0.56インチ 7セグメントLEDディスプレイ データシート - 文字高14.22mm - 順方向電圧2.6V - AlInGaP イエローオレンジ - 技術文書

1. 製品概要

LTS-5703AJFは、明確で視認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、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、電気信号を可視の数値文字に変換することです。中核技術として、ヒ化ガリウム（GaAs）基板上に堆積されたアルミニウムインジウムガリウムリン（AlInGaP）半導体材料を利用し、黄橙色スペクトルの光を生成します。この材料系は、従来のリン化ガリウム（GaP）などの技術と比較して、琥珀色/オレンジ色の範囲で高い効率と優れた輝度を実現するために選択されています。デバイスは明るいグレーの表面と白色のセグメントを特徴としており、様々な照明条件下でのコントラストと可読性を高めています。

このディスプレイはコモンカソードタイプに分類され、個々のLEDセグメントのすべてのカソード（負極端子）が内部で共通ピンに接続されていることを意味します。この構成はデジタルディスプレイで一般的であり、電流をシンクするマイクロコントローラやドライバICを使用する際の回路設計を簡素化します。この部品のターゲット市場には、産業用制御パネル、試験・測定機器、民生用家電製品、自動車のダッシュボード（非重要インジケータ用）、信頼性の高い低消費電力の数値表示を必要とするあらゆる組み込みシステムが含まれます。

2. 詳細な技術パラメータ分析

2.1 光学特性

光学性能は、標準試験条件（Ta=25°C）下で測定されるいくつかの主要パラメータによって定義されます。平均光度（Iv）は、順方向電流（IF）1mAで駆動した場合、最小800μcd、標準1667μcdと規定されており、最大値は明記されていません。このパラメータは、点灯したセグメントの知覚される明るさを示します。光度は、CIE（国際照明委員会）が定義する明所視（昼間順応）の人間の目の応答曲線に近似したセンサとフィルターを使用して測定されます。

色特性は波長によって定義されます。ピーク発光波長（λp）は、IF=20mAにおいて標準的に611ナノメートル（nm）です。これは光出力が最大となる波長です。主波長（λd）は標準的に605 nmです。これは、発せられる光の知覚される色に最もよく一致する単一波長であり、色の仕様により関連性が高いものです。スペクトル半値幅（Δλ）は標準的に17 nmであり、スペクトル純度またはピーク周辺の発せられる波長の広がりを示します。半値幅が狭いほど、より単色（純粋）な色であることを意味します。

2.2 電気的特性

主要な電気的パラメータは、セグメントあたりの順方向電圧（VF）であり、順方向電流20mAにおいて標準値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。最小値は2.05Vと記載されています。セグメントあたりの逆方向電流（IR）は、逆方向電圧（VR）5Vが印加されたとき、最大100 μAと規定されており、オフ状態でのデバイスのリーク特性を示します。

光度マッチング比は、類似の光領域内のセグメント間で最大2:1と規定されています。これは、同一の駆動条件下で、あるセグメントの明るさが他のセグメントの明るさの2倍を超えてはならないことを意味し、数字の均一な外観を保証します。

2.3 絶対最大定格と熱的考慮事項

これらの定格は、永久損傷が発生する可能性のある応力限界を定義します。セグメントあたりの連続順方向電流は最大25 mAと定格されています。周囲温度（Ta）25°C以上では、0.33 mA/°Cのデレーティング係数が規定されています。これは熱管理にとって重要です。周囲温度が上昇すると、過熱を防ぐために許容最大電流を直線的に減少させなければなりません。例えば、85°Cでは、最大電流は 25 mA - (0.33 mA/°C * (85-25)°C) = 5.2 mA となります。

Theセグメントあたりのピーク順方向電流は60 mAですが、パルス条件（1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）でのみです。これにより、マルチプレクシング方式や、輝度向上のための短時間のオーバードライブが可能になります。セグメントあたりの電力損失は70 mWです。セグメントあたりの逆方向電圧は5Vを超えてはなりません。動作および保管温度範囲は-35°Cから+105°Cです。はんだ付け温度定格は、ウェーブまたはリフローはんだ付け用です：パッケージの実装面から1/16インチ（約1.6mm）下の点で、260°C、3秒間です。

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。これはビニングシステムが適用されていることを意味します。ビニングは、製造されたLEDを生産後に光度、順方向電圧、主波長などの主要パラメータに基づいて選別（ビニング）する標準的な業界慣行です。これにより、単一の製造ロットまたは注文内での一貫性が確保されます。この抜粋では特定のビンコードは提供されていませんが、設計者は、典型的なビンは類似のIv（例：800-1200 μcd、1200-1667 μcd）およびおそらく類似のVF範囲を持つデバイスをグループ化することを認識すべきです。複数のディスプレイ間で色や輝度の均一性を必要とする重要なアプリケーションでは、厳しいビンを指定するか、同じビンからのデバイスを要求することが不可欠です。

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特性曲線には以下が含まれます：

• 順方向電流（IF）対順方向電圧（VF）曲線：これは指数関数的関係を示します。曲線は約1.8-2.0V付近にニー電圧を持ち、その後、電圧のわずかな増加で電流が急速に増加します。標準的なVF 2.6Vは、IF=20mAにおけるこの曲線から読み取られます。
• 光度（Iv）対順方向電流（IF）曲線：この曲線は、低電流では一般的に線形ですが、熱効果により非常に高い電流では飽和または効率低下を示す可能性があります。
• 光度（Iv）対周囲温度（Ta）曲線：これは、LEDの接合温度が上昇するにつれて輝度がどのように減少するかを示します。AlInGaP LEDは通常、光出力に対して負の温度係数を持ちます。
• スペクトル分布曲線：相対強度対波長のプロットで、約611 nmにピークがあり、半値幅は約17 nmであり、黄橙色の発光を確認します。

これらの曲線は、設計者がLEDの非線形動作を理解し、熱管理を計画し、適切な電流制限回路を設計するために不可欠です。

5. 機械的およびパッケージ情報

デバイスは文字高さ0.56インチ（14.22 mm）です。パッケージ寸法は図面（ここでは完全には詳細化されていません）で提供され、すべての寸法はミリメートル単位です。主要な公差が記載されています：特に指定がない限り、一般的な寸法公差は±0.25 mm、ピン先端シフト公差は±0.4 mmです。このシフト公差は、プラスチックパッケージ本体から出るリードのわずかな位置ずれを考慮したものであり、PCBフットプリント設計と自動挿入装置にとって重要です。

Theピン接続図は、デュアルインラインパッケージ（DIP）構成の10ピンで明確に定義されています。ピン配列は以下の通りです：1(E)、2(D)、3(コモンカソード)、4(C)、5(DP)、6(B)、7(A)、8(コモンカソード)、9(F)、10(G)。2つのコモンカソードピン（3と8）の存在は、電流を分散させ、単一ピンでの電流密度を低減するのに役立ち、信頼性向上に寄与します。小数点（DP）のアノードはピン5にあります。内部回路図は、各セグメント（A-G、DP）をそれぞれのピンにアノードが接続され、すべてのカソードがコモンカソードピンに接続された個々のLEDとして示しています。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

絶対最大定格ははんだ付けプロファイルを規定しています：組立中、部品本体温度は最大定格を超えてはなりません。具体的には、実装面から1/16インチ（1.6mm）下で測定したはんだ付け温度は260°C、3秒間とされています。これはウェーブ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260°Cの標準的な無鉛プロファイルが適切であり、液相線以上の時間（TAL）および部品リードでのピーク温度持続時間を制御して、プラスチックパッケージや内部ワイヤボンドへの熱損傷を防ぐ必要があります。

保管条件は、指定された保管温度範囲-35°Cから+105°Cに従うべきです。LEDは一部のICよりもリスクは低いものの、湿気吸収（リフロー中にポップコーン現象を引き起こす可能性あり）や静電気放電損傷を防ぐために、部品を乾燥した静電気防止環境で保管することが望ましいです。

7. パッケージングおよび注文情報

型番はLTS-5703AJFです。AJFという接尾辞は、色（イエローオレンジ）、パッケージタイプ、おそらく輝度ビンなどの特定の属性をコード化している可能性があります。データシートの改訂版が示されており、文書は製造元の所有物としてマークされています。このようなスルーホール部品の標準的な梱包は、通常、静電気防止チューブまたは自動挿入用のリール上のアモテープです。チューブ/リールあたりの正確な数量と梱包材はこの抜粋では指定されていませんが、別途梱包仕様書で入手可能です。

8. アプリケーション推奨事項

典型的なアプリケーション回路：コモンカソードディスプレイとして、通常はマイクロコントローラまたは専用のディスプレイドライバIC（電流制限抵抗付きの74HC595シフトレジスタやMAX7219など）によって駆動されます。各セグメントのアノードには電流制限抵抗が必要です。抵抗値は R = (Vcc - VF) / IF を使用して計算できます。5V電源（Vcc）、VF=2.6V、IF=20mAの場合、R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 オームです。良好な輝度を維持しながら寿命を延ばし、消費電力を削減するために、やや高い値（例：150-220オーム）がよく使用されます。

設計上の考慮事項：

• 電流駆動：セグメントあたりの絶対最大連続電流25 mAを超えないでください。高温環境ではデレーティング係数を使用してください。
• マルチプレクシング：複数桁ディスプレイの場合、マルチプレクシングが一般的です。ピーク電流定格（1/10デューティサイクルで60 mA）により、マルチプレクシングされたオン時間中に高い瞬間電流を流して、より高い知覚輝度を実現することが可能です。時間平均電流が連続定格を超えないようにしてください。
• 視野角：データシートは広い視野角について言及しており、拡散レンズを備えたLEDディスプレイの特徴です。ディスプレイを実装する際は、意図した視認位置を考慮してください。
• PCBレイアウト：寸法図から推奨されるフットプリントに従ってください。リード径に対して穴のサイズが適切であり、十分なクリアランスを確保してください。

9. 技術比較と利点

従来の赤色GaAsPまたは標準GaP黄色/緑色LEDと比較して、LTS-5703AJFのAlInGaP技術には以下のような大きな利点があります：

• より高い輝度と効率：AlInGaPは優れた発光効率を提供し、同じ駆動電流でより明るいディスプレイ、またはより低い電力で同等の輝度を実現します。
• より良い色飽和度：スペクトル特性により、より鮮やかで一貫した黄橙色が得られます。
• 固体信頼性：LEDには切れるフィラメントやガラスがなく、高い耐衝撃性・耐振動性と非常に長い動作寿命（通常数万時間）を提供します。
• 低電力要件：低電圧・低電流で動作するため、バッテリー駆動デバイスに適しています。
• 無鉛パッケージ：RoHS（有害物質の使用制限）指令に準拠しており、環境規制のあるグローバル市場に適しています。

最新の表面実装デバイス（SMD）7セグメントディスプレイと比較して、このスルーホール版は、プロトタイピング、手動組立、およびディスプレイ交換が必要になる可能性のあるアプリケーションで容易です。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: 2つのコモンカソードピン（3と8）の目的は何ですか？

A1: それらは内部で接続されています。2つのピンを持つことで、合計カソード電流（点灯しているすべてのセグメントからの電流の合計）を2つの物理的なリードに分散させ、各はんだ接合部およびリードフレームの電流密度と熱応力を低減し、それによって信頼性を向上させます。

Q2: このディスプレイを3.3Vのマイクロコントローラピンから直接駆動できますか？

A2: 可能ですが、順方向電圧を確認する必要があります。標準的なVFは2.6Vなので、3.3V電源では電流制限抵抗に0.7Vしか残りません。オームの法則を使用して、所望の10mA電流の場合、R = (3.3 - 2.6) / 0.01 = 70 オームです。これは実行可能ですが、輝度は20mAでの定格値よりわずかに低くなる可能性があります。マイクロコントローラピンが必要な電流を供給できることを確認してください。

Q3: 私の設計にとって光度マッチング比 2:1は何を意味しますか？

A3: 同一デバイス内で、同一に駆動された場合、どのセグメントも他のどのセグメントの2倍以上明るくならないことを保証します。これにより、不均一に見える数字（例：非常に暗いセグメントAと非常に明るいセグメントG）を防ぎます。複数桁の設計では、桁間の一貫性を確保するために、同じ光度ビンからのデバイスを指定してください。

Q4: ディスプレイ全体の電力損失はどのように計算しますか？

A4: 最悪のシナリオとして、すべての8セグメント（7セグメント + DP）が最大連続電流25 mA（各セグメント）で連続点灯し、標準的なVFが2.6Vの場合を考えます。セグメントあたりの電力 = VF * IF = 2.6V * 0.025A = 65 mW。総電力 = 8 * 65 mW = 520 mW。これはLEDパッケージ自体が熱として放散する電力であり、密閉空間での熱管理において考慮する必要があります。

11. 実践的な設計と使用例

例1: デジタル電圧計表示。シンプルな卓上型デジタルマルチメータのプロトタイプでは、LTS-5703AJFを使用して電圧測定値を表示できます。マイクロコントローラのアナログ-デジタル変換器（ADC）が電圧を読み取り、処理し、74HC595などのシフトレジスタを介してディスプレイを駆動します。電流制限抵抗は各セグメントのアノードと直列に配置されます。複数桁を使用する場合、コモンカソードはマイクロコントローラによって制御されるトランジスタで切り替えられてマルチプレクシングを行います。高いコントラストと輝度により、照明の良い実験室環境での可読性が確保されます。

例2: 産業用カウンタ表示。生産ラインの個数カウンタの場合、ディスプレイは信頼性が高く、遠くから見える必要があります。文字高さ0.56インチのLTS-5703AJFは適しています。LEDディスプレイ用に設計されたプログラマブルロジックコントローラ（PLC）出力モジュールまたはシンプルなカウンタICを介して駆動できます。広い動作温度範囲（-35°Cから+105°C）により、温度が変動する可能性のある工場現場の条件に対して堅牢です。

12. 技術原理の紹介

LTS-5703AJFは、アルミニウムインジウムガリウムリン（AlInGaP）半導体ヘテロ構造を基盤としており、これはヒ化ガリウム（GaAs）基板上にエピタキシャル成長されています。発光はエレクトロルミネセンスによって達成されます。ダイオードのバンドギャップ電圧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活性領域（量子井戸）に注入されます。そこで、それらは放射再結合し、光子の形でエネルギーを放出します。AlInGaPの特定の合金組成がバンドギャップエネルギーを決定し、それは直接発せられる光の波長（色）に対応します。黄橙色光の場合、バンドギャップエネルギーは約2.0-2.1電子ボルト（eV）です。GaAs基板は発せられる光に対して不透明であるため、チップは上面から光を発するように設計されています。プラスチックパッケージには、光出力を整形し、環境保護を提供し、特徴的なセグメント形状を作り出す成形レンズが組み込まれています。

13. 技術開発動向

これは成熟したスルーホール部品ですが、表示技術の動向はその文脈に影響を与えます。より広範なLED業界は以下に焦点を当て続けています：

• 効率向上（lm/W）：継続的な材料科学研究は、非放射再結合を減らし、半導体チップからの光取り出し効率を向上させることを目指しており、より低い電力でより明るいディスプレイを実現します。
• 小型化とSMDの主流化：市場は、自動組立、基板スペースの削減、低プロファイルのために、表面実装デバイス（SMD）パッケージに大きく移行しています。このようなスルーホールディスプレイは、堅牢性、手はんだ付けの容易さ、または交換を必要とする特定のニッチ市場では依然として関連性があります。
• 統合ソリューション：マルチプレクシング、デコード、電流制御を内部で処理することでホストマイクロコントローラインターフェースを簡素化する、統合ドライバICを備えたディスプレイ（インテリジェントディスプレイ）への傾向があります。
• 拡張された色域とRGB：フルカラー対応ディスプレイの場合、マイクロLEDを含む効率的な赤、緑、青LEDの開発が主要な動向です。これは単色デバイスですが、基礎となる材料の改善はすべてのLED色に利益をもたらします。
• フレキシブルおよび透明基板：フレキシブルまたは透明基板上のディスプレイに関する研究は活発ですが、これは従来のセグメント数値ユニットよりも高度なパネルディスプレイに関連性が高いです。

LTS-5703AJFは、これらの進行中の技術進歩の中で、信頼性が高く費用対効果の高いソリューションを表しています。