LTD-5221AJF LEDディスプレイ データシート - 0.56インチ 桁高 - AlInGaP 黄橙色 - 順方向電圧2.6V - 技術文書

1. 製品概要

LTD-5221AJFは、明確で明るい数値表示と低消費電力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7セグメント英数字表示モジュールです。その主な機能は、デジタル計器、民生電子機器、産業用制御パネル向けに高い視認性を提供することです。

このデバイスの核心的な利点は、LEDチップにアルミニウム・インジウム・ガリウム・リン化物（AlInGaP）半導体材料を採用している点にあります。この材料系は、赤から黄橙色のスペクトルにおいて高い発光効率と優れた色純度で知られています。表示部はライトグレーの面と白色のセグメント色を特徴としており、高いコントラスト比に貢献し、様々な環境照明条件下でも文字を容易に読み取ることができます。

このディスプレイは低電流デバイスに分類され、特に低駆動電流での最適な性能のために試験・選別されています。優れた文字表示、高輝度、広い視野角を実現するように設計されており、複数の視点からの視認性を確保します。ソリッドステート構造は固有の信頼性と長い動作寿命を提供し、耐久性が重要なアプリケーションに適しています。

1.1 主要機能と対象アプリケーション

この製品を定義する主な機能には、サイズと視認性の良いバランスを提供する0.56インチ（14.22 mm）の桁高が含まれます。セグメントは連続的で均一であり、クリーンでプロフェッショナルな美的感覚を提供します。その低電力要件は、バッテリー駆動またはエネルギーに敏感なデバイスにとって重要な利点です。

このデバイスは光度で分類されており、ユニットはその光出力に基づいてビン分けまたは選別されることを意味します。これにより、単一製品内の複数のディスプレイ間で輝度の一貫性を確保できます。これは、複数桁のパネルメーターやスコアボードなどのアプリケーションにおいて極めて重要です。

典型的な対象市場とアプリケーションには、ポータブル試験装置、医療機器、自動車ダッシュボード（補助表示用）、家電制御、POS端末、産業用タイマー/カウンター表示が含まれます。その信頼性と性能は、民生用およびプロフェッショナルグレードの電子機器の両方において優先選択肢となっています。

2. 技術パラメータ詳細分析

LTD-5221AJFの電気的および光学的特性は、周囲温度（TA）25°Cの標準試験条件下で規定されています。これらのパラメータを詳細に理解することは、適切な回路設計と長期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発生する可能性のある応力限界を定義します。通常動作を意図したものではありません。

• セグメント当たりの電力損失：70 mW。これは、単一のLEDセグメントが過熱を引き起こすことなく安全に放散できる最大電力です。
• セグメント当たりのピーク順方向電流：90 mA。これは、より高い瞬間輝度を達成するために、マルチプレックス駆動方式などのパルス条件下（0.1msパルス幅、1/10デューティサイクル）でのみ許可されます。
• セグメント当たりの連続順方向電流：25°Cで25 mA。この電流は、周囲温度が25°Cを超えて上昇するにつれて、0.33 mA/°Cの割合で線形に低下します。このデレーティングは熱管理において重要です。
• セグメント当たりの逆電圧：5 V。逆バイアスでこの電圧を超えると、LEDのPN接合を損傷する可能性があります。
• 動作・保管温度範囲：-35°C から +85°C。この広い範囲は、過酷な環境下での機能性を確保します。
• はんだ付け温度：デバイスは、実装面から1/16インチ（約1.6mm）下の点で、260°Cのピーク温度を3秒間耐えることができます。

2.2 電気的・光学的特性

これらのパラメータは、通常動作条件下でのデバイスの性能を記述します。

• 平均光度（Iv）：順方向電流（IF）1 mAで、320 μcd（最小）から700 μcd（標準）の範囲です。この非常に低い駆動電流は、その効率の高さを強調しています。光度は、人間の目の明所視応答（CIE曲線）を模倣したフィルターを使用して測定されます。
• セグメント当たりの順方向電圧（VF）：標準2.6 V、IF=20 mAで最大2.6 V。最小は2.05 Vです。このパラメータは、電流制限回路の設計において極めて重要です。
• ピーク発光波長（λp）：611 nm。これは、発光強度が最も高い波長であり、黄橙色を定義します。
• 主波長（λd）：605 nm。これは、人間の目が知覚する波長であり、色度点と密接に関連しています。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：17 nm。これは色純度を示します。幅が狭いほど、より飽和した純粋な色を意味します。
• セグメント当たりの逆電流（IR）：逆電圧（VR）5Vで最大100 μA。
• 光度マッチング比（Iv-m）：最大2:1。これは、同じ条件下（IF=1mA）で駆動された場合の、単一桁内の最も明るいセグメントと最も暗いセグメントの間の最大許容比率を指定し、均一性を確保します。

3. ビニングと分類システム

データシートは、デバイスが光度で分類されていると明示しています。これはビニングプロセスを意味します。

3.1 光度ビニング

この文書では特定のビンコードは提供されていませんが、実際には各ディスプレイまたはLEDのバッチを試験し、標準試験電流（例：1mAまたは20mA）での測定光出力に基づいてグループ（ビン）に分類します。これにより、メーカーは保証された最小輝度または特定の輝度範囲内のディスプレイを購入することができ、複数桁表示アプリケーションにおけるすべての桁の視覚的一貫性を確保できます。設計者は、一貫性が重要な設計要件である場合、利用可能なコードと仕様についてメーカーの特定のビニング文書を参照する必要があります。

4. 性能曲線分析

データシートは標準的な電気的/光学的特性曲線を参照しており、これは表の単一点データを超えてデバイスの挙動を理解するための必須ツールです。

4.1 標準曲線の解釈

提供されたテキストには特定のグラフは描かれていませんが、このようなデバイスの標準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）：この非線形曲線は、LED両端の電圧とそれを流れる電流の関係を示します。適切な電流制限抵抗の選択または定電流ドライバの設計に極めて重要です。この曲線の膝は標準VF値付近にあります。
• 光度 vs. 順方向電流（I-L曲線）：このグラフは、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、非常に高い電流では飽和する可能性があります。この曲線は、低電流での高い効率（Ivの1mA試験点によって証明される）を確認します。
• 光度 vs. 周囲温度：この曲線は、光出力の熱的デレーティングを示します。温度が上昇すると、LEDの効率が低下し、同じ駆動電流でも光度が低くなります。これは、絶対最大定格で指定された電流デレーティングの重要性を強化します。
• スペクトル分布曲線：このプロットは、611 nmのピークを中心に、17 nmの半値幅パラメータで定義された幅を持つ、異なる波長にわたる発光の相対強度を示します。

設計者は、これらの曲線を使用して、異なる駆動電流や動作温度などの非標準条件下での性能を予測する必要があります。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法と公差

デバイスの物理的外形と主要寸法は図面（参照はされているが表示されていない）で提供されます。すべての寸法はミリメートル単位で、特定の特徴注記が別途規定されていない限り、標準公差は±0.25 mm（0.01インチ）です。この情報は、PCBレイアウト、フットプリントと切り欠きが正しく設計されていることを確保し、最終製品筐体への機械的統合にとって重要です。

5.2 ピン接続と内部回路

LTD-5221AJFは2桁のコモンアノードディスプレイです。内部回路図とピン接続表は、正しい配線のために不可欠です。

• 構成：コモンアノード。これは、各桁のすべての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をハイ（電流制限抵抗を介してVCCに接続）に駆動する必要があります。
• ピン配置：18ピンのデバイスは、桁1と桁2の両方のセグメントA-Gおよび小数点（D.P.）のカソードと、2つのコモンアノードピン（桁ごとに1つ）に特定の割り当てを持ちます。ピン1は未接続（N.C.）とマークされています。
• 小数点：データシートは右側小数点を指定しており、桁に対する小数点の位置を示しています。

このコモンアノード構成は、I/Oピンが電流を供給する（ハイに駆動する）よりも吸い込む（ローに駆動する）方が得意なマイクロコントローラベースのシステムでしばしば好まれます。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

絶対最大定格は、主要なはんだ付けパラメータを提供します：デバイスは、実装面から1.6mm下で測定して、260°Cのピーク温度を3秒間耐えることができます。これは、典型的な無鉛リフローはんだ付けプロファイルに適合します。

6.1 推奨される実践方法

• リフローはんだ付け：ピーク温度が260°Cを超えない標準的な無鉛リフロープロファイルを使用してください。液相線以上（例：217°C）の時間は、プラスチックパッケージと内部ワイヤーボンドへの熱ストレスを最小限に抑えるために制御する必要があります。
• 手はんだ付け：手はんだ付けが必要な場合は、温度制御されたはんだごてを使用してください。ディスプレイピンに直接ではなく、PCBパッドに熱を加え、過熱を防ぐために接触時間を制限してください。
• 洗浄：ディスプレイのプラスチック材料と適合性のある洗浄溶剤を使用して、変色や劣化を避けてください。
• 保管：指定された温度範囲（-35°C から +85°C）内の乾燥した静電気防止環境で保管し、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あり）および静電気放電損傷を防止してください。

7. アプリケーション設計上の考慮事項

7.1 駆動回路設計

駆動回路を正しく設計することは、性能と寿命にとって最も重要です。

• 電流制限：各コモンアノード（静的駆動用）と直列に電流制限抵抗を必ず使用するか、定電流ドライバを使用してください。抵抗値はオームの法則を使用して計算できます：R = (Vcc - VF) / IF。例えば、Vcc 5V、VF 2.6V、希望IF 10 mAの場合：R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 Ω。
• 低電流動作：このデバイスは、セグメント当たり1mAまで特性評価されています。超低電力アプリケーションでは、1-2 mAで駆動することで、十分な視認性を提供しながら電力消費を最小限に抑えることができます。
• 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標準です。これは、一度に1桁のコモンアノードを順次有効にしながら、その桁のセグメントデータを提示することを含みます。ピーク電流定格（1/10デューティサイクルで90 mA）により、減少したデューティサイクルを補償するために高いパルス電流が可能になり、知覚される輝度を維持します。セグメント当たりの平均電流は、連続電流定格を尊重する必要があります。
• マイクロコントローラインターフェース：コモンアノードディスプレイの場合、セグメントカソードに接続されたマイクロコントローラピンは出力として設定する必要があります。セグメントをONにするには、対応するピンをLOWに設定します。OFFにするには、HIGH（または可能であればハイインピーダンス）に設定します。コモンアノードピンは通常、桁の合計電流を供給できる外部トランジスタ（例：PNP BJTまたはPチャネルMOSFET）によって駆動されます。

7.2 熱管理

LEDは効率的ですが、それでも熱を発生します。連続電流に対する0.33 mA/°Cのデレーティング係数は設計で考慮する必要があります。ディスプレイが高い周囲温度環境（例：密閉筐体内や他の熱源近く）で動作することが予想される場合、最大許容連続電流はそれに応じて減少させなければなりません。定格最大電流付近またはその電流で駆動する場合は、十分な換気または放熱を確保してください。

8. 技術比較と差別化

LTD-5221AJFの主な差別化点は、その材料技術と低電流最適化にあります。

• 従来のGaAsPまたはGaP LEDとの比較：AlInGaP技術は、著しく高い発光効率と優れた温度安定性を提供し、温度と寿命にわたってより一貫した色でより明るいディスプレイを実現します。
• 標準輝度LEDとの比較：このデバイスは、特に低電流性能のために試験・選別されています。多くの標準7セグメントディスプレイは20mAで特性評価されていますが、これは1mAでの性能を保証しており、バッテリーが重要なアプリケーションで優れています。
• 青/緑/白色LEDディスプレイとの比較：黄橙色（605-611 nm）は優れた視認性を提供し、低照度条件下では短波長色と比較して目の負担が少ないとしばしば考えられます。また、初期の青色または白色LEDよりも一般的に高い発光効率を持ちます。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 電流制限抵抗なしで、3.3Vのマイクロコントローラピンから直接このディスプレイを駆動できますか？

A: いいえ。常に電流制限機構（抵抗または定電流ドライバ）を使用する必要があります。Vcc（3.3V）がVF（2.05-2.6V）に近い場合でも、抵抗がないと過剰な電流が流れ、LEDとマイクロコントローラピンの両方を損傷する可能性があります。

Q: ピーク発光波長と主波長の違いは何ですか？

A: ピーク波長（λp=611nm）は、発光スペクトルの物理的なピークです。主波長（λd=605nm）は、人間の観察者にとってLEDと同じ色に見える純粋な単色光の波長です。これらはしばしば近いですが、同一ではありません。

Q: マッチング比は2:1です。これは、あるセグメントが他のセグメントの2倍明るくなる可能性があるということですか？

A: はい、この仕様は、同一試験条件下でのこの最大変動を許容します。ほとんどのアプリケーションでは、この変動は知覚的に問題となるほどではありません。極端な均一性が必要な場合は、メーカーに問い合わせてより厳しいビニングオプションを確認するか、同じ製造ロットのディスプレイを使用することを検討してください。

Q: このディスプレイを屋外アプリケーションで使用できますか？

A: 動作温度範囲（-35°C から +85°C）は多くの屋外環境をサポートします。ただし、日光や天候に直接さらされる場合は、PCBにコンフォーマルコーティングを施し、ディスプレイ上に保護ウィンドウを設けて、プラスチックの紫外線劣化や湿気の侵入を防ぐ必要があります。ライトグレー/白色面の高いコントラストは、日光下での視認性に役立ちます。

10. 実践的な設計と使用例

10.1 ケーススタディ：ポータブルマルチメータ表示

携帯型デジタルマルチメータでは、電力効率が重要です。LTD-5221AJFは、マルチプレックス構成でセグメント当たり1-2 mAで駆動できます。統合LEDドライバセグメントを備えたマイクロコントローラは、2-4桁を効率的に制御できます。広い視野角により、ユーザーは様々な角度から測定値を読み取ることができ、高いコントラストは薄暗い実験室環境と明るい環境の両方での視認性を確保します。低い順方向電圧は、3Vまたは4.5Vの電池電源を使用する際のバッテリー寿命の最大化にも役立ちます。

10.2 ケーススタディ：産業用タイマー/カウンター

パネル取り付け型産業用タイマーでは、信頼性と視認性が鍵となります。LEDディスプレイのソリッドステート信頼性は、衝撃/振動耐性と寿命の点で、真空蛍光表示管（VFD）などの古い技術を凌駕します。AlInGaP材料の安定性により、何年にもわたる連続動作でも表示色と輝度が大きく変化しないことが保証されます。コモンアノード構成は、しばしば共通接地方式を持つ産業用PLCデジタル出力モジュールとのインターフェースを簡素化します。

11. 技術原理の紹介

LTD-5221AJFは、不透明なヒ化ガリウム（GaAs）基板上に成長させたアルミニウム・インジウム・ガリウム・リン化物（AlInGaP）半導体技術に基づいています。この材料系は、Al、In、Ga、Pの比率を調整することで、半導体のバンドギャップを精密に設計することを可能にします。より大きなバンドギャップは、より短い波長（より高いエネルギー）の発光に対応します。ここで使用される組成は、順方向バイアス下でPN接合を横切って電子が正孔と再結合するときに、黄橙色領域（約611 nm）での光子放出をもたらすバンドギャップを作り出します。

不透明なGaAs基板は重要です。初期の赤色LEDは透明なGaP基板を使用していましたが、AlInGaP層はGaAsにより良く格子整合します。基板自体は生成された光の一部を吸収しますが、現代のチップ設計では、光取り出し効率を向上させるために、高級デバイスでは分散ブラッグ反射器（DBR）や透明基板（GaPなど）へのウェハーボンディングなどの技術が使用されます。このデータシートが不透明基板に言及している事実は、標準的でコスト効率の高いチップ設計を示しています。

12. 技術トレンドと背景

この特定のデータシートは2000年のものですが、基礎となるAlInGaP技術は、その効率と色安定性のため、赤、オレンジ、黄色のLEDに関して依然として非常に重要です。しかし、より広範な表示技術の状況は進化しています。

• 統合へのトレンド：現代のアプリケーションでは、テキストやグラフィックスを表示するための柔軟性を高めるために、ドットマトリックスOLEDまたはLCDディスプレイがしばしば使用されます。しかし、7セグメントLEDは、カスタマイズが不要な、シンプルで高輝度、低コストの数値表示において依然として無敵です。
• 効率の向上：AlInGaP材料とチップ設計（薄膜フリップチップ設計など）に関する継続的な研究は、発光効率（ルーメン毎ワット）をさらに高め続けており、より低い電流でより明るいディスプレイを実現したり、発熱を削減したりすることが可能です。
• 色混合：フルカラーアプリケーションでは、赤色AlInGaP LEDは、窒化インジウムガリウム（InGaN）青色および緑色LEDと組み合わされます。LTD-5221AJFのような黄橙色バリアントは、その特定の色と高い効率が求められる単色アプリケーションでニッチを見つけています。
• ドライバ統合：現代のトレンドは、LEDディスプレイとドライバICを単一パッケージまたはモジュールに統合することであり、設計を簡素化し部品点数を削減しますが、ユニットコストが高くなる可能性があります。

要約すると、LTD-5221AJFは、特定の永続的なアプリケーションニーズ、すなわち信頼性が高く、明るく、低電力の数値表示に対する成熟した最適化されたソリューションを表しています。