 5： セグメントE カソード
• ピン 6： 桁3 コモンアノード
• ピン 7： 小数点（DP）カソード
• ピン 8： 桁4 コモンアノード
• ピン 9： 未接続
• ピン 10： ピンなし
• ピン 11： セグメントF カソード
• ピン 12： ピンなし
• ピン 13： セグメントCおよびL3 カソード
• ピン 14： セグメントAおよびL1 カソード
• ピン 15： セグメントG カソード
• ピン 16： セグメントBおよびL2 カソード

4. 性能曲線と分析

データシートには、詳細な回路設計に不可欠な代表的な特性曲線が含まれています。これらの曲線は、様々な条件下での主要パラメータ間の関係をグラフィカルに表しています。設計者は以下についてこれらを参照すべきです：

• 順電流 vs. 順電圧（I_F-V_F曲線）：非線形関係を示し、定電流回路の設計に重要です。
• 光度 vs. 順電流（I_V-I_F曲線）：駆動電流に対する輝度のスケーリングを示し、所望の輝度と消費電力の最適化に役立ちます。
• 光度 vs. 周囲温度（I_V-T_a曲線）：温度上昇に伴う光出力の低下を示し、高温環境でのアプリケーションに不可欠です。
• 相対分光分布：ピーク波長650 nmを中心とした波長スペクトル全体での発光強度を示します。

5. アプリケーションガイドラインと注意事項

5.1 設計およびアプリケーション上の考慮点

• 使用目的：一般的な電子機器（オフィス、通信、家庭用）向け。事前の協議と評価なしに、安全が重要なシステム（航空、医療など）には推奨されません。
• 駆動回路設計：
  • 定電流駆動：安定した光度と長寿命を確保するため、強く推奨されます。
  • 電圧範囲：回路は、意図した電流を供給するために、全順電圧（V_F）範囲（許容差を考慮して2.0Vから2.7V）に対応できなければなりません。
  • 保護：逆電圧や電源投入時の過渡スパイクに対する保護を組み込んでください。
  • 電流の低下率：最大連続電流が25°C以上で低下するため、最大周囲温度を考慮した後に動作電流を選択してください。
• 熱・環境：
  • 推奨電流/温度を超えて動作させると、光の急速な劣化を引き起こす可能性があるため避けてください。
  • 湿潤環境での急激な温度変化は、表示器表面での結露を防ぐため避けてください。
• 機械的取り扱い：組立時に表示器本体に異常な力を加えないでください。装飾フィルムを貼る場合、外力によりずれる可能性があるため、フロントパネル/カバーと直接接触させないでください。
• 複数表示器アセンブリ：均一な外観を確保するため、同じ光度ビンからの表示器を使用してください。
• 信頼性試験：最終製品が落下または振動試験を必要とする場合、設計確定前に評価のために条件を共有してください。

5.2 保管条件

性能を維持し、ピンの酸化などの問題を防ぐため、表示器は以下の条件下で元の包装にて保管してください：

• 温度：5°C ～ 30°C
• 相対湿度：60% RH以下

6. はんだ付けと組立ガイド

推奨されるはんだ付け方法はフローはんだ付けです。重要なパラメータは、PCB上のはんだ付け点が表示器本体の実装面から少なくとも1.6 mm（1/16インチ）下にあることを確保し、過度の熱がプラスチック本体やLEDチップに達するのを防ぐことです。はんだ付け温度は260°C、時間は3秒間とします。この工程中の表示器ユニット自体の温度は、その最大定格温度を超えてはなりません。

7. 技術比較とポジショニング

LTC-4627JD-01は、信頼性の高い中輝度数値表示ソリューションとして位置付けられています。その主な差別化要因は以下の通りです：

• AlInGaP技術：従来の赤色LED用GaAsPやGaP技術と比較して、より高い効率と優れた温度安定性を提供し、良好な輝度を持つハイパーレッド分類を実現しています。
• 0.4インチ桁高：視認性と基板スペース消費のバランスが取れた一般的なサイズで、計器盤、民生家電、産業用コントローラーに適しています。
• 一貫性のためのビニング：光度ビンの提供は品質管理の証であり、量産における予測可能な性能を可能にします。
• RoHS準拠：鉛フリー製造に関する現代の環境規制を満たしています。

8. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: ピーク波長（650nm）と主波長（639nm）の違いは何ですか？

A: ピーク波長は、スペクトル発光が最も高い物理的な点です。主波長は、人間の目が知覚する、光源の色に一致する単一波長です。この深紅色LEDの場合、目は物理的なピークよりわずかに短い波長を感知します。

Q: なぜ定電圧駆動よりも定電流駆動が推奨されるのですか？

A: LEDの輝度は主に電流の関数です。順方向電圧（V_F）には製造公差があり、温度によっても変化します。定電流源を使用することで、これらのV_F variations.

Q: この表示器をマイクロコントローラーで直接駆動できますか？

A: できません。セグメントあたりの連続電流は25mAであり、これはマイクロコントローラーの典型的なGPIOピンの電流定格（多くの場合絶対最大20-25mA）を超えています。トランジスタアレイや専用LEDドライバICなどの外部ドライバを使用する必要があり、これらは4桁表示に必要なマルチプレックスも容易にします。

Q: マルチプレックス・コモンアノードは、私の回路設計にとって何を意味しますか？

A: これは、各桁のLEDのアノードが内部で接続されている（桁1アノード、桁2アノードなど）ことを意味します。数字を表示するには、所望のセグメントに対して正しいカソードパターンを適用しながら、一度に一つの桁のコモンアノードを順次点灯させます。これを高速で（通常>100Hz）繰り返すことで、全ての桁が同時に点灯しているかのような錯覚を生み出し、必要なI/Oピン数を大幅に削減します。

9. 設計および使用事例

シナリオ：デジタルマルチメータ表示部の設計

設計者が4桁デジタルマルチメータを設計しています。視認性と赤色（この種の計器で一般的）からLTC-4627JD-01を選択します。

1. 輝度選択：マルチメータは屋内・屋外で使用される可能性があります。設計者は、様々な照明条件下で十分な輝度を確保するため、ビンG（501-800 μcd）の表示器を選択します。
2. 駆動回路：専用のマルチプレックスLEDドライバICが選択されます。設計者は、長期信頼性を確保し、メーター筐体内の潜在的な高温を考慮して、セグメントあたりの定電流を最大値25mAを大きく下回る15 mAに設定します。
3. PCBレイアウト：ピン用に推奨される1.0 mmの穴径が使用されます。複数のセグメントが点灯した際の累積電流をトレースが扱えるよう、PCBレイアウトでは注意が払われます。
4. ソフトウェア：マイクロコントローラーファームウェアは、マルチプレックスルーチンを実装し、4つの桁アノードピンを高周波数で切り替えます。また、右側小数点（ピン7カソード）を制御するロジックも含まれます。
5. 試験：最終組立前に、サンプルを動作温度範囲全体で試験し、輝度の一貫性を検証します。これにより、選択された駆動電流が温度範囲の上限でも適切であることを確認します。

10. 動作原理と技術動向

10.1 動作原理

本表示器はAlInGaP LEDチップに基づいています。チップのバンドギャップ電圧（約2V）を超える順方向電圧が印加されると、電子と正孔が活性領域で再結合し、光子の形でエネルギーを放出します。この過程をエレクトロルミネセンスと呼びます。AlInGaP層の特定の組成がバンドギャップエネルギー、したがって発光の波長（色）を決定し、この場合はハイパーレッドスペクトルとなります。7つのセグメントは、8の字型に配置された個々のLEDまたはLEDチップのグループです。マルチプレックスは、人間の視覚の残像効果を利用し、多くのLEDを少ない配線で高速順次点灯させる電子技術です。

10.2 技術動向

7セグメント表示器は基本的なものとして残っていますが、より広範なLED表示技術の状況は進化しています。動向には以下が含まれます：

• 高効率化：材料科学の継続的な改善により、ワットあたりのルーメン（効率）の向上が図られ、同じ輝度での消費電力が削減されています。
• 小型化：小型デバイス向けに、より小さな桁高とピッチの表示器が開発されています。
• 統合化：ドライバ電子回路が表示器モジュールに統合されることが増えており、システム設計が簡素化されています。
• 先進材料：ペロブスカイトや量子ドットなどの材料研究は、より広い色域と調整可能な特性を持つ将来の表示器を約束します。しかし、標準的な数値表示器については、AlInGaPのような成熟した技術が性能、信頼性、コストの最適なバランスを提供します。