LTD-5721AJF LEDディスプレイ データシート - 0.56インチ桁高 - AlInGaP 黄橙色 - 2.6V順方向電圧 - 70mW電力損失 - 技術文書

1. 製品概要

LTD-5721AJFは、明確で明る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、2桁の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、個別にアドレス可能なLEDセグメントを使用して、数字および一部の限られた英数字を視覚的に表現することです。中核技術は、不透明なヒ化ガリウム（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、特徴的な黄橙色の発光を実現しています。このデバイスは、セグメントが点灯または消灯している際のコントラストと視認性を高める、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います。表示器は光度に基づいて分類されており、複数ユニット間での均一な外観が重要なアプリケーションにおいて、輝度レベルの一貫性が保証されています。

1.1 中核的利点とターゲット市場

本ディスプレイは、様々な産業用および民生用アプリケーションに適した、いくつかの主要な利点を提供します。その高輝度と優れたコントラスト比により、明るい環境下でも視認性が確保されます。広い視野角により、表示された情報を様々な位置から鮮明さを大きく損なうことなく読み取ることが可能です。固体素子であるため、機械式や真空蛍光表示管（VFD）などの従来技術と比較して、高い信頼性、長い動作寿命、衝撃および振動に対する耐性を備えています。低消費電力により、エネルギー効率に優れています。これらの特徴から、LTD-5721AJFは、試験・計測機器、産業用制御パネル、POS端末、自動車用ダッシュボード計器、信頼性の高い数値表示が必要な各種民生電子機器などのターゲット市場に最適です。

2. 技術パラメータ詳細解説

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客観的な分析を提供し、設計エンジニアにとってのその重要性を説明します。

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生じる可能性のあるストレスの限界を定義します。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セグメントが如何なる条件下でも熱として放散できる最大許容電力です。これを超えると、過熱やLEDチップの加速劣化を引き起こす可能性があります。
• セグメント当たりのピーク順方向電流：60 mA（デューティサイクル1/10、パルス幅0.1 ms時）。この定格は、平均電流制限を超えることなく、より高い見かけの輝度を達成するために、多重化方式でよく使用される、短時間のパルス動作用です。
• セグメント当たりの連続順方向電流：25 mA（25°Cから0.33 mA/°Cで線形減額）。これは、25°Cでの連続動作に推奨される最大DC電流です。減額係数は、周囲温度（Ta）が上昇するにつれて、熱暴走を防ぐために安全な動作電流を減らさなければならないことを示しています。
• セグメント当たりの逆電圧：5 V。これより高い逆バイアス電圧を印加すると、LED接合部の破壊や故障を引き起こす可能性があります。
• 動作・保管温度範囲：-35°C ～ +85°C。デバイスはこの温度範囲内で動作および保管することが定格されています。
• はんだ付け温度：260°C、3秒間（シーティングプレーンから1/16インチ下で測定）。これは、パッケージや内部ボンディングを損傷しないためのリフローはんだ付けプロファイル条件を定義します。

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。

• 平均光度（I_V）：320 - 900 µcd（代表値 900 µcd） I_F=1mA時。これは、人間の目で知覚される光出力を測定します。この範囲はビニングプロセスを示しており、設計者はアプリケーションで十分な輝度を確保するために最小値（320 µcd）を考慮する必要があります。
• ピーク発光波長（λ_p）：611 nm（代表値） I_F=20mA時。これは、発光のスペクトルパワー分布が最大となる波長です。知覚される色（黄橙色）を定義します。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：17 nm（代表値） I_F=20mA時。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。値が小さいほど、より単色（純色）の出力であることを意味します。
• 主波長（λ_d）：605 nm（代表値） I_F=20mA時。これは、人間の目でLEDの知覚色に最も一致する単一波長であり、色の仕様によく使用されます。
• セグメント当たりの順方向電圧（V_F）：2.05 - 2.6 V（代表値 2.6V） I_F=20mA時。これは、LEDが動作しているときの両端の電圧降下です。定電流回路の設計に極めて重要です。最悪ケースの設計では、十分な駆動電圧を確保するために最大値（2.6V）を使用する必要があります。
• セグメント当たりの逆電流（I_R）：100 µA（最大） V_R=5V時。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小さなリーク電流です。
• 光度マッチング比（I_V-m）：2:1（最大）。これは、単一デバイス内、または同じビンからのデバイス間で、最も明るいセグメントと最も暗いセグメントの間で許容される最大比率を規定します。2:1の比率は、最も暗いセグメントの輝度が最も明るいセグメントの半分以上でなければならないことを意味し、視覚的な均一性を保証します。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、デバイスが光度で分類されていることを示しています。これは、製造工程で行われるビニングまたは選別プロセスを指します。

3.1 光度ビニング

半導体製造に内在するばらつきのため、同じ製造ロットのLEDチップでも光出力が異なる場合があります。顧客に一貫性を保証するために、LEDは標準試験電流（例：1mA）で測定された光度に基づいてグループ（ビン）にテスト・選別されます。LTD-5721AJFの規定範囲320～900 µcdは、おそらく複数のビンにわたる広がりを表しています。完全な部品番号の特定の注文コードまたはサフィックスは、通常、購入したビンを示し、強度がより狭い、事前に定義された範囲（例：700-900 µcd）内に収まることを保証します。設計者は、製品の輝度一貫性を保証するために、メーカーのビニング文書を参照するか、発注時に必要なビンを指定する必要があります。

4. 性能曲線分析

提供されたPDF抜粋では代表的な電気的／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重要な以下の関係を示すでしょう：

• 順方向電流（I_F）対 順方向電圧（V_F）：ダイオードの指数関数的なI-V特性を示します。所望の電流に必要な駆動電圧を決定するために重要です。
• 光度（I_V）対 順方向電流（I_F）：一般に、低電流域ではほぼ線形の関係を示し、熱効果により非常に高い電流では飽和する可能性があります。電流変調またはPWMによる輝度制御に不可欠です。
• 光度（I_V）対 周囲温度（T_a）：通常、温度が上昇するにつれて光出力が減少することを示します。高温環境で動作するアプリケーションでは、この熱減額を考慮する必要があります。
• スペクトル分布：相対強度を波長に対してプロットしたグラフで、約611 nmにピークがあり、17 nmの半値幅で定義される形状を示します。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

このデバイスは、標準的な2桁7セグメントLEDパッケージを備えています。図面（本文では参照のみで詳細はなし）には、モジュールの全長、幅、高さ、桁高（0.56インチ / 14.22 mm）、セグメント寸法、および桁間の間隔が示されるでしょう。また、取り付け穴の位置と直径（もしあれば）も規定されるでしょう。図面に特に記載がない限り、公差は通常±0.25 mmです。

5.2 ピン接続と極性

LTD-5721AJFは18ピン構成で、コモンアノード回路アーキテクチャを使用しています。これは、各桁のすべてのLEDのアノードが内部で共通のピン（桁2用はピン13、桁1用はピン14）に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、その桁のコモンアノードが正電圧（電流制限抵抗を介して）に保持されている間に、対応するカソードピンを低論理レベル（グランドまたは電流シンク）に駆動する必要があります。ピン配置リストは、両方の桁について各セグメント（A-GおよびDP）の特定のカソード接続を提供します。ピン1（通常、パッケージ上のノッチ、面取り、またはドットでマークされている）を正しく識別することは、組立時の適切な向き付けに極めて重要です。

5.3 内部回路図

回路図（PDFで参照）は、コモンアノード構造を視覚的に表しています。2つのブロック（各桁用に1つ）を示し、各ブロックには7つのセグメントLED（A-G）と1つの小数点（DP）LEDが含まれています。桁ブロック内のすべてのアノードは、その桁のコモンアノードピンに接続されています。各セグメントのカソードは別々のピンに引き出されており、独立した制御が可能です。

6. はんだ付け・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：パッケージは、シーティングプレーン（通常はPCB表面）から1/16インチ（約1.6 mm）下の点で測定して、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、無鉛（SnAgCu）はんだを使用した波はんだ付けまたはリフローはんだ付けプロセスの標準定格です。設計者は、プラスチックパッケージ、内部ワイヤボンディング、またはLEDチップ自体を損傷しないように、リフローオーブンのプロファイルがこの時間-温度の組み合わせを超えないことを確認する必要があります。取り扱いおよび組立中は、標準的なESD（静電気放電）対策を遵守する必要があります。保管は、低湿度環境で規定の-35°C～+85°Cの範囲内で行ってください。

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回路

LTD-5721AJFのようなコモンアノードディスプレイの場合、代表的な駆動回路に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を使用します。コモンアノードピン（13、14）は、個別の電流制限抵抗を介して、または多重化する場合はトランジスタスイッチを介して、正の供給電圧（例：5V）に接続されます。セグメントカソードピン（1-12、15-18）は、ドライバのシンク出力に接続されます。各セグメントの電流は、連続順方向電流定格（最大25 mA、通常は輝度と寿命のバランスのために10-20 mAで動作）に制限する必要があります。順方向電圧降下（最大2.6V）を供給電圧から差し引いて、適切な電流制限抵抗値を計算します：R = (V_supply- V_F) / I_F.

7.2 設計上の考慮事項

• 多重化：より少ないI/Oピンで2桁を制御するために、多重化技術が使用されます。桁は高速に順番に（例：100Hz以上で）点灯されます。人間の目はこれを両方の桁が常時点灯していると知覚します。これには、コモンアノードをスイッチング信号で駆動し、各桁のセグメントデータを同期させる必要があります。セグメント当たりのピーク電流は、短いオン時間中に（最大60mAのピーク定格まで）増加させることができ、デューティサイクルの減少を補償して平均輝度を維持します。
• 熱管理：セグメント当たりの電力損失は低いですが、1桁内のすべての点灯セグメントの合計電力は加算されます。ディスプレイが密閉されている場合、特に周囲温度が高い環境では、接合温度が安全限界を超えないように、十分な換気を確保してください。
• 視野角：広い視野角は利点ですが、製品筐体の機械的設計（例：表示窓の深さ、フィルターやレンズの使用）は、エンドユーザーにとっての実効的な視野角に影響を与える可能性があります。

8. 技術比較と差別化

LTD-5721AJFの主な差別化要因は、黄橙色発光にAlInGaP半導体技術を使用していることです。標準的なリン化ガリウム（GaP）黄色LEDなどの従来技術と比較して、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を実現します。また、一般に、温度や寿命にわたってより優れた色飽和度と安定性を提供します。フィルター光を使用するディスプレイ（例：カラーフィルター付き白色LED）と比較して、AlInGaPはより純粋なスペクトル出力と高い効率を提供します。なぜなら、フィルタリングプロセスで光が失われないからです。グレーのフェイス／ホワイトセグメントのデザインは、電源オン時またはオフ時を問わず、プロフェッショナルで高コントラストの外観を提供し、特定のアプリケーションでは緑色や赤色のフェイスプレートよりも好まれる場合があります。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: ピーク発光波長と主波長の違いは何ですか？

A: ピーク波長は、発光スペクトルの物理的なピークです。主波長は、人間の観察者にとって同じ色に見える単色光の単一波長です。これらはしばしば近い値ですが、特に非対称なスペクトル曲線を持つLEDでは同一ではありません。主波長は色合わせにより関連性があります。

Q: レベルシフターなしで3.3Vマイクロコントローラでこのディスプレイを駆動できますか？

A: 可能ですが、注意深い計算が必要です。マイクロコントローラのI/Oピンが必要なセグメント電流（例：10-20mA）をシンクでき、コモンアノードに3.3V電源を使用する場合、順方向電圧降下（最大2.6V）により、電流制限抵抗には0.7Vしか残りません。これにより、非常に小さな抵抗値（例：20mAで35オーム）となり、実用的でなく、V_Fの変動に敏感になる可能性があります。アノードに5V電源を使用する方がより一般的で、安定した電流制御のためのより良いヘッドルームを提供します。

Q: 光度マッチング比2:1は私の設計にとって何を意味しますか？

A: これは、1つの表示ユニット内で、最も暗いセグメントの輝度が最も明るいセグメントの半分になる可能性があることを意味します。絶対的な均一性が重要な場合（例：医療機器）、より厳密なビンからデバイスを選択するか、各セグメントに対してソフトウェア輝度キャリブレーションを実装する必要がありますが、これは複雑です。多くのアプリケーションでは、2:1の比率は許容可能で、視覚的に気を散らすことはありません。

10. 実用的な使用例

シナリオ：シンプルなデジタルタイマー／ストップウォッチの設計。

LTD-5721AJFは、分と秒（MM:SS）を表示するのに優れた選択肢です。低コストのマイクロコントローラを使用して、時間管理とディスプレイ駆動を管理できます。2桁は多重化されます。分桁と秒桁のコモンアノードは、出力として設定された2つの別々のGPIOピンに接続され、一度に1つずつハイ（より高い電流能力のためにトランジスタを介して）に切り替えられます。7つのセグメントカソードライン（A-G）は、オープンドレインまたはアクティブにロー駆動として設定された他の7つのGPIOピンに接続され、各ラインに直列抵抗（または、輝度均一性がそれほど重要でない場合はコモンアノード経路に単一の抵抗）が配置されます。マイクロコントローラソフトウェアは、アクティブな桁のセグメントパターンを更新し、次に高速にもう一方の桁に切り替えます。黄橙色はしばしば注意や警戒と関連付けられており、タイマーディスプレイに適しています。高輝度により、様々な照明条件下でも視認性が確保されます。

11. 動作原理の紹介

このデバイスは、半導体p-n接合におけるエレクトロルミネッセンスの原理に基づいて動作します。AlInGaP材料系は、可視スペクトルの黄橙色領域（約2.0 eV）に対応する直接遷移型バンドギャップを持っています。接合部の内蔵電位を超える順方向バイアス電圧（順方向電圧V_F）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接合部を横切って注入されます。これらの電荷キャリアが半導体の活性領域で再結合すると、光子（光）の形でエネルギーを放出します。アルミニウム、インジウム、ガリウム、リン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、したがって発光の色（波長）を決定します。不透明なGaAs基板は下方に発光された光を吸収するため、意図した視認方向でのデバイスの効率が向上します。

12. 技術トレンド

AlInGaPは赤、オレンジ、黄色LEDの高性能技術として残っていますが、より広範な表示技術の状況は進化し続けています。7セグメント数値表示に関しては、以下のようなトレンドがあります：1)高集積化：内蔵ドライバIC、コントローラ、さらには通信インターフェース（I2C、SPI）を備えたモジュールがより一般的になり、システム設計が簡素化されています。2)代替技術：有機LED（OLED）セグメントは、超薄型プロファイルと広い視野角を提供しますが、寿命とコストが要因となる場合があります。3)小型化と高密度化：0.56インチは標準サイズですが、より小型（携帯機器向け）およびより大型で高輝度のディスプレイの需要があります。4)カラーオプションとRGB：RGB LEDチップを使用した多色またはフルカラー7セグメントディスプレイは、動的な色変更を可能にしますが、より複雑な駆動電子回路を必要とします。LED技術の基本的な利点—信頼性、効率、固体の堅牢性—は、予見可能な将来において数値表示アプリケーションでの継続的な関連性を保証します。