LTC-4624JD LEDディスプレイ データシート - 0.4インチ桁高 - ハイパーレッド - 順電圧2.6V - 技術文書

1. 製品概要

LTC-4624JDは、鮮明で明るい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桁数値表示モジュールです。その主要な機能は、3桁の各桁において、個別にアドレス可能なLEDセグメントを使用して0から9までの数字を視覚的に表示することです。

本デバイスは、コモンアノード方式のマルチプレックス型7セグメントディスプレイのカテゴリーに属します。発光素子には先進的な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、特にハイパーレッド色を発光します。表示部は白いセグメントマーキングが施されたグレーのフェースプレートを備えており、様々な照明条件下でのコントラストと視認性を高めています。主な設計目標は、計器盤、民生電子機器、産業用制御装置、および数値データ表示が重要なその他の組込みシステム向けに、信頼性が高く、低消費電力で、視覚的に均一なソリューションを提供することです。

1.1 主な特長と利点

• 桁サイズ：文字高さ0.40インチ（10.0 mm）を特徴とし、中距離視認に適しています。
• 光学品質：各セグメント全体で連続的で均一な発光を提供し、暗点を排除して文字表示の一貫性を確保します。
• 効率性：AlInGaP技術で構築されており、高輝度を達成するために比較的低い駆動電流で済み、システム全体の消費電力低減に貢献します。
• 視覚性能：グレーの背景に対して高輝度・高コントラストを実現するよう設計されており、優れた視認性を提供します。また、広い視野角を備えており、様々な位置から表示を読み取ることが可能です。
• 信頼性：固体素子であるため、機械式ディスプレイと比較して高い信頼性、長い動作寿命、衝撃や振動に対する耐性を備えています。
• 適合性：本製品は、RoHS（有害物質使用制限）環境指令に準拠した、鉛フリーパッケージとして構築されています。

1.2 デバイス識別

型番LTC-4624JDは、マルチプレックス型コモンアノード構成でAlInGaPハイパーレッドLEDを採用し、右側小数点を含むデバイスを指定します。この命名規則により、技術、色、電気的構成、および特殊機能を明確に識別することができます。

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生じる可能性のあるストレスの限界を定義します。これらの条件下での動作は保証されません。

• セグメントあたりの電力損失：70 mW。これは単一のLEDセグメントが安全に損失できる最大電力です。
• セグメントあたりのピーク順電流：90 mA。これは過熱を防ぐために、パルス条件下（デューティ比1/10、パルス幅0.1ms）でのみ許容されます。
• セグメントあたりの連続順電流：25°C時で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0.33 mA/°Cで直線的に低下します。つまり、より高温の環境では安全な連続電流が減少します。
• セグメントあたりの逆電圧：5 V。逆バイアスでこの電圧を超えると、破壊を引き起こす可能性があります。
• 動作・保管温度範囲：-35°C から +85°C。
• はんだ付け温度：組立時、実装面から1.6mm下の位置で最大260°Cを最長3秒間耐えます。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、指定された試験条件（Ta=25°C）下で測定された代表的な性能パラメータです。

• 平均光度（I_V）：順電流（I_F）1 mA時で200から650 µcdの範囲。これは人間の目で知覚される光出力を示します。
• セグメントあたりの順電圧（V_F）：代表値2.6V、I_F=20mA時で最大2.6V。設計者は、駆動回路がこの範囲の電圧を十分に供給できることを確認する必要があります。
• ピーク発光波長（λ_p）：650 nm。これは発光強度が最も高い波長であり、そのハイパーレッド色を定義します。
• 主波長（λ_d）：639 nm。これは人間の目による色の単一波長知覚です。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：20 nm。このパラメータは、ピーク波長周辺の放射スペクトルの広がりを表します。
• セグメントあたりの逆電流（I_R）：逆電圧（V_R）5V時で最大100 µA。
• 光度マッチング比：最大2:1。これにより、同一ディスプレイ内のセグメント間の輝度ばらつきが制御され、均一な外観が提供されます。

3. 機械的・パッケージ情報

3.1 パッケージ寸法

LTC-4624JDは、標準的なスルーホールDIP（デュアル・インライン・パッケージ）形式です。PCB（プリント基板）フットプリント設計およびパネル切り欠きに必要なすべての重要な寸法は、詳細な機械図面に記載されています。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±0.25mmです。設計者は、正確な取り付け穴間隔、セグメントウィンドウ位置、およびピン間隔を確保するために、この図面を参照する必要があります。

3.2 ピン接続と内部回路

本ディスプレイは15ピン構成（いくつかのピンはピンなしと表示）です。マルチプレックス型コモンアノード方式を採用しています。

• コモンアノード：ピン1（桁1）、5（桁2）、7（桁3）、および14（LED L1、L2、L3共通）は、各桁およびインジケータLEDの正極供給端子です。
• セグメントカソード：ピン2（E）、3（C、L3）、4（D）、6（DP）、8（G）、11（B、L2）、12（A、L1）、および15（F）は、個々のセグメントおよび右側小数点（DP）の負極端子です。セグメントA-Gは主要な桁を形成し、L1-L3は独立したインジケータLEDです。
• 回路図：内部回路図は、各桁のセグメントがコモンアノード接続を共有していることを示しています。特定の桁の特定のセグメントを点灯させるには、その桁のコモンアノードピンをハイ（電源）に駆動しながら、対応するカソードピンをロー（グランド）に駆動する必要があります。このマルチプレクシング技術により、必要な駆動ピンの総数を削減できます。

4. 性能曲線分析

データシートには、詳細な設計解析に不可欠な代表的な特性曲線が含まれています。

• 順電流対順電圧（I-V曲線）：この曲線は、LEDにかかる電圧とそれによって生じる電流との非線形関係を示します。LEDは電流駆動デバイスであるため、駆動回路の電流制限部分を設計する上で極めて重要です。
• 光度対順電流：このグラフは、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ています。通常、ある範囲では線形ですが、より高い電流では飽和します。設計者はこれを使用して、輝度と効率、寿命のバランスを取る動作点を選択します。
• 光度対周囲温度：この曲線は、LEDの接合温度が上昇するにつれて光出力が低下することを示しています。特に高温または高電流アプリケーションにおける熱管理の重要性を強調しています。
• スペクトル分布：650 nmのピークを中心に、異なる波長にわたって放射される光の相対強度を示すプロットです。これにより、ハイパーレッド発光の正確な色特性が定義されます。

5. アプリケーションガイドラインと設計上の考慮事項

5.1 駆動回路設計

• 定電流駆動：定電圧駆動よりも強く推奨されます。LEDは電流に敏感です。定電流源は、順電圧がユニット間や温度によって変動しても、一貫した輝度を確保し、熱暴走から保護します。
• 電圧マージン：駆動回路は、LEDの順電圧（V_F）の最小値から最大値までの全範囲に対応できるように設計され、すべての条件下で目標電流が供給されることを保証する必要があります。
• 電流制限：安全動作電流は、最大予想周囲温度に基づいて選択し、25°C以上では0.33 mA/°Cの低下率を適用する必要があります。
• 逆バイアス保護：回路には、電源投入時の逆電圧や電圧スパイクの印加を防ぐための保護（例：ディスプレイピンと並列に接続したダイオード）を組み込むべきです。これにより、金属移動やデバイス故障を引き起こす可能性があります。
• マルチプレクシングの実装：コモンアノードマルチプレックス型ディスプレイであるため、マイクロコントローラまたは専用ドライバICは、各桁のアノードを順次アクティブにしながら、その桁のセグメントデータをカソードラインに提示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（通常>60 Hz）する必要があります。

5.2 熱・環境管理

• 過負荷の回避：推奨駆動電流または動作温度を超えると、光出力の劣化（光束減衰）が加速し、早期の致命的な故障につながる可能性があります。
• 結露防止：特に湿潤環境では、ディスプレイを急激な温度変化にさらさないでください。LED表面に結露が生じると、電気的または光学的な問題を引き起こす可能性があります。
• 機械的取り扱い：組立時にディスプレイ本体に異常な力を加えないでください。エポキシレンズの破損や内部ワイヤボンドの損傷を避けるために、適切な工具と方法を使用してください。

5.3 組立・統合上の注意

• フィルター/オーバーレイフィルム：感圧接着フィルム（カラーフィルターやパターン用）を使用する場合は、前面パネルに強く接触しないようにしてください。これにより、フィルムが意図した位置からずれる可能性があります。
• 複数ディスプレイセットのビニング：1つのアセンブリ（例：多桁パネル）で2つ以上のディスプレイを使用する場合は、色調や輝度の目立った違いを避けるために、同じ生産ビンからのディスプレイを調達することを強くお勧めします。
• 信頼性試験：このディスプレイを組み込んだ最終製品が特定の落下試験や振動試験を受ける必要がある場合、互換性を確保するために試験条件を事前に評価する必要があります。

6. 保管・取り扱い

適切な保管は、はんだ付け性と性能を維持するために重要です。

• 標準保管条件：スルーホールディスプレイを元の梱包状態で保管する場合、推奨環境は5°Cから30°C、相対湿度60%RH以下です。
• 湿気感受性：製品が防湿バッグに保管されていない場合、またはバッグが開封されてから6か月以上経過している場合は、使用前に60°Cで48時間ベーキングすることをお勧めします。ベーキング後は1週間以内に組立を完了してください。
• 在庫管理：ピンの酸化を防ぐために、在庫レベルを低く保ち、できるだけ早く部品を使用することをお勧めします。理想的な条件でない状態での長期保管は、はんだ付け前にリードの再はんだメッキが必要になる可能性があります。

7. 代表的なアプリケーションシナリオ

LTC-4624JDは、鮮明で信頼性の高い数値表示を必要とする様々なアプリケーションに適しています：

• 試験・測定機器：デジタルマルチメータ、周波数カウンタ、電源装置など、その輝度と視認性が鍵となる分野。
• 産業用制御装置：プロセスタイマー、カウンタ表示、機械制御盤上の温度表示。
• 民生電子機器：オーディオ機器（アンプのレベル表示）、旧型の時計、家電制御。
• 自動車アフターマーケット：計器類および診断ツール（ただし、事前協議なしでの主要な自動車安全システムへの使用は除く）。
• 組込みシステム・プロトタイピング：そのシンプルなマルチプレクシングインターフェースのため、教育用キットやホビイストプロジェクトに適しています。

8. よくある質問（FAQ）

8.1 コモンアノードとコモンカソードの違いは何ですか？

コモンアノードディスプレイでは、1桁分のLEDのすべてのアノード（正極側）が接続されています。セグメントを点灯させるには、そのカソードに低電圧（グランド）を印加します。コモンカソードディスプレイでは、カソードが共通であり、セグメントを点灯させるにはアノードに高電圧を印加します。LTC-4624JDはコモンアノードタイプです。

8.2 電流制限抵抗の値をどのように計算しますか？

定電圧駆動（主な方法としては推奨されません）の場合、オームの法則を使用します：R = (V_電源- V_F) / I_F。データシートの最大V_F（2.6V）と希望するI_F（例：20mA）を使用します。V_電源=5Vの場合、R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 Ωとなります。定電流ドライバ回路はより堅牢なソリューションです。

8.3 なぜマルチプレクシングが使用されるのですか？

マルチプレクシングにより、必要なマイクロコントローラのI/Oピン数またはドライバICのチャネル数を大幅に削減できます。非マルチプレックス型の3桁7セグメントディスプレイでは、3*7=21ピンが必要です。このマルチプレックス型では、3（桁アノード）+ 8（セグメントカソード）= 11ピン（一部はインジケータ用に共有）のみで済みます。

8.4 ハイパーレッドとはどういう意味ですか？

ハイパーレッドは、主波長が約639-650 nmのAlInGaP LEDによって発光される、特定の深い赤色光を指します。標準的な赤色LEDよりもしばしば明るく効率的であり、その高い視認性とコントラストのために選択されます。

9. 技術的背景とトレンド

9.1 AlInGaP技術

アルミニウムインジウムガリウムリン（AlInGaP）は、赤、オレンジ、黄色の波長範囲で高効率発光を実現するために特別に設計された半導体材料です。不透明なGaAs基板上に成長され、GaAsPなどの旧来技術と比較して優れた発光効率と熱安定性を提供し、LTC-4624JDに見られる高輝度と信頼性を実現しています。

9.2 ディスプレイ技術の文脈

LTC-4624JDのような7セグメントLEDディスプレイは、そのシンプルさ、明るさ、低コストのため、専用の数値表示装置として定番であり続けていますが、より広範なエコシステムの一部です。ドットマトリックスLEDディスプレイは英数字およびグラフィック表示能力を提供します。複雑な情報には、LCD（液晶ディスプレイ）やOLED（有機発光ダイオード）がよく使用されます。選択は、視野角、輝度、消費電力、情報の複雑さ、コストに関する特定の要件に依存します。