LTC-5689KD LEDディスプレイ データシート - 0.56インチ桁高 - ハイパーレッド(650nm) - 順方向電圧2.6V - 消費電力70mW - 技術文書

1. 製品概要

LTC-5689KD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3桁7セグメントLEDディスプレイモジュールです。桁高0.56インチ（14.2 mm）を特徴とし、優れた視認性を提供します。本ディスプレイは、GaAs基板上に成長させた先進的なAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）ハイパーレッドLEDチップを採用しています。この技術は、赤色スペクトルにおける高効率と優れた色純度のために選択されています。デバイスは黒い面と白いセグメントによる高コントラストの外観を呈し、様々な照明条件下での可読性を高めています。発光強度でカテゴライズされており、RoHS指令に準拠した鉛フリーパッケージで提供されるため、環境配慮を考慮した現代の電子設計に適しています。

1.1 主な特長と利点

LTC-5689KDは、設計者にとって信頼性の高い選択肢となるいくつかの明確な利点を提供します：

• 光学性能：高輝度と高コントラストを実現し、ディスプレイが容易に読み取れることを保証します。広い視野角を誇り、視聴者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適しています。
• 電力効率：低電力要件を有しており、バッテリー駆動または省エネルギーを意識したデバイスに有益です。
• 美的感覚と構造品質：連続的で均一なセグメントを特徴とし、点灯セグメントに視覚的な途切れや隙間のない優れた文字外観に貢献します。ソリッドステート構造により、高い信頼性と長い動作寿命が保証されます。
• 設計の柔軟性：マルチプレックス・コモンアノード構成により、多桁ディスプレイの駆動回路が簡素化され、必要なマイクロコントローラI/Oピンの数を削減します。
• 品質保証：デバイスは発光強度でカテゴライズ（ビニング）されており、単一のアセンブリで複数のディスプレイを使用する際の一貫した輝度マッチングを可能にします。

2. 技術仕様の詳細

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発生する可能性がある限界を定義します。これらの条件下でのディスプレイの動作は推奨されません。

• セグメントあたりの消費電力：最大70 mW。
• セグメントあたりのピーク順方向電流：90 mA（パルス条件下：1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）。
• セグメントあたりの連続順方向電流：25°Cで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、0.28 mA/°Cで線形に低下します。
• 動作・保管温度範囲：-35°C から +105°C。
• はんだ付け条件：デバイスは、実装面から1/16インチ（約1.6mm）下で測定して、260°Cで3秒間のはんだ付けに耐えることができます。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、周囲温度（Ta）25°Cで測定された代表的な動作パラメータです。

• 平均発光強度（Iv）：順方向電流（IF）= 1 mAで駆動した場合、320 μcd（最小）から1250 μcd（最大）の範囲で、代表値が提供されます。
• ピーク発光波長（λp）：650 nm（IF=20mA時）。これはハイパーレッド発光の色点を定義します。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：20 nm（IF=20mA時）、スペクトル純度を示します。
• 主波長（λd）：639 nm（IF=20mA時）。
• チップあたりの順方向電圧（VF）：代表値2.60V、IF=20mA時で2.10Vから2.60Vの範囲。回路設計はこの変動を考慮に入れる必要があります。
• セグメントあたりの逆方向電流（IR）：逆方向電圧（VR）5V印加時、最大100 μA。このパラメータはテスト目的のみであり、連続的な逆バイアス動作は禁止されています。
• 発光強度マッチング比：IF=1mA時、類似の光領域内のセグメント間で最大2:1、均一性を確保します。
• クロストーク：仕様は1.0%未満で、隣接セグメントの不要な発光を最小限に抑えます。

3. 機械的およびパッケージ情報

3.1 パッケージ寸法と公差

機械図面は、PCBレイアウトおよび筐体設計に重要な寸法を提供します。特に指定がない限り、すべての主要寸法はミリメートル単位で、標準公差は±0.25mmです。組立に関する重要な注意事項には以下が含まれます：セグメント上の異物や気泡は10ミルを超えてはならない；リフレクタの曲がりはその長さの1%未満でなければならない；表面インク汚染は20ミル未満でなければならない。ピン先端シフト公差は±0.4 mmです。確実なはんだ付けのためには、PCB穴径1.0 mmが推奨されます。

3.2 ピン配置と内部回路

ディスプレイは14ピン構成です。マルチプレックス・コモンアノードタイプです。ピン配置は以下の通りです：ピン1-7はそれぞれセグメントAからGのカソードです。ピン8は小数点DP1、DP2、DP3のコモンカソードです。ピン9、10、11はそれぞれ桁3、2、1のコモンアノードです。ピン12は小数点DP4とDP5のコモンアノードです。ピン13と14はそれぞれDP5とDP4のカソードです。内部回路図は、3桁と5つの小数点がどのように相互接続されているかを明確に示しており、正しいマルチプレックス駆動シーケンスを設計するために不可欠です。

4. アプリケーションガイドラインと設計上の考慮事項

4.1 重要なアプリケーション上の注意

これらのガイドラインを遵守することは、信頼性の高い動作にとって極めて重要です：

• 動作限界：電流、電力、または温度の絶対最大定格を決して超えないでください。これにより、発光出力の深刻な低下または致命的な故障が引き起こされます。
• 駆動回路設計：一貫した輝度と長寿命を維持するために、定電流駆動を強く推奨します。回路は、指定された順方向電圧（VF）の全範囲に対応できるように設計されなければなりません。損傷を防ぐために、逆電圧および電源投入時の過渡スパイクに対する保護は必須です。
• 熱管理：駆動電流は、アプリケーション環境の最高周囲温度に基づいて低下させなければなりません。過熱を防ぐためです。
• 環境要因：湿気の多い環境での急激な温度変化を避け、ディスプレイ上の結露を防止してください。組立中にディスプレイ本体に機械的な力を加えないでください。
• オーバーレイとの併用：印刷/パターンフィルムを感圧接着剤で貼り付ける場合、前面パネルに直接押し付けないようにしてください。外力によりフィルムがずれる可能性があります。
• 複数ディスプレイのマッチング：2つ以上のディスプレイを使用するアセンブリでは、均一な外観を確保するために、同じ発光強度ビンからユニットを選択してください。
• 機械的ストレステスト：最終製品が落下または振動テストを必要とする場合、ディスプレイの互換性を確保するために条件を事前に評価する必要があります。

4.2 保管条件

適切な保管は、ディスプレイのはんだ付け性と性能を保持します。製品が元の防湿包装内にある間の推奨保管条件は、温度5°Cから30°C、相対湿度60% RH未満です。これらの条件が満たされない場合、または防湿バッグが6ヶ月以上開封された場合、ピンが酸化する可能性があります。そのような場合、使用前に再メッキおよび再選別が必要になることがあります。在庫を管理して長期保管を避け、製品を迅速に消費することをお勧めします。

5. 性能曲線と特性分析

データシートは、詳細な設計分析に不可欠な代表的な性能曲線を参照しています。特定のグラフは本文には再現されていませんが、通常以下を含みます：

• 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）：駆動電流とLEDチップ両端の電圧降下の関係を示し、電流制限回路の設計に重要です。
• 発光強度 vs. 順方向電流：発光出力が駆動電流とともにどのように増加するかを示し、所望の輝度に対する適切な動作点の選択に役立ちます。
• 発光強度 vs. 周囲温度：温度上昇に伴う発光出力の低下を示し、熱設計の決定に情報を提供します。
• スペクトル分布：相対強度対波長のグラフで、ピーク波長と主波長、およびスペクトル半値幅を確認します。

これらの曲線により、エンジニアは非標準条件（異なる電流または温度）下での性能を予測し、効率と信頼性のために設計を最適化することができます。

6. 代表的なアプリケーションシナリオと設計上の注意

LTC-5689KDは、オフィスオートメーション機器、通信機器、家電製品を含む一般的な電子機器を対象としています。その明確な数値表示は、以下に適しています：

• 試験・測定機器（マルチメータ、電源装置）。
• 産業用制御パネルおよびタイマー。
• 電子レンジ、オーディオレシーバー、または空調制御システムなどの民生用機器。
• 販売時点情報管理端末および情報表示装置。

設計上の注意：故障が安全性に影響を与える可能性がある（例：航空、医療機器、交通制御）ような、並外れた信頼性を必要とするアプリケーションでは、適合性を評価するための事前アプリケーション相談が必要です。駆動用マイクロコントローラのファームウェアは、各桁の所望のセグメントを点灯させるために、対応するセグメントカソードをLowに引きながら、コモンアノード（ピン9、10、11、12）を順次励起する正しいマルチプレックスルーチンを実装しなければなりません。残像効果により、すべての桁が連続して点灯しているかのような錯覚が生まれます。

7. 技術比較と差別化

標準的なGaAsPやGaP赤色LEDなどの古い技術と比較して、LTC-5689KDのAlInGaPハイパーレッドチップは、はるかに高い発光効率を提供し、同じ駆動電流でより大きな輝度をもたらします。色は、標準赤色LEDのオレンジがかった赤と比較して、より深く、より飽和した赤（ピーク650nm）です。マルチプレックス・コモンアノード設計は、スタティック駆動ディスプレイとの重要な差別化要因であり、必要な駆動ピンの大幅な削減（スタティック駆動の26+からマルチプレックスの14へ）を提供し、PCBレイアウトを簡素化し、マイクロコントローラのリソース要件を削減します。ただし、専用の走査駆動ルーチンを必要とするという代償があります。

8. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 発光強度ビニングの目的は何ですか？

A: ビニングは一貫性を保証します。複数のディスプレイを並べて使用する場合、同じビンから選択することで、ユニット間の輝度の目に見える差が最小限に抑えられ、プロフェッショナルで均一な外観が作成されます。

Q: なぜ定電圧よりも定電流駆動が推奨されるのですか？

A: LEDの順方向電圧（VF）には公差（例：2.1Vから2.6V）があります。定電圧源では、セグメントやディスプレイごとに電流（したがって輝度）に大きなばらつきが生じます。定電流源は、VFの変動に関係なく同一の電流が流れることを保証し、均一な輝度を保証します。

Q: このディスプレイを5Vのマイクロコントローラピンで直接駆動できますか？

A: いいえ。電流制限抵抗、またはできれば専用の定電流駆動ICを使用する必要があります。5Vピンをセグメントカソード（アノードが給電されている状態）に直接接続すると、絶対最大連続電流（25mA）を超え、LEDを破壊する可能性が高いです。抵抗値は、供給電圧、LEDのVF、および所望の順方向電流（IF）に基づいて計算されなければなりません。

Q: 連続順方向電流について25°Cから線形に低下とはどういう意味ですか？

A: これは、周囲温度が25°Cを超えて摂氏1度上昇するごとに、許容される最大連続電流が0.28 mA減少することを意味します。例えば、50°C（25°C上昇）では、最大電流はセグメントあたり 25 mA - (25 * 0.28 mA) = 25 mA - 7 mA = 18 mA となります。

LED仕様用語集

LED技術用語の完全な説明

光電性能

用語	単位/表示	簡単な説明	なぜ重要か
発光効率	lm/W (ルーメン毎ワット)	電力ワット当たりの光出力、高いほどエネルギー効率が良い。	エネルギー効率等級と電気コストを直接決定する。
光束	lm (ルーメン)	光源から発せられる全光量、一般に「明るさ」と呼ばれる。	光が十分に明るいかどうかを決定する。
視野角	° (度)、例：120°	光強度が半分になる角度、ビーム幅を決定する。	照明範囲と均一性に影響する。
色温度	K (ケルビン)、例：2700K/6500K	光の暖かさ/冷たさ、低い値は黄色がかった/暖かい、高い値は白っぽい/冷たい。	照明の雰囲気と適切なシナリオを決定する。
演色性指数	無次元、0–100	物体の色を正確に再現する能力、Ra≥80は良好。	色の真実性に影響し、ショッピングモール、美術館などの高要求場所で使用される。
色差許容差	マクアダム楕円ステップ、例：「5ステップ」	色の一貫性指標、ステップが小さいほど色の一貫性が高い。	同じロットのLED全体で均一な色を保証する。
主波長	nm (ナノメートル)、例：620nm (赤)	カラーLEDの色に対応する波長。	赤、黄、緑の単色LEDの色相を決定する。
分光分布	波長 vs 強度曲線	波長全体の強度分布を示す。	演色性と色品質に影響する。

電気パラメータ

用語	記号	簡単な説明	設計上の考慮事項
順電圧	Vf	LEDを点灯するための最小電圧、「始動閾値」のようなもの。	ドライバ電圧は≥Vfでなければならず、直列LEDの場合は電圧が加算される。
順電流	If	LEDの正常動作のための電流値。	通常は定電流駆動、電流が明るさと寿命を決定する。
最大パルス電流	Ifp	短時間耐えられるピーク電流、調光やフラッシュに使用される。	パルス幅とデューティサイクルは損傷を避けるために厳密に制御する必要がある。
逆電圧	Vr	LEDが耐えられる最大逆電圧、それを超えると破壊される可能性がある。	回路は逆接続や電圧スパイクを防ぐ必要がある。
熱抵抗	Rth (°C/W)	チップからはんだへの熱伝達抵抗、低いほど良い。	高い熱抵抗はより強力な放熱を必要とする。
ESD耐性	V (HBM)、例：1000V	静電気放電に耐える能力、高いほど脆弱性が低い。	生産時には帯電防止対策が必要、特に敏感なLEDには。

熱管理と信頼性

用語	主要指標	簡単な説明	影響
接合温度	Tj (°C)	LEDチップ内部の実際の動作温度。	10°Cの低下ごとに寿命が2倍になる可能性がある；高すぎると光衰、色ずれを引き起こす。
光束減衰	L70 / L80 (時間)	明るさが初期の70%または80%に低下するまでの時間。	LEDの「サービス寿命」を直接定義する。
光束維持率	% (例：70%)	時間経過後に残った明るさの割合。	長期使用における明るさの保持能力を示す。
色ずれ	Δu′v′またはマクアダム楕円	使用中の色変化の程度。	照明シーンでの色の一貫性に影響する。
熱劣化	材料劣化	長期的な高温による劣化。	明るさ低下、色変化、または開放回路故障を引き起こす可能性がある。

パッケージングと材料

用語	一般的な種類	簡単な説明	特徴と応用
パッケージタイプ	EMC、PPA、セラミック	チップを保護し、光学的/熱的インターフェースを提供するハウジング材料。	EMC：耐熱性が良く、低コスト；セラミック：放熱性が良く、寿命が長い。
チップ構造	フロント、フリップチップ	チップ電極配置。	フリップチップ：放熱性が良く、効率が高い、高電力用。
蛍光体コーティング	YAG、珪酸塩、窒化物	青チップを覆い、一部を黄/赤に変換し、白に混合する。	異なる蛍光体は効率、CCT、CRIに影響する。
レンズ/光学	フラット、マイクロレンズ、TIR	光分布を制御する表面の光学構造。	視野角と配光曲線を決定する。

品質管理とビニング

用語	ビニング内容	簡単な説明	目的
光束ビン	コード例：2G、2H	明るさでグループ化され、各グループに最小/最大ルーメン値がある。	同じロット内で均一な明るさを保証する。
電圧ビン	コード例：6W、6X	順電圧範囲でグループ化される。	ドライバのマッチングを容易にし、システム効率を向上させる。
色ビン	5ステップマクアダム楕円	色座標でグループ化され、狭い範囲を保証する。	色の一貫性を保証し、器具内の不均一な色を避ける。
CCTビン	2700K、3000Kなど	CCTでグループ化され、各々に対応する座標範囲がある。	異なるシーンのCCT要件を満たす。

テストと認証

用語	標準/試験	簡単な説明	意義
LM-80	光束維持試験	一定温度での長期照明、明るさの減衰を記録する。	LED寿命の推定に使用される (TM-21と併用)。
TM-21	寿命推定標準	LM-80データに基づいて実際の条件下での寿命を推定する。	科学的な寿命予測を提供する。
IESNA	照明学会	光学的、電気的、熱的試験方法を網羅する。	業界で認められた試験基盤。
RoHS / REACH	環境認証	有害物質 (鉛、水銀) がないことを保証する。	国際的な市場参入要件。
ENERGY STAR / DLC	エネルギー効率認証	照明製品のエネルギー効率と性能認証。	政府調達、補助金プログラムで使用され、競争力を高める。