LTC-2721JD LEDディスプレイ仕様書 - 0.28インチ桁高 - AlInGaP赤色 - 2.6V順電圧 - 70mW消費電力 - 日本語技術文書

1. 製品概要 LTC-2721JDは、電子機器において明確な数値表示を目的とした、コンパクトで高性能な3桁7セグメントディスプレイです。0.28インチ（7.0 mm）の桁高を特徴とし、サイズと視認性の優れたバランスを提供します。本デバイスは、先進的なAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）LEDチップ技術、具体的には不透明なGaAs基板上に形成された高効率赤色バリアントを採用しています。この技術選択は、従来のLED材料と比較して優れた輝度と効率を提供する、その性能の鍵となります。ディスプレイは白いセグメントを持つ特徴的なグレーの表面を有し、コントラストと文字の見た目を向上させ、様々な照明条件下で数字を読みやすくします。主なターゲット市場は、信頼性の高い低消費電力の数値表示が必要な、民生電子機器、産業用制御パネル、計測器、試験装置、およびオフィス機器などです。

1.1 主な特長と利点

最適なサイズ：

• 0.28インチの桁高は、過度なパネルスペースを占有することなく、明確な表示を提供します。優れた光学性能：
• 連続的で均一なセグメントにより、一貫した照明を保証します。高輝度、高コントラスト、広い視野角の組み合わせにより、複数の視点からの視認性を保証します。エネルギー効率：
• 効率的なAlInGaP技術によって駆動される低消費電力要件。強化された信頼性：
• ソリッドステート構造により、長い動作寿命と衝撃・振動に対する耐性を提供します。品質保証：
• デバイスは輝度でカテゴライズされており、生産ロット間で一貫した輝度レベルを保証します。環境適合性：
• 本製品は、RoHS（有害物質の使用制限）指令に準拠した鉛フリーパッケージで提供されます。1.2 デバイス識別

型番LTC-2721JDは、AlInGaP高効率赤色LEDを使用し、右側小数点を備えた、マルチプレックス方式のカソードコモンディスプレイを具体的に示します。この構成は、マイクロコントローラのI/Oピン数を削減して複数の桁を駆動するための標準的なものです。

2. 技術パラメータ：詳細かつ客観的な解釈

このセクションでは、ディスプレイの性能と動作限界を定義する重要な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 絶対最大定格

これらは、いかなる条件下でも（一瞬でも）超えてはならないストレス限界です。これらの限界で、またはそれを超えて動作すると、永久損傷を引き起こす可能性があります。

セグメントあたりの消費電力：

• 70 mW。これは、単一のセグメントが安全に熱として放散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、マルチプレックス用のパルス条件下（1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）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で25 mA。この電流は、周囲温度（Ta）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。例えば、85°Cでは、最大連続電流は約：25 mA - ((85°C - 25°C) * 0.33 mA/°C) ≈ 5.2 mAとなります。温度範囲：
• 動作および保管温度範囲は-35°Cから+85°Cです。はんだ付け条件：
• 波はんだ付けまたは手はんだ付けは、シーティングプレーンから1/16インチ（≈1.59 mm）下で行う必要があります。推奨される最大はんだ付け温度は、260°Cで5秒間、または手はんだ付けの場合は350°C ±30°Cで5秒以内です。2.2 電気的・光学的特性

これらは、Ta=25°Cおよび指定された順電流（IF）で測定された代表的な性能パラメータです。

平均光度（I

• ）：_VIF=1mAで200から600 μcd（マイクロカンデラ）の範囲。ディスプレイは強度でビニングされており、測定された出力に基づいて部品がグループに分類され、一貫性が保証されることを意味します。セグメントあたりの順電圧（V
• ）：_F典型的には2.6V、IF=20mAで最大2.6V。設計者は、駆動回路が十分な電圧を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
• ）：_p656 nm。これは、光出力が最大となる波長です。主波長（λ
• ）：_d640 nm。これは、人間の目が知覚する単一波長であり、色（赤）を定義します。スペクトル線半値幅（Δλ）：
• 22 nm。これは、発光する赤色光のスペクトル純度を示します。セグメントあたりの逆電流（I
• ）：_RV=5Vで最大100 μA。_R重要な注意：このパラメータはテスト目的のみです。デバイスは連続的な逆バイアス動作用に設計されておらず、そのような状態は駆動回路によって防止されなければなりません。光度マッチング比：
• 類似の光領域内のセグメント間で最大2:1。これにより、桁のすべてのセグメント間で均一な輝度が保証されます。クロストーク：
• ≤2.5%と規定。これは、隣接するセグメントが駆動されたときに意図しないセグメントの照明を指し、最小限であるべきです。3. 機械的・パッケージ情報

3.1 パッケージ寸法と公差

ディスプレイは、標準的なデュアルインチパッケージ（DIP）フットプリントに準拠しています。主な寸法上の注意点は以下の通りです：

すべての寸法はミリメートル（mm）です。

• 特に指定がない限り、一般的な公差は±0.20 mmです。
• ピン先端シフト公差は±0.4 mmです。
• 異物（≤10 mils）、インク汚染（≤20 mils）、曲がり（反射板長さの≤1%）、セグメント内の気泡（≤10 mils）について、品質管理限界が定義されています。
• ピン用の推奨PCB穴径は1.30 mmです。
• 3.2 ピン配置と内部回路

LTC-2721JDは、

マルチプレックス方式のカソードコモンディスプレイです。3つのカソードコモンピン（各桁用：ピン2、5、8）と、各セグメント（A-G、DP）およびコロンセグメント（L1、L2、L3）用の個別のアノードピンを持ちます。ピン13は、3つのコロンLEDの共通カソードです。このアーキテクチャにより、マイクロコントローラは、特定の桁のカソードコモンをグランドに落とし、必要なセグメントのアノードに順電圧を印加することで、その桁を点灯させることができます。桁を高速に切り替える（マルチプレックス）ことにより、3桁すべてが連続して点灯しているように見えます。ピン接続は以下の通りです：1(D)、2(CC1)、3(DP)、4(E)、5(CC2)、6(C/L3)、7(G)、8(CC3)、9(NC)、10-11(NP)、12(B/L2)、13(CC L1/L2/L3)、14(NP)、15(A/L1)、16(F)。4. 性能曲線と特性

仕様書は代表的な性能曲線を参照しています（提供されたテキストには表示されていませんが）。標準的なLEDの動作と与えられたパラメータに基づくと、これらの曲線は通常、以下を示します：

順電流対順電圧（I-V曲線）：

• 指数関数的関係を示し、20mAでの典型的なVは2.6Vです。_F光度対順電流：
• 最大定格まで、光出力が電流とともにどのように増加するかを示します。光度対周囲温度：
• 温度上昇に伴う光出力の低下を示し、設計における重要な要素です。スペクトル分布：
• 相対強度を波長に対してプロットしたグラフで、656 nm（ピーク）と640 nm（主波長）を中心とします。5. 信頼性試験

本デバイスは、堅牢性と長寿命を保証するために、軍事（MIL-STD）、日本（JIS）、および内部基準に基づく包括的な信頼性試験スイートを受けます。

動作寿命（RTOL）：

• 室温下、最大定格電流で1000時間。環境ストレス：
• 高温高湿保管（65°C/90-95% RHで500時間）、高温保管（105°Cで1000時間）、低温保管（-35°Cで1000時間）を含みます。温度サイクルおよびサーマルショック：
• 温度サイクル（-35°Cと105°Cの間で30サイクル）およびサーマルショック（-35°Cと105°Cの間で30サイクル）試験により、急激な温度変化に対する耐性をテストします。はんだ付け性：
• 耐はんだ性（260°Cで10秒）およびはんだ付け性（245°Cで5秒）試験により、パッケージの組立プロセスに対する耐性を検証します。6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

6.1 自動はんだ付け

波はんだ付けの場合、推奨条件は、リードをシーティングプレーンから1/16インチ（1.59 mm）下の深さまで、260°Cで最大5秒間浸漬することです。このプロセス中、ディスプレイの本体温度は最大保管温度を超えてはなりません。

6.2 手はんだ付け

はんだごてを使用する場合、先端はリード（再び、シーティングプレーンから1/16インチ下）に、350°C ±30°Cの温度で5秒以内に接触させる必要があります。接合部とパッケージ本体の間のリードにヒートシンクを使用することは良い習慣です。

7. 重要なアプリケーション上の注意点と設計上の考慮事項

重要：

信頼性の高い動作と早期故障を防ぐためには、これらの注意事項を遵守することが不可欠です。使用目的：

• 一般的な電子機器用に設計されています。安全が重要なアプリケーション（航空、医療など）では、相談が必要です。定格遵守：
• 駆動回路は、必ず絶対最大定格（電流、電圧、電力、温度）が決して超えないようにしなければなりません。製造元は、遵守しないことによる損害について責任を負いません。電流および熱管理：
• 推奨される順電流または動作温度を超えると、深刻で不可逆的な光出力の劣化を引き起こし、致命的な故障につながる可能性があります。回路保護：
• 駆動回路は、電源投入時やシャットダウン時に発生する可能性のある逆電圧および電圧トランジェントに対する保護を組み込む必要があります。電流を制限するために、直列抵抗または定電流ドライバが必須です。駆動方法：
• 定電圧駆動よりも 定電流駆動を強く推奨します。これにより、セグメント間またはユニット間の順電圧（V_F）のわずかな変動に関係なく一貫した光度が保証され、電流スパイクに対する固有の保護が提供されます。マルチプレックス動作の場合、セグメントあたりの平均電流が限界内に収まるように、デューティサイクルに基づいてピーク電流を計算する必要があります。

8. 実用的なアプリケーションシナリオと設計ノート

8.1 代表的な用途

• デジタルマルチメータ（DMM）および試験装置：電圧、電流、抵抗の明確な数値表示を提供します。
• 産業用タイマーおよびカウンター：経過時間、生産カウント、または設定値を表示します。
• 民生電子機器：時計、オーディオ機器の表示、キッチン家電の表示。
• 計装パネル：温度、圧力、速度などのセンサーデータをコンパクトな形式で表示します。

8.2 設計実装ケーススタディ

シナリオ：マイクロコントローラを使用した3桁電圧計ディスプレイの設計。

1. マルチプレックスドライバ：マイクロコントローラは、セグメントアノード（A-G、DP）用に7-8本のI/Oピン、桁カソード（CC1、CC2、CC3）用に3本のI/Oピン（オープンドレイン/低出力として構成）を使用します。
2. 電流制限：各セグメントアノードラインに直列に電流制限抵抗を配置します。抵抗値（R）は、次の式を使用して計算されます：R = (V_電源- V_F) / I_F。5V電源、V_F=2.6V、希望するI_Fが10 mAの場合：R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 Ω。最も近い標準値（例：220 Ωまたは270 Ω）を使用します。
3. マルチプレックスタイミング：マイクロコントローラをプログラムして、一度に1つの桁カソードをアクティブにし、その桁に必要なセグメントを点灯させ、短時間（例：2-5 ms）待機してから次の桁に移動します。50-200 Hzのリフレッシュレートにより、目に見えるちらつきを防ぎます。
4. ピーク電流チェック：10%のデューティサイクル（3桁）を使用する場合、アクティブ時間中のピーク電流は高くなる可能性があります。平均 I_F10 mAの場合、1/3デューティサイクル中のピーク電流は30 mAになります。これは、ピーク順電流の絶対最大定格（90 mA）および動作温度での連続電流の低下と照らし合わせてチェックする必要があります。

9. 技術比較と差別化

LTC-2721JDの主な利点は、そのAlInGaP技術に由来します：

• 従来のGaAsP/GaP赤色LEDとの比較：AlInGaPは、著しく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。また、より優れた温度安定性と色純度も提供します。
• 大型ディスプレイとの比較：0.28インチサイズは、読みにくい可能性のある非常に小さい（0.2インチ）ディスプレイと、より多くの電力を消費しボード面積を占有する大型（0.5インチ以上）ディスプレイの間の最適なポイントを提供します。
• カソードコモン構成は、マイクロコントローラによって駆動されるシステムでしばしば好まれます。なぜなら、通常、電流を供給する（ピンをハイに駆動する）よりも、電流を吸い込む（ピンをローに駆動する）方が効果的であるためです。10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

10.1 3.3Vマイクロコントローラでこのディスプレイを駆動できますか？

回答：

可能ですが、注意が必要です。典型的な順電圧（V）は2.6Vです。3.3V電源では、電流制限抵抗用のヘッドルームは0.7Vしかありません。この小さな電圧降下により、電流はV_Fと電源電圧の変動に対して非常に敏感になります。安定した輝度を保証するために、3.3V動作では定電流ドライバ回路を強く推奨します。ドライバなしで3.3V GPIOピンに直接接続すると、V_Fが範囲の下限にある場合、過電流のリスクがあります。_F10.2 最大連続電流が温度とともに低下するのはなぜですか？

回答：

これは、LEDの順電圧の負の温度係数とパッケージの物理的限界によるものです。温度が上昇すると、内部効率が低下し、より多くの電気的電力が光ではなく熱に変換されます。電流を減らさないと、接合温度が制御不能に上昇し（熱暴走）、急速な劣化と故障につながります。これを防ぐために、低下曲線（0.33 mA/°C）が提供されています。10.3 "輝度でカテゴライズ"とはどういう意味ですか？

回答：

これは、ディスプレイが生産後にテストされ、異なる輝度ビンに分類されることを意味します。例えば、あるロットはIが200-300 μcd、別のロットは300-400 μcdなどです。これにより、大量に購入する設計者は、製品内のすべてのユニットで均一な輝度を保証することができます。特定のビンコードは、パッケージにマークされることが多いです（モジュールマーキングでは"Z: BIN CODE"として参照）。_V11. 動作原理と技術動向

11.1 基本的な動作原理

7セグメントLEDディスプレイは、8の字型に配置された発光ダイオードの配列です。各セグメント（AからG）は個々のLEDです。順バイアス電圧（ダイオードのV

を超える）を印加し、抵抗または定電流源で電流を制限することにより、電子と正孔がAlInGaP半導体の活性領域内で再結合し、材料に特有の波長（この場合は赤色、約640 nm）で光子（光）としてエネルギーを放出します。マルチプレックスは、人間の目の残像効果を利用して、一度に1桁だけ点灯させますが、非常に速く切り替えることで、すべてが同時に点灯しているように見せます。_F11.2 客観的な技術的背景

AlInGaPは、赤色、橙色、黄色LEDのための成熟し高度に最適化された材料システムを表します。優れた効率と信頼性を提供します。ディスプレイ技術のトレンドは、より高い集積度（例：ドットマトリクスディスプレイ、OLED、マイクロLED）およびドライバICとの直接統合に向かっています。しかし、LTC-2721JDのような個別の7セグメントディスプレイは、そのシンプルさ、低コスト、高輝度、堅牢性、および数値データのみを表示する必要があるアプリケーションでの使いやすさから、依然として非常に重要です。その設計はよく理解されており、低コストのマイクロコントローラと容易にインターフェースできるため、予見可能な将来においても、産業、民生、計装分野での継続的な使用が保証されています。

AlInGaP represents a mature and highly optimized material system for red, orange, and yellow LEDs. It offers excellent efficiency and reliability. The trend in display technology is towards higher integration (e.g., dot matrix displays, OLEDs, micro-LEDs) and direct integration with driver ICs. However, discrete seven-segment displays like the LTC-2721JD remain highly relevant due to their simplicity, low cost, high brightness, robustness, and ease of use in applications where only numeric data needs to be shown. Their design is well-understood, and they interface easily with low-cost microcontrollers, ensuring their continued use in industrial, consumer, and instrumentation fields for the foreseeable future.