LTD-5223AJF LEDディスプレイ仕様書 - 0.56インチ桁高 - AlInGaP黄橙色 - 順電圧2.6V - 技術文書

1. 製品概要

LTD-5223AJFは、低消費電力で明るく鮮明な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、電子機器において視覚的な数値出力を提供することです。中核技術として、独特の黄橙色発光を実現するアルミニウム・インジウム・ガリウム・リン（AlInGaP）半導体材料を採用しています。この材料システムは、高効率と優れた視認性で知られています。表示部はライトグレーの面と白いセグメントカラーを特徴とし、様々な照明条件下で最適な視認性を提供する高いコントラストを実現しています。

本デバイスは、右側小数点構成のカソードコモンタイプに分類されます。ソリッドステートの信頼性を確保するように設計されており、長い動作寿命と一貫した性能を提供します。ターゲット市場には、産業用制御パネル、試験・計測機器、民生用機器、およびコンパクトで信頼性が高く省エネな数値表示が必要なあらゆる組み込みシステムが含まれます。

2. 詳細技術パラメータ分析

2.1 光学特性

光学性能は、ディスプレイの機能性の中核です。周囲温度（TA）25°Cで測定した主要パラメータは以下の通りです：

• 平均光度（I_V）：セグメントあたりの順電流（I_F）が1mAで駆動された場合、最小320μcdから代表値700μcdの範囲です。この高い輝度レベルは良好な視認性を保証します。
• ピーク発光波長（λ_p）：代表値は611ナノメートル（nm）です。これは可視スペクトルの黄橙色領域におけるスペクトルパワー出力が最高となる特定の点を定義します。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：約17 nmです。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ます。狭い幅ほど、より飽和した純粋な色であることを示唆します。
• 主波長（λ_d）：代表値は605 nmです。これは人間の目が知覚する色の単一波長であり、知覚される黄橙色の色調に近く一致します。
• 光度マッチング比（I_V-m）：最大2:1です。これは同一条件（I_F=1mA）で駆動された場合の同一桁内の異なるセグメント間で許容される輝度のばらつきを規定し、均一な外観を保証します。

全ての光度測定は、CIE明所視感度曲線に近似するように校正されたセンサーとフィルターの組み合わせを用いて行われ、人間の視覚に関連するデータを確保しています。

2.2 電気的特性

電気的パラメータは、デバイスの動作条件と限界を定義します：

• セグメントあたり順電圧（V_F）：代表値2.6V、I_F=20mA時最大2.6Vです。これは点灯セグメント両端の電圧降下です。
• セグメントあたり逆電流（I_R）：逆電圧（V_R）5V印加時、最大100μAです。これはLEDが逆バイアスされたときのリーク電流のレベルを示します。

2.3 絶対最大定格

これらは恒久的な損傷を防ぐために、いかなる状況でも超えてはならないストレス限界です：

• セグメントあたり電力損失：70 mW。
• セグメントあたりピーク順電流：90 mA（デューティサイクル1/10、パルス幅0.1ms時）。
• セグメントあたり連続順電流：25 mA。この定格は25°Cから0.33 mA/°Cの割合で線形に減額されます。
• セグメントあたり逆電圧：5 V。
• 動作・保管温度範囲：-35°C ～ +85°C。
• はんだ付け温度：260°C、3秒間（シーティングプレーンから約1.6mm下の位置で測定）。

3. ビニングシステムの説明

仕様書は、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。これは測定された光出力に基づくビニングまたは選別プロセスを意味します。この抜粋では特定のビンコードの詳細は提供されていませんが、このようなディスプレイの典型的なカテゴリ分けには、標準試験電流（例：1mAまたは20mA）での測定光度に基づいてユニットをグループ化することが含まれます。これにより、設計者は均一な製品外観を得るために一貫した輝度レベルのディスプレイを受け取ることができます。購入者は、設計における電気的互換性を確保するために、強度および場合によっては順電圧（V_f）に関連する詳細なコード定義について、メーカーの完全なビニング仕様を参照する必要があります。

4. 性能曲線分析

仕様書は代表的な電気的／光学的特性曲線を参照しています。これらのグラフ表現は、単一点の仕様を超えたデバイスの挙動を理解するために重要です。提供されたテキストには特定の曲線は表示されていませんが、通常以下を含みます：

• I-V（電流-電圧）曲線：順電流（I_F）と順電圧（V_F）の関係を示します。これは電流制限回路を設計するために不可欠です。
• 光度 vs. 順電流：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、輝度と消費電力のトレードオフを最適化するのに役立ちます。
• 光度 vs. 周囲温度：接合温度が上昇するにつれて輝度がどのように低下するかを示し、高温環境で動作するアプリケーションにとって重要です。
• スペクトル分布：相対強度対波長のプロットで、ピーク（λ_p）と発光スペクトルの形状を示します。

設計者は、非標準条件下での性能を予測し、指定温度範囲全体で信頼性の高い動作を確保するために、これらの曲線を参照する必要があります。

5. 機械的仕様およびパッケージ情報

5.1 外形寸法

本デバイスの桁高は0.56インチ（14.22 mm）です。パッケージ寸法図（参照のみ、非表示）は、全長、幅、高さ、セグメント寸法、リード（ピン）間隔を含む詳細な機械的輪郭を提供します。特に断りのない限り、全ての寸法は標準公差±0.25mmでミリメートル単位で規定されています。この情報はPCBフットプリント設計および最終製品筐体内への適切な収容を確保するために極めて重要です。

5.2 ピン接続と極性の識別

LTD-5223AJFは、18ピンの2桁カソードコモンディスプレイです。ピン配置は以下の通りです：

• コモンカソード（CC）：ピン13および14は、それぞれ桁2および桁1のコモンカソード端子です。カソードコモン構成では、特定の桁の全てのLEDセグメントのカソードが内部的にこの単一のピンに接続されています。セグメントを点灯させるには、対応するアノードピンをハイ（電流制限抵抗を介した正電圧）に駆動し、その桁のコモンカソードをロー（グランド）にプルダウンする必要があります。
• セグメントアノード：ピン1-12および15-18は、両方の桁の個々のセグメント（A-GおよびDP）のアノード接続です。マッピングはピン接続表（例：ピン1：桁1のアノードE）で明確に定義されています。
• 右側小数点：小数点アノードは各桁（ピン4および9）に対して指定されており、桁の右側にある位置を確認しています。

内部回路図（参照）は、このカソードコモンアーキテクチャと各桁内のセグメントの相互接続を視覚的に確認します。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

絶対最大定格は重要なはんだ付けパラメータを規定しています：リードは、シーティングプレーン（パッケージ本体がPCBに接する面）から約1.6mm下の点で測定して、最大3秒間260°Cの温度に耐えることができます。これは標準的なリフローはんだ付けプロファイルの制約です。信頼性を確保するために：

• リフローはんだ付けプロセス中、この時間-温度プロファイルを厳密に遵守してください。
• パッケージ本体への直接手はんだ付けは避け、熱はリードにのみ加えてください。
• はんだ付け後、デバイスを自然冷却させてください。熱衝撃を避けてください。
• 取り扱いおよび組立中は、標準的なESD（静電気放電）対策に従ってください。
• 使用前は、指定温度範囲（-35°C ～ +85°C）内の乾燥環境でデバイスを保管してください。

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回路

LTD-5223AJFのようなカソードコモンディスプレイでは、主に2つの駆動方法が使用されます：

1. スタティック駆動：各セグメントアノードに専用の電流制限抵抗と駆動ピンがあります。コモンカソードは恒久的にグランドに接続されます。この方法は単純ですが、多くのI/Oピン（桁あたり7セグメント+DP）を必要とします。
2. マルチプレックス（ダイナミック）駆動：これは多桁ディスプレイで最も一般的な方法です。桁をまたがる同じセグメント位置の全てのセグメントアノードが一緒に接続されます。各桁のコモンカソードはトランジスタまたは駆動ICによって独立して制御されます。マイクロコントローラは、コモンアノードラインにその桁のセグメントデータを提示しながら、一度に一つの桁のカソードを点灯させることを高速で繰り返します。これにより、必要なI/Oピンが大幅に削減され、非常に効率的です。AlInGaP LEDの高輝度と良好な応答時間は、マルチプレックスに適しています。

7.2 設計上の考慮点

• 電流制限：常に各セグメントアノード（またはマルチプレックス時のコモンアノードライン）に直列抵抗を使用し、順電流を安全な値（通常、希望する輝度と電力予算に応じて1mAから20mAの間）に制限してください。抵抗値は R = (V_電源- V_F) / I_F.
• 低電流動作：仕様書は、セグメントあたり1mAという低電流でも優れた性能を強調しています。これはバッテリー駆動またはエネルギーに敏感なアプリケーションにおける重要な利点です。
• 視野角：広い視野角は様々な位置からの視認性を確保し、パネル取り付け機器にとって重要です。
• 熱管理：電力損失は低いですが、動作周囲温度が85°Cを超えないようにしてください。密閉空間または高温環境では、換気を考慮してください。

8. 技術比較と差別化

LTD-5223AJFの主な差別化要因は、その材料技術と低電流最適化です：

• AlInGaP vs. 従来材料：古いGaAsPやGaP LED技術と比較して、AlInGaPは著しく高い発光効率を提供し、同じ駆動電流でより大きな輝度、または同等の輝度をより低い電力で実現します。また、温度および寿命にわたる優れた色飽和度と安定性も提供します。
• 低電流設計：多くのディスプレイはより高い電流（例：20mA）で特性評価されています。LTD-5223AJFは1mAでの優れた特性について明示的に試験・選別されており、ミリアンペア単位が重要な超低電力設計における際立った選択肢となります。
• 均一性：連続均一セグメントや厳しい光度マッチング比（2:1）などの特徴は、全ての桁とセグメントにわたってプロフェッショナルで一貫した外観を保証し、これは低コストディスプレイでは常に保証されていません。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: セグメントが点灯するのに必要な最小電流は？

A: デバイスは1mAまで試験されていますが、それより低い電流でもセグメントは見えるかもしれませんが、輝度は非常に暗くなります。信頼性の高い動作のためには、規定の最小1mAで設計してください。

Q: このディスプレイを3.3Vまたは5Vのマイクロコントローラで直接駆動できますか？

A: はい、ただし常に電流制限抵抗を使用する必要があります。代表的なV_Fが2.6Vの場合、5V電源では20mA駆動で約(5V - 2.6V) / 0.020A = 120Ωの抵抗値が必要です。3.3Vロジックの場合、ヘッドルームは小さくなります：(3.3V - 2.6V) / 0.020A = 35Ω。常に実際の順電流を確認してください。

Q: 私の回路設計においてカソードコモンとはどういう意味ですか？

A: それは、桁を点灯させるために電流をグランドにシンクすることを意味します。実際には、コモンカソードピンをマイクロコントローラのI/Oピン（出力ローに設定）またはエミッタが接地されたNPNトランジスタのコレクタに接続します。マイクロコントローラはその後、桁を有効にするためにトランジスタをスイッチングします。

Q: マルチプレックス時に均一な輝度を達成するにはどうすればよいですか？

A: マルチプレックス駆動では、各桁が時間の一部（デューティサイクル）しか点灯しないため、セグメントあたりの瞬時電流は希望する平均電流よりも高くなります。例えば、等しいデューティサイクルの2桁マルチプレックスでセグメントあたり平均5mAを達成するには、その桁がアクティブなときに各セグメントを約10mAで駆動します。ピーク電流は依然として絶対最大定格である連続25mA／パルス90mA以内に収める必要があります。

10. 設計・使用事例

シナリオ: 低電力携帯型マルチメータ表示部の設計

設計者は、単一の9V電池で長時間動作する必要がある携帯型デジタルマルチメータを作成しています。様々な照明条件下での視認性が重要です。LTD-5223AJFは理想的な候補です。

実装：設計者は、統合LCD/セグメントドライバを備えたマイクロコントローラまたは専用マルチプレックスドライバICを使用します。電力節約のため、セグメントあたり平均電流2mAで駆動することを選択します。2桁マルチプレックスの場合、アクティブタイムスロット中のピーク電流はセグメントあたり4mAに設定され、デバイスの能力範囲内です。低電流での高光度（1mAで320-700μcd）により、ディスプレイは明瞭に視認可能なままです。AlInGaP黄橙色は、ライトグレーの面に対する高いコントラストと、薄暗い環境光および明るい環境光の両方での有効性から選択されています。広い視野角により、ユーザーは視認性を損なうことなく異なる角度から測定値を読むことができます。低い順電圧は駆動回路での電力損失を最小限に抑え、バッテリー寿命をさらに延ばします。

11. 技術原理の紹介

中核動作原理は、半導体P-N接合におけるエレクトロルミネセンスに基づいています。LTD-5223AJFは、活性半導体材料としてAlInGaP（アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン）を使用しています。接合両端に材料のバンドギャップエネルギーを超える順電圧が印加されると、N型領域からの電子がP型領域からの正孔と再結合します。この再結合プロセスは、光子（光）の形でエネルギーを放出します。AlInGaP合金の特定の組成が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）に対応します—この場合は黄橙色（約605-611 nm）です。チップは不透明なGaAs基板上に実装されており、これは光出力をセグメントを通して上方に導くのに役立ち、効率とコントラストを向上させます。7つの個別のセグメント（A-G）と小数点（DP）は、別々のLEDチップまたはチップ領域によって形成され、電気的には絶縁されていますが、物理的には桁パターンを形成するように配置されています。カソードコモン構成では、単一桁内の全てのセグメントのカソードが内部的に接続され、外部駆動回路を簡素化します。

12. 技術トレンドと背景

7セグメントLEDディスプレイは数値表示に対して堅牢でコスト効果の高いソリューションであり続けていますが、より広範なオプトエレクトロニクス分野は進化しています。AlInGaPの使用は、GaAsPのような古いIII-V族半導体材料に対する進歩を表し、より高い効率とより良い色純度を提供します。より複雑な情報のための表示技術における現在のトレンドには、同様のサイズのパッケージで完全な英数字およびグラフィック機能を提供するドットマトリックスOLEDまたはLCDへの移行が含まれます。しかし、極端な信頼性、広い温度範囲での動作、高輝度、およびシンプルさを必要とする専用の数値アプリケーションでは、LTD-5223AJFのようなLED7セグメントディスプレイが引き続き好ましい選択肢です。将来の開発は、さらに高い効率の材料（他の色のための改良されたInGaNやマイクロLED技術など）に焦点を当て、バッテリーが重要なアプリケーションの消費電力をさらに削減し、駆動電子機器を直接ディスプレイパッケージに統合してシステム設計を簡素化することになるかもしれません。