LTC-5653KF 0.56インチ 4桁 7セグメントLED表示器 データシート - 14.22mm 桁高 - イエローオレンジ色 - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTC-5653KFは、明確な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LED表示モジュールです。その主な機能は、数値データの表示が重要な計器、制御盤、試験装置、民生電子機器において、明るく読みやすい表示を提供することです。

このデバイスの核心的な利点は、発光チップに先進的な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る点にあります。この材料系は、赤から黄橙色のスペクトルにおいて高い効率と優れた色純度で知られています。表示器は、白色のセグメントマーキングを施したグレーの前面板を特徴としており、セグメントが点灯した際、特に様々な周囲光条件下で、コントラストと視認性を大幅に向上させます。

この部品のターゲット市場は、産業オートメーション、医療機器、自動車ダッシュボードのサブディスプレイ、POS端末、および実験室設備を含みます。その設計は、信頼性、長い動作寿命、一貫した光学性能を優先しており、民生品および産業グレードのアプリケーションの両方に適しています。

2. 技術パラメータの詳細な客観的解釈

2.1 測光および光学特性

光学性能は、周囲温度（T_A）25℃における標準試験条件で定義されます。主要なパラメータは以下の通りです：

• 平均光度（I_V）：これは、セグメントから放射される光の知覚される強さの尺度です。順方向電流（I_F）1mAで駆動した場合の代表値は2222 µcd（マイクロカンデラ）です。保証される最小値は800 µcdです。この高い輝度は、遠距離から、また明るい環境下での視認性を確保します。
• ピーク発光波長（λ_p）：発光スペクトルが最大強度に達する波長です。このイエローオレンジデバイスの場合、代表値は611 nm（ナノメートル）です。このパラメータは、発光の主たる色点を定義します。
• 主波長（λ_d）：これは605 nmであり、LEDの実際の色出力に最も近い単一波長の色知覚です。これは、人間の目の分光感度曲線の形状により、ピーク波長とはわずかに異なります。
• スペクトル半値幅（Δλ）：これは17 nmであり、光のスペクトル純度を示します。半値幅が狭いほど、より飽和した純粋な色を意味します。この値はAlInGaP技術に典型的であり、独特の黄橙色調に寄与しています。
• 光度マッチング比：類似の発光領域に対して最大2:1と規定されています。これは、同じ桁の任意の2つのセグメント間の輝度差が2倍を超えてはならないことを意味し、表示全体で均一な外観を保証します。

2.2 電気的特性

電気的特性は、信頼性のある使用のための動作限界と条件を定義します。

• セグメントあたりの順方向電圧（V_F）：I_F=20mA時、代表値2.6V、最大2.6Vです。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。設計者は、駆動回路がこの降下を克服するのに十分な電圧を供給できることを確認する必要があります。
• セグメントあたりの連続順方向電流（I_F）：連続動作における推奨最大DC電流は25 mAです。この値を超えると、劣化の加速や寿命の短縮を招く可能性があります。
• セグメントあたりのピーク順方向電流：パルス条件（1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）下では、より高い90 mAの電流が許容されます。これは、より高い瞬間輝度が必要なマルチプレクシング方式で有用です。
• 逆方向電圧（V_R）：許容される最大逆バイアス電圧は5Vです。これを超えると、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。
• 逆方向電流（I_R）：最大逆電圧5Vにおいて、通常100 µA未満です。これは良好な接合品質を示しています。
• セグメントあたりの電力損失：70 mWに制限されています。これはV_F* I_Fとして計算されます。この制限内で動作することは、熱管理にとって極めて重要です。

2.3 熱的および環境定格

• 動作温度範囲：-35℃ から +105℃。この広い範囲により、表示器は極寒から高温の産業環境まで、過酷な環境に適しています。
• 保存温度範囲：-35℃ から +105℃。
• 電流ディレーティング：連続順方向電流は、25℃における25 mAから線形的にディレーティング（低減）する必要があります。これは、周囲温度が25℃を超えて上昇すると、過熱を防ぐために許容される最大連続電流を減らさなければならないことを意味します。ディレーティング係数は0.28 mA/℃です。

3. ビニングシステムの説明

提供されたデータシートは、波長や強度などのパラメータに関する多段階のビニングシステムを明示的に詳細には記載していませんが、主要な光学特性については厳密な範囲を規定しています。ピーク波長（611 nm）と主波長（605 nm）の代表値は、管理された製造プロセスを示唆しています。光度には定義された最小値（800 µcd）と代表値（2222 µcd）があり、デバイスが最低性能閾値を満たすように選別されていることを示しています。より厳密な色や輝度のマッチングを必要とするアプリケーションでは、ユーザーはメーカーに特定のビニングオプションを問い合わせるか、同じ製造ロットのデバイスを選択する必要があります。

4. 性能曲線分析

データシートは、非標準条件下でのデバイスの挙動を理解するために不可欠な代表的な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、標準的なLED曲線には通常以下が含まれます：

• I-V（電流-電圧）曲線：順方向電圧と順方向電流の関係を示します。非線形であり、順方向電圧が接合部の閾値（AlInGaPでは約2V）を超えると電流が急激に増加します。
• 光度 vs. 順方向電流：この曲線は、光出力が電流とともに増加するが、非常に高い電流では熱的および効率低下によりサブリニア（直線以下）になる可能性があることを示しています。
• 光度 vs. 周囲温度：AlInGaP LEDの場合、光出力は一般に温度の上昇とともに減少します。この曲線は、全温度範囲で動作するシステムを設計する上で重要です。
• スペクトル分布：相対強度と波長の関係を示すプロットで、611 nm付近にピークを持ち、特性幅（Δλ）は17 nmです。

設計者は、これらの曲線を使用して、異なる温度で所望の輝度を得るための適切な駆動電流を決定し、駆動回路の電圧要件を理解する必要があります。

5. 機械的およびパッケージ情報

このデバイスは、標準的な12ピンデュアルインチラインパッケージのスルーホール部品です。

• 桁高：0.56インチ（14.22 mm）。これは各数値文字の物理的なサイズを定義します。
• パッケージ寸法：すべての寸法はミリメートルで提供されます。特に指定がない限り、機械的寸法の一般的な公差は±0.25 mmです。特定の注記として、ピン先端シフト公差が+0.4 mmと記載されており、これはPCBの穴位置決めやフローはんだ付けプロセスにおいて重要です。
• 極性識別：このデバイスはコモンアノード構成を使用しています。内部回路図（参照されているが表示されていない）には、各桁のすべてのセグメントのアノードが内部でどのように接続されているか、および個々のセグメントのカソードがどのように別々のピンに引き出されているかが詳細に示されています。この構成はマルチプレクス駆動で一般的です。
• ピン接続：ピン配置は明確に定義されています：ピン6、8、9、12は、それぞれ桁4、3、2、1のコモンアノードです。残りのピンは、桁1の特定のセグメント（A-GおよびDP）のカソードです。完全な4桁表示の場合、セグメントカソードはおそらく桁間で内部接続されています（例：すべてのAセグメントが1つのカソードピンを共有）。この詳細は内部回路図で確認されるでしょう。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

データシートは、組立中の損傷を防ぐための具体的なはんだ付け条件を提供しています。

• フローまたは手はんだ付け：推奨条件は、260℃で最大3秒間のはんだ付けであり、はんだごての先端はパッケージ本体の座面から少なくとも1/16インチ（約1.6 mm）下に配置します。これにより、リード線を伝わって過度の熱が内部のLEDチップやワイヤーボンディングに損傷を与えるのを防ぎます。
• 一般的な注意事項：組立プロセス中のLEDユニット自体の温度は、その最大定格温度（動作温度105℃、はんだ付け中の短時間曝露も同様と推定される）を超えてはなりません。
• 保存条件：デバイスは、乾燥した環境で指定された保存温度範囲（-35℃ から +105℃）内で保存する必要があります。湿気に敏感なデバイスは、使用するまで乾燥剤入りの密封袋に保管してください。

7. パッケージングおよび発注情報

主要なデバイス部品番号はLTC-5653KFです。この番号は主要な属性をコード化しています：おそらくシリーズ（LTC）、サイズ/タイプ（5653）、色/機能（KFはイエローオレンジで右側小数点）。データシートは、バルクパッケージの詳細（例：チューブ、トレイ、リール数量）を指定していません。生産のためには、ユーザーはサプライヤーに連絡して、自動実装装置と互換性のある特定のパッケージオプション、リールサイズ、テープ仕様を確認する必要があります。

8. アプリケーション提案

8.1 代表的なアプリケーションシナリオ

• 産業用タイマーおよびカウンター：プロセス時間、生産数、または機械の稼働時間を表示するため。
• 試験および測定機器：デジタルマルチメータ、周波数カウンタ、電源装置、センサー表示器。
• 民生家電：電子レンジ、洗濯機、オーディオアンプ（音量レベルや局周波数表示用）。
• 自動車アフターマーケットディスプレイ：カスタム設置における電圧、温度、またはRPM用の計器。

8.2 設計上の考慮事項

• 駆動回路：コモンアノード構成のため、適切なドライバIC（7セグメントデコーダ/ドライバや十分な電流供給能力を持つマイクロコントローラなど）が必要です。アノードはVccに切り替えられ、カソードをロー（グランド）に引くことでセグメントが点灯します。
• 電流制限：順方向電流を安全な値（例：10-20 mA）に設定するために、各カソードライン（またはマルチプレクス構成では各コモンアノード）に外部の電流制限抵抗が必須です。抵抗値は R = (供給電圧 - V_supply- V_F) / I_F.
• マルチプレクシング：4桁表示の場合、コントローラのピン数を最小限に抑えるために、ほぼ常にマルチプレクシングが使用されます。これは、各桁のコモンアノードへの電源供給を高速で循環させながら、その桁のセグメントデータを共通のカソードラインに提示することを含みます。残像効果により、すべての桁が同時に点灯しているかのような錯覚が生まれます。ピーク電流定格（90 mA）により、短いマルチプレクシングパルス中に平均輝度を達成するためのより高い瞬間電流が可能になります。
• 視野角：広い視野角は、ディスプレイを横から見る可能性のあるアプリケーションで有益です。

9. 技術比較

LTC-5653KFの主な差別化要因は、そのAlInGaP技術と特定の機械的形状にあります。

• 標準的なGaPまたはGaAsP LEDとの比較：AlInGaPは、赤-橙-黄スペクトルにおいて、はるかに高い発光効率と優れた色飽和度を提供し、同じ知覚輝度に対してより明るい表示と低い消費電力を実現します。
• SMD（表面実装デバイス）表示器との比較：これはスルーホール部品です。SMD 7セグメント表示器と比較して、プロトタイプ作成が容易であり、特定のアプリケーションではより頑丈であると見なされる可能性がありますが、より多くのPCBスペースを必要とし、手作業またはフローはんだ付けが必要です。
• 他の色との比較：イエローオレンジ色（605-611 nm）は独特の美観を提供し、明るい赤や緑の表示器と比較して、低照度条件下で目に優しく、高い視認性を維持します。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

• Q: 説明に記載されているグレーの面と白いセグメントの目的は何ですか？
  
  A: これは化粧フィルターです。グレーの面は、非表示領域の反射率を低減し、コントラストを向上させます。白色のセグメントマーキングは、点灯時に放射される黄橙色の光をセグメント全体に均一に拡散させ、均一な外観を作り出すのに役立ちます。
• Q: この表示器を5Vのマイクロコントローラピンから直接駆動できますか？
  
  A: いいえ、直接はできません。順方向電圧は約2.6Vであるため、5Vの信号は過剰電流によりLEDを焼損させる可能性があります。各カソードと直列に電流制限抵抗を使用する必要があります。さらに、マイクロコントローラのピンは通常、複数のセグメントを駆動するのに十分な電流を供給または吸収できません。通常、ドライバICまたはトランジスタアレイが必要です。
• Q: 絶対最大連続電流は25mAですが、V_Fの試験条件では20mAを使用しています。設計にはどちらを使用すべきですか？
  
  A: 信頼性の高い長期動作のためには、絶対最大値を下回る電流で設計することが標準的な慣行です。試験条件で指定されている20mAを使用することは、安全で一般的な設計ポイントです。輝度が十分であれば、より低い電流（例：10-15 mA）を使用して寿命を延ばし、消費電力を削減することができます。
• Q: 私の回路設計においてコモンアノードとはどういう意味ですか？
  
  A: コモンアノード表示器では、1桁内のすべてのLEDのアノードが単一のピンに接続されています。セグメントを点灯させるには、そのカソードピンを低電圧（グランド）に接続し、コモンアノードピンに高電圧（Vcc）を印加します。これはコモンカソード表示器とは逆です。

11. 実用的な使用例

シンプルな4桁電圧計表示の設計：アナログ-デジタル変換器（ADC）を備えたマイクロコントローラが電圧を測定します。ファームウェアはこの値を表示する4桁の数字に変換します。28個の個別セグメント（7セグメント x 4桁）を駆動するのに十分なI/Oピンを持たないマイクロコントローラは、ドライバICを使用したマルチプレクシング方式を採用します。ドライバICの出力は、LTC-5653KFのセグメントカソード（A-G、DP）に接続されます。マイクロコントローラの4つのI/Oピンは、それぞれ電流供給トランジスタを介して接続され、4つのコモンアノードピン（桁1-4）を制御します。ファームウェアは桁を高速で順次切り替えます：桁1のアノード用のトランジスタをオンにし、最初の桁のセグメントパターンをドライバICに送信し、短時間（例：2ms）待機し、次に桁1をオフにして桁2に対して繰り返します。電流制限抵抗は、ドライバICと表示器の間のカソードラインに配置されます。黄橙色は、計器盤上で明確な視認性を提供します。

12. 原理紹介

7セグメント表示器は、8の字型に配置された発光ダイオード（LED）の集合体です。7つのセグメント（AからGまでラベル付け）のそれぞれが個々のLEDです。多くの場合、小数点（DP）用の追加のLEDが含まれます。これらのセグメントの特定の組み合わせを選択的に点灯させることで、すべての数字（0-9）といくつかの文字を形成できます。LTC-5653KFのような4桁表示器では、4つのそのような桁アセンブリが単一のパッケージに収められています。内部の電気的接続は、コモンアノード（すべてのアノードが接続）またはコモンカソード（すべてのカソードが接続）のいずれかであり、これが必要な駆動回路トポロジを決定します。発光原理は、半導体p-n接合におけるエレクトロルミネッセンスです。順方向バイアスがかかると、電子と正孔が活性領域（AlInGaP層）で再結合し、光子の形でエネルギーを放出します。特定の材料組成（Al、In、Ga、P）がバンドギャップエネルギー、したがって発光の波長（色）を決定します。

13. 開発動向

LTC-5653KFのような数値表示器の進化は、オプトエレクトロニクスのより広範な動向の影響を受けています。頑丈さや保守の容易さを必要とする特定のアプリケーションでは、スルーホールの個別7セグメントモジュールは依然として関連性がありますが、一般的な傾向は、高密度化と自動組立のための表面実装技術（SMT）に向かっています。さらに、個別のLEDセグメント表示器から、統合ドットマトリックス表示器、さらには小さなOLEDやTFT-LCDパネルへと徐々に移行しており、これらは数字、文字、記号、および単純なグラフィックを表示する際にはるかに大きな柔軟性を提供します。しかしながら、純粋な数値出力に対して極端な明るさ、長寿命、シンプルさ、低コストを要求するアプリケーションでは、このようなAlInGaPベースのLED表示器は、引き続き非常に効果的で信頼性の高いソリューションであり続けています。将来の改良では、効率が向上してさらに低消費電力化が進むか、表示器パッケージ自体に駆動電子機器が統合される可能性があります。