7.62mm 赤橙色 7セグメントLED表示器 データシート - サイズ 19.0x13.2x8.0mm - 順電圧 2.0V - 消費電力 60mW - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、桁高7.62mm（0.3インチ）の7セグメント英数字表示器の技術仕様を詳細に記載しています。このデバイスはスルーホール実装（THT）用に設計され、AlGaInPチップ技術を採用して赤橙色光を発光します。グレーの背景面に対して白色発光セグメントを特徴としており、特に明るい環境光条件下でのコントラストと視認性を向上させます。本製品は光度でカテゴライズされており、鉛フリーおよびRoHS環境規格に準拠しているため、信頼性の高い数値または限定的な英数字表示を必要とする幅広い電子アプリケーションに適しています。

1.1 中核的利点とターゲット市場

本表示器の主な利点は、産業標準のフットプリントに準拠していることであり、この一般的なサイズ用に設計された既存のPCBレイアウトやソケットとの互換性を保証します。低消費電力は、バッテリー駆動または省エネルギー機器にとって重要な利点です。グレー表面樹脂は、反射する環境光を低減することでコントラストを大幅に改善し、点灯セグメントをより明確に際立たせます。本デバイスは、耐久性、視認性、コスト効率に優れた数値表示を必要とするアプリケーション、例えば民生家電、産業用計器盤、各種デジタル表示システムなどを主なターゲットとしています。

2. 技術パラメータ詳細解説

以下のセクションでは、データシートに定義されたデバイスの電気的、光学的、熱的特性に関する詳細かつ客観的な分析を提供します。

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生じる可能性のあるストレスの限界を定義します。これらの限界以下または限界での動作は保証されておらず、信頼性の高い設計では避けるべきです。

• 逆電圧 (V_R):5V。逆バイアスでこの電圧を超えると、接合部の破壊を引き起こす可能性があります。
• 連続順電流 (I_F):25mA。これは連続動作に対して推奨される最大DC電流です。
• ピーク順電流 (I_FP):60mA。これはパルス条件下（デューティサイクル ≤ 10%、周波数 ≤ 1kHz）でのみ許容され、DCバイアスには使用してはいけません。
• 電力損失 (P_d):60mW。これは周囲温度 (T_a) 25°Cにおいてパッケージが放散できる最大電力です。より高い温度では電力低下曲線を参照する必要があります。
• 動作温度 (T_opr):-40°C ～ +85°C。デバイスはこの周囲温度範囲内で機能することが保証されています。
• 保存温度 (T_stg):-40°C ～ +100°C。
• はんだ付け温度 (T_sol):最大5秒間 260°C。これはウェーブはんだ付けや手はんだ付けプロセスに典型的な値です。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータは標準周囲温度25°Cで測定され、通常動作条件下でのデバイスの性能を定義します。

• 光度 (I_v):順電流 (I_F) 10mAで駆動した場合のセグメントあたりの代表値は17.6 mcdです。規定の最小値は7.8 mcdです。光度には±10%の許容差が適用されます。設計者は最悪ケースの輝度計算に最小値を使用すべきです。
• ピーク波長 (λ_p):621 nm（代表値）。これはスペクトル放射が最も強い波長です。
• 主波長 (λ_d):615 nm（代表値）。この波長は光の知覚される色を表し、ピーク波長よりも人間の視覚にとってより関連性が高いものです。
• スペクトル放射帯域幅 (Δλ):18 nm（代表値）。これはスペクトルの純度を示します。帯域幅が小さいほど、より単色に近い色となります。
• 順電圧 (V_F):代表値 2.0V、I_F=20mA時最大 2.4V。許容差は±0.1Vです。このパラメータは電流制限回路の設計にとって極めて重要です。
• 逆電流 (I_R):V_R=5V時 最大 100 µA。これはデバイスが逆バイアスされたときのリーク電流です。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、デバイスが光度でカテゴライズされていることを示しています。これは製造後のビニングまたは選別プロセスを意味します。

• 光度ビニング:主なビニング基準は光度 (I_v) です。デバイスはテストされ、特定の強度範囲またはCATコード（梱包ラベルに記載）にグループ分けされます。これにより、単一の製造ロットまたは注文内での輝度の一貫性が確保されます。この部品を指定する設計者は、異なるCATコード間で輝度が異なる可能性があることを認識しておくべきです。
• 色/波長:明示的にビニングパラメータとして言及されていませんが、ピーク波長（621nm）と主波長（615nm）の代表値が提供されています。赤橙色にAlGaInPを使用するほとんどのアプリケーションでは、色のばらつきは通常狭い範囲に収まりますが、色合わせが重要なアプリケーションではサプライヤーに確認すべきです。
• 順電圧:規定の許容差は±0.1Vと比較的狭い範囲です。必ずしも正式なビンとは限りませんが、この狭い許容差は表示器全体の電圧降下のばらつきを減らすことでドライバ設計を簡素化します。

4. 性能曲線分析

データシートは、非標準条件下でのデバイス挙動を理解するために不可欠な代表的な特性曲線を提供します。

4.1 スペクトル分布

スペクトル出力曲線は、約621 nm付近に特徴的な発光ピークを示し、赤橙色を確認しています。18nmの帯域幅は、適度に飽和した色であることを示しています。曲線形状はAlGaInP材料に典型的なものです。

4.2 順電流対順電圧 (I-V曲線)

この曲線は、電流と電圧の非線形関係を示しています。所定の順電流（例：20mA）に対して、順電圧は通常約2.0Vになることを示しています。曲線の傾きはLED接合部の動的抵抗を表します。設計者はこれを使用して、適切な電流制御に必要な電源電圧と直列抵抗値を計算します。

4.3 順電流低下曲線

これは信頼性設計において最も重要なグラフの一つです。周囲温度が25°Cを超えて上昇するにつれて、許容される最大連続順電流をどのように低減しなければならないかを示しています。最大動作温度85°Cでは、許容される連続電流は25°Cでの絶対最大定格25mAよりも大幅に低くなります。この低下を無視すると、過熱による光束減衰の加速、色ずれ、および致命的な故障を引き起こす可能性があります。

5. 機械的仕様とパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

本表示器は標準的なDIP（デュアル・インライン・パッケージ）フットプリントを有します。図面からの主要寸法は以下の通りです:

• 全高: 8.0 mm（最大）
• 本体幅: 13.2 mm（公称）
• 本体長: 19.0 mm（公称）
• 桁高: 7.62 mm（0.3インチ）
• リード（ピン）間隔: 2.54 mm（0.1インチ）標準グリッド。
• リード径: 0.5 mm（代表値）

特に指定がない限り、公差は±0.25mmです。これらの寸法はPCBレイアウトにとって極めて重要であり、実装穴への適切な嵌め合いとウェーブはんだ付けのための正しい間隔を確保します。

5.2 ピン配置と極性識別

内部回路図は、7セグメントのコモンカソード構成を示しています。これは、すべてのセグメントLEDが共通の負極接続（カソード）を共有することを意味します。セグメントaからgまでの個々のアノードは別々のピンにあります。回路では、コモンカソードピンをグランド（または低電位側）に接続する必要があります。PCB設計時には、各セグメントに信号を正しく配線するためにピン配置図を参照しなければなりません。誤接続は、セグメントが点灯しない、または誤った数字/文字が表示される結果となります。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

• はんだ付け:絶対最大はんだ付け温度は、最大5秒間で260°Cです。これははんだごてによる手はんだ付けやウェーブはんだ付けプロセスに適しています。プラスチックパッケージや内部ワイヤーボンドへの損傷を防ぐため、長時間の熱暴露を避けるよう注意が必要です。
• ESD（静電気放電）対策:LEDチップはESDに敏感です。推奨される取り扱い対策には、接地リストストラップの使用、導電性マットを備えたESD安全作業台、およびすべての機器の適切な接地が含まれます。絶縁材料はイオナイザーで処理するか、湿度を制御して電荷を放散させる必要があります。
• 洗浄:指定されていませんが、エポキシ樹脂パッケージと互換性のある標準的なPCB洗浄プロセスを使用できます。具体的な化学的互換性についてはメーカーにご確認ください。
• 保管:デバイスは、指定された保存温度範囲（-40°C ～ +100°C）内で、低湿度のESD安全な環境に保管する必要があります。

7. 梱包および発注情報

• 梱包形態:デバイスはチューブ、次にボックス、最後にカートンに梱包されます。具体的な梱包は、チューブあたり26個、ボックスあたり88チューブ、カートンあたり4ボックスで、カートンあたり合計9,152個となります。
• ラベル情報:梱包ラベルには、トレーサビリティと識別のための重要な情報が含まれています:
  • CPN: 顧客部品番号
  • P/N: メーカー部品番号（例: ELS-321USOWA/S530-A4）
  • QTY: 梱包内数量
  • CAT: 光度ランク（ビンコード）
  • LOT No.: 製造ロット番号（トレーサビリティ用）。

8. アプリケーション提案

8.1 代表的なアプリケーション回路

コモンカソード表示器であるため、通常はマイクロコントローラまたは専用の表示ドライバIC（例: 74HC595シフトレジスタ、MAX7219）によって駆動されます。各セグメントアノードは、電流制限抵抗を介してドライバ出力に接続されます。この抵抗値 (R_series) はオームの法則を使用して計算されます: R_series= (V_supply- V_F) / I_F。堅牢な設計のために最大V_F(2.4V) を使用し、5V電源で所望のI_Fを10mAとすると: R = (5V - 2.4V) / 0.01A = 260 Ω。標準の270 Ω抵抗が適切です。コモンカソードピンは、コントローラによってグランドに切り替えられ、桁を有効にします。

8.2 設計上の考慮事項

• 電流制限:常に直列抵抗または定電流ドライバを使用してください。電圧源に直接接続すると、過電流によりLEDが破壊されます。
• マルチプレクシング:複数桁表示器の場合、I/Oピンを節約するためにマルチプレクシングが一般的です。マルチプレクシング設計では、ピーク電流がI_FP定格（60mA）を超えないこと、および時間平均電流が使用するデューティサイクルに対するI_Fの低下を尊重していることを確認してください。
• 視野角:グレー背景はコントラストを向上させますが、黒背景と比較して視野角にわずかに影響を与える可能性があります。最終製品の意図された視認位置を考慮してください。
• 熱管理:高い周囲温度環境、または最大電流付近で駆動する場合、接合部温度が安全限界を超えないように、表示器周囲に十分な通気を確保してください。

9. 技術比較と差別化

古い技術や小型表示器と比較して、本デバイスは特定の利点を提供します:

• 白熱灯またはVFD表示器との比較:はるかに低い消費電力、長い寿命、高い耐衝撃/耐振動性、および低温動作。
• 小型LED表示器（例: 5mmまたは3mm桁）との比較:7.62mmの桁高は、遠距離での優れた視認性を提供し、ユーザーが近くにいない可能性のあるパネルメーターや家電製品に適しています。
• LCD表示器との比較:LEDは自発光型であり、バックライトなしで低照度条件下でも優れた視認性を提供します。また、はるかに広い動作温度範囲と高速な応答時間を有します。
• 主要な差別化要因:産業標準の7.62mmサイズ、コントラストを高めるグレー表面、および赤橙色発光の信頼性の高いAlGaInP技術の組み合わせにより、本表示器は産業用および民生用の数値表示において堅牢で視認性が高く、エネルギー効率の良い選択肢として位置付けられています。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

10.1 この表示器を20mAで連続駆動できますか？

はい、ただし注意が必要です。周囲温度25°Cでの絶対最大連続電流は25mAです。20mAでの駆動は仕様内ですが、周囲温度が上昇すると予想される場合は、順電流低下曲線を必ず参照する必要があります。85°Cでは、許容される最大連続電流は大幅に低くなります。信頼性の高い長期動作のためには、10-15mAで駆動することが、動作寿命を延ばすより安全な方法となることがよくあります。

10.2 なぜ代表的な順電圧（2.0V）は、一部の白色または青色LEDよりも低いのですか？

順電圧は主に半導体材料のバンドギャップエネルギーによって決まります。赤橙色/赤/琥珀色に使用されるAlGaInPは、青色、緑色、白色LEDに使用されるInGaN材料よりもバンドギャップエネルギーが低くなっています。低いバンドギャップでは、電子が移動して光子を放出するために必要なエネルギー（電圧）が少なくなります。

10.3 光度でカテゴライズされていることは、私の設計にとって何を意味しますか？

異なる製造ロットまたは異なるCATコードでラベル付けされた表示器は、異なる輝度レベルを持つ可能性があることを意味します。製品内のすべてのユニットで均一な輝度が重要な場合は、単一の強度ビン（CATコード）からデバイスを指定して調達すべきです。ほとんどのアプリケーションでは、規定の許容差（±10%）内のばらつきは許容可能です。

11. 実践的設計ケーススタディ

シナリオ:最大50°Cの環境で動作する、卓上電源用の簡単な3桁電圧計の設計。

設計ステップ:

1. 駆動電流の選択:良好な輝度と長寿命のために、セグメントあたり10mAを目標とします。
2. 電流制限抵抗:5Vマイクロコントローラ電源と最大V_F2.4Vを使用: R = (5V - 2.4V) / 0.01A = 260Ω。270Ω（最も近い標準値）を使用します。
3. マルチプレクシング:少ないピン数で3桁（21セグメント + 3コモンカソード）を制御するために、1/3デューティサイクルのマルチプレクシングを使用します。アクティブタイムスロット中のセグメントあたりのピーク電流は、平均10mAを維持するために30mAになります（1/3の時間しか点灯しないため）。この30mAのピークは、60mAのI_FP rating.
4. 熱チェック:周囲温度50°Cでは、低下曲線を確認する必要があります。許容される連続電流は25mAよりも低くなります。しかし、我々のセグメントあたりの平均電流はわずか10mAであり、表示器はマルチプレクシングされている（各桁は2/3の時間消灯している）ため、接合部温度上昇は最小限となり、この設計は熱的に安全です。
5. マイクロコントローラインターフェース:74HC595のようなシフトレジスタを使用してセグメントアノードを制御し、3つのGPIOピンを使用してトランジスタ（例: 2N3904 NPNトランジスタ）を介してコモンカソードをシンクします。

12. 動作原理の紹介

7セグメントLED表示器は、数字の8の形に配置された7つの個別の発光ダイオード（LED）の集合体です。各LEDが1つのセグメント（aからgまでラベル付け）を形成します。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。このコモンカソードデバイスでは、7つのセグメントLEDすべてのカソード（負極端子）が内部で1つまたは複数の共通ピンに接続されています。セグメントを点灯させるには、個々のアノードピン（電流制限抵抗を介して）に正の電圧を印加し、コモンカソードピンをグランドに接続して回路を完成させる必要があります。発光自体は、AlGaInP半導体チップにおけるエレクトロルミネセンスによるものです：順バイアスが印加されると、電子と正孔がp-n接合部で再結合し、材料のバンドギャップ（赤橙色では約615-621 nm）に対応する波長の光子としてエネルギーを放出します。

13. 技術トレンドと背景

このようなスルーホール7セグメント表示器は、成熟した非常に信頼性の高い技術を代表しています。表面実装デバイス（SMD）表示器は自動組立と小型化のためにますます一般的になっていますが、スルーホール表示器は、試作、教育用途、修理市場、機械的堅牢性と手はんだ付けの容易さが優先されるアプリケーションで依然として人気があります。AlGaInPの使用は、高効率の赤色、橙色、琥珀色LEDの標準です。より広範な表示器市場のトレンドには、コントローラ/ドライバを表示モジュールに統合すること、太陽光下での視認性のための超高輝度バージョンの開発、およびSMDパッケージへの移行が含まれます。しかし、標準的な7セグメント表示器の基本的な設計と電気的インターフェースは数十年にわたって安定しており、長期的な供給可能性と設計の親しみやすさを確保しています。