LTS-5701AJF 0.56インチ 黄橙色 7セグメントLED表示器 データシート - 文字高14.22mm - 順方向電圧2.6V - 消費電力70mW

1. 製品概要

LTS-5701AJFは、高性能な1桁の7セグメントLED表示モジュールです。その主な機能は、電子機器において明瞭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。中核技術は、黄橙色スペクトルで発光するように特別に設計されたリン化アルミニウムインジウムガリウム（AlInGaP）半導体材料に基づいています。この材料システムは、従来のリン化ガリウム（GaP）などの技術と比較して、高効率かつ優れた輝度で知られています。本デバイスは、白色のセグメントマーキングを施したグレーのフェイスプレートを備えており、様々な照明条件下でのコントラストと視認性を大幅に向上させます。コモンアノード構成として設計されており、ソース電流の制御がより容易なマイコンをベースとした多くのアプリケーションにおいて、回路設計を簡素化します。

1.1 主な特長と利点

本表示器は、幅広いアプリケーションに適したいくつかの明確な利点を提供します：

• 最適な文字サイズ：文字高0.56インチ（14.22 mm）により、コンパクトな占有面積を維持しながら、遠方からの優れた視認性を提供します。
• 優れた光学性能：AlInGaPチップの使用により、高輝度と高コントラストを実現します。連続的で均一なセグメントにより、暗点や不均一性のない一貫性のある美しい文字表示が保証されます。
• 広い視野角：広範囲の角度から明瞭な視認性を可能にする設計は、パネルメーター、計測器、民生電子機器にとって極めて重要です。
• 低電力動作：良好な光度を達成するために比較的低い順方向電流しか必要とせず、省エネルギーでバッテリー駆動機器に適しています。
• 高い信頼性：固体素子として、機械式や真空蛍光表示器と比較して、高い信頼性、長い動作寿命、衝撃や振動に対する耐性を提供します。
• 品質保証：デバイスは光度に基づいてカテゴライズ（ビニング）されており、生産ロット間で輝度の一貫性が保たれ、パネルの外観が均一になります。

2. 詳細な技術パラメータ分析

このセクションでは、データシートに規定されている電気的および光学的パラメータについて、詳細かつ客観的な解釈を提供します。これらの値を理解することは、適切な回路設計と長期的な信頼性の確保に不可欠です。

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。これらの限界以下または限界での動作は保証されておらず、信頼性の高い設計では避けるべきです。

• セグメントあたりの消費電力（70 mW）：これは、連続動作時に単一のLEDセグメントが安全に熱として放散できる最大電力です。この限界を超えると、半導体接合部の過熱リスクがあり、加速劣化や致命的な故障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方向電流（60 mA、1/10デューティサイクル、0.1msパルス）：この定格により、例えばマルチプレックス表示やハイライト表示において、瞬間的な輝度のピークを達成するために、より高い電流の短いパルスが可能になります。厳格なデューティサイクルとパルス幅の制限は重要です。平均電流は連続定格に準拠している必要があります。
• 提供されたデータシートの抜粋は代表的な電気的／光学的特性曲線に言及していますが、具体的なグラフは本文には含まれていません。標準的なLEDの動作に基づくと、これらの曲線は通常、非標準条件下でのデバイス性能を理解するために不可欠な以下の関係を示すでしょう：単一セグメントの定常状態、非パルス動作における推奨最大電流です。周囲温度（Ta）が25°Cを超える場合、0.33 mA/°Cの線形デレーティング係数が規定されています。これは、周囲温度が50°Cに上昇した場合、許容される最大連続電流は次のようになることを意味します： 25 mA - ((50°C - 25°C) * 0.33 mA/°C) = 25 mA - 8.25 mA =16.75 mA.
• セグメントあたりの逆方向電圧（5 V）：LEDセグメントに逆バイアス方向で印加できる最大電圧です。これを超えると、降伏を引き起こしPN接合を損傷する可能性があります。逆方向電圧の過渡現象が発生する可能性がある場合は、適切な回路設計に保護回路を含める必要があります。
• 動作・保管温度範囲（-35°C ～ +85°C）：信頼性のある動作および非動作時の保管における環境限界を定義します。
• はんだ付け温度（260°C、3秒間）：フローまたはリフローはんだ付けプロセスに関するガイダンスを提供し、プラスチックパッケージや内部ワイヤーボンディングへの損傷を防ぐために、特定のポイントでの限られた時間における最高温度を規定しています。

2.2 電気的・光学的特性（Ta=25°C時）

これらは、指定された試験条件下での代表的な性能パラメータです。設計計算と性能予想に使用されます。

• 平均光度（I_V）：I_F=1mA時、320-900 μcd。これは人間の目で知覚される明るさの尺度です。広い範囲（最小：320、代表：900）はビニングプロセスを示しています。設計者は、あらゆる条件下での視認性を確保するために、最悪ケースの輝度計算には最小値を使用する必要があります。
• ピーク発光波長（λ_p）：I_F=20mA時、611 nm（代表値）。これはスペクトル出力が最も強くなる波長です。可視スペクトルの黄橙色領域に該当します。
• 主波長（λ_d）：I_F=20mA時、605 nm（代表値）。これは、発光の色に最もよく一致すると人間の目に知覚される単一波長です。スペクトルが広いLEDでは一般的なことですが、ピーク波長よりもわずかに低くなります。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：I_F=20mA時、17 nm（代表値）。このパラメータは色純度を示します。17 nmという値は中程度に広く、飽和した、しかし単色ではない黄橙色を生み出します。
• セグメントあたりの順方向電圧（V_F）：I_F=20mA時、2.05V（最小）、2.6V（代表値）。これはLEDが動作時の両端の電圧降下です。電流制限抵抗値の計算に不可欠です： R = (V_電源- V_F) / I_F。代表値または最大値を使用することで、電流が所望のレベルを超えないようにします。
• セグメントあたりの逆方向電流（I_R）：V_R=5V時、100 μA（最大）。これは、LEDが最大定格内で逆バイアスされているときに流れるわずかなリーク電流です。
• 光度マッチング比（I_V-m）：2:1（最大）。これは、同じ桁内の異なるセグメント間、または多桁表示器における異なる桁間の許容される最大輝度変動を規定します。2:1の比率は、最も明るいセグメントが最も暗いセグメントの2倍を超えてはならないことを意味し、均一な外観を保証します。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、デバイスが光度でカテゴライズされていると示しています。これは、製造後のビニングまたは選別プロセスを指します。

• 光度ビニング：半導体エピタキシャル成長およびチップ製造プロセスの自然なばらつきにより、LEDの光出力は変化する可能性があります。製造後、デバイスは標準試験電流（例：1mA）で測定された光度に基づいてテストされ、異なるビンに選別されます。320から900 μcdの指定範囲は、おそらく複数のビンを包含しています。メーカーは、厳密な輝度マッチングを必要とするアプリケーション向けに、特定のビンコードを提供する場合があります。
• 順方向電圧選別：明示的にビニングパラメータとして言及されていませんが、V_Fに与えられた範囲（2.05Vから2.6V）は典型的なものです。非常に大量生産または感度の高い設計では、部品は順方向電圧によっても選別され、表示器全体で一貫した消費電力と熱特性を確保することができます。

4. 性能曲線分析

While the provided datasheet excerpt mentions "Typical Electrical / Optical Characteristic Curves," the specific graphs are not included in the text. Based on standard LED behavior, these curves would typically illustrate the following relationships, which are vital for understanding device performance under non-standard conditions:

• 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）：指数関数的関係を示します。曲線は温度とともにシフトします。所定の電流に対して、接合温度が上昇するとV_Fは減少します。
• 光度 vs. 順方向電流：一般に、低電流域ではほぼ線形の関係を示し、非常に高い電流では飽和や効率低下の可能性があります。このグラフは、所望の輝度レベルを得るための動作電流を選択するために使用されます。
• 光度 vs. 周囲温度：周囲温度（したがって接合温度）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、高温環境で動作する設計にとって極めて重要です。
• 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、正確な色特性を定義します。

5. 機械的仕様とパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法とピン配置

本デバイスは、標準的な10ピンの1桁7セグメントLED表示器パッケージに収められています。データシートには、すべての重要な寸法をミリメートル単位で示した詳細な寸法図（ここでは再現していません）が提供されています。主な特徴には、全高、全幅、全深、文字窓サイズ、リード間隔（ピッチ）、およびシーティングプレーンが含まれます。特に記載がない限り、公差は通常±0.25 mmです。ピン接続は明確に定義されています：

1. ピン1：カソード E
2. ピン2：カソード D
3. ピン3：コモンアノード
4. ピン4：カソード C
5. ピン5：カソード D.P.（小数点）
6. ピン6：カソード B
7. ピン7：カソード A
8. ピン8：コモンアノード
9. ピン9：カソード F
10. ピン10：カソード G

内部回路図は、すべてのセグメントLED（A-GおよびDP）のアノードが内部で2つのコモンアノードピン（3と8）に接続されており、これらも内部で接続されていることを示しています。このコモンアノード設計は、セグメントを点灯させるために、対応するカソードピンをロー（グランドまたは低電圧に接続）に駆動し、アノードピンには電流制限抵抗を介して正電圧を印加する必要があることを意味します。

6. はんだ付けと実装ガイドライン

絶対最大定格は、はんだ付け条件を規定しています：シーティングプレーンの1/16インチ（約1.59 mm）下で測定して260°C、3秒間。これはフローはんだ付けの標準的な基準です。リフローはんだ付けの場合、ピーク温度が260°Cを超えない標準的な鉛フリープロファイルが適切です。エポキシパッケージのクラック、内部ダイアタッチの損傷、またはチップとリードを接続する微細なワイヤーボンディングの破断を引き起こす可能性のある過度の熱ストレスを避けることが重要です。熱衝撃を最小限に抑えるために、予熱が推奨されます。はんだ付け後、デバイスは徐冷させるべきです。保管については、はんだ付け性を維持し、湿気吸収（リフロー中のポップコーン現象を引き起こす可能性がある）を防ぐために、乾燥した非結露環境で-35°Cから+85°Cの指定範囲を維持する必要があります。

7. アプリケーション提案

7.1 代表的なアプリケーションシナリオ

LTS-5701AJFは、明瞭で信頼性の高い数値表示を必要とするアプリケーションに理想的です：

• 試験・計測機器：デジタルマルチメーター、周波数カウンター、電源装置、センサー表示器。
• 産業用制御機器：温度、圧力、流量、回転数、プロセス変数の表示用パネルメーター。
• 民生電子機器：時計、タイマー、厨房家電の表示器、オーディオ機器のレベルメーター。
• 自動車用アフターマーケット：補助システム用の計器および表示器（温度および信頼性認証要件のため、主要計器盤用ではありません）。
• 医療機器：非重要監視機器上の単純なパラメータ表示器（適切な規制当局の承認が必要です）。

7.2 設計上の考慮点と回路実装

• 電流制限：順方向電流を安全な値（例：10-20 mA）に制限するために、コモンアノードまたは各カソードに直列に抵抗を接続する必要があります。抵抗値は、電源電圧（V_CC）、LED順方向電圧（V_F）、および所望の電流（I_F）を使用して計算されます： R = (V_CC- V_F) / I_F。電流が目標値を決して超えないことを保証する保守的な設計のためには、データシートの最大V_Fを使用してください。
• マルチプレクシング：多桁表示器の場合、駆動マイコンのピン数を最小限に抑えるために、マルチプレクシング技術がほぼ常に使用されます。これは、一度に1桁ずつを高速で順番に点灯させることを含みます。残像効果により、表示器は連続して点灯しているように見えます。マルチプレクシング時には、デューティサイクルが減少した分を補償し平均輝度を維持するために、セグメントあたりのピーク電流を高くすることができます（60mAのパルス定格内）。設計では、セグメントあたりの平均電流と消費電力が連続定格内に収まることを確認する必要があります。
• マイコン駆動：コモンアノード表示器は、オープンドレインまたはオープンコレクタ出力として構成され、電流をグランドにシンクするマイコンポートピンで容易に駆動できます。あるいは、より高い電流容量またはより単純なロジックのために、専用のLEDドライバICやトランジスタアレイ（例：ULN2003）を使用することができます。
• 視野角と実装：パネルの切り欠きと実装深さを設計する際には、表示器の広い視野角を活用するために、意図したユーザーの視野角を考慮してください。

8. 技術比較と差別化

LTS-5701AJFの主な差別化要因は、黄橙色発光にAlInGaP材料を使用している点です。従来のGaP黄色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表示、または同等の輝度をより低い電力で実現します。赤色GaAsPまたはAllnGaP LEDと比較すると、特定の環境光条件下で読みやすく、特定の美的または機能的なカラーコーディング要件に適した明確な色を提供します。0.56インチの文字サイズは、計器パネル用の一般的なカテゴリーに位置し、サイズと視認性の良いバランスを提供します。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: 5V電源でセグメントを15mAで駆動するには、どの抵抗値を使用すべきですか？

A1: 安全な設計のために最大V_F2.6Vを使用します： R = (5V - 2.6V) / 0.015A = 2.4V / 0.015A = 160 Ω。最も近い標準値である150 Ωまたは180 Ωが適しています。回路内の実際の輝度と電流を常に確認してください。

Q2: 2つのコモンアノードピンを一緒に接続してもよいですか？

A2: はい、ピン3と8は内部で接続されています。PCB上でそれらを一緒に接続することは標準的な慣行であり、電流を分散させ、輝度の均一性を向上させる可能性があります。

Q3: 数字の7を表示するにはどうすればよいですか？

A3: 7を表示するには、セグメントA、B、およびCを点灯させる必要があります。したがって、コモンアノード構成では、コモンアノードに正電圧（電流制限抵抗を介して）を印加し、A（ピン7）、B（ピン6）、およびC（ピン4）のカソードピンをグランド（ロジックロー）に接続します。

Q4: なぜ最大連続電流は25°C以上でデレートするのですか？

A4: 消費電力の限界は固定されています。周囲温度が上昇すると、LED接合部と周囲空気との温度差（熱勾配）が減少し、熱を放散することが難しくなります。接合温度が安全限界を超えないようにするために、許容電力（したがって所定のV_Fに対する電流）を減らす必要があります。

10. 実践的な設計例

シナリオ: 4桁の電圧計表示器の設計。

I/Oピンが限られたマイコンを使用します。4つのLTS-5701AJF表示器はマルチプレックス構成で接続されます。4桁すべてのセグメントカソード（A-G、DP）は並列に接続されています。各桁のコモンアノードピンは、マイコンピンによって駆動される個別のNPNトランジスタによって制御されます。マイコンは、タイマー割り込みを使用して、2～5ミリ秒ごとに桁を順番に切り替えます。アクティブな桁のセグメントデータを計算し、電流制限抵抗を介して共通カソードに接続されたポートに出力します。1/4のデューティサイクルで良好な輝度を維持するために、アクティブ時間中のピークセグメント電流は25～30 mA（60mAのパルス定格を十分に下回る）に設定され、セグメントあたりの平均電流は約6～7.5 mAとなり、安全で十分な輝度を提供します。デバイスが高温環境で動作することが予想される場合は、設計にデレーティング計算を含める必要があります。

11. 技術原理の紹介

LTS-5701AJFは、III-V族半導体化合物であるリン化アルミニウムインジウムガリウム（Al_xIn_yGa_1-x-yP）に基づいています。これらの元素の特定の比率は、材料のバンドギャップエネルギーを決定し、それが直接発光の波長（色）を決定します。この場合、組成は黄橙色光子（約605-611 nm）に対応するバンドギャップを持つように設計されています。PN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に注入されます。それらは放射再結合し、光の形でエネルギーを放出します。不透明なGaAs基板を使用することで、迷光を吸収し、コントラストを向上させます。グレーの面と白色のセグメントは、拡散性顔料を含む成形エポキシで作られており、各セグメント全体に光を均一に広げ、消灯時の背景に対するコントラストを高めます。

12. 技術トレンド

個別の7セグメント表示器は多くのアプリケーションで関連性を保っていますが、表示技術の一般的なトレンドは、統合と柔軟性に向かっています。これには以下が含まれます：

統合：内蔵ドライバIC（例：SPI/I2Cインターフェース付き）を備えた多桁モジュールがより一般的になりつつあり、マイコンインターフェースを簡素化しています。

材料：AlInGaPは赤・橙・黄に対して効率的ですが、InGaN（青/緑/白用）などの新しい材料はさらに高い効率を提供します。より複雑な情報表示のために、ハイブリッド表示器やフルカラーアドレス可能LEDマトリックスが人気を集めています。

フォームファクター：より薄いパッケージ、太陽光下での視認性のためのより高い輝度、携帯機器のためのより低い消費電力への絶え間ない追求があります。しかしながら、LTS-5701AJFのような標準的な7セグメントLEDの基本的なシンプルさ、堅牢性、およびコスト効率の良さは、単純な数値出力が必要とされる幅広いアプリケーションでの継続的な使用を保証します。