LTC-5674JG LEDディスプレイ データシート - 0.52インチ桁高 - 緑色 - 順方向電圧2.6V - 消費電力70mW - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTC-5674JGは、固体式の3桁数字LED表示モジュールです。主な機能は、様々な電子機器や計測器において、明確で視認性の高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基板上に実装されたAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）LEDチップを採用しています。この材料系は、緑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。本デバイスは、グレーの前面板と白色のセグメントを特徴とし、異なる照明条件下でのコントラストと可読性を向上させるために連携して機能します。信頼性が高く、長寿命で省エネ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、プロフェッショナルおよび産業用途に適した、いくつかの重要な利点を提供します。低消費電力は、バッテリー駆動または省エネルギーを重視するデバイスにとって大きな利点です。優れた文字表示、高輝度、高コントラストの組み合わせにより、遠距離や様々な環境光条件下でも視認性を確保します。広い視野角により、オフアクシス位置からの視認性が可能であり、マルチユーザー環境やディスプレイがユーザーに直接向いていない場合に重要です。固体構造により、可動部がなく、衝撃や振動に対する高い耐性を持つ、本質的な信頼性を提供します。本デバイスは輝度でカテゴリ分けされており、ユニットは光出力に基づいてビニング（選別）されるため、設計者は製品ライン全体で一貫した輝度を得るために部品を選択できます。最後に、鉛フリーパッケージにより、RoHSなどの現代の環境規制への適合を確保しています。ターゲット市場には、産業用制御パネル、試験・計測機器、医療機器、自動車ダッシュボード（サブディスプレイ用）、明確な数値データ表示が求められる民生家電などが含まれます。

2. 技術パラメータの詳細解説と客観的解釈

本セクションでは、データシートに規定された主要な電気的・光学的パラメータについて、設計エンジニアにとっての重要性を説明しながら、詳細かつ客観的な分析を提供します。

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のあるストレスの限界を定義します。通常動作を意図したものではありません。

• セグメントあたりの消費電力 (70 mW):これは、損傷を引き起こすことなく、単一セグメントが熱（および光）に変換できる最大の電気的電力です。この限界を超えると、半導体接合部の過熱リスクがあり、寿命の短縮や致命的な故障につながる可能性があります。設計者は、特に高温環境下で、消費電力をこの値以下に抑えるように駆動回路が電流を制限することを確認する必要があります。
• セグメントあたりのピーク順方向電流 (60 mA @ 1 kHz, 10% デューティサイクル):この定格により、連続定格よりも高い電流でのパルス動作が可能になります。10%のデューティサイクル（時間の10%がオン、90%がオフ）と1kHzの周波数により、熱の蓄積を防ぎます。これは、マルチプレキシング方式や瞬間的な高輝度の達成に使用できます。時間平均電流が連続定格を超えないことが極めて重要です。
• セグメントあたりの連続順方向電流 (25 mA):規定条件（おそらく25°C）下で、セグメントに無期限に印加できる最大DC電流です。定電流ドライバを設計する際の主要パラメータです。25°C以上での0.33 mA/°Cのディレーティング係数が重要です。例えば、85°Cでは、許容される最大連続電流は次のようになります： 25 mA - ((85°C - 25°C) * 0.33 mA/°C) = 25 mA - 19.8 mA =5.2 mA。この厳しいディレーティングは、高温環境における熱管理の重要性を示しています。
• セグメントあたりの逆電圧 (5 V):LED接合部が破壊する前に、逆方向（アノードに対してカソードが正）に印加できる最大電圧です。これはLEDに典型的な比較的低い値であり、逆電圧トランジェントが発生する可能性のある回路（例：電源投入時や誘導性負荷）での保護の必要性を強調しています。
• 動作・保管温度範囲 (-35°C ～ +85°C):信頼性のある動作および非動作時の保管における周囲温度の限界を定義します。温度極限での性能は影響を受けます（例：高温では輝度が低下、低温では順方向電圧が上昇）。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、規定の試験条件下での代表的な、および保証された性能パラメータです。

• セグメントあたりの平均光度 (I_V):これは輝度の主要な尺度です。
  • 最小/代表/最大: 200 / 577 / 6346 μcd @ I_F=10mA:200から6346 μcdという広い範囲は、重要なビニングプロセスを示しています。代表値である577 μcdは、期待される中央値の性能です。設計者は、すべての条件下での可読性を確保するために、最悪ケースの輝度計算には最小値（200 μcd）を使用する必要があります。高い最大値は、選別されたユニットの潜在的な輝度を示しています。
  • 試験条件注記:光度は、CIEの明所視（昼間順応）眼応答曲線（V(λ)）に一致するようにフィルタリングされたセンサーを使用して測定されます。これにより、単なる放射パワーではなく、人間の知覚する輝度と相関する測定が保証されます。
• セグメントあたりの順方向電圧 (V_F): 代表/最大: 2.1 / 2.6 V @ I_F=20mA.これは、動作時のLED両端の電圧降下です。最大値である2.6Vは、電源またはドライバ回路を設計する際に重要です。すべてのユニットが適切に点灯するように、少なくともこの電圧を供給する必要があります。ばらつき（2.1Vから2.6V）は、半導体製造における通常の公差によるものです。
• ピーク発光波長 (λ_p): 代表: 571 nm @ I_F=20mA.これは、LEDが最も多くの光パワーを発する波長です。571 nmは可視スペクトルの緑黄色領域にあります。このパラメータはAlInGaP材料組成によって固定されています。
• 主波長 (λ_d): 代表: 572 nm.ピーク波長とはわずかに異なり、これは人間の目がLEDの色に一致すると知覚する単一波長です。表示色の主要な決定要因です。
• スペクトル線半値幅 (Δλ): 代表: 15 nm.これは発光スペクトルの広がりを測定します。15 nmという値は、比較的純粋で狭帯域の緑色を示しており、高い色飽和度に望ましい特性です。
• セグメントあたりの逆電流 (I_R): 最大: 100 μA @ V_R=5V.これは、LEDが最大定格で逆バイアスされたときに流れる小さなリーク電流です。回路設計では通常無視できます。
• 光度マッチング比 (I_V-m): 最大: 2:1 @ I_F=1mA.これは、マルチセグメント/ディスプレイにとって重要なパラメータです。単一デバイス内で、最も暗いセグメントの輝度が最も明るいセグメントの輝度の半分以上（2:1の比率）になることを保証します。これにより、すべての桁とセグメントの外観が均一になります。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、本デバイスが輝度でカテゴリ分けされていると明記しています。これは、製造されたユニットが標準試験電流（おそらく10mAまたは20mA）での測定光出力に基づいてテストされ、異なるグループ（ビン）に選別されるビニングプロセスを意味します。

• 目的:設計者に予測可能で一貫した輝度レベルを提供することです。特定のビンから部品を購入することで、エンジニアは生産ロット内のすべてのディスプレイが同様の輝度を持つことを保証し、製品内のユニット間で目立つばらつきを回避できます。
• データシートにおける証拠:光度に規定された非常に広い範囲（200～6346 μcd）は、これがすべてのビンにわたる総広がりであることを強く示唆しています。特定の注文コードまたはサフィックス（この抜粋では詳細不明）が通常、ビングレードを示します。
• 輝度の一貫性が最も重要であるアプリケーション（例：計器パネル）では、設計者は発注時に必要なビンを指定する必要があります。ビンをランダムに混在させると、許容できない輝度のばらつきが生じる可能性があります。For applications where brightness consistency is paramount (e.g., instrumentation panels), the designer must specify the required bin when ordering. Using a random mix of bins could lead to unacceptable brightness variation.

4. 性能曲線分析

提供されたPDF抜粋は代表的な電気的/光学的特性曲線に言及していますが、具体的なグラフは本文に含まれていません。標準的なLEDの動作に基づいて、可能性のある内容とその重要性を推測できます。

4.1 推測される曲線情報

• 順方向電流 (I_F) 対 順方向電圧 (V_F) 曲線:このグラフは、ダイオードに典型的な指数関数的関係を示すでしょう。LEDの動的抵抗と、所定の駆動電流に必要な正確な電圧を設計者が理解するのに役立ちます。特に、単純な抵抗ベースの電流制限を使用する場合に重要です。
• 光度 (I_V) 対 順方向電流 (I_F) 曲線:これは重要です。輝度が電流とともにどのように増加するかを示します。通常、ある範囲で線形ですが、熱的影響と効率低下により非常に高い電流で飽和します。この曲線により、設計者は輝度と消費電力/発熱の間でトレードオフすることができます。
• 光度 (I_V) 対 周囲温度曲線:このグラフは、温度上昇に伴う輝度低下を定量化します。AlInGaP LEDは、GaPなどの旧技術よりも一般に高温性能が優れていますが、輝度は依然として低下します。このデータは、全温度範囲で確実に動作するシステムを設計するために不可欠です。
• 相対強度対波長（スペクトル）曲線:これは、15 nmの半値幅を持つ571-572 nm付近の狭い発光ピークを視覚的に描き、色純度を確認します。

重要性:これらの曲線は、静的な表では得られない動的性能データを提供します。実際の非標準動作条件下でのディスプレイの動作を予測的にモデリングすることを可能にします。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 物理寸法

データシートにはパッケージ寸法図が含まれています（本文には詳細なし）。典型的な0.52インチ3桁ディスプレイの主な特徴には、全長、全幅、全高、桁高（13.2mm）、セグメント幅、桁間間隔が含まれます。シーティングプレーンとリード位置が定義されています。特に断りのない限り、すべての寸法の公差は±0.25 mmであり、この種の部品では標準的であり、PCBフットプリント設計およびパネル切り欠きで考慮する必要があります。

5.2 ピン接続と内部回路

本デバイスはコモンアノード構成です。これは、特定の桁のすべてのLEDのアノードが内部で接続されていることを意味します。ピン配置表が重要です：

• 桁:桁1、2、3のコモンアノードは、ピン12、13、27、28、29で利用可能です（注：ピン13と28は両方とも桁2用；ピン12と29は両方とも桁1用；ピン27は桁3用）。この重複はレイアウトの柔軟性を提供します。
• セグメント:セグメントAからGの個別のカソードは、それぞれピン23、16、17、18、22、21、20にあります。
• 小数点:各桁の小数点（DP1、DP2、DP3）用の3つの独立したカソードピンが、ピン26、19/10、24にあります。ピン19と10は両方とも桁2のDPに接続されています。
• 無接続 (NC) ピン:いくつかのピン（1-11、15、30）は無接続とマークされています。これらは内部電気接続がなく、フローティングのままにすることも、はんだ付け時の機械的安定性のために使用することもできます。
• 内部回路図:これは、各桁のコモンアノードがそのピンに接続され、各セグメントLEDのカソードがそれぞれのピンに接続されていることを示すでしょう。これを理解することは、マルチプレキシングドライバ回路を設計する上で極めて重要です。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

データシートは、単一のはんだ付け条件を規定しています：シーティングプレーンから1/16インチ（約1.6mm）下で、260°C、3秒間。

• 解釈:これは、フローはんだ付けまたは手はんだ付けのガイドラインです。リードが260°Cのはんだに短時間浸漬されることに耐えられることを示しています。シーティングプレーンから下という指示は、はんだがリードを過度に上昇するのを防ぎ、パッケージに熱的または機械的ストレスを引き起こす可能性を低減します。
• リフローはんだ付け:データシートはリフロープロファイルを提供していません。現代のSMT実装（ただしこれはスルーホールデバイスのようです）では、ピーク温度が約245-260°Cの標準的な鉛フリーリフロープロファイルがおそらく許容されますが、最大パッケージ本体温度が保管温度限界（85°C）内に収まるように監視する必要があります。
• 一般的な注意事項:
  • 挿入時にリードに過度の機械的ストレスをかけないでください。
  • 適切なフラックスを使用し、必要に応じて完全な洗浄を行い、腐食を防止してください。
  • 内部ワイヤーボンドやLEDチップを損傷しないように、規定されたはんだ付け時間と温度を超えないでください。
• 保管条件:規定の範囲である-35°Cから+85°Cの乾燥環境で保管し、はんだ付け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いでください。

7. アプリケーション提案と設計上の考慮事項

7.1 典型的なアプリケーションシナリオ

• 産業用制御パネル:設定値、プロセス値（温度、圧力、カウント）、タイマー表示の表示用。
• 試験・計測機器:デジタルマルチメータ、周波数カウンタ、電源装置、オシロスコープ（サブ表示用）。
• 医療機器:患者モニター（非重要パラメータ用）、輸液ポンプ、診断機器。
• 自動車アフターマーケット/サブディスプレイ:トリップコンピュータ、ブーストゲージ、電圧モニター。
• 民生/商業用家電:電子レンジ、コーヒーメーカー、フィットネス機器、POS端末。

7.2 重要な設計上の考慮事項

• 電流制限:LEDは電流駆動デバイスです。常に電流制限抵抗または定電流ドライバ回路を使用してください。抵抗値を計算するには、最大順方向電圧（2.6V）と、電源電圧（V_電源）からの所望の電流（温度でディレーティングした≤25 mA）を使用します： R = (V_電源- V_{F_max}) / I_F.
• マルチプレキシング駆動:マルチ桁コモンアノードディスプレイの場合、マルチプレキシングが標準的な駆動技術です。マイクロコントローラは、1桁のコモンアノードを順次オンにし、その桁の数字に対応するカソードパターンを同時に印加します。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（通常>60 Hz）する必要があります。
  • 電流計算:マルチプレキシングでは、各桁が時間の一部（3桁ディスプレイでは1/3）しかオンにならないため、同じ平均輝度を達成するために瞬間セグメント電流を高くすることができます。セグメントあたりの平均電流を10 mAにしたい場合、3桁を等しいデューティサイクルでマルチプレキシングするなら、ピーク瞬間電流として30 mAを使用できます。これは依然としてピーク順方向電流定格（パルス条件下で60 mA）を尊重する必要があります。
• 熱管理:消費電力（セグメントあたり最大70 mW）を考慮してください。1桁内の複数のセグメントを連続駆動する場合、熱が累積する可能性があります。特に高周囲温度で最大定格近くで動作する場合は、適切な気流または放熱を確保してください。電流のディレーティングルールを忘れないでください。
• 視野角:意図した視認軸がデバイスの最適視野角（通常は面に対して垂直）と一致するようにディスプレイを配置してください。
• ESD保護:明示されていませんが、LEDは静電気放電に敏感です。組立時には標準的なESD取り扱い予防策を実施してください。

8. 技術比較と差別化

他の部品番号との直接比較は提供されていませんが、本ディスプレイで使用されているAlInGaP技術の、旧来または代替技術に対する本質的な利点を強調できます：

• 従来のGaP（リン化ガリウム）グリーンLEDとの比較:AlInGaPは、はるかに高い発光効率を提供し、同じ駆動電流でよりはるかに明るいディスプレイを実現します。また、一般に高温性能と色安定性が優れています。
• フィルター付き高輝度GaN（窒化ガリウム）ブルー/ホワイトLEDとの比較:緑色光を生成するために、青色GaN LEDに蛍光体（白色光生成）と緑色フィルターを使用する方法がありますが、これはAlInGaPのような直接発光型グリーンLEDよりも本質的に効率が低く、フィルターが光の大部分を吸収します。直接発光は、単色緑に対してより純粋な色と高い効率を提供します。
• VFD（真空蛍光表示管）またはバックライト付きLCDとの比較:このLEDディスプレイは固体式で、より頑丈であり、より広い動作温度範囲を持ち、VFD（高電圧が必要）と比較してよりシンプルで低電圧のDC駆動電子回路を必要とします。LCDと比較すると、優れた視野角、輝度、低温環境での性能を提供しますが、マルチセグメントディスプレイではより多くの電力を消費し、任意のグラフィックスを形成するのではなく光を発することに限定されます。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

1. Q: このディスプレイを5Vマイクロコントローラのピンから直接駆動できますか？A:No.マイクロコントローラのピンは通常、最大20-25mAをソース/シンクでき、5V（または3.3V）です。LEDの順方向電圧は約2.1-2.6Vです。電流制限抵抗を使用する必要があります。5V電源で20mAを目標とする場合： R = (5V - 2.6V) / 0.020A = 120Ω。MCUピンは20mAを連続的に供給できない可能性があります。トランジスタまたはドライバICを使用してください。
2. Q: なぜ光度の範囲が非常に広いのですか（200～6346 μcd）？A: これはビニングプロセスを反映しています。ユニットは製造後に選別されます。一貫した輝度を得るために、特定のビン（例：1000-2000 μcdビン）から購入することになります。データシートは、可能性のある総広がりを示しています。
3. Q: 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、各桁の正電圧（アノード）をオン/オフすることでディスプレイを制御し、マイクロコントローラまたはドライバICが適切なカソードピンをグランドにして特定のセグメントを点灯させることを意味します。これはコモンカソードディスプレイの逆です。
4. Q: ディレーティング曲線によると、85°Cでは5.2 mAしか使用できません。私のディスプレイは暗すぎませんか？A: 可能性があります。光度対電流および光度対温度の曲線を確認する必要があります。低電流および高温では、輝度が大幅に低下します。高温動作では、最初からより高輝度のビンを選択するか、より暗いディスプレイを受け入れる必要があるかもしれません。LED接合部温度を下げるための熱管理が鍵です。
5. Q: 小数点はどのように接続しますか？A: 小数点は、独自のカソード（ピン26、19/10、24）を持つ独立したLEDです。それらを追加のセグメント（DP）として扱います。桁1の小数点を点灯させるには、桁1のアノードに電源が供給されている間にピン26をグランドにします。

10. 実践的な設計と使用事例

シナリオ: 工業用オーブン用の3桁温度計の設計

1. 要件:表示範囲0-999°C。周囲温度70°Cまで動作。明るい工場内で2メートル離れた場所から明確に視認可能であること。
2. 部品選定:LTC-5674JGは、その温度範囲（-35～+85°C）と高輝度のため適しています。
3. 輝度計算:周囲温度70°Cでは、連続電流をディレーティング： 25 mA - ((70-25)*0.33) ≈ 25 - 14.85 =最大連続 10.15 mA.3桁をマルチプレキシングする場合、1/3デューティサイクルを使用します。良好な平均輝度を達成するために、ピーク電流として25 mA（60mAパルス定格内）を使用します。セグメントあたりの平均電流 = 25mA / 3 ≈ 8.3 mAで、この温度に対して安全です。
4. ドライバ回路:十分なI/Oピンを備えたマイクロコントローラを使用します。3つのNPNトランジスタ（またはPチャネルMOSFET）を使用して、3つのコモンアノードピン（桁1、2、3）をVccに切り替えます。7つのセグメントカソードライン（A-G）のそれぞれに電流制限抵抗を使用します。小数点は使用しない場合があります。マイクロコントローラはマルチプレキシングルーチンを実行し、一度に1つの桁トランジスタをオンにし、その桁の7セグメントコードを出力します。
5. 熱に関する考慮事項:ディスプレイを、ある程度の気流がある外部パネルに取り付けます。PCB上の主要な熱源の直近に配置しないでください。
6. 結果:環境要件と可読性要件を満たす、信頼性の高い明るいディスプレイ。

11. 技術原理の紹介

LTC-5674JGは、GaAs（砒化ガリウム）基板上に成長させたAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）半導体技術に基づいています。この材料系は、スペクトルの赤、オレンジ、黄色、緑色領域での発光に対応する直接遷移型バンドギャップを持っています。特定の色（571-572 nmの緑色）は、結晶成長中にアルミニウム、インジウム、ガリウム、リンの比率を精密に制御することで達成されます。p-n接合に順方向電圧が印加されると、電子と正孔が再結合し、光子（光）の形でエネルギーを放出します。不透明なGaAs基板は発光の一部を吸収しますが、現代のチップ設計と効率的な光取り出し構造により、高い外部量子効率が可能です。グレーの面と白いセグメントはプラスチックパッケージの一部です。グレーの面（多くの場合ダークグレーまたは黒）は、コントラストを向上させるための低反射率の背景として機能します。白いセグメントは、小さなLEDチップの真上にある光拡散領域で、点光源の光をセグメント領域全体に均一に広げ、均一な発光外観を作り出します。

LED仕様用語集

LED技術用語の完全な説明