LTC-4665JD LEDディスプレイ データシート - 0.39インチ桁高 - AlInGaP赤色 - 低消費電力 - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTC-4665JDは、コンパクトな3桁7セグメント英数字表示モジュールです。主な機能は、電子機器において明確で明るい数値および限定的な英数字の表示を提供することです。主要な応用分野には、計器パネル、試験・測定機器、産業用制御システム、および低消費電力で信頼性の高い数値表示が求められる民生電子機器が含まれます。

本デバイスの主な特徴は、性能と効率のバランスにあります。読みやすさを損なうことなく、消費電力が重要な設計制約となるアプリケーション向けに設計されています。連続的で均一なセグメントにより優れた文字表示を実現し、一貫性のあるプロフェッショナルな外観を保証します。高輝度と高コントラスト比により、薄暗い環境から周囲光が強い環境まで、様々な照明条件下での使用に適しています。

ターゲット市場は、産業用および商業用電子機器メーカーの両方を包含します。制御パネル、カウンター、タイマー、または状態表示器向けに信頼性が高くメンテナンスの少ない表示ソリューションを求める設計エンジニアに適した部品です。LED技術に由来するソリッドステートの信頼性は、寿命と耐衝撃性の点で、真空蛍光管や白熱灯表示などの旧来技術よりも優れています。

2. 技術パラメータ詳細

2.1 測光・光学特性

光学性能は、表示機能の中心です。本デバイスは、アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン化物（AlInGaP）高効率赤色LEDチップを採用しています。この半導体材料は、赤/オレンジ/琥珀色スペクトルにおける高い発光効率で知られています。チップは不透明なヒ化ガリウム（GaAs）基板上に形成されており、光出力を前方に導き、内部反射や光漏れを低減することでコントラストを向上させるのに役立ちます。

光度（I_V）：セグメントあたりの平均光度は、順方向電流（I_F）1 mAにおいて、最小200 µcd、最大650 µcdと規定されています。この低電流動作点は、その効率性を強調する決定的な特徴です。代表値はこの範囲の中間付近となり、最小限の電力消費でほとんどの屋内アプリケーションに十分な明るさを提供します。

波長特性：ピーク発光波長（λ_p）は代表値656 nmで、可視スペクトルの明るい赤色部分に位置します。主波長（λ_d）は640 nmです。ピーク波長と主波長の差はスペクトル形状の影響を受けます。スペクトル線半値幅（Δλ）は22 nmで、隣接する色への広がりが最小限の比較的純粋な色発光を示し、飽和した赤色の外観に寄与します。

光度マッチング比（I_V-m）：このパラメータは最大比2:1で、表示全体の均一性を保証します。これは、同じ駆動条件（I_F=10mA）下で、最も暗いセグメントの明るさが最も明るいセグメントの明るさの半分以上になることを意味します。これは、どのセグメントも他よりも目立って暗く見えない、一貫性のあるプロフェッショナルな視覚出力を実現するために重要です。

2.2 電気的特性

電気的パラメータは、回路への信頼性の高い統合のための動作限界と条件を定義します。

順方向電圧（V_F）：セグメントあたりの順方向電圧は、駆動電流20 mAにおいて代表値2.1Vから2.6Vの範囲です。これはAlInGaP LEDの標準的な範囲です。設計者は駆動回路がこの電圧を供給できることを確認する必要があります。推奨される低電流1-10 mAでは、実際のV_FはダイオードのI-V特性曲線に従ってわずかに低くなります。

逆方向電流（I_R）：セグメントあたりの最大逆方向電流は、逆方向電圧（V_R）5Vにおいて10 µAです。これはリーク仕様であり、誤って逆極性が印加された場合に表示器が著しく導通しないことを保証するために重要ですが、設計上そのような事態は避けるべきです。

2.3 絶対最大定格

これらの定格は、永久的な損傷が発生する可能性がある限界を指定します。これらの限界でデバイスを連続動作させることは推奨されません。

• セグメントあたりの電力損失：70 mW。これは、セグメントにかかる順方向電流と電圧降下の最大組み合わせを制限します。
• セグメントあたりのピーク順方向電流：100 mA、ただしパルス条件（1/10デューティサイクル、0.1 msパルス幅）でのみ。これにより、高輝度マルチプレクシングの短時間が可能になります。
• セグメントあたりの連続順方向電流：25°Cにおいて25 mA。この定格は、周囲温度（T_a）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、許容される最大連続電流は約：25 mA - ((85-25) * 0.33 mA) ≈ 5.2 mAとなります。
• セグメントあたりの逆方向電圧：5 V。
• 動作・保管温度範囲：-35°C から +85°C。この広い範囲は、産業用および自動車環境（非重要領域）に適しています。
• はんだ付け温度：最大260°C、最大3秒間（実装面から1.6mm下で測定）。これは標準的なリフローはんだ付けプロファイルのガイドラインです。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、デバイスが光度で分類されていることを示しています。これは、測定された光出力に基づくビニングまたは選別プロセスを意味します。この抜粋では特定のビンコードの詳細は提供されていませんが、一般的な慣行では、各ユニットを標準電流（例：10 mAまたは20 mA）でテストし、測定された光度に基づいてビンにグループ分けします（例：ビンA：450-550 µcd、ビンB：550-650 µcd）。これにより、メーカーはアプリケーションに保証された最低輝度レベルを持つ表示器を購入でき、生産ロット全体での一貫性を確保します。2:1の強度マッチング比は、単一デバイス内で適用される別個の関連仕様です。

4. 性能曲線分析

特定のグラフは提供されたテキストでは詳細に説明されていませんが、このようなデバイスの典型的な曲線には以下が含まれます：

• I-V（電流-電圧）曲線：ダイオードに典型的な指数関係を示します。推奨される低動作電流（1-10 mA）では、曲線は急峻に上昇する領域にあり、電圧の小さな変化が電流の大きな変化を引き起こすことを意味します。したがって、安定した均一な輝度のためには、定電圧駆動よりも定電流駆動が強く推奨されます。
• 光度 vs. 順方向電流（I_Vvs. I_F）：この曲線は、広範囲の電流にわたって一般的に線形です。効率（ルーメン/ワットまたはµcd/mA）は、低電流で最も高く、熱的影響や効率低下効果により非常に高い電流では徐々に低下する可能性があります。
• 順方向電圧 vs. 温度：LEDの順方向電圧は負の温度係数を持ち、接合温度が上昇すると減少することを意味します。これは、特に電圧源や単純な抵抗器を使用する駆動回路にとって重要な考慮事項です。
• 光度 vs. 温度：光出力は、接合温度が上昇すると一般的に減少します。この減少率は重要な信頼性パラメータです。

5. 機械的・パッケージ情報

表示器の桁高は0.39インチ（10.0 mm）です。パッケージは標準的なLED表示モジュール形式です。物理的寸法は、すべての重要な寸法がミリメートル単位で記載された詳細図で提供されます。これらの寸法の公差は、特に指定がない限り通常±0.25 mmです。デバイスはグレーの面と白いセグメントを特徴とし、これはプラスチックハウジングの色（グレー）とセグメント形状を形成する拡散材料（白）を指します。白いセグメントは、下層のLEDチップからの赤色光を散乱・拡散させ、グレーの非点灯背景に対して均一な点灯セグメントの外観を作り出し、高コントラストを実現します。

6. ピン接続・内部回路

LTC-4665JDは、デュプレックス・コモンアノード構成で、右側小数点を備えています。これは回路設計者にとって重要な情報です。

• コモンアノード：これは、各桁のLEDのアノード（正極端子）が内部で接続されていることを意味します。セグメントを点灯させるには、その桁のコモンアノードをハイ（正電圧/電流を供給）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。
• デュプレックス配置：ピン配置は、桁2と3のセグメントA、C、D、E、F、Gに対して共有カソードピンを示しています。桁1にはいくつかの独立したカソードピン（B、C）があります。このマルチプレクシング配置により、3桁を制御するために必要な総ピン数が24（8セグメント×3桁）から11に削減されます。これは駆動回路における時分割マルチプレクシングを必要とし、各桁が高速で順番に点灯され、残像効果を利用してすべての桁が連続して点灯しているように見せます。
• ピン機能：提供された表は、11本のピンそれぞれの特定の機能をリストしており、桁3のコモンアノード（ピン7）、桁1および2のコモンアノード（ピン11で共有）、および各桁にわたる特定のセグメントの様々なカソード接続が含まれます。

7. はんだ付け・組立ガイドライン

提供されている主なガイドラインは、はんだ付け温度プロファイルです：実装面（通常はPCB表面）から1.6mm下で測定した最大ピーク温度260°C、最大3秒間。これは標準的な無鉛リフローはんだ付けプロセス（例：SAC305はんだ使用）と互換性があります。

一般的な取り扱い・保管：明示的には述べられていませんが、LEDは静電気損傷を受けやすい半導体デバイスであるため、取り扱い中は標準的なESD（静電気放電）対策を講じる必要があります。保管は指定された温度および湿度範囲内で行い、リフロー中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ぐ必要があります。

8. アプリケーション提案

8.1 典型的なアプリケーション回路

最も一般的な駆動方法は、マルチプレクス定電流駆動です。マイクロコントローラまたは専用の表示ドライバICが使用されます。プロセスは以下の通りです：

1. 桁1のコモンアノードを有効にする（トランジスタまたはドライバピンを介して電流を供給）。
2. 桁1で点灯させる必要があるセグメントのカソードラインをロー状態（電流をシンク）に設定する。
3. この状態を短時間（例：1-5 ms）維持する。
4. 桁1のアノードとセグメントカソードをオフにする。
5. 桁2、次に桁3に対してステップ1-4を繰り返し、連続的にサイクルする。

セグメントあたりの平均電流は、ピーク電流にデューティサイクル（桁がアクティブな時間）を乗じたものです。例えば、平均I_Fを5 mA、デューティサイクル1/3（3桁マルチプレクシングの典型的な値）で達成するには、アクティブ時間中のピーク電流を15 mAにする必要があります。これは、温度に対して低下させた最大連続電流定格に対して確認する必要があります。

8.2 設計上の考慮事項

• 電流制限：常に直列抵抗、または好ましくは定電流ドライバ/シンクを使用してセグメント電流を制御してください。これにより順方向電圧の変動を補償し、一貫した輝度を確保します。
• マルチプレクシング周波数：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する必要があり、通常、表示全体で60 Hz以上（したがって各桁は>180 Hzでリフレッシュ）です。
• 視野角：広い視野角は有益ですが、最終的な筐体を考慮してください。深いベゼルや着色されたウィンドウは、知覚される輝度と角度に影響を与える可能性があります。
• 電源シーケンス：システムの電源投入または遮断時に、どのピンも絶対最大定格を超える電圧にさらされないようにしてください。

9. 技術比較・差別化

LTC-4665JDの主な差別化要因は以下の通りです：

• 材料技術（AlInGaP）：旧来のGaAsPまたはGaP LEDと比較して、AlInGaPは著しく高い発光効率を提供し、同じ電流でより明るい出力、またははるかに低い電流で同等の輝度を実現します。
• 低電流動作：優れた低電流性能（セグメントあたり1 mAまで）のための特性評価とテストは、バッテリー駆動またはエネルギーに敏感なアプリケーションにおける重要な利点です。すべての7セグメント表示器がそのような低電流で良好な強度マッチングと外観を維持するわけではありません。
• 高コントラストパッケージ：グレー面/白セグメントの設計はコントラストに最適化されており、特に高い周囲光下では、すべて赤またはすべて緑のパッケージよりも優れている可能性があります。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: この表示器を5V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、セグメント駆動用には直接駆動できません。順方向電圧は約2.4Vであり、電流を制限するための直列抵抗が必須です。コモンアノード駆動の場合、PNPトランジスタまたはハイサイドドライバを使用してアノードに電流を供給し、MCUで制御します。カソードは、MCUが要求されるピーク電流をシンクできる場合、電流制限抵抗を介してMCUピンに接続できます。

Q: デュプレックスピン構成の目的は何ですか？

A: 表示パッケージのピン数を最小限に抑え、物理的に小型化し、製造コストを削減するためです。マルチプレクシング駆動回路が必要となりますが、これは多桁表示器では標準的な手法です。

Q: 3桁すべてで均一な輝度を実現するにはどうすればよいですか？

A: 各桁のマルチプレクシングデューティサイクルが等しくなるようにしてください。桁2と3の共有カソード接続は、それらの電気的特性が厳密に一致していることを意味します。いくつかの独立ピンを持つ桁1にはわずかなばらつきがある可能性がありますが、強度マッチング比の仕様により、正しく駆動されれば許容範囲内に収まることが保証されます。

Q: ヒートシンクは必要ですか？

A: 高温環境で最大定格電流（セグメントあたり25 mA）で連続動作させる場合、PCBの注意深い熱設計（サーマルリリーフパッド、場合によってはグランドプレーンの使用）が必要です。典型的な低電流動作（平均1-10 mA）では、特別なヒートシンクは必要ありません。

11. 実践的設計ケーススタディ

シナリオ：マイクロコントローラを使用した携帯型バッテリー駆動3桁電圧計の設計。

実装：マイクロコントローラはADCを実行して電圧を測定し、値を3桁に変換してLTC-4665JDを駆動します。専用のポートエキスパンダまたはGPIOピンが11本の表示ラインを制御します。設計では、V_Fの変動に関係なく安定した電流を確保するために、カソードラインに定電流シンクドライバ（例：ULN2003のようなトランジスタアレイ）を使用します。コモンアノードはPNPトランジスタで駆動されます。マルチプレクシングルーチンは、桁あたり200 Hz（総リフレッシュ600 Hz）のタイマー割り込みで実行されます。電力を節約するために、セグメント電流は電流制限回路を介して平均2 mAに設定されます。デューティサイクル1/3では、ピーク電流は6 mAで、定格内に十分収まります。グレーの面は機器の暗い筐体に対して優れたコントラストを提供し、AlInGaP赤色は容易に視認できます。低電流消費により、より高い電流定格の表示器を使用する場合と比較してバッテリー寿命が大幅に延長されます。

12. 技術原理紹介

中核技術はAlInGaP発光ダイオードです。この半導体材料のP-N接合に順方向電圧が印加されると、電子と正孔が活性領域で再結合し、光子（光）の形でエネルギーを放出します。アルミニウム、インジウム、ガリウム、リン化物の特定の組成がバンドギャップエネルギーを決定し、それは直接放出光の波長（色）に関連します。不透明なGaAs基板の使用は、横方向または後方に放出される可能性のある迷光を吸収し、全体的な前方光取り出し効率とコントラストを向上させるのに役立ちます。個々のLEDチップはワイヤーボンディングされ、7つのセグメントを形成するプラスチックパッケージ内に封止されています。各チップ上の白色拡散材料は、点光源の光をセグメント領域全体に均一に広げます。

13. 技術トレンド

この特定のデバイスは確立された技術を使用していますが、表示技術におけるより広範なトレンドには以下が含まれます：

• 効率向上：半導体材料（改良されたAlInGaPや他の色のための新興材料など）における継続的な研究は、ルーメン/ワットの指標をさらに高め、より明るい表示またはより低い電力消費を可能にしています。
• 統合化：シリアルインターフェース（I2C、SPI）を介して通信する統合ドライバICを備えた表示器（スマートディスプレイ）へのトレンドが進んでおり、ホストコントローラの設計を簡素化し配線を削減します。
• 小型化・高解像度：7セグメントタイプでは、読みやすさを維持しながら、より高密度な情報パネルやより小型のデバイスへの統合のためのより小さな桁高へのトレンドがあります。
• カラーオプション：これは赤色表示器ですが、より動的な情報提示のため、フルカラープログラマブルLEDドットマトリックスおよびセグメント表示器がより一般的になりつつありますが、LTC-4665JDのような単色デバイスよりもコストと複雑さが高くなる傾向があります。

LTC-4665JDは、信頼性の高い低消費電力の数値赤色表示が主な要件であるアプリケーション向けの、成熟した最適化されたソリューションを表しています。