LTC-2630AJD 7セグメントLED表示器 データシート - 0.28インチ桁高 - AlInGaP赤色 - 順電圧2.6V - 技術文書

1. 製品概要

LTC-2630AJDは、低消費電力で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、コンパクトで高性能な3桁7セグメント表示器です。その主な機能は、電子機器、計測器、民生電子機器、産業用制御パネルにおいて視覚的な数値出力を提供することです。このデバイスの核心的な利点は、従来の材料に比べて優れた効率と輝度を提供する先進的なAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン化物）LED技術を採用している点にあります。ターゲット市場には、携帯型バッテリー駆動機器、パネルメーター、試験装置の設計者、およびスペース、電力効率、視認性が重要な制約条件となるあらゆるアプリケーションが含まれます。

1.1 主要機能と利点

• 桁高：0.28インチ（7.0 mm）の文字高を特徴とし、サイズと視認性の良いバランスを提供します。
• セグメント均一性：連続的で均一なセグメントにより、優れた文字表示と視認性を実現します。
• 低電力動作：低電力要件に特化して設計されており、電力に敏感な設計での動作を可能にします。
• 光学性能：高輝度と高コントラストを提供し、明るい環境下でも明確な視認性を確保します。
• 視野角：広い視野角を提供し、様々な位置から表示を読み取りやすくします。
• 信頼性：LED技術に固有のソリッドステートの信頼性の恩恵を受け、可動部がなく長い動作寿命を実現します。
• 品質保証：デバイスは光度に基づいて分類されており、生産ロット間で一貫した輝度レベルを確保します。

2. 技術仕様の詳細

このセクションでは、データシートで定義されているデバイスの主要な電気的、光学的、熱的パラメータについて、詳細かつ客観的な分析を提供します。

2.1 測光および光学特性

周囲温度（Ta）25°Cで測定され、光学性能は特定の試験条件下で定義されます。

• 平均光度（Iv）：セグメントあたりの順電流（IF）1mAで駆動した場合、最小200 μcdから典型的な最大600 μcdの範囲です。このパラメータは、通常動作条件下での表示器の輝度を決定する上で極めて重要です。
• ピーク発光波長（λp）：AlInGaP材料に特徴的ですが、抽出された内容には具体的な値は記載されていません。一般的に、AlInGaP赤色LEDは620-630nmの範囲で発光します。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：IF=20mA時、最大値は22 nmです。これは、発光する赤色光のスペクトル純度を示しています。
• 主波長（λd）：IF=20mA時、640 nmです。これは人間の目が知覚する波長であり、特定の赤色の色合いとして色を定義します。
• 光度マッチング比（Iv-m）：IF=10mAで駆動した場合、セグメント間の最大比率は2:1です。これにより、1桁のすべてのセグメント間で輝度の均一性が確保されます。

2.2 電気的特性

• セグメントあたり順電圧（VF）：順電流20mA時、2.1V（最小）から2.6V（最大）の範囲です。これは、駆動回路を設計し、電力損失を計算するための重要なパラメータです。
• セグメントあたり逆電流（IR）：逆電圧（VR）5Vを印加した場合、最大値は10 μAです。これは良好なダイオード特性を示しています。
• 低電流駆動能力：重要な特徴は、低電流動作向けに設計されている点です。セグメントは整合が取られており、セグメントあたり1mAという低電流でも優れた性能を発揮するようにテストされています。これはバッテリー駆動機器に直接適用可能です。

2.3 絶対最大定格と熱管理

これらの定格は、それを超えると永久損傷が発生する可能性がある限界を定義します。動作は常にこれらの限界内で行う必要があります。

• セグメントあたり電力損失：最大70 mW。
• セグメントあたりピーク順電流：100 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0.1ms）のみ。
• セグメントあたり連続順電流：25°C時、25 mA。この定格は、周囲温度が25°Cを超えて上昇するにつれて、0.33 mA/°Cの割合で線形に低下します。このデレーティングは熱設計において重要です。
• セグメントあたり逆電圧：最大5V。
• 動作温度範囲：-35°C から +85°C。
• 保存温度範囲：-35°C から +85°C。

3. ビニングと分類システム

データシートは、デバイスが光度に基づいて分類されていることを示しています。これはビニングプロセスを意味します。

• 光度ビニング：デバイスは、標準試験電流（おそらく1mAまたは10mA）での測定された光度に基づいてグループ（ビン）にテスト・分類されます。これにより、設計者は一貫した輝度レベルの表示器を受け取ることができ、均一性が鍵となる多桁表示器において極めて重要です。
• 順電圧ビニング：明示的には記載されていませんが、与えられたVF範囲（2.1Vから2.6V）は順電圧の変動がある可能性を示唆しています。重要なアプリケーションでは、メーカーに具体的なビニングの詳細を確認することを推奨します。

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。具体的なグラフは本文には提供されていませんが、このようなLEDの標準的な曲線には通常以下が含まれます：

• IV（電流-電圧）曲線：順電流（IF）と順電圧（VF）の関係を示します。非線形であり、AlInGaP赤色LEDの場合、ターンオン電圧は約1.8-2.0V付近です。
• 光度 vs. 順電流（Iv-IF）：この曲線は、電流の増加に伴って輝度がどのように増加するかを示します。一般に低電流では線形ですが、熱効果により高電流では飽和する可能性があります。
• 光度 vs. 周囲温度（Iv-Ta）：周囲温度の上昇に伴って輝度がどのように減少するかを示します。これは、全温度範囲で動作するシステムを設計する上で極めて重要です。
• 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、主波長（640 nm）でのピークとスペクトル幅を示します。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 物理寸法

パッケージ図面が参照されています。主要な注意点として、特に指定がない限り、すべての寸法はミリメートル単位で、標準公差は±0.25 mm（0.01インチ）です。表示器は高コントラストを実現するため、グレーの面に白いセグメントを持ちます。

5.2 ピン配置と内部回路

このデバイスは、マルチプレックス・コモンアノードタイプで、右側に小数点（D.P.）を備えています。16ピンパッケージのピン配置は以下の通りです：

• ピン1：カソード D
• ピン2：コモンアノード（桁1）
• ピン3：カソード D.P.（小数点）
• ピン4：カソード E
• ピン5：コモンアノード（桁2）
• ピン6：カソード C
• ピン7：カソード G
• ピン8：コモンアノード（桁3）
• ピン9, 10, 11, 13, 14：未接続（N/C）
• ピン12：カソード B
• ピン15：カソード A
• ピン16：カソード F

内部回路図は、各桁のセグメント（A-G, DP）がその特定の桁のための共通アノード接続を共有していることを示しています。このマルチプレックスアーキテクチャにより、必要な駆動ピン数を24（3桁 * 8セグメント）から11（3アノード + 8カソード）に削減できます。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

• リフローはんだ付け：許容される最大はんだ温度は260°Cです。この温度は、部品の実装面から1.6mm（1/16インチ）下の点で測定して、最大3秒間適用する必要があります。これらの制限を超えると、LEDチップやパッケージが損傷する可能性があります。
• 手はんだ付け：手はんだ付けが必要な場合は、温度制御されたはんだごてを使用し、熱損傷を避けるために迅速な操作（通常、ピンあたり<3秒）を行う必要があります。
• 保存条件：デバイスは、指定された保存温度範囲（-35°Cから+85°C）内の乾燥した環境に保管し、リフロー時のポップコーン現象を引き起こす可能性のある湿気の吸収を防ぐ必要があります。

7. アプリケーション推奨事項

7.1 典型的なアプリケーションシナリオ

• 携帯型計測器：低消費電力が最も重要なマルチメーター、温度計、タコメーター。
• 民生電子機器：オーディオ機器の表示、目覚まし時計、家電製品の制御パネル。
• 産業用制御：電圧、電流、またはプロセス変数を表示するパネルメーター。
• 自動車用アフターマーケット：補助計器（ブースト、電圧、温度）用の表示器。

7.2 設計上の考慮事項と駆動回路

• マルチプレクシングドライバ：マイクロコントローラまたは専用の表示ドライバICを使用して、3つのコモンアノード（桁1, 2, 3）を順次アクティブにし、必要なセグメントに対して適切なカソード信号を提供する必要があります。リフレッシュレートは、目に見えるちらつきを避けるために十分に高く（>60Hz）する必要があります。
• 電流制限：外部の電流制限抵抗は、各カソードライン（またはドライバICに内蔵）に必須であり、所望の輝度と電力予算に基づいて順電流（例：1mA, 10mA, 20mA）を設定します。抵抗値は R = (Vcc - VF) / IF の式を使用して計算します。
• 電力損失：セグメントあたりの連続順電流が、アプリケーションの最高周囲温度に対してデレーティングされた最大値を超えないことを確認してください。
• 視認環境：高コントラストと広い視野角により、表示器が斜めから見られる場合や環境光下でのアプリケーションに適しています。

8. 技術比較と差別化

他の7セグメント表示技術と比較：

• 標準GaAsP/GaP赤色LEDとの比較：AlInGaP材料は、著しく高い発光効率を提供し、同じ電流でより明るい出力、またはより低い電流で同等の輝度を実現します。また、一般的に温度安定性も優れています。
• LCD表示器との比較：LEDは自発光型であり、自身で光を発するため、バックライトなしで暗所でも読み取り可能です。また、応答時間がはるかに速く、動作温度範囲も広くなっています。ただし、一般的に反射型LCDよりも多くの電力を消費します。
• 大型桁表示器との比較：0.28インチサイズは、スペースが限られた設計に理想的なコンパクトなフットプリントを提供し、中距離までの視距離で良好な視認性を維持します。

9. よくある質問（FAQ）

Q: マルチプレクシングせずに、一定のDC電流でこの表示器を駆動できますか？
A: 技術的には可能ですが、非常に非効率的です。3桁すべてを静的に駆動するには、24個の独立した電流制限チャネル（3桁 * 8セグメント）が必要になります。マルチプレックス・コモンアノード設計は、ピン数と消費電力を最小限に抑えるために、時分割多重方式で駆動されることを意図しています。

Q: 未接続ピンの目的は何ですか？
A: N/Cピンは、パッケージの機械的安定性のため、または他の表示器バリアント（例：小数点位置が異なるものや4桁バージョン）に使用される標準的な16ピンフットプリントとの互換性のために存在している可能性があります。これらは回路に接続してはいけません。

Q: 適切な電流制限抵抗値をどのように計算しますか？
A: 式 R = (電源電圧 - LED順電圧) / 所望の順電流 を使用します。例えば、電源電圧（Vcc）5V、典型的なVF 2.4V、所望のIF 10mAの場合： R = (5V - 2.4V) / 0.010A = 260 オーム。最も近い標準値（例：270オーム）を使用します。最小電流が許容範囲内であることを確認するために、常に最大VF（2.6V）を考慮してください。

Q: 小数点は別々に駆動されますか？
A: はい。小数点（D.P.）は専用のカソード（ピン3）を持っています。これは特定の桁のセグメントカソードには接続されていません。マルチプレクシング方式では、小数点を表示すべき桁のアクティブ化期間中に、そのカソードがLowに駆動されたときに点灯します。

10. 設計および使用事例

シナリオ：低電力デジタル電圧計の設計
設計者は、9V電池で駆動される3桁の携帯型電圧計を作成しています。主要な要件は、長い電池寿命と明確な視認性です。

• 部品選定：LTC-2630AJDは、その低電流駆動能力（セグメントあたり1-2mAで動作可能）とAlInGaPの効率性から選定されました。
• 駆動回路：内蔵LCD/セグメントドライバを備えた低電力マイクロコントローラが選定されました。これは、100Hzのリフレッシュレートで3桁を多重化するように構成されています。
• 電流設定：セグメント電流は、マイクロコントローラの定電流シンクまたは外部抵抗を介して1.5mAに設定されています。この電流では、光度は指定範囲内に十分収まっており、適切な輝度を提供します。
• 電力計算：桁あたり8セグメント（7 + DP）が点灯し、3桁が多重化されているため、平均総電流は約（8セグメント * 1.5mA）= 12mAです。マイクロコントローラと測定回路と組み合わせることで、電池寿命を延長できます。
• 結果：最終製品は、明確な3桁電圧表示を実現し、優れた電池寿命を達成しました。これは、この表示器の低電流特性によって直接可能となった設計目標を満たしています。

11. 技術原理の紹介

LTC-2630AJDは、AlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン化物）半導体技術に基づいており、不透明なヒ化ガリウム（GaAs）基板上に成長されています。ダイオードのターンオン電圧を超える順電圧が印加されると、電子と正孔が半導体の活性領域で再結合し、光子（光）の形でエネルギーを放出します。AlInGaP合金の特定の組成がバンドギャップエネルギーを決定し、それが直接、発光する光の波長（色）に対応します。この場合は、640 nmの赤色です。不透明な基板は、迷光を吸収することでコントラストを向上させ、表示器のグレーの面と白いセグメントの外観に貢献しています。7セグメント形式は標準化されたパターンであり、個々のLED（セグメント）が配置され、選択的に点灯することですべての10進数字といくつかの文字を形成します。

12. 技術トレンドと展望

7セグメントLED表示器の進化は、いくつかの重要な分野に焦点を当て続けています：

• 効率向上：継続的な材料科学研究は、AlInGaPや他の化合物半導体（他の色のためのInGaNなど）の内部量子効率を改善し、より低い電流でより高い輝度を実現し、電池寿命をさらに延ばすことを目指しています。
• 小型化：超コンパクトデバイス向けに桁高をより小さくする傾向があり、セグメントの定義と明瞭さを維持するためのフォトリソグラフィ技術も向上しています。
• 統合化：表示モジュールは、ドライバIC、電流制限抵抗、時にはマイクロコントローラを単一パッケージまたはPCBアセンブリに統合する方向に進んでおり、エンジニアの設計プロセスを簡素化しています。
• カラーオプション：このデータシートは赤色表示器用ですが、基本的な多重化とパッケージングの原理は、緑、青、黄色、さらにはフルカラーRGB組み合わせのための他のLED技術を使用した表示器にも適用されます。
• 代替技術：LEDは多くのアプリケーションで主流ですが、OLED（有機LED）技術は小型セグメント表示器に進出しており、より薄いプロファイルとより広い視野角を提供する可能性がありますが、寿命と駆動特性は異なります。

LTC-2630AJDは、この技術的景観の中で、特に電力効率と堅牢性を優先するアプリケーション向けの、成熟した、信頼性の高い、高度に最適化されたソリューションを表しています。