LTD-5307AG LED 7セグメント表示器 データシート - 0.56インチ (14.22mm) 桁高 - グリーン表示 - 順電圧2.6V - 技術文書

1. 製品概要

LTD-5307AGは、高性能な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、電子機器において明確で明るい数値または限定的な英数字キャラクタの出力を提供することです。主要な応用分野には、計器パネル、民生電子機器の表示部、産業用制御装置の表示、テスト機器などが含まれます。これらは、コンパクトで信頼性が高く、読みやすい数値表示器が必要とされる分野です。

このデバイスの主な特徴は、サイズ、視認性、電力効率のバランスにあります。シンプルなコモンカソード構成により複雑な駆動回路を必要とせず、デジタル回路にシームレスに統合できる信頼性の高い表示部品を必要とするエンジニアや製品開発者向けに設計されています。

2. 技術仕様の詳細

2.1 光学特性

光学性能は表示器の機能の中心です。本デバイスは、透明なGaP基板上にリン化ガリウム（GaP）LEDチップを使用しており、これは効率的な緑色光発光を実現する確立された技術です。

• 平均光度（I_V）：順電流（I_F）10mAで駆動した場合、800 μcd（最小）から2400 μcd（標準）の範囲です。このパラメータは知覚される明るさを定義します。2400 μcdという標準値は、明るい環境下でも適した明るい表示を示しています。
• ピーク発光波長（λ_p）：565 nm。これはLEDが最大の光パワーを発する波長であり、可視スペクトルの緑色領域に位置します。
• 主波長（λ_d）：569 nm。この波長は、人間の目が知覚する光の色に対応し、わずかに黄みがかった緑色です。
• スペクトル半値幅（Δλ）：30 nm。この値は発光のスペクトル純度または帯域幅を示します。30 nmは標準的な緑色GaP LEDに典型的な値であり、鮮やかな緑色を生み出します。
• 光度マッチング比（I_V-m）：最大2:1。この重要な仕様は、表示全体の視覚的な均一性を保証します。同じ駆動条件下で、最も暗いセグメントの明るさが最も明るいセグメントの明るさの半分以上になることを意味し、表示のむらを防ぎます。

2.2 電気的特性

電気パラメータは、表示器と駆動回路のインターフェースを定義します。

• セグメントごとの順電圧（V_F）：標準2.6V、I_F=20mA時最大2.6V。これは各セグメントと直列に接続する電流制限抵抗の値を設計するための重要なパラメータです。標準の5Vロジック電源を使用する場合、典型的な電流制限抵抗値は（5V - 2.6V）/ 0.02A = 120Ωとなります。
• セグメントごとの連続順電流（I_F）：最大25 mA。この電流を超えるとLEDの寿命と発光出力が低下します。データシートには、周囲温度25°Cを超える場合、0.28 mA/°Cの線形デレーティング係数が規定されており、温度が上昇すると許容最大電流が減少することを意味します。
• セグメントごとのピーク順電流：最大100 mA、ただしパルス条件（パルス幅0.1ms、デューティ比1/10）でのみです。これにより、マルチプレックスアプリケーションでより高い瞬間輝度を得るために、短時間のオーバードライブが可能になります。
• セグメントごとの逆電圧（V_R）：最大5V。これより高い逆電圧を印加すると、LED接合部が即座に致命的な故障を起こす可能性があります。
• セグメントごとの逆電流（I_R）：V_R=5V時、最大100 μA。これはLEDが逆バイアスされたときのリーク電流です。

2.3 絶対最大定格と熱に関する考慮事項

これらの定格は、永久的な損傷が発生する可能性のある動作限界を定義します。通常動作のための値ではありません。

• セグメントごとの消費電力：75 mW。これはV_F* I_Fとして計算されます。標準V_F2.6Vの場合、最大連続電流は約75mW / 2.6V ≈ 28.8 mAとなり、25mAの連続電流定格と一致します。
• 動作温度範囲：-35°C から +105°C。この広い範囲により、本デバイスは産業用冷凍庫から自動車エンジンルームまで、過酷な環境でのアプリケーションに適しています。
• 保存温度範囲：-35°C から +105°C。
• はんだ付け温度：本デバイスは、実装面から1/16インチ（約1.6mm）下の位置で、260°Cのはんだ付け温度を3秒間耐えることができます。これは、フローはんだ付けやリフローはんだ付けプロセスの標準仕様です。

3. ビニングとカテゴリ分類システム

データシートには、デバイスが輝度でカテゴライズされていると明記されています。これは製造時のビニングプロセスを示しています。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、この種の表示器の典型的な分類では、標準テスト電流（例：10mA）で測定された輝度に基づいてユニットをグループ化します。これにより、設計者は製品に一貫した輝度レベルの表示器を選択したり、単一製品内で同じ輝度ビンに属する表示器を使用して複数桁の表示の均一な外観を維持したりすることができます。

4. 性能曲線分析

データシートは代表的な電気・光学特性曲線を参照しています。具体的なグラフは本文に記載されていませんが、記載されているパラメータに基づいて、その標準的な内容と重要性を推測できます：

• 順電流 vs. 順電圧（I-V曲線）：このグラフは、ダイオードに典型的な指数関数的関係を示します。様々な動作電流におけるLED両端の電圧降下を理解するために不可欠であり、正確なドライバ設計に重要です。
• 光度 vs. 順電流：この曲線は、電流の増加に伴って輝度がどのように増加するかを示します。通常、非常に高い電流では熱効果により効率が低下する前の範囲で線形関係にあります。
• 光度 vs. 周囲温度：このグラフは、接合温度の上昇に伴う光出力のデレーティングを示します。LEDの効率は温度の上昇とともに低下します。
• スペクトル分布：相対強度と波長の関係を示すプロットで、565nmにピークがあり、30nmの半値幅を示し、緑色の特性を確認できます。

5. 機械的仕様とパッケージ情報

5.1 外形寸法

本デバイスは0.56インチの桁高を特徴としており、これは14.22ミリメートルに相当します。これは視認性と基板スペース消費の良いバランスを提供する標準サイズです。外形寸法図（本文では参照のみで詳細はなし）には、通常、モジュールの全長、幅、高さ、桁とセグメントの寸法、リード間隔が示されます。特に指定がない限り、すべての寸法は標準公差±0.25mmです。

5.2 ピン配置と内部回路

LTD-5307AGは、1つのパッケージ内に2桁のコモンカソード表示器を備えています。ピン接続表は以下の通りです：

• 構成：コモンカソード。これは、各桁のセグメントのすべてのカソード（負極端子）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、対応するアノードピンを（電流制限抵抗を介して）ハイレベルに駆動し、その桁のコモンカソードピンをローレベルに引き下げる必要があります。
• ピン配置：18ピンのデバイスは、2桁（桁1と桁2）のセグメントA-Gおよび小数点（D.P.）のアノードと、それぞれのコモンカソードピン（ピン13と14）に特定の割り当てがあります。ピン1、2、16、17、18は未接続（N.C.）とマークされています。
• 内部回路図：データシートで参照されており、14個のLEDセグメント（1桁あたり7個）と2つのコモンカソードノードの相互接続を視覚的に描き、電気的レイアウトを明確にします。

6. はんだ付けと組立ガイドライン

絶対最大定格に基づく：

• はんだ付け：本デバイスは標準的なPCB組立プロセスに対応しています。重要な仕様は、本体から1.6mm下の位置で260°Cを3秒間です。リフローはんだ付けの場合、液相線以上の時間が制御されていれば、ピーク温度約260°Cの標準的な鉛フリープロファイルが許容されます。
• 取り扱い：LEDチップは静電気に敏感であるため、取り扱いおよび組立時には標準的なESD（静電気放電）対策を講じる必要があります。
• 洗浄：はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、デバイスのプラスチックパッケージおよびエポキシ充填材と適合する方法および溶剤を使用してください。

7. アプリケーション提案と設計上の考慮事項

7.1 代表的なアプリケーション回路

コモンカソード構成は、標準的なマイクロコントローラのI/Oピンまたはデコーダ/ドライバIC（74HC595シフトレジスタや専用LEDドライバチップなど）と直接互換性があります。典型的な駆動回路は以下の通りです：

1. 各セグメントアノードを、個別の電流制限抵抗を介して正の供給電圧（例：3.3Vまたは5V）に接続します。
2. コモンカソードピンを、ローサイドスイッチ（例：NPNトランジスタまたはMOSFET）を介してグランドに接続します。このスイッチは、どの桁をアクティブにするかを選択するためにマイクロコントローラによって制御されます。
3. 2桁のマルチプレックス駆動の場合、マイクロコントローラは桁1と桁2のアクティブ化を高速で切り替えながら、それに応じてセグメントパターンを更新します。これにより、必要なI/Oピンの数を大幅に削減できます。

7.2 設計上の考慮事項

• 電流制限：常に各セグメントアノードに直列抵抗を使用してください。抵抗値は R = (V_電源- V_F) / I_Fとして計算されます。5V電源、V_F=2.6V、I_F=10mAの場合： R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240Ω。220Ωまたは270Ωの標準抵抗が適切です。
• マルチプレックス周波数：複数桁をマルチプレックスする場合、目に見えるちらつきを避けるために十分に高いリフレッシュレートを使用してください。通常、1桁あたり60 Hz以上です。2桁の場合、サイクル周波数>120 Hzが推奨されます。
• 熱管理：消費電力は低いですが、特に動作温度範囲の上限付近で、複数の表示器を狭い空間で使用する場合は、十分な通気を確保してください。
• 視野角：データシートは広視野角を強調しています。これは、エンドユーザーに対して表示器が正しく向くように、機械設計時に考慮する必要があります。

8. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: この表示器を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？

A: 可能かもしれませんが、順電圧を確認する必要があります。標準V_Fは2.6Vです。3.3Vピンでは、電流制限抵抗にかかる電圧は3.3V - 2.6V = 0.7Vしかなく、最大電流、したがって輝度が制限される可能性があります。一般的には、ドライバ回路を使用するか、アノード側により高い供給電圧を使用する方が安全です。

Q: ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

A: ピーク波長（565nm）は、発光スペクトルの物理的なピークです。主波長（569nm）は、人間の目にLEDの出力と同じ色に見える単色光の波長です。主波長は色知覚により関連性があります。

Q: すべてのセグメントで均一な輝度を実現するにはどうすればよいですか？

A: すべてのセグメントに同じ値の電流制限抵抗を使用してください。内蔵の光度マッチング比（最大2:1）により、同じ駆動電流でも、セグメント間の輝度の差は2倍以内に収まることが保証されます。重要なアプリケーションでは、同じ輝度ビンに属する表示器を選択してください。

9. 動作原理

LTD-5307AGは、半導体P-N接合におけるエレクトロルミネセンスの原理に基づいて動作します。ダイオードの閾値（このGaPデバイスでは約2.1-2.6V）を超える順電圧が印加されると、N型材料からの電子が空乏層でP型材料からの正孔と再結合します。リン化ガリウム（GaP）LEDでは、この再結合イベントにより、材料のバンドギャップエネルギーに対応する波長（スペクトルの緑色領域）の光子（光）としてエネルギーが放出されます。透明なGaP基板により、内部で生成された光の多くが外部に逃げ、高い効率に貢献します。特定のセグメントは、目的のセグメントのアノードに順バイアスを選択的に印加し、対応する桁のコモンカソードをグランドに接続することで点灯します。

10. 技術的背景とトレンド

LTD-5307AGは、GaP材料に基づく成熟した信頼性の高い技術を代表しています。OLED、マイクロLED、高効率InGaNベースのLEDなどの新しい表示技術は、複雑なグラフィックスの色域、効率、解像度において利点を提供しますが、このような従来の7セグメントLED表示器は依然として非常に重要です。その利点には、制御の極端な単純さ、非常に高い信頼性と長寿命、優れた輝度とコントラスト、広い動作温度範囲、低コストが含まれます。これらは、産業用制御装置、医療機器、自動車のダッシュボード（補助機能用）、家電製品など、様々な環境条件下で数値または単純な英数字情報を明確かつ確実に表示する必要があるアプリケーションにおける最適な選択肢です。この分野のトレンドは、より高い効率（mAあたりの光出力の向上）、現代の低電圧ロジックとの互換性を高めるためのより低い順電圧、および視認性を維持または向上させながらより小さなパッケージサイズに向かっています。