LTC-2621JE LEDディスプレイ データシート - 0.28インチ桁高 - AlInGaP赤色 - 2.6V順電圧 - 技術文書

1. 製品概要

LTC-2621JEは、コンパクトで高性能な3桁数字表示モジュールです。主な機能は、様々な電子機器において、明瞭で明るい数値表示を提供することです。中核技術として、不透明なGaAs基板上に形成されたAlInGaP（アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン）赤色LEDチップを採用しています。この材料系は、赤色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。デバイスは、視認性を高めるため、白いセグメントを持つグレーの表示面を特徴としており、様々な照明条件下での読みやすさを向上させています。また、光束強度でカテゴライズされており、製造ロット間で一貫した輝度レベルが保証されています。

1.1 中核的利点とターゲット市場

本ディスプレイは、設置スペースが限られているが高い視認性が求められる用途向けに設計されています。その主な利点は、VFDやLCDなどの他の表示技術と比較して、優れた信頼性と長寿命を提供する固体LED構造に由来します。主なターゲット市場は、産業用計測器、試験・測定機器、POS端末、医療機器、自動車用計器盤表示などです。低消費電力のため、商用電源駆動機器と携帯型バッテリー駆動機器の両方に適しています。

2. 技術パラメータ詳細解説

このセクションでは、データシートに記載されている主要な技術パラメータについて、客観的かつ詳細な解釈を提供します。

2.1 測光・光学特性

光束強度は重要なパラメータです。標準試験電流1mAにおいて、代表的な平均光束強度（Iv）は900 µcd、最小値は320 µcdです。このカテゴライズにより、最低輝度レベルが保証されます。より高い駆動電流10mAでは、代表的な強度は12,000 µcdに大幅に上昇し、高輝度アプリケーションに対応できる能力を示しています。主波長（λd）は624 nm、ピーク発光波長（λp）は20mA時で632 nmと規定されており、明確に赤色領域に位置します。スペクトル線半値幅（Δλ）が20 nmであることは、比較的純粋で飽和した赤色であることを示しています。セグメント間の光束強度マッチングは、1mA時に2:1の比率以内に収まることが保証されており、表示面全体の均一な外観を確保します。

2.2 電気的特性

セグメントあたりの順方向電圧（Vf）は、順方向電流（If）20mA時で代表値2.6V、最大値2.6Vです。これはAlInGaP LEDの標準的な電圧です。逆方向電流（Ir）は、逆方向電圧（Vr）5V印加時に最大100 µAと規定されており、ダイオードのリーク特性を示しています。絶対最大定格は動作限界を定義します：セグメントあたりの連続順方向電流は25 mA（25°C以上では0.33 mA/°Cで線形に減額）、パルス動作時のピーク順方向電流は90 mA（デューティサイクル1/10、パルス幅0.1ms）、最大逆方向電圧は5Vです。セグメントあたりの電力損失は70 mWに制限されています。

2.3 熱的・環境仕様

本デバイスの動作温度範囲は-35°Cから+85°Cに定格されており、過酷な環境にも適しています。保存温度範囲も同様です。重要な実装パラメータははんだ付け温度です：デバイスは、最大260°Cで最大3秒間まで耐えることができ、これは実装面から1.6mm（1/16インチ）下の位置で測定されます。これは、鉛フリーリフローはんだ付けプロセスにおける標準的な要件です。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、本デバイスが光束強度でカテゴライズされていると示しています。これは、特定の試験電流（おそらく1mA）での測定された光出力に基づいて、ユニットを選別しラベル付けするビニングシステムが存在することを意味します。ビンにより、設計者は一貫した輝度を持つLEDを受け取ることができ、これは表示の不均一な照明を避けるために多桁ディスプレイにおいて極めて重要です。この抜粋では具体的なビンコード構造は詳細に記述されていませんが、典型的なビンは光束強度値の範囲（例：ビンA: 320-450 µcd、ビンB: 450-600 µcdなど）で定義されます。この特定の部品については電圧や波長のビニングについては言及されておらず、製造工程でこれらのパラメータが厳密に管理されていることを示唆しています。

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、設計におけるその標準的な内容と重要性を推測することができます。

4.1 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）

この曲線は基本的なものです。LEDセグメントを流れる電流と、その両端の電圧の関係を示します。AlInGaP LEDの場合、曲線は約1.8-2.0Vで急峻にターンオンし、その後は電流が大きく増加しても電圧はわずかにしか上昇しません。設計者はこの曲線を使用して、駆動回路に適切な電流制限抵抗を選択し、安定動作を確保し、熱暴走を防止します。

4.2 光束強度 vs. 順方向電流

このグラフは、光出力が駆動電流にどのように比例するかを示します。典型的には、低電流域ではほぼ線形ですが、非常に高い電流では熱的・電気的効果により効率低下（効率の減少）の兆候を示す場合があります。この曲線は、設計者が輝度要件と消費電力、デバイスの寿命をバランスさせるのに役立ちます。

4.3 光束強度 vs. 周囲温度

LEDの光出力は、接合温度が上昇すると減少します。この曲線はその関係を定量化し、周囲（またはケース）温度の関数としての相対光束強度を示します。広い温度範囲で動作するアプリケーションでは、必要な輝度補償や減額を判断するために極めて重要です。

4.4 スペクトル分布

スペクトルプロットは、波長全体にわたる相対的な発光パワーを示し、指定された20 nmの半値幅で632 nmを中心とします。これは色度点と純度を確認するものです。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 寸法と外形図

本デバイスは標準的なLEDディスプレイパッケージを採用しています。桁高は0.28インチ（7.0 mm）です。パッケージ寸法はミリメートル単位で提供され、特に断りのない限り一般公差は±0.25 mm（0.01"）です。図面には通常、パッケージの全長、全幅、全高、桁間隔、セグメント寸法、リード間隔（ピッチ）が示されます。

5.2 ピン配置と極性識別

本デバイスは16ピン構成ですが、すべての位置が使用されているわけではありません（ピン9、10、11、14は接続なしまたはピンなしと記載されています）。これはマルチプレックス・コモンアノードタイプです。これは、各桁のLEDのアノードが内部で接続されている（それぞれ桁1、2、3用にピン2、5、8、左側のコロン/インジケータL1、L2、L3用にピン13）ことを意味します。個々のセグメント（A-G、DP）のカソードはすべての桁で共有されています。ピン1はセグメントDのカソードとして識別されます。PCB実装時の正しい向きのために、ピン1を正しく識別することが重要です。右側の小数点（DP）は、ピン3上の専用カソードによって制御されます。

6. はんだ付けと実装ガイドライン

提供されている主要なガイドラインは、最大はんだ付け温度プロファイルです：ピーク温度260°C、最大3秒間、パッケージの実装面から1.6mm下の点で測定。これは、熱ストレスに敏感な部品に対する標準的なJEDECリフロープロファイルです。別途アプリケーションノートで提供されている場合は、メーカー推奨のリフロープロファイルに従うことを強くお勧めします。一般的な取り扱い上の注意事項が適用されます：リードやガラス/エポキシ表示面への機械的ストレスを避ける、指定されている場合は静電気防止・湿度管理環境で保管する、取り扱い中は適切なESD対策を使用する。

7. アプリケーション提案

7.1 代表的なアプリケーション回路

LTC-2621JEは、マルチプレックス・コモンアノード設計のため、外部駆動回路を必要とします。典型的な実装では、十分なI/Oピンを備えたマイクロコントローラ、または専用のLEDディスプレイドライバIC（MAX7219など）を使用します。マイクロコントローラは、1桁のコモンアノードを順次有効化（ハイレベル駆動）しながら、その桁の所望のセグメントのカソードパターンを出力します。このプロセスを3桁すべてに対して高速に繰り返し、残像効果を利用して安定したちらつきのない画像を作り出します。順方向電流を設定するため、各セグメントカソードライン（またはドライバIC内部）に電流制限抵抗が必須であり、通常、必要な輝度に応じて5-20 mAの間で設定されます。

7.2 設計上の考慮点

• マルチプレックス比率：3桁の場合、マルチプレックスデューティサイクルは1/3です。静的に駆動された桁と同じ平均輝度を達成するには、ピークパルス電流を最大3倍高くすることができますが、絶対最大ピーク電流定格90 mAを超えてはなりません。
• リフレッシュレート：桁走査周波数は、目に見えるちらつきを避けるために十分に高くする必要があり、通常は桁あたり60 Hz以上、結果として全体の表示リフレッシュレートは>180 Hzとします。
• 視野角：データシートは広い視野角を謳っています。最適な読みやすさのため、ディスプレイは主な視認方向に対して垂直に取り付けるべきです。
• 電源シーケンス：電源投入時や遮断時に、駆動回路が逆電圧や過剰な電流サージを印加しないようにしてください。

8. 技術比較と差別化

従来の赤色GaAsP（ガリウムヒ素リン）LEDなどの技術と比較して、LTC-2621JEのAlInGaP技術は、はるかに高い発光効率を提供し、同じ駆動電流でより高い輝度、または同じ輝度でより低い消費電力を実現します。色は、多くのGaAsP LEDのオレンジがかった赤色と比較して、より飽和した真の赤色です。現代のサイドグローやドットマトリクスディスプレイと比較して、本デバイスは数値データに最適な、古典的で非常に読みやすい7セグメントフォーマットを提供します。その主な差別化要因は、小さな0.28インチの桁サイズとAlInGaP材料の性能上の利点を組み合わせている点です。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 電流制限なしで、一定のDC電圧でこのディスプレイを駆動できますか？

A: できません。LEDは電流駆動デバイスです。一定電圧、特に順方向電圧付近またはそれを超える電圧を印加すると、電流が制御不能に上昇し、LEDセグメントを破損する可能性があります。常に直列の電流制限抵抗または定電流ドライバを使用してください。

Q: 光束強度は1mAと10mAで規定されています。他の電流値については補間できますか？

A: おおよそ可能です。低電流域では関係はほぼ線形です。ただし、特に高電流での精密設計のためには、利用可能であれば代表的な光束強度 vs. 順方向電流曲線を参照してください。

Q: 接続なしピンの目的は何ですか？

A: 内部回路では使用されていませんが、標準的な16ピンDIP（デュアル・インライン・パッケージ）のフットプリントを維持し、標準ソケットやPCBレイアウトとの互換性を保つための機械的なプレースホルダである可能性が高いです。

Q: コロンインジケータ（L1, L2, L3）はどのように制御しますか？

A: コロンセグメントは、ピン13上のコモンアノードを共有しています。それらの個々のカソードは、セグメントA、B、Cのカソード（それぞれピン15、12、6）に接続されています。例えば、L1を点灯させるには、ピン13のコモンアノードを有効にしながら、セグメントAのカソード（ピン15）をローレベルに駆動します。

10. 設計・使用事例

事例：携帯型デジタルマルチメータ表示部の設計

設計者がコンパクトなデジタルマルチメータを作成しています。主要要件は、バッテリー寿命のための低消費電力、屋外使用のための高輝度、小型フォームファクタです。LTC-2621JEは優れた候補です。設計者は、マルチプレックスモードでセグメントあたり8 mAの駆動電流を選択します。1/3デューティサイクルを使用すると、ピークパルス電流は24 mAとなり、90 mAの制限内に十分収まります。内蔵LEDドライバセグメントを備えたマイクロコントローラが使用されます。グレー面/白セグメントの設計は、直射日光下でも高いコントラストを提供します。低い順方向電圧は、駆動回路での電力損失を最小限に抑えます。0.28インチの桁サイズは、優れた読みやすさを維持しながら、コンパクトなPCBレイアウトを可能にします。広い動作温度範囲は、冷たいガレージから暑い車のダッシュボードまで、信頼性の高い動作を保証します。

11. 動作原理の紹介

LTC-2621JEは、半導体エレクトロルミネッセンスに基づいています。AlInGaPチップ構造はp-n接合を形成します。接合の内蔵電位を超える順方向電圧が印加されると、n領域からの電子とp領域からの正孔が活性領域に注入され、そこで再結合します。AlInGaPでは、この再結合により主に赤色波長範囲（約624-632 nm）の光子（光）の形でエネルギーが放出されます。不透明なGaAs基板は下方に発せられる光を吸収し、チップ上面からの全体的な光取り出し効率を向上させます。光は、所望のセグメント形状に成形されたエポキシレンズを通過し、これが環境保護も提供します。

12. 技術トレンドと背景

AlInGaP技術は、1990年代に商用化された際、特に赤色、橙色、黄色の可視LED性能において大きな進歩を表しました。高性能アプリケーションでは、効率の低いGaAsPやGaP技術をほぼ置き換えました。ディスプレイモジュールのトレンドは、より高い集積度（ドライバICをディスプレイパッケージに組み込む）、自動実装のための表面実装パッケージ、フルカラーRGBドットマトリクスディスプレイの開発に向かっています。しかし、LTC-2621JEのようなシンプルで信頼性が高くコスト効果の高い7セグメントディスプレイは、数値情報のみが必要なアプリケーションにおいて、その比類のない読みやすさ、インターフェースの簡便さ、現場アプリケーションでの実証済みの信頼性により、依然として非常に重要な役割を果たしています。マイクロLEDなどのLED材料における継続的な開発は、超高密度と効率に焦点を当てていますが、標準的なセグメントディスプレイについては、AlInGaPとInGaN（青色/緑色用）が主力技術であり続けています。