LTD-323JS 0.3インチ イエローLED 7セグメントディスプレイ データシート - 文字高 7.62mm - 順方向電圧 2.6V - 消費電力 70mW - 技術文書

1. 製品概要

本デバイスは、文字高0.3インチ（7.62 mm）の表示モジュールです。コンパクトなフォームファクタで、明瞭で視認性の高い数値出力を提供するように設計されています。中核技術としてAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）イエローLEDチップを採用しています。これらのチップは、不透明なGaAs（ガリウムヒ素）基板上に形成されており、これがディスプレイのコントラストと性能に寄与しています。視覚デザインは黒面に白セグメントを特徴とし、点灯部と非点灯部のコントラストを高めることで可読性を最適化しています。

1.1 中核的利点とターゲット市場

本ディスプレイは、様々なアプリケーションに適した複数の主要な利点を提供します。主な利点は、バッテリー駆動や省エネルギー機器に不可欠な低消費電力です。高輝度と高コントラストを実現し、明るい環境下でも視認性を確保します。広い視野角により、様々な位置から表示情報を読み取ることが可能です。本デバイスはソリッドステートの信頼性を誇り、可動部がなく、他の表示技術と比較して一般的に長い動作寿命を意味します。輝度による選別が行われており、一貫した性能と品質管理を示しています。連続的で均一なセグメントは、優れた文字表示を実現します。これらの特徴の組み合わせにより、本ディスプレイは計器盤、試験装置、民生電子機器、産業用制御盤、信頼性が高く明瞭で効率的な数値表示を必要とするあらゆるデバイスに最適です。

2. 技術パラメータの詳細な客観的解釈

2.1 光電特性

測光および色度性能は、特定の試験条件下で定義されています。平均光度（Iv）は、順方向電流（IF）1mAで測定した場合、最小320 µcd、標準値800 µcd、最大値は規定なしと指定されています。このパラメータは、点灯セグメントの知覚される明るさを示します。ピーク発光波長（λp）は588 nm（IF=20mA時測定）であり、出力は可視スペクトルの黄色領域に確実に位置します。スペクトル線半値幅（Δλ）は15 nm（IF=20mA時）であり、発光のスペクトル純度または波長帯の狭さを表します。値が小さいほど、より単色に近い色となります。主波長（λd）は587 nm（IF=20mA時）であり、人間の目が光の色と一致すると知覚する単一波長です。光度は、CIE明所視応答曲線に近似するセンサーとフィルターの組み合わせを用いて測定され、測定値が人間の視覚と相関することを保証しています。

2.2 電気的特性

電気仕様は、動作限界と条件を定義します。セグメントあたりの順方向電圧（VF）は、順方向電流20mA時に標準値2.6V、最大値2.6Vです。これは、LEDセグメントが導通しているときの両端の電圧降下です。セグメントあたりの逆方向電流（IR）は、逆方向電圧（VR）5V印加時に最大100 µAであり、LEDが逆バイアスされたときのリークレベルを示します。光度マッチング比（IV-m）は2:1（IF=1mA時）と指定されています。この比率は、同一桁内の異なるセグメント間、または桁間の輝度の最大許容変動を定義し、視覚的な均一性を保証します。

2.3 絶対最大定格と熱特性

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がある限界を指定します。セグメントあたりの最大消費電力は70 mWです。セグメントあたりのピーク順方向電流は60 mAですが、これはパルス条件下（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方向電流は25°Cで25 mAです。重要なことに、この電流は25°Cを超えるごとに1°Cあたり0.33 mAずつ線形に減額する必要があります。例えば、50°Cでは、最大連続電流は25 mA - (0.33 mA/°C * 25°C) = 16.75 mAとなります。この減額は、高温環境での信頼性の高い動作に不可欠です。セグメントあたりの最大逆方向電圧は5 Vです。動作および保管温度範囲は-35°Cから+85°Cです。最大はんだ付け温度は260°C、最大3秒間であり、これはデバイスの実装面から1.6mm下で測定されます。

3. グレーディングシステムの説明

データシートは、本デバイスが輝度によって選別されていることを示しています。これは、標準試験電流（おそらく1mAまたは20mA）での測定光出力に基づいてユニットを仕分けるビニングまたはグレーディングプロセスを意味します。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。この文書では特定のビンコードや範囲は詳細に記載されていませんが、このようなシステムでは通常、異なるアプリケーション要件を満たす、または最低性能レベルを保証するために、デバイスをカテゴリ（例：高輝度、標準輝度）にグループ化することが含まれます。2:1の光度マッチング比は、単一デバイス内の変動を制御する関連仕様です。

4. 性能曲線分析

データシートは、典型的な電気的/光学的特性曲線を参照しています。本文中に具体的なグラフは提供されていませんが、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：順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）: これは、LEDを流れる電流とその両端の電圧の関係を示します。非線形であり、特徴的な膝電圧（標準Vfの2.6V付近）を超えると、わずかな電圧増加で電流が急速に増加します。光度 vs. 順方向電流（L-I曲線）: このプロットは、駆動電流の増加に伴って光出力が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、非常に高い電流では飽和することがあります。光度 vs. 周囲温度: この曲線は、周囲温度の上昇に伴って光出力がどのように減少するかを示し、熱管理と電流減額の重要性を強調しています。スペクトル分布: 相対強度対波長のプロットで、588 nmにピークがあり、15 nmの半値幅を示し、黄色の発光を確認します。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 外形図

パッケージ寸法は図面（本文中で参照されているが詳細は記載なし）で提供されています。すべての寸法はミリメートル（mm）で指定されています。これらの寸法の標準公差は、特定の特徴注記で別段の記載がない限り±0.25 mm（±0.01インチに相当）です。この図面はPCB（プリント基板）レイアウトにとって重要であり、フットプリントと穴パターンが物理デバイスと一致することを保証します。

5.2 ピン接続と極性識別

本デバイスは10ピン構成です。デュプレックス（2桁）コモンアノードディスプレイです。ピン配置は以下の通りです：ピン1: カソード G; ピン2: 未接続（機械的な位置決め用または未使用の可能性）; ピン3: カソード A; ピン4: カソード F; ピン5: コモンアノード（桁2）; ピン6: カソード D; ピン7: カソード E; ピン8: カソード C; ピン9: カソード B; ピン10: コモンアノード（桁1）。コモンアノード構成は、各桁のLEDのアノード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ピンをハイ（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。

5.3 内部回路図

内部回路図が参照されています。コモンアノード、2桁、7セグメントディスプレイの場合、この図は通常以下を示します：2つのコモンアノードノード（各桁用、ピン10と5）。7本のカソードライン（A, B, C, D, E, F, G）。各ラインは両方の桁の対応するセグメントLEDに接続されています。各セグメントLED（例：桁1のセグメントAと桁2のセグメントA）は同じカソードピンを共有しますが、アノードはそれぞれの桁のコモンアノードに接続されています。このマルチプレクシング構成により、ディスプレイを制御するために必要な総ピン数を削減しています。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

提供されている主要な組立仕様は、はんだ付けプロセスに関するものです。本デバイスは最大260°Cのはんだ付け温度に耐えることができます。この暴露は最大3秒間に制限する必要があります。温度は、PCB上の部品の実装面から1.6mm下で測定されます。このガイドラインは、ウェーブはんだ付けまたはリフローはんだ付けプロセスにおいて、LEDチップやプラスチックパッケージへの熱損傷を防ぐために重要です。手はんだの場合は、温度制御されたはんだごてを使用し、接触時間を最小限に抑えるべきです。半導体接合部を保護するため、取り扱いおよび組立中は標準的なESD（静電気放電）対策を遵守する必要があります。

7. アプリケーション提案

7.1 典型的なアプリケーションシナリオ

本ディスプレイは、明瞭で信頼性の高い数値表示を必要とするあらゆるアプリケーションに適しています。例としては：デジタルマルチメータおよびオシロスコープ。電圧、電流、または温度用のパネルメータ。電子レンジ、デジタル時計、オーディオ機器などの民生用家電。産業用制御およびオートメーションパネル。試験および測定装置。自動車用アフターマーケットゲージ（動作温度範囲を考慮）。低消費電力のため、ポータブルバッテリー駆動デバイス。

7.2 設計上の考慮事項と回路実装

駆動回路を設計する際、いくつかの要因が重要です：電流制限: 各セグメントには直列の電流制限抵抗が必要です。抵抗値は、電源電圧（Vcc）、LED順方向電圧（Vf、標準2.6V）、および希望の順方向電流（If）に基づいて計算されます。例えば、5V電源で20mAでセグメントを駆動する場合：R = (Vcc - Vf) / If = (5V - 2.6V) / 0.020A = 120オーム。マルチプレクシング: 複数桁のコモンアノードディスプレイでは、マルチプレクシングが使用されます。マイクロコントローラは、カソードライン上でその桁のセグメントパターンを出力しながら、一度に一つの桁のコモンアノードを順次アクティブにします。切り替えは、目に見えるちらつきを避けるために十分に速く（通常>60Hz）なければなりません。ドライバIC: 専用のLEDディスプレイドライバIC（例：MAX7219、TM1637）を使用すると、制御が簡素化され、定電流駆動が提供され、内部でマルチプレクシングを処理します。熱管理: 25°Cを超える電流減額曲線に従ってください。ディスプレイが密閉空間内または他の発熱部品の近くにある場合は、十分な通気を確保してください。

8. 技術比較と差別化

他の数値表示技術と比較して、このAlInGaPイエローLEDディスプレイは明確な利点を提供します：赤色GaAsP/GaP LEDとの比較: AlInGaP技術は、従来の赤色LED材料と比較して、一般的に高い効率と輝度、および優れた温度安定性を提供します。黄色は、一部のアプリケーションでより良い視認性または美的嗜好を提供する可能性があります。LCD（液晶ディスプレイ）との比較: LEDは自発光型（自身で光を生成する）であるため、バックライトなしで低照度条件下でも容易に見えますが、反射型LCDは環境光を必要とします。LEDははるかに広い視野角と高速な応答時間を持ちます。ただし、静的表示の場合、LCDは通常、消費電力が大幅に少なくなります。VFD（真空蛍光表示管）との比較: LEDはソリッドステートであり、より頑丈で、寿命が長く、比較的高い陽極電圧を必要とするVFDと比較して、よりシンプルで低電圧の駆動電子回路を必要とします。この特定デバイスの主な差別化要因は、0.3インチの文字高、黄色発光用のAlInGaP材料、コモンアノード構成、および輝度、コントラスト、視野角における指定性能です。

9. 技術パラメータに基づくよくある質問

Q: ピン2の未接続の目的は何ですか？

A: これは通常、製造プロセス中の位置合わせに使用される機械的なプレースホルダー、またはPCB上での安定性のためにパッケージに対称的なピン数を確保するためのものです。電気的には接続されていません。

Q: 適切な電流制限抵抗はどのように計算しますか？

A: オームの法則を使用します：R = (電源電圧 - LED順方向電圧) / 希望順方向電流。計算には常にデータシートの最大順方向電圧（2.6V）を使用し、特に低温時でも電流が安全限界を超えないようにしてください。

Q: 3.3Vの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？

A: はい、ただし余裕はわずかです。Vfが2.6Vの場合、電流制限抵抗には0.7Vしか残りません。20mAでは、わずか35オームの抵抗が必要です。輝度はわずかに低下する可能性があります。多くの場合、より低い駆動電流（例：10-15mA）を使用するか、より高い電圧源を提供できるドライバICを使用する方が良いでしょう。

Q: 輝度による選別は私の設計にとって何を意味しますか？

A: ディスプレイが輝度によって試験および仕分けられていることを意味します。購入時には、特定の輝度ビンからのユニットを受け取る可能性があります。製品内で一貫した外観を得るためには、特定の輝度グレードが必要か、または生産ロットのすべてのユニットを同じメーカーバッチから調達することが重要です。

Q: なぜ電流減額が必要なのですか？

A: LEDの効率は温度の上昇とともに低下します。より高い接合温度で同じ電流でLEDを駆動すると、より多くの光ではなく、より多くの熱が発生し、熱暴走や故障につながる可能性があります。電流を減額することで、高温環境での消費電力と発熱を減らし、長期的な信頼性を確保します。

10. 実践的な設計と使用事例

事例：2桁ボルトメータ表示の設計

設計者は、0-99V DCボルトメータ表示を簡単に作成しています。明瞭さとサイズから本ディスプレイを選択しました。システムは、電圧を測定するためにADCを備えたマイクロコントローラを使用します。マイクロコントローラのI/Oピンは、LEDに十分な電流を供給/吸収できません。設計者は、定電流出力とマルチプレクシングサポートを備えた専用LEDドライバICを選択します。ドライバはディスプレイに接続されます：ドライバのセグメント出力はディスプレイのカソードピン（A-G）に接続され、ドライバの2つの桁ドライバはコモンアノードピン（10と5）に接続されます。マイクロコントローラは、シリアルインターフェース（例：SPIまたはI2C）を介してドライバICと通信し、桁の値を送信します。ドライバICはマルチプレクシングを処理し、ちらつきを避けるために各桁を500Hzでリフレッシュします。電流制限はドライバIC内でセグメントあたり15mAに設定され、輝度と消費電力のバランスを取り、予想動作温度での25mA連続定格を十分に下回っています。PCBレイアウトには外形図からの正確なフットプリントが含まれており、より高い平均電流が流れる可能性のあるコモンアノードピンのパッドにはサーマルリリーフが設けられています。

11. 原理紹介

本デバイスは、半導体材料におけるエレクトロルミネセンスの原理に基づいて動作します。AlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）構造はp-n接合を形成します。接合の障壁電位（順方向電圧、Vf）を超える順方向電圧が印加されると、n型領域からの電子とp型領域からの正孔が接合領域に注入されます。これらの電荷キャリアが再結合すると、エネルギーを放出します。AlInGaPのような直接遷移型半導体では、このエネルギーは主に光子（光）の形で放出されます。AlInGaP合金の特定の組成は、バンドギャップエネルギーを決定し、それが今度は発光の波長（色）を決定します。本デバイスでは、組成は約588 nmの波長を持つ光子を生成するように調整されており、これは黄色光として知覚されます。不透明なGaAs基板は、迷光を吸収するのに役立ち、点灯していないセグメントがかすかに光って見える可能性のある内部反射を防ぐことでコントラストを向上させます。

12. 開発動向

このようなLEDディスプレイ技術の進化は、いくつかの業界動向に従っています：効率向上: 継続的な材料科学研究は、AlInGaPおよび他のLED材料の内部量子効率（IQE）と光取り出し効率を改善し、より低い電流でより高い輝度をもたらすことを目指しています。小型化: 光学性能を維持または向上させながら、より小さなピクセル/桁ピッチおよびより薄型のパッケージを求める絶え間ない推進があります。信頼性と寿命の向上: パッケージ材料、ダイボンド方法、蛍光体技術（白色LED用）の改善により、動作寿命と温度および時間に対する安定性が継続的に延長されています。統合: 駆動回路、電流制限器、さらにはマイクロコントローラをディスプレイモジュールに直接統合する動向があり、エンドユーザーの設計プロセスを簡素化しています。より広い色域と新材料: 本デバイスは黄色にAlInGaPを使用していますが、GaN（窒化ガリウム）とその合金（InGaN、AlGaN）などの材料に関する研究により、高効率の青色、緑色、白色LEDが実現されています。他の材料システムを使用した効率的な赤色および琥珀色LEDの追求は依然として活発です。数値表示に関しては、現代の製品設計に容易に統合できる、よりフラットで多用途なモジュールへの動向があります。