LTC-561JD LEDディスプレイ データシート - 0.56インチ桁高 - AlInGaP赤色 - 2.6V順電圧 - 低消費電力 - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTC-561JDは、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。主な設計焦点は、電力効率が重要なアプリケーションにおいて、明確な数値表示を実現することにあります。本デバイスは、高い発光効率と優れた色純度、特に赤色スペクトルで知られる先進的なAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）LEDチップ技術を採用しています。この特定の材料システムは、不透明なGaAs基板上に成長されており、ディスプレイの高輝度と高コントラスト比に貢献しています。

本ディスプレイは、様々な照明条件下でのコントラストと視認性を最大化するために選ばれた、白いセグメントマーキングを備えたグレーの表面を特徴としています。この製品の重要な革新点は、低電流動作に最適化されていることです。セグメントは厳密にテストされ、ビニングされており、セグメントあたり1mAという極めて低い電流で駆動された場合でも、優れた均一性と性能を保証します。これは、バッテリー駆動機器、携帯型計測器、および消費電力の最小化が不可欠なあらゆるシステムに特に適しています。パッケージは鉛フリーであり、RoHS環境指令に準拠しています。

1.1 主な特長と利点

• 桁高：0.56インチ（14.2 mm）。明確で読みやすい数値表示を提供します。
• 優れたセグメント均一性：厳格なテストとビニングにより、すべてのセグメントと桁にわたって一貫した輝度と色を保証します。
• 低消費電力：極めて低い駆動電流でも効率的に動作するように特別に設計されており、バッテリー寿命を延長します。
• 高輝度と高コントラスト：AlInGaP技術とグレー面/白セグメント設計により、優れた光学性能を実現します。
• 広視野角：広い視点から明確な視認性を提供します。
• 固体信頼性：他の表示技術と比較して、LEDは長い動作寿命と衝撃・振動に対する高い耐性を提供します。
• 光度によるビニング：製品は測定された光出力に基づいて分類されており、複数ディスプレイアプリケーションでの精密なマッチングを可能にします。
• 鉛フリーパッケージ：RoHS規制に準拠して製造されています。

1.2 デバイス識別と構成

型番LTC-561JDは、AlInGaP高効率赤色LEDを備えたマルチプレックスコモンアノードディスプレイという特定の構成を識別します。各桁に右側小数点（DP）を含みます。このコモンアノード構成は、各桁のアノード（各桁共通）を順次切り替えながら、適切なセグメントのカソードを有効にするマルチプレックス駆動に典型的です。

2. 技術パラメータ：詳細な客観的解釈

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のある応力限界を定義します。これらの限界以下または限界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：最大70 mW。これを超えると、LEDチップの過熱と加速劣化を引き起こす可能性があります。
• セグメントあたりのピーク順電流：90 mA（ただし、パルス条件下でのみ：1/10デューティサイクル、0.1 msパルス幅）。この定格は短期的なサージ用であり、連続動作用ではありません。
• 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で線形に低下します。例えば、85°Cでは、最大許容連続電流は約25 mA - ((85°C - 25°C) * 0.33 mA/°C) = 5.2 mAとなります。この低下は熱管理において重要です。
• 動作・保管温度範囲：-35°C から +85°C。本デバイスは産業用温度範囲に対応しています。
• はんだ付け条件：波はんだ付けまたはリフローはんだ付けは、ディスプレイ本体をはんだ波またはリフロープロファイルから1/16インチ（約1.6 mm）上方に配置し、260°Cで最大3秒間行う必要があります。このプロセス中、LEDパッケージ自体の温度はその最大定格を超えてはなりません。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、標準化されたテスト条件下でTa=25°Cで測定された典型的な性能パラメータです。

• 平均光度（I_V）：順電流（I_F）1 mAで320〜700 ucd（マイクロカンデラ）。この広い範囲は、デバイスがビニングされていることを示します。特定のユニットはこの範囲のサブセットに分類されます。1 mAでのテストは、その低電流能力を強調しています。
• ピーク発光波長（λ_p）：656 nm（標準）。これは光出力が最大となる波長であり、深赤色AlInGaP LEDの特徴です。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：22 nm（標準）。これは発光スペクトルの広がりを測定します。値が小さいほど、より単色（純色）の光であることを示します。
• 主波長（λ_d）：640 nm（標準）。これは人間の目が知覚する単一波長であり、色を定義します。ピーク波長よりわずかに短いです。
• チップあたりの順電圧（V_F）：I_F=20 mAで2.1V〜2.6V。設計者は、駆動回路がこの全範囲にわたって十分な電圧を提供し、所望の電流を達成できることを確認する必要があります。±0.1Vの許容差が規定されています。
• セグメントあたりの逆電流（I_R）：逆電圧（V_R）5Vで最大100 µA。重要：このパラメータはテスト目的のみです。デバイスは逆バイアス下での連続動作を想定しておらず、損傷を引き起こす可能性があります。
• 光度マッチング比：I_F=10 mAで、類似の光出力ビン内で最大2:1。これは、同じユニットまたはマッチングされたバッチ内で、最も暗いセグメントの輝度が最も明るいセグメントの半分以上であることを意味し、視覚的な均一性を保証します。
• クロストーク：≤2.5%。これは、隣接するセグメントが駆動されたときに、内部の光学的または電気的なリークによって引き起こされる、セグメントの不要な発光を指します。

3. ビニングシステムの説明

LTC-561JDは、主に光度のためにビニングシステムを採用しています。特性に記載されているように、平均光度は320〜700 ucdの範囲です。ユニットはテストされ、特定の強度ビンに分類されます。これにより、設計者は一貫した輝度レベルのディスプレイを選択することができ、特に単一製品で複数のディスプレイを並べて使用する場合に、目立つ輝度の違い（色むら）を避けるために重要です。データシートでは、複数ユニットアプリケーションでは同じビンからディスプレイを選択することを推奨しています。このモデルでは明示的に詳細化されていませんが、ビニングには指定された許容差を考慮して、ある程度順電圧（V_F）も含まれる可能性があり、マルチプレックスまたは並列駆動シナリオでの電流マッチングを容易にします。

4. 機械的およびパッケージ情報

4.1 パッケージ寸法と図面

本ディスプレイは、標準的なデュアルインチラインパッケージ（DIP）フットプリントを有しています。主要寸法には、モジュール全体のサイズが約37.70 mm（長さ）x 15.24 mm（幅）が含まれます。桁高は14.22 mm（0.560インチ）です。ピンは2.54 mm（0.100インチ）ピッチで配置されており、これはスルーホール部品の標準間隔です。シーティングプレーンは明確に定義されており、図面には側面に8度のドラフト角度が含まれています。ピン1は通常パッケージ上にマークされ、型番、日付コード、ビンコードも上面に表示されています。

4.2 ピン接続と内部回路

本デバイスは12ピン構成です。マルチプレックスコモンアノード設計を採用しています。内部回路図は、3つのコモンアノードピン（各桁に対応：桁1、桁2、桁3、それぞれピン12、9、8）を示しています。7つのセグメントカソード（A、B、C、D、E、F、G）と小数点（DP）カソードはすべての桁で共有され、それぞれのピンに接続されています。ピン6は未接続（N/C）と記載されています。このピン配置は、各桁を高速に順次点灯させる時分割多重方式でディスプレイを駆動するための標準的なものです。

5. 性能曲線分析

データシートは、詳細な設計に不可欠な典型的な性能曲線を参照しています。提供されたテキストでは特定のグラフが完全に詳細化されていませんが、このようなデバイスの標準的な曲線には通常以下が含まれます：

• I-V（電流-電圧）曲線：順電流と順電圧の関係を示し、LEDのターンオン電圧（約2V）と動的抵抗を強調します。
• 光度 vs. 順電流（I_V vs I_F）：この曲線は、所望の輝度を達成するために必要な駆動電流を決定する上で重要です。通常、ある範囲で線形ですが、高電流では飽和する可能性があります。
• 光度 vs. 周囲温度（I_V vs T_a）：LEDの接合温度が上昇するにつれて光出力がどのように減少するかを示します。これは熱設計と電流低下に情報を提供します。
• スペクトル分布：相対強度対波長のプロットで、656 nmでのピークと22 nmのスペクトル半値幅を示します。

設計者は、特定の動作条件に対して効率、輝度、寿命を最適化するために、完全なデータシートのグラフを参照する必要があります。

6. はんだ付け、組立、および保管ガイドライン

6.1 はんだ付け

推奨されるはんだ付け条件は、260°Cで最大3秒間、ディスプレイ本体をシーティングプレーンから少なくとも1.6 mm上方に配置することです。これにより、過度の熱がピンを伝わって内部のLEDチップとエポキシを損傷するのを防ぎます。パッケージ温度限界を超えない限り、スルーホール部品用の標準的な波はんだ付けまたはリフローはんだ付けプロファイルを使用できます。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。

6.2 保管条件

長期保管のためには、製品は元の梱包のままにしておく必要があります。推奨される環境条件は、温度5°C〜30°C、相対湿度60% RH以下です。これらの条件外、特に高湿度での保管は、スズメッキピンの酸化を引き起こし、自動組立プロセスでの使用前に再メッキが必要になる可能性があります。結露は避けてください。

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

• 携帯型およびバッテリー駆動機器：マルチメータ、ハンドヘルドテスター、医療モニターなど、低消費電力が最も重要である場合。
• 産業用計測機器：パネルメータ、プロセスコントローラ、タイマーディスプレイ。
• 民生用電子機器：家電製品、オーディオ機器、フィットネス機器のディスプレイ。
• 自動車用アフターマーケットディスプレイ：広い温度範囲と信頼性が必要な場合（特定の認定に従う）。

7.2 重要な設計上の考慮事項

• 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）の変動や温度変化に関わらず、一貫した光度を確保します。
• 電流制限：回路は、連続定格とピーク定格の両方を考慮して、各セグメントへの電流を安全な値に制限するように設計する必要があり、高温周囲温度での熱低下を考慮に入れる必要があります。
• マルチプレクシング回路：コモンアノード設計の場合、適切なドライバIC（マルチプレクシングLEDドライバまたは十分な電流シンク/ソース能力を持つマイクロコントローラ）が必要です。これにより、各桁のアノードを順次有効にしながら、所望のセグメントカソードを通して電流をシンクします。リフレッシュレートは、知覚できるちらつきを避けるために十分に高くする必要があります（通常 >60 Hz）。
• 逆電圧保護：駆動回路には、電源サイクル中の逆バイアスまたは電圧トランジェントの印加を防ぐための保護（例えば、直列または並列のダイオード）を組み込む必要があります。これにより、金属移動と故障を引き起こす可能性があります。
• 熱管理：デバイス自体には放熱パッドはありませんが、十分な空気の流れを確保し、PCB上の他の熱源の近くに配置しないことで、より低い接合温度を維持し、光出力と寿命を保持するのに役立ちます。
• 光学インターフェース：フロントパネルまたはフィルターを使用する場合は、小さな空気ギャップを確保し、特に装飾フィルムを貼り付ける場合は、ディスプレイの表面に直接押し付けないでください。これにより、フィルムがずれる可能性があります。

8. 技術比較と差別化

LTC-561JDの主な差別化点は、その低電流最適化にあります。多くの標準的な7セグメントディスプレイは、10 mAまたは20 mAで特性評価されています。本デバイスが1 mAでの光度などの主要パラメータを規定し、そのような低い駆動レベルでのセグメントマッチングを保証していることは、電力に敏感な設計にとって重要な利点です。さらに、AlInGaP技術の使用は、従来の標準GaAsP（ガリウムヒ素リン）赤色LEDなどの古い技術と比較して、より高い効率と、温度および寿命にわたって潜在的に優れた色安定性を提供します。そのコモンアノード、マルチプレックスピン配置は業界標準であり、幅広い駆動回路およびマイクロコントローラとの互換性を確保します。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

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

A: 連続点灯のためには直接駆動できません。順電圧は最大約2.6Vです。直列の電流制限抵抗が必要です。マルチプレクシングの場合、コモンアノード（より高い電流になる可能性がある）を切り替えるための外部トランジスタと、複数のセグメントに対してマイクロコントローラのピン電流制限がしばしば低すぎるため、セグメントカソードをバッファリングする回路が必要になるでしょう。

Q: 私の設計にとって光度によるビニングとはどういう意味ですか？

A: 特定の輝度範囲から部品を注文できることを意味します。設計で複数のディスプレイを使用する場合、同じビンコードから注文することで、すべてが類似の輝度になり、まだらな外観を避けることができます。単一ディスプレイの場合、320-700 ucdの範囲内のどのビンでも動作しますが、輝度は異なります。

Q: 最大連続電流は25°Cで25mAです。通常動作にはどの電流を使用すべきですか？

A: 信頼性と寿命のために、LEDを絶対最大定格以下で駆動するのが一般的な慣行です。典型的な動作電流は、必要な輝度と熱環境に応じて10〜20 mAかもしれません。目標の輝度を与える電流を選択するために、I_V vs. I_F曲線を使用してください。

Q: なぜLEDにとって逆バイアスはそれほど危険なのですか？

A: LEDは通常のダイオードのように逆電圧をブロックするように設計されていません。中程度の逆電圧（5Vのテスト条件など）を印加するだけで、高いリーク電流を引き起こし、時間の経過とともに半導体チップ内で電界移動を引き起こし、短絡を生じさせたり、リークを永続的に増加させたりする可能性があります。

10. 実用的な設計と使用例

例：低消費電力デジタルタイマーの設計

設計者は、単一の単三電池で数ヶ月間動作する必要がある電池式のキッチンタイマーを作成しています。LTC-561JDはそのディスプレイとして選択されました。マイクロコントローラは3.3Vで動作します。設計では、セグメントあたり2 mAに設定された定電流出力を備えた専用LEDドライバICを使用しています。この低電流は、ディスプレイの低電流での高効率のおかげで、室内の輝度には十分です。ドライバはマルチプレクシングを処理し、3桁を200 Hzで循環させます。コモンアノードピンはドライバの桁ドライバによって駆動され、セグメントピンはその定電流シンクに接続されています。シュットキーダイオードが各コモンアノードへの電源供給と直列に配置され、ドライバからの誤った逆極性から保護します。ディスプレイの平均消費電流は5 mA未満に保たれており、バッテリー寿命の延長に理想的です。

11. 動作原理の紹介

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。7つのセグメント（AからGまでラベル付け）のそれぞれは、個々のLED（またはLEDチップの直列/並列組み合わせ）です。追加のLEDが小数点（DP）に使用されます。LTC-561JDのようなコモンアノード構成では、単一の桁のすべてのLEDのアノードが1つの共通ピンに接続されています。各セグメントタイプ（A、B、Cなど）のカソードは、すべての桁にわたって接続されています。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を正の電源電圧（電流制限回路を介して）に接続し、所望のセグメントのカソードをグランド（または電流シンク）に接続します。数字を表示するには、複数のセグメントが同時に点灯されます。より少ないピンで複数の桁を制御するために、マルチプレクシングが使用されます：コントローラは各桁を高速に循環させ、その桁の適切なセグメントのみをその時間スライス中に点灯させます。人間の目の残像効果により、これらの高速な点滅が安定した複数桁の数字として知覚されます。

12. 技術トレンドと開発動向

セグメントLEDディスプレイを含む表示技術のトレンドは、より高い効率、より低い消費電力、および改善された統合に向かって続いています。赤/オレンジ/黄色のコアAlInGaP技術は成熟していますが、プロセスの改善により時間の経過とともにわずかに高い効率が得られます。ドロップイン互換性とドライバ統合への関心が高まっています。一部の新しいディスプレイには、内蔵の電流制限抵抗や、マイクロコントローラのインターフェースを簡素化するための簡単なロジック（BCDから7セグメントへのデコーダなど）が組み込まれている場合があります。さらに、より広い色域と新しいアプリケーション（超低消費電力IoTデバイスなど）への需要により、日光下での視認性（高コントラスト）を維持するか、さらに低い最小動作電流を提供するディスプレイが求められています。ただし、このクラスの部品については、マルチプレクシングと駆動の原理は基本的に一貫しています。