LTD-5721AKF LEDディスプレイ データシート - 0.56インチ桁高 - AlInGaP 黄橙色 - 2.6V順電圧 - 技術文書

1. 製品概要

LTD-5721AKFは、明確で明るく信頼性の高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、高性能な2桁数字LEDディスプレイモジュールです。その主な機能は、コンパクトで効率的なパッケージで視覚的な数値データを提供することです。このデバイスの核心的な利点は、黄橙色スペクトルで高効率の発光を実現すること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）半導体技術をLEDチップに採用している点にあります。この技術は、不透明なGaAs基板上の特定のチップ構造と組み合わさり、ディスプレイの主要な性能特性に貢献しています。

本デバイスはコモンアノードタイプに分類され、これはマルチセグメントディスプレイの駆動回路を簡素化するための標準構成です。各桁に右側小数点が備わっており、小数表示の柔軟性を提供します。物理的な設計は、グレーのフェイスプレートとホワイトのセグメントカラーを組み合わせており、様々な照明条件下でのコントラスト最大化と文字の視認性向上を目的として設計されています。0.56インチ（14.22 mm）の桁高は、過度に大きな部品を必要とせず、適度な距離から情報を読み取る必要があるアプリケーションに適しています。

2. 詳細技術パラメータ分析

2.1 絶対最大定格

絶対最大定格は、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。これらの限界値付近または限界値でディスプレイを連続動作させることは推奨されず、動作寿命を短縮する可能性があります。

• セグメントごとの電力損失：70 mW。これは、個々のLEDセグメントが損傷を引き起こすことなく安全に熱として放散できる最大電力です。
• セグメントごとのピーク順方向電流：60 mA。この定格電流はパルス条件下（1 kHz周波数、10%デューティサイクル）で適用され、マルチプレックス駆動方式でのより高い瞬間輝度を可能にします。
• セグメントごとの連続順方向電流：25°C時 25 mA。これは、単一セグメントを連続動作させるための最大推奨DC電流です。0.28 mA/°Cのデレーティング係数が規定されており、周囲温度（Ta）が25°Cを超えて上昇すると、過熱を防ぐために許容される最大連続電流が減少することを意味します。
• セグメントごとの逆電圧：5 V。この値を超える逆電圧を印加すると、LEDのPN接合が破壊される可能性があります。
• 動作・保管温度範囲：-35°C ～ +105°C。本デバイスは産業グレードの温度耐性を有しています。
• はんだ付け条件：260°Cでのウエーブはんだ付け、最大3秒間。ただし、ユニットの本体温度が最大定格温度を超えないことが条件です。これは、プラスチックパッケージや内部接合部への熱損傷を防ぐための組立において極めて重要です。

2.2 電気的・光学的特性

これらのパラメータは標準試験条件（Ta = 25°C）で測定され、デバイスの代表的な性能を定義します。

• 平均輝度（I_V）：I_F= 20 mA時、43.75 mcd（最小）、70 mcd（代表値）。これは人間の目で知覚される光出力の尺度です。試験条件は1 mAから20 mAに改訂されており、輝度仕様の標準動作電流を示しています。
• ピーク発光波長（λ_p）：611 nm（代表値）。これは、発光のスペクトルパワー分布が最大となる波長です。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：17 nm（代表値）。このパラメータは、発光のスペクトル純度または帯域幅を示し、発光ピークの半値全幅（FWHM）として測定されます。
• 主波長（λ_d）：605 nm（代表値）。これは、発光スペクトルとCIE等色関数から計算され、知覚される光の色を最もよく表す単一波長です。
• セグメントごとの順方向電圧（V_F）：I_F= 20 mA時、2.05 V（最小）、2.6 V（代表値）。これは、LEDセグメントが動作時の両端の電圧降下です。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。
• セグメントごとの逆電流（I_R）：V_R= 5 V時、100 μA（最大）。これは、指定された逆電圧が印加されたときに流れる小さなリーク電流です。
• 輝度マッチング比：類似発光領域で 2:1（最大）。これは、同一条件下で駆動された場合の、デバイス内の最も明るいセグメントと最も暗いセグメントとの間の最大許容比率を指定し、視覚的な均一性を保証します。

測定に関する注記：輝度値は、標準的な人間の目のスペクトル感度をモデル化したCIE明所視効率関数に近似するように設計されたセンサーとフィルターの組み合わせを使用して測定されます。

3. ビニングシステムの説明

データシートには、本デバイスが輝度でカテゴライズされていると明記されています。これは、製造後にビニング（選別）プロセスが存在することを示しています。半導体エピタキシャル成長およびチップ製造プロセスに内在するばらつきにより、輝度や順方向電圧などのLEDパラメータは、ロット間、さらには同一ロット内でも変動する可能性があります。

ビニングプロセスでは、各ユニットをテストし、特定の測定パラメータに基づいて異なるグループ（ビン）に選別します。LTD-5721AKFの場合、主なビニング基準は平均輝度です。ユニットは、標準テスト電流（20mA）での測定された光出力に従ってグループ分けされます。これにより、顧客は一貫した輝度レベルのディスプレイを受け取ることが保証されます。この簡潔なデータシートでは明示的に詳細が記載されていませんが、この種のディスプレイでは、電気的な一貫性を確保するために順方向電圧（V_F）でも、また色の一貫性を維持するために主波長（λ_d）でもビニングされることが一般的です。ただし、狭い半値幅は本質的に良好な色純度を示唆しています。

4. 性能曲線分析

データシートは5ページの代表的な電気的/光学的特性曲線を参照しています。具体的なグラフは本文に提供されていませんが、記載されたパラメータに基づいて、その標準的な内容と重要性を推測することができます。

このようなデバイスの代表的な曲線には以下が含まれます：

• 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）：このグラフは、LEDを流れる電流とその両端の電圧との非線形関係を示します。電流制限回路の設計に不可欠です。曲線は、ターンオン電圧（約2V付近）を示し、その後、電圧のわずかな増加で電流が急速に増加します。
• 輝度 vs. 順方向電流（I-L曲線）：このプロットは、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ます。一般的にある範囲では線形ですが、熱的および効率低下の影響により非常に高い電流では飽和します。この曲線は、輝度仕様の20mAテストポイントを検証します。
• 輝度 vs. 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様子を示します。AlInGaP LEDは温度依存性のある効率を持つことが知られており、一般的に温度が上昇すると出力が減少します。これは熱設計のための情報となります。
• スペクトル分布：相対強度対波長のプロットで、約611 nmにピークがあり、約17 nmの半値幅を示し、単色の黄橙色発光を確認します。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ外形寸法

本デバイスは標準的なLEDディスプレイパッケージです。外形図は、PCB（プリント基板）フットプリント設計および機械的統合のための重要な寸法を提供します。図面からの主な注記は以下の通りです：

• 全ての直線寸法はミリメートル（mm）で指定されています。
• 特に注記がない限り、寸法のデフォルト公差は±0.25 mmです。
• ピン先端シフトの特定の公差は±0.4 mmとされており、自動挿入時にピンがPCBの穴に正しく位置合わせされることを保証する上で重要です。

5.2 ピン接続と内部回路

本デバイスはデュアルインチラインパッケージ構成で18ピンを有します。内部回路図とピン接続表は、正しい電気的インターフェースのために極めて重要です。

• 回路タイプ：コモンアノード。これは、各桁の全てのLEDセグメントのアノード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、対応するカソードピンをロー（グランドまたは電流シンクに接続）に駆動し、その桁のコモンアノードをハイ（電流制限抵抗を介して正電源に接続）に駆動する必要があります。
• ピン配置：詳細な表は、各ピン番号をその機能（桁1または桁2の特定のセグメント（A-G、DP）のカソード、または各桁のコモンアノード）にマッピングしています。例えば、ピン1は桁1のセグメント'E'のカソードであり、ピン14は桁1のコモンアノードです。この正確なマッピングは、マイクロコントローラまたはドライバICソフトウェアで正しい駆動シーケンスを作成するために不可欠です。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

組立中の適切な取り扱いは信頼性にとって重要です。データシートには特定のはんだ付けパラメータが提供されています。

• ウエーブはんだ付け：推奨条件は260°C、最大3秒間です。シーティングプレーンから1/16インチ下という注記は、ピンがはんだウェーブに浸漬される深さを指している可能性が高いです。
• 重要な条件：最も重要な注意点は、（組立中の）ユニットの温度が最大定格温度を超えてはならないということです。これは、LEDディスプレイパッケージ自体の本体温度が、プリヒートやポストヒートを含むはんだ付けプロセス全体を通じて、最大保管温度105°Cを決して超えてはならないことを意味します。これを守らないと、内部の剥離、レンズのひび割れ、またはLEDチップの劣化を引き起こす可能性があります。
• 一般的な取り扱い：LEDチップは静電気に敏感であるため、標準的なESD（静電気放電）対策を講じる必要があります。

7. アプリケーション推奨事項

7.1 代表的なアプリケーションシナリオ

LTD-5721AKFは、コンパクトで明るく信頼性の高い数値表示が必要とされる幅広い産業、商業、計測器アプリケーションに適しています。例としては以下が挙げられます：

• 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、センサー表示器。
• 産業用制御装置：機械の温度、圧力、速度、またはカウント表示用のパネルメータ。
• 民生用機器：高級キッチン家電、オーディオ機器のチューナー、旧モデルのデジタル時計やタイマー。
• 自動車アフターマーケット：ゲージおよび表示モジュール（ただし、特定の自動車要件に対して環境仕様を確認する必要があります）。

7.2 設計上の考慮事項

• 電流制限：LEDは電流駆動デバイスです。動作電流をデレーティングガイドラインに従って20 mA以下に設定するために、各コモンアノード接続（またはより高度な定電流ドライバ設計ではセグメントごと）に直列の電流制限抵抗を使用する必要があります。抵抗値は、R = (V_電源- V_F- V_{ドライバ飽和}) / I_F.
• マルチプレクシング：2桁ディスプレイの場合、マルチプレクシングが標準的な駆動技術です。桁は高速に順番に（例えば、周波数>100 Hzで）点灯されます。これには、コモンアノードピン（桁）とカソードピン（セグメント）を順次制御する必要があります。この方法により、必要なドライバピン数と全体的な消費電力を削減できます。
• 視野角：データシートは広い視野角を謳っており、拡散レンズまたはフェイスを備えたLEDディスプレイでは一般的です。これは、最終製品内でのディスプレイの機械的配置を考慮する必要があります。
• 熱管理：本デバイスは105°Cまで動作可能ですが、発光効率は温度とともに低下します。最適な輝度と寿命のためには、設計において十分な通風または放熱を提供することが望ましいです。特に最大電流付近または高い周囲温度で動作する場合に重要です。

8. 技術比較と差別化

他の数値LEDディスプレイ、特に旧来の技術と比較したLTD-5721AKFの主な差別化要因は以下の通りです：

• AlInGaP技術 vs. 従来のGaAsPまたはGaP：AlInGaP LEDは、旧来の半導体材料と比較して、赤、オレンジ、黄色に対して大幅に高い発光効率と輝度を提供します。これにより、同じ知覚輝度に対して、より良い視認性および/または低消費電力が実現されます。
• グレーフェイス/ホワイトセグメント：フェイスとセグメントの特定の色の組み合わせは、高コントラストを実現するために設計されています。グレーのフェイスは黒いフェイスよりも環境光を多く吸収して反射を低減し、ホワイトのセグメント領域は発光した黄橙色の光を均一に拡散させて文字の見た目を向上させます。
• 鉛フリーパッケージ（RoHS準拠）：本デバイスは有害物質使用制限（RoHS）指令を満たすように構築されており、厳しい環境規制のある市場で販売される製品に適しています。これは重要なコンプライアンス上の差別化要因です。
• ソリッドステートの信頼性：全てのLEDと同様に、機械的ディスプレイ（フリップディスクなど）や真空蛍光表示管（VFD）と比較して、衝撃/振動耐性、瞬時点灯能力、長い動作寿命において利点があります。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: 輝度マッチング比2:1の目的は何ですか？

A1: この比率は視覚的な一貫性を保証します。同一の電気的条件下で駆動された場合、単一の表示ユニット内で、どのセグメントも他のどのセグメントよりも2倍以上明るくなることはないことを保証します。これにより、不均一またはまだらに見える数字を防ぎます。

Q2: このディスプレイを5V電源で駆動できますか？

A2: はい、5V電源は非常に一般的です。ただし、各コモンアノードに直列に電流制限抵抗を使用する必要があります。代表的なV_F2.6Vと目標I_F20 mAを使用すると、抵抗値は約（5V - 2.6V）/ 0.02A = 120オームとなります。実際のV_Fと希望の輝度に応じて調整し、標準の120Ωまたは150Ω抵抗が適しています。

Q3: 回路設計においてコモンアノードとはどういう意味ですか？

A3: コモンアノード構成では、点灯させたい桁のコモンピンに正電圧を供給します。次に、その桁で点灯させたいセグメントのカソードピンを通して電流をグランドにシンクします。駆動回路（マイクロコントローラまたはドライバIC）は、アノードに対して電流をソースし、カソードに対して電流をシンクするように構成する必要があります。

Q4: ピーク波長（611nm）と主波長（605nm）が異なるのはなぜですか？

A4: これはLEDでは正常です。ピーク波長は発光スペクトル曲線の文字通りの最高点です。主波長はスペクトル全体と人間の目の色応答から計算されます。それは同じ色に見える純粋な光の単一波長です。この違いは、LEDの実際の発光スペクトルの形状と非対称性によるものです。

10. 設計および使用事例

シナリオ: シンプルなデジタル電圧計表示の設計

設計者が0-20V DC電圧計を作成しています。アナログ-デジタル変換器（ADC）は二進化十進数（BCD）値を出力します。このBCDデータは7セグメント形式に変換され、2桁（例：19.99V）で表示される必要があります。

実装：

1. 十分なI/Oピンを備えたマイクロコントローラ（または専用のBCD-7セグメントデコーダ/ドライバIC）を使用します。

2. マイクロコントローラのI/OピンをLTD-5721AKFのセグメントカソード（A-G、DP）に接続します。

3. 追加の2つのマイクロコントローラピンを2つのコモンアノード（桁1と桁2）に接続します。

4. ソフトウェアで、マルチプレクシングルーチンを記述します。まず、桁1（10の位）で点灯させるセグメントを計算し、桁1のアノードピンを有効（ハイに設定）にし、対応するセグメントカソードピンをローに設定します。短い遅延（例：5ms）の後、桁1を無効にし、桁2（1の位）のセグメントを計算し、桁2のアノードを有効にし、そのセグメントピンをローに設定します。このサイクルを高速に繰り返します。

5. 電流制限抵抗（例：150Ω）を、マイクロコントローラピンとディスプレイの間のコモンアノードラインに配置します。値は電源電圧（例：5V）と希望のセグメント電流（約20mA）に基づいて選択されます。

6. グレーフェイス/ホワイトセグメントの設計により、ワークショップベンチの明るい照明条件下でも表示される電圧が容易に読み取れます。

11. 技術原理の紹介

コアの発光コンポーネントはAlInGaP LEDチップです。AlInGaPはIII-V族化合物半導体です。結晶成長プロセス（通常は有機金属化学気相成長法 - MOCVD）中に、アルミニウム（Al）、インジウム（In）、ガリウム（Ga）、リン（P）の比率を精密に制御することで、エンジニアは材料のバンドギャップを調整できます。バンドギャップエネルギーは、接合部で電子と正孔が再結合するときに放出される光子の波長（色）を直接決定します。

LTD-5721AKFでは、黄橙色領域（約605-611 nm）での発光のために組成が調整されています。チップは不透明なガリウムヒ素（GaAs）基板上に作製されます。ディスプレイのグレーフェイスはプラスチックパッケージ成形の一部であり、小さなチップからの光をより大きなセグメント領域全体に均一に広げる拡散材を含みます。内部回路は、複数のLEDチップ（桁ごと、セグメントごとに1つ）のアノードとカソードを適切なパッケージピンに接続するためにワイヤボンディングを使用し、ピン配置で説明されているコモンアノードマトリックスを形成します。

12. 技術トレンド

LTD-5721AKFのような個別のLED数値表示は特定のアプリケーションで関連性を保っていますが、表示技術のより広範なトレンドは変化しています。新しい設計では、設計者はしばしば以下を考慮します：

• 統合ドットマトリックスLEDディスプレイ：これらは数字だけでなく英数字や記号の表示能力を提供し、同様のフットプリントでより大きな柔軟性を提供します。
• OLED（有機LED）ディスプレイ：優れたコントラスト、広い視野角、薄い形状を提供しますが、産業用途では歴史的に異なる寿命とコスト特性があります。
• TFT-LCDモジュール：フルグラフィックス機能、カラー、複雑な情報の表示能力を提供しますが、より複雑な駆動電子機器とバックライトを必要とします。
• LEDディスプレイ内のトレンド：全てのLED色に対する効率（ルーメン毎ワット）の継続的な改善、さらに堅牢で耐熱性のあるパッケージの開発、システム設計を簡素化するためのドライバ電子機器のディスプレイモジュールへの直接統合。

LTD-5721AKFのようなデバイスの永続的な価値は、そのシンプルさ、堅牢性、高輝度、数値専用アプリケーションにおける低コスト、およびマイクロコントローラとの容易なインターフェースにあり、専用の表示機能における電子機器エコシステム内での地位を確実にしています。