LTC-4798SW 0.39インチ 4桁 白色LED 7セグメントディスプレイ データシート - 桁高9.9mm - 順方向電圧2.7-3.2V - セグメント当たり消費電力35mW - 技術文書

1. 製品概要

LTC-4798SWは、4桁の7セグメント英数字表示モジュールです。主な機能は、電子機器において数値および限定的な英数字情報を表示することです。中核技術は、透明基板上に実装されたInGaN（窒化インジウムガリウム）白色LEDチップに基づいています。このデバイスは、白色の面と白色のセグメントを備えており、クリーンで高コントラストの視覚的外観を提供します。マルチプレックス・コモン・カソード・ディスプレイに分類され、各桁のLEDのカソードが共通接続されているため、駆動ピン数を削減しながら複数の桁を効率的に制御することが可能です。

1.1 中核的利点とターゲット市場

本ディスプレイは、様々な用途に適したいくつかの主要な利点を提供します。高輝度と高コントラストにより、明るい環境下でも優れた視認性を確保します。130度の広い視野角により、様々な位置から鮮明に表示を確認できます。低消費電力であり、最終製品のエネルギー効率向上に貢献します。LED技術の固体信頼性により、長い動作寿命と衝撃・振動に対する耐性が確保されています。デバイスは無鉛パッケージを使用しており、RoHS（有害物質使用制限）指令に準拠しているため、厳しい環境規制を持つ世界市場に適しています。主なターゲット市場には、明確で信頼性の高い数値表示が求められる産業用計器、民生用家電、POS端末、医療機器、自動車用ダッシュボード表示などが含まれます。

2. 詳細な技術パラメータ分析

このセクションでは、データシートに規定されている電気的、光学的、熱的特性について、詳細かつ客観的な解釈を提供します。

2.1 測光および光学特性

平均光度（Iv）は、標準試験電流5mAにおいて71から146ミリカンデラ（mcd）の範囲で規定されています。このパラメータは、各点灯セグメントの明るさを定義します。データシートでは、光度は分類（ビニング）されており、測定された出力に応じてデバイスが選別・マーキングされることを示しています。これにより、設計者は一貫した輝度レベルのディスプレイを選択することができます。視野角（2θ1/2）は130度であり、これは光度が軸上で測定された最大値の半分に低下する全角です。この広い角度は、ユーザーがディスプレイの真正面にいない可能性のあるアプリケーションにおいて重要な利点となります。色度座標（x, y）は、1931 CIE色度図における代表値（x=0.304, y=0.3）として提供されており、発光の白色点を定義します。ビニングシステムでは、これらの座標に対して±0.01の許容差が適用されます。

2.2 電気的パラメータ

セグメント当たりの順方向電圧（Vf）は、順方向電流（If）5mAにおいて2.7Vから3.2Vの範囲です。これは、LEDの電流制限回路を設計する上で重要なパラメータです。絶対最大定格は動作限界を定義します：セグメント当たりの連続順方向電流は10mAを超えてはならず、ピーク順方向電流（1kHz、デューティ比10%のパルス条件下）は50mAを超えてはなりません。セグメント当たりの消費電力は35mWに制限されています。これらの定格を超えると、永久劣化や故障を引き起こす可能性があります。逆方向電流（Ir）は、逆方向電圧（Vr）5Vにおいて最大100µAと規定されています。データシートでは、この逆電圧条件は試験目的のみであり、LEDは大きな逆電圧に耐えるよう設計されていないため、デバイスを逆バイアス下で連続動作させてはならないと明示的に警告しています。

2.3 熱的特性

デバイスの動作および保管温度範囲は-35°Cから+85°Cです。この広い範囲により、大きな温度変動を受ける環境での使用に適しています。順方向電流のディレーティング係数が規定されています：25°Cを超える摂氏1度ごとに、最大許容連続順方向電流を0.28mA減少させなければなりません。これは、特に高温環境アプリケーションにおいて、熱暴走を防止し長期信頼性を確保するための重要な設計上の考慮事項です。はんだ付け条件は、実装面から1/16インチ（約1.6mm）下で260°C、3秒間と規定されており、これは標準的な無鉛リフロー・プロファイルです。

3. ビニングシステムの説明

本製品は、主要パラメータの一貫性を確保するために包括的なビニングシステムを採用しています。これにより、メーカーは複数ディスプレイ構成における均一性に関する特定の要件に合致する部品を選択することができます。

3.1 順方向電圧（Vf）ビニング

デバイスは、5mA時の順方向電圧に基づいてビンに分類されます。ビンは3から7までのラベルが付けられ、Vf範囲は2.7-2.8V（ビン3）から3.1-3.2V（ビン7）までです。各ビンには±0.1Vの許容差が適用されます。同じVfビンからディスプレイを選択することで、直列抵抗を伴う定電圧源で駆動する場合、各セグメントを流れる電流がより一貫し、均一な輝度を確保するのに役立ちます。

3.2 光度（Iv）ビニング

これは視覚的均一性のための重要なビニングパラメータです。ビンには英数字コード（Q11、Q12、Q21、Q22、R11、R12）が付けられています。光度範囲は最小71.0 mcd（Q11 min）から最大146.0 mcd（R12 max）です。各ビンには±15%の許容差が適用されます。Iv分類コードは各梱包袋に印字されており、トレーサビリティと選択を容易にします。

3.3 色相（色度）ビニング

白色点は色相ビニングによって制御されます。データシートは、CIE 1931色度座標（x, y）上に特定の境界を持ついくつかのビン（S3-1、S3-2、S4-1、S4-2）を定義しています。これらの境界は色度図上で四角形を形成します。各ビン内の（x, y）座標には±0.01の許容差が適用されます。このビニングにより、1つのディスプレイ内および複数のディスプレイ間で、すべてのセグメントと桁が一貫した白色の発光を行い、目立つ色ずれを回避することができます。

4. 性能曲線分析

提供されたPDF抜粋には代表的な特性曲線が言及されていますが、具体的なグラフは本文には含まれていません。標準的なLEDの動作に基づくと、これらの曲線は通常、順方向電流と光度の関係（動作範囲内でほぼ線形に増加）、順方向電圧と順方向電流の関係（ダイオードのI-V曲線）、および周囲温度による光度の変化（温度上昇に伴い減少）を示すものです。これらの関係を理解することは、意図した動作条件下で一貫した輝度を維持する堅牢な駆動回路を設計するために不可欠です。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 寸法と公差

デバイスの桁高は0.39インチ（9.9 mm）です。すべてのパッケージ寸法はミリメートルで提供されています。特に指定がない限り、一般的な公差は±0.25 mmです。主要な機械的注意事項は以下の通りです：ピン先端シフト公差は±0.4 mm；セグメント上の異物は≤10ミル；表面インキ汚染は≤20ミル；曲がりは反射板長さの≤1%；セグメント内の気泡は≤10ミル。ピン用の推奨PCB穴径は1.0 mmです。

5.2 ピン配置と極性識別

ディスプレイは12ピンを有します。内部回路図とピン接続表は、これがマルチプレックス・コモン・カソード型であることを示しています。個々のセグメント（AからG、およびDP）のアノードと、4桁のコモン・カソードは特定のピン番号に割り当てられています。例えば、ピン12は桁1のコモン・カソード、ピン9は桁2、ピン8は桁3、ピン6は桁4です。マルチプレックス駆動方式では、コモン・カソード・ピンを正しく識別することが不可欠です。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

絶対最大定格セクションでは、はんだ付け条件が規定されています：実装面から1/16インチ（1.6mm）下で260°C、3秒間。これは標準的な無鉛リフロー・プロファイルに対応します。LEDチップやプラスチックパッケージへの熱損傷を防ぐため、これを遵守することが重要です。データシートには静電気放電（ESD）に関する強い警告が含まれています。LEDはESDに敏感であり、適切な取り扱い手順に従わなければなりません：リストストラップまたは帯電防止手袋の使用、すべての機器と作業台が適切に接地されていることの確認。保管については、規定の温度範囲は-35°Cから+85°Cであり、使用時まで元の防湿バッグに保管する必要があります。

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

このディスプレイは、明確な複数桁の数値表示を必要とするアプリケーションに最適です。一般的な用途には、デジタルマルチメータ、周波数カウンタ、時計およびタイマー表示、産業用プロセス制御表示、医療モニタリング機器（例：血圧計）、家庭用電化製品（オーブン、電子レンジ）、計器パネルなどが含まれます。

7.2 設計上の考慮事項

駆動回路：マルチプレックス駆動回路が必要です。これには、各桁のコモン・カソードを順次有効にしながら、その桁に適切なセグメント・アノード・データを供給することが含まれます。スイッチングは、目に見えるちらつきを避けるために十分に高速でなければなりません（通常、リフレッシュレート>60Hz）。
電流制限：各セグメント・アノードに対して外部の電流制限抵抗が必須です（または定電流駆動ICを使用できます）。抵抗値は、電源電圧、LED順方向電圧（安全設計のため最大Vfを使用）、および所望の順方向電流（連続10mAを超えてはならない）に基づいて計算されます。
熱管理：高温環境アプリケーションでは、順方向電流のディレーティング（25°C以上で0.28mA/°C）を適用しなければなりません。これにより、安全な消費電力限界内に収まるように動作電流を低減する必要がある場合があります。
光学的統合：製品筐体と窓を設計する際には、130度の広い視野角を考慮してください。明るい環境光下でのコントラストを向上させるために、フィルターや拡散板を使用することがあります。

8. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 梱包袋のビニングコードの目的は何ですか？
A: ビニングコード（Vf、Iv、色相用）により、電気的および光学的特性が密接に一致するディスプレイを選択することができます。これは、アプリケーション内のすべての桁、特に複数のディスプレイを並べて使用する場合に、均一な輝度と色を達成するために極めて重要です。
Q: 5V電源でこのディスプレイを駆動できますか？
A: はい、ただし各セグメントと直列に電流制限抵抗を使用する必要があります。例えば、5V電源で最大Vfを3.2V、所望のIfを5mAと仮定すると、抵抗値は R = (5V - 3.2V) / 0.005A = 360 オームとなります。標準の360Ωまたは390Ω抵抗が適しています。
Q: なぜピーク順方向電流定格（50mA）は連続定格（10mA）よりもはるかに高いのですか？
A: ピーク定格は、マルチプレックスの基礎となるパルス動作を可能にします。マルチプレックス構成では、各桁は時間の一部（デューティ比）のみ電源が供給されます。連続駆動セグメントと同じ見かけの輝度を達成するためには、平均消費電力が限界内に収まる限り、パルス電流を高くすることができます。
Q: 保管温度範囲を超えた場合、どうなりますか？
A: 特に高温側で限界を超えると、LEDチップとプラスチックパッケージの経年劣化を加速し、エポキシの早期黒色化（光束維持率低下）や機械的故障を引き起こす可能性があります。低温側では、熱応力によりクラックが発生する可能性があります。

9. 動作原理

LTC-4798SWは、半導体材料におけるエレクトロルミネセンスの原理に基づいて動作します。InGaN LEDチップは、そのp-n接合に順方向電流が印加されると青色光を発します。このデバイスは（白色LEDという表現から暗示される）蛍光体コーティングを使用しており、青色光の一部を吸収して黄色光として再放出します。残りの青色光と変換された黄色光の組み合わせが、人間の目には白色として知覚されます。7セグメント形式は、7つの長方形LED（セグメント）を標準化された配置にしたもので、個別に制御して数字（0-9）や一部の文字を形成することができます。マルチプレックス・コモン・カソード・アーキテクチャは、必要な制御ピン数を（7セグメント + 1小数点） * 4桁 = 32ピンから、7セグメント・アノード + 4桁カソード + 1共通DPアノード = 12ピンに削減する配線技術です。これは、各桁に正しいセグメントを点灯させながら、各桁への電源供給を順番に高速で切り替えることによって実現されます。