LTD-5623AJG LEDディスプレイ データシート - 0.56インチ桁高 - AlInGaPグリーン - 順電圧2.6V - 消費電力70mW - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTD-5623AJGは、2桁の7セグメント発光ダイオード（LED）表示モジュールです。その主な機能は、様々な電子機器や計測機器に対して、明確で明るい数値表示を提供することです。主要なアプリケーションは、カウンター、タイマー、測定機器、産業用制御パネルなど、2桁の10進数を表示する必要があるシナリオです。

本デバイスの重要なポジショニングは、性能と信頼性のバランスにあります。LEDチップにはAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）半導体技術を採用しており、これは緑色および黄色のスペクトル領域で高効率の発光を実現することで知られています。このディスプレイは、グリーンに発光するセグメントとグレーの前面板を特徴としており、優れた視認性のために高いコントラストを提供します。

1.1 中核的利点とターゲット市場

本ディスプレイは、プロフェッショナルおよび産業用途に適したいくつかの明確な利点を提供します：

• 高輝度・高コントラスト：AlInGaP技術とグレー前面板の組み合わせにより、典型的に最大900 µcdの光度を実現し、明るい環境下でも視認性を確保します。
• 低消費電力：効率的に動作するため、バッテリー駆動または省エネルギーを重視するデバイスに適しています。
• 広視野角：設計により、表示された数字を広い角度範囲から読み取ることが可能です。
• ソリッドステートの信頼性：LEDベースのデバイスとして、他の表示技術と比較して長い動作寿命、耐衝撃性、高速なスイッチング時間を提供します。
• 分類された光度：デバイスは光度ごとにビニングされており、多桁アプリケーションで一貫した明るさのマッチングを可能にします。
• 鉛フリーパッケージ：本コンポーネントはRoHS（有害物質使用制限）指令に準拠しています。

ターゲット市場には、試験・測定機器、プロセス制御システム、医療機器、数値表示付き民生家電、および堅牢で信頼性の高い2桁数値出力を必要とするあらゆる組み込みシステムのメーカーが含まれます。

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主要な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。

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ストレスの限界を定義します。これらの条件下での動作は保証されません。

• セグメントごとの消費電力：70 mW。これは、単一のLEDセグメント（例：セグメント'A'）が過熱を引き起こすことなく安全に消費できる最大電力です。
• セグメントごとのピーク順電流：60 mA。これは最大許容パルス電流であり、通常は1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅で規定されます。マルチプレキシングや、追加の明るさのための短時間のオーバードライブに使用されます。
• セグメントごとの連続順電流：25°Cで25 mA。この電流は105°Cで0 mAまで直線的に低下します（0.28 mA/°Cの割合で）。これは、通常の温度条件下での連続動作のための最大DC電流です。
• セグメントごとの逆電圧：5 V。これより高い逆電圧を印加すると、LED接合が破壊される可能性があります。
• 動作・保管温度範囲：-35°C から +105°C。本デバイスは産業用温度範囲に対応しています。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、指定されたテスト条件下でTa=25°Cで測定された代表的な性能パラメータです。

• 平均光度（I_V）：順電流（I_F）1 mAで、320 µcd（最小）から900 µcd（代表値）の範囲。このパラメータはビニングされています。
• ピーク発光波長（λ_p）：571 nm（代表値）。これは光出力が最大となる波長であり、緑色を定義します。
• セグメントごとの順電圧（V_F）：I_F=20 mAで、2.05V（最小）、2.6V（代表値）。これはLEDが動作時の両端電圧降下です。設計者は駆動回路がこの電圧を供給できることを確認する必要があります。
• セグメントごとの逆電流（I_R）：V_R=5Vで、100 µA（最大）。これはLEDが逆バイアスされたときのわずかなリーク電流です。
• 光度マッチング比：2:1（最大）。これは類似光領域内で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、光度が分類されていることを示しています。この抜粋では具体的なビンコードは提供されていませんが、その原理は設計上極めて重要です。

• 光度ビニング：LEDは、標準テスト電流（1mA）で測定された光出力に基づいて選別（ビニング）されます。多桁または多セグメントのディスプレイで、同じまたは隣接するビンからのLEDを使用することで、表示全体で均一な明るさが保証され、一部の桁が他よりも明るく見えるのを防ぎます。設計者は、生産における一貫性を確保するため、発注時に必要な光度ビンを指定すべきです。

4. 性能曲線分析

データシートは代表的な特性曲線を参照しています。グラフはここでは再現されていませんが、その意味合いを分析します。

• I-V（電流-電圧）曲線：この曲線は、順電流（I_F）と順電圧（V_F）の関係を示します。非線形であり、閾値電圧（AlInGaPでは約1.8-2.0V）を下回るとほとんど電流が流れません。この曲線は電流制限回路の設計に役立ちます。
• 光度 vs. 順電流：このグラフは、光出力が電流とともに増加するが、非常に高い電流では発熱と効率低下によりサブリニアになる可能性があることを示します。代表的な動作点である20mAは、輝度と効率の良いバランスのために選択されています。
• 温度依存性：特性曲線は特に指定がない限り25°Cでの値です。実際には、V_Fは負の温度係数を持ち（温度上昇とともに減少）、光度は通常、接合温度の上昇とともに減少します。連続電流の低下率は、熱管理の必要性に直接起因します。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 寸法と公差

パッケージは18ピンのスルーホールタイプです。主要な寸法上の注意点は以下の通りです：

• 桁高：0.56インチ（14.22 mm）。
• 一般公差：特に記載がない限り±0.25 mm。
• ピン先端シフト公差：±0.4 mm。PCB穴位置合わせに重要です。
• 推奨PCB穴径：Ø1.0 mm。
• 品質公差：異物（≤10 mils）、インク汚染（≤20 mils）、曲がり（≤1/100）、セグメント内の気泡（≤10 mils）に関する仕様が定義されており、視覚的品質を確保します。

5.2 ピン接続と極性

本デバイスはカソードコモン構成です。各桁（桁1と桁2）はそれぞれ独自のコモンカソードピン（それぞれピン14とピン13）を持っています。各セグメント（A-GおよびDP）のアノードは、各桁ごとに別々のピンで個別にアクセス可能です。この構成は、カソードを順次グランドに切り替えながら適切なアノードパターンを適用するマルチプレックス駆動に理想的です。

6. はんだ付けと組立ガイドライン

データシートは特定のはんだ付け条件を提供しています：

• 手はんだ：はんだごての先端は、シーティングプレーン（ディスプレイ本体とリード線が接合する点）から1/16インチ（約1.6 mm）下に配置する必要があります。
• 温度と時間：はんだ付けは、最高温度260°Cで3秒以内に完了させる必要があります。
• 一般規則：組立中のユニットの温度は、最大定格温度（動作時は105°Cですが、はんだ付け時はエポキシのガラス転移温度が実際の限界です）を超えてはなりません。
• 保管：湿気吸収を防ぐため、指定された温度範囲-35°Cから+105°Cの乾燥環境で保管してください。

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

最も一般的な駆動方法はマルチプレキシングです。ディスプレイは各桁ごとに独立したコモンカソードを持っているため、マイクロコントローラは桁1と桁2を点灯させることを高速に交互に切り替えることができます。桁1のカソードがグランドに接続されているとき、マイクロコントローラはアノードピンに最初の桁のセグメントパターンを出力します。次に、桁2のカソードに切り替え、2桁目のパターンを出力します。これは人間の目が知覚できるよりも速く行われ、両方の桁が同時に点灯しているかのような錯覚を作り出します。この方法により、必要なマイクロコントローラのI/Oピン数と消費電力を大幅に削減できます。

7.2 設計上の考慮点

• 電流制限抵抗：各アノードライン（または、定電流でマルチプレキシングする場合はカソード側の共通抵抗）に直列抵抗を使用して、順電流を安全な値（例：20 mA）に制限する必要があります。抵抗値は R = (V_電源- V_F) / I_F.
• で計算されます。 マルチプレキシング周波数：ちらつきを避けるために、桁あたり少なくとも60 Hz（総走査周波数120 Hz）のリフレッシュレートを推奨します。
• マルチプレキシング時のピーク電流：1/2デューティサイクル（2桁用）でマルチプレキシングする場合、DC動作と同じ平均輝度を達成するために、セグメントごとの瞬時電流を2倍にすることができます。例えば、平均10 mAを得るには、50%デューティサイクルで20 mAのパルスを印加できます。これはピーク電流定格内に収める必要があります。
• 視野角：エンドユーザーの視認性を最大化するために、その広い視野角を考慮してディスプレイを配置してください。

8. 技術比較と差別化

他の7セグメント表示技術と比較：

• 赤色GaAsP/GaP LEDとの比較：AlInGaPグリーンLEDは、一般により高い発光効率と、より広範囲の環境照明条件下での優れた視認性を提供します。緑色は人間の目により明るく知覚されることが多いです。
• LCD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暗闇でも明確に見えます。はるかに広い動作温度範囲、高速な応答時間、物理的衝撃に対する高い堅牢性を持っています。
• 大型または小型ディスプレイとの比較：0.56インチの桁高は一般的なサイズであり、適度な距離から容易に読み取れることとパネルスペースの節約の間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）

Q: このディスプレイを5Vのマイクロコントローラピンから直接駆動できますか？

A: できません。代表的な順電圧は2.6Vであり、マイクロコントローラピンは2.6Vで20mAを供給しながら5Vの論理ハイを維持することはできません。カソード側および/またはアノード側でトランジスタまたはドライバICを使用する必要があります。電流制限抵抗は常に必須です。

Q: 光度マッチング比2:1は実際にはどういう意味ですか？

A: 単一の表示ユニット内で、同一の駆動条件下において、どのセグメントも他のどのセグメントよりも2倍以上明るくならないことを意味します。これにより、数値文字が均一でプロフェッショナルな外観を保証します。

Q: ピーク電流は60mAです。追加の明るさのために40mAで連続運転できますか？

A: 絶対にできません。連続順電流定格は25°Cで25 mAです。これを超えると過度の発熱を引き起こし、LEDを急速に劣化させ、早期故障につながる可能性が高いです。ピーク定格は非常に短いパルスのみを対象としています。

Q: 適切な電流制限抵抗値をどのように選択すればよいですか？

A: 公式 R = (V_電源- V_F) / I_Fを使用します。5V電源、V_F2.6V、希望するI_F20mAの場合：R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 オーム。次の標準値（例：120Ωまたは150Ω）を使用してください。抵抗での消費電力は常に計算してください：P = I²* R。

10. 実践的な設計と使用事例

事例：シンプルな2桁カウンターの設計

設計者は、00から99までの値を表示する必要がある卓上型周波数カウンターを作成しています。その明瞭さと使いやすさからLTD-5623AJGを選択します。システムは18本の利用可能なI/Oピンを持つマイクロコントローラを使用します。設計者は、16本のアノードピン（8セグメント/桁 x 2桁）を150Ωの電流制限抵抗を介してマイクロコントローラの1つのポートに接続します。2つのコモンカソードピンは2つのNPNトランジスタ（例：2N3904）に接続され、そのベースは他の2つのマイクロコントローラピンによって駆動されます。ソフトウェアはタイマー割り込みでマルチプレキシングルーチンを実装します。両方のトランジスタをオフにし、アノードポートを桁1のパターンに設定し、桁1のカソード用のトランジスタをオンにし、5ms待機し、次に桁2のプロセスを繰り返します。これにより、安定したちらつきのない表示が作成されます。グレーの前面板は、点灯していないセグメントが目立たないようにし、明るいグリーンの点灯セグメントはそれに対して優れたコントラストを提供します。

11. 動作原理の紹介

7セグメントLEDディスプレイは、数字の8の形に配置された複数の発光ダイオードの集合体です。各セグメント（AからGまでラベル付け）と小数点（DP）は別々のLEDです。これらのセグメントの特定の組み合わせを選択的に点灯させることにより、すべての10進数字（0-9）といくつかの文字を形成できます。LTD-5623AJGのようなカソードコモンディスプレイでは、特定の桁のすべてのLEDのカソード（負極端子）が1本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、そのアノードピンに正の電圧（電流制限抵抗を介して）を印加し、対応する桁のコモンカソードピンをグランド（0V）に接続する必要があります。これにより、桁内の各セグメントを独立して制御し、桁間で効率的なマルチプレキシングが可能になります。

12. 技術トレンドと背景

表面実装デバイス（SMD）LEDや統合表示モジュールがますます一般的になっていますが、LTD-5623AJGのようなスルーホール7セグメントディスプレイは特定のニッチで関連性を保っています。その主な利点は、プロトタイピングの容易さ、高振動環境での堅牢性、および大きいサイズによる遠距離からの優れた視認性です。AlInGaP材料の使用は、古いGaAsP/GaP技術に対する進歩を表しており、緑色および黄色の色調に対して優れた効率と色純度を提供します。より高い効率とより低い消費電力へのトレンドは続いていますが、このようなディスクリートディスプレイの基本的なマルチプレキシング駆動原理とアプリケーションロジックは、電子設計において安定しており広く理解されています。