ELS-2326SURWA/S530-A3 7セグメント表示器 データシート - 57.0mm 桁高 - 2.0V 順方向電圧 - ブリリアントレッド - 日本語技術文書

1. 製品概要

ELS-2326SURWA/S530-A3は、スルーホール実装型の7セグメント英数字表示器であり、様々な照明条件下で明確で信頼性の高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ています。本デバイスは、耐久性と一貫した性能で知られる産業標準コンポーネントのファミリーに属します。

1.1 主要な特徴と利点

本表示モジュールの主な利点は、その設計と材料選択に起因します。標準的な産業用フットプリントを備えており、同様のコンポーネント向け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確保します。重要な利点は低消費電力であり、バッテリー駆動やエネルギーに敏感なアプリケーションに適しています。デバイスは鉛フリー材料を使用して構築され、RoHS指令に完全に準拠しており、現代の環境および規制要件に対応しています。セグメントは白色で、灰色の表面に配置されており、高いコントラスト比を提供して視認性を向上させています。

1.2 ターゲット市場とポジショニング

本表示器は、明確な数値表示が最も重要である、コスト効率が高く信頼性に焦点を当てたアプリケーションでの使用を想定しています。その設計は、特殊なコンポーネントを必要とする過酷な条件ではなく、標準的な動作環境における長期的な性能を優先しています。

2. 詳細な技術パラメータ分析

ELS-2326SURWA/S530-A3の性能は、設計者が実装を成功させるために考慮しなければならない一連の電気的、光学的、熱的パラメータによって定義されます。

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応力限界を定義します。通常動作を意図したものではありません。

• 逆電圧 (V_R):5 V。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。
• 連続順方向電流 (I_F):25 mA。これは各セグメントに連続的に印加できる最大の直流電流です。
• ピーク順方向電流 (I_FP):60 mA。これはパルス条件下（デューティサイクル ≤ 10%、周波数 ≤ 1 kHz）でのみ許容され、直流動作には使用してはいけません。
• 電力損失 (P_d):60 mW。熱として放散できる最大電力で、順方向電圧 (V_F) × 順方向電流 (I_F) として計算されます。
• 動作温度 (T_opr):-40°C から +85°C。デバイスが正しく動作することが規定されている周囲温度範囲です。
• 保管温度 (T_stg):-40°C から +100°C。
• はんだ付け温度 (T_sol):最大5秒間 260°C。これは、エポキシ樹脂や内部接合部への熱損傷を防ぐために、フローはんだ付けや手はんだ付けプロセスにおいて重要です。

2.2 電気光学特性

標準接合部温度 (T_a= 25°C) で測定されたこれらのパラメータは、通常動作条件下でのデバイスの光出力と電気的挙動を定義します。

• 光度 (I_v):I_F= 10 mA において 15 mcd (最小)、34 mcd (標準)。これはセグメントあたりの平均光出力です。この値には±10%の許容差が適用され、測定された強度に基づいてデバイスがビン分けまたは分類されることを意味します。
• ピーク波長 (λ_p):632 nm (標準)。スペクトル放射が最も強い波長です。これは知覚される色（ブリリアントレッド）の重要なパラメータです。
• 主波長 (λ_d):624 nm (標準)。光の知覚される色に最もよく一致する単一波長で、ピーク波長とはわずかに異なる場合があります。
• スペクトル帯域幅 (Δλ):20 nm (標準)。放射される波長の範囲で、ピーク強度の半分の高さ（半値全幅）で測定されます。帯域幅が狭いほど、スペクトル的に純粋な色であることを示します。
• 順方向電圧 (V_F):I_F= 20 mA において 2.0 V (標準)、2.4 V (最大)。これはLEDが動作しているときの両端の電圧降下です。駆動回路は十分な電圧を供給できるように設計する必要があります。±0.1Vの許容差が規定されています。
• 逆電流 (I_R):V_R= 5 V において 100 µA (最大)。これは、デバイスが最大定格内で逆バイアスされたときに流れる小さなリーク電流です。

3. ビン分けと分類システム

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、LED製造における一般的な慣行であるビン分けを指します。

3.1 光度ビン分け

半導体エピタキシャル成長および製造プロセスに内在するばらつきのため、LEDの光出力は変動する可能性があります。エンドユーザーに一貫性を確保するために、メーカーは測定された光度に基づいてLEDをテストし、グループ（ビン）に分類します。ELS-2326SURWA/S530-A3の標準光度は34 mcdで、最小値は15 mcdです。購入されたデバイスは特定の強度範囲（ビン）内に収まり、単一の製造ロットまたは注文内では一貫しているはずです。ラベルの説明にはCAT: 光度ランクが含まれており、この慣行を確認しています。

3.2 順方向電圧の一貫性

明示的にビン分けパラメータとして記述されていませんが、順方向電圧の厳しい許容差（±0.1V）は、注意深いプロセス制御を示唆しています。一貫したV_Fは、単純な直列抵抗による電流制限回路を設計する上で重要です。なぜなら、共通の電圧源から駆動する場合にセグメント間の輝度ばらつきを最小限に抑えることができるからです。

4. 性能曲線分析

グラフデータは、パラメータが動作条件とともにどのように変化するかを示します。

4.1 スペクトル分布

スペクトル曲線は、異なる波長にわたって放射される光の相対強度を示します。このAlGaInPベースのデバイスでは、曲線は632 nm（ピーク）を中心とし、標準的な帯域幅は20 nmです。この曲線は、他の色帯域での有意な放射を伴わない、単色のブリリアントレッド色を確認します。

4.2 順方向電流対順方向電圧 (I-V曲線)

この曲線は、半導体ダイオードにおける電流と電圧の非線形関係を示しています。LEDの場合、オンしきい値（約1.8V）を超えるわずかな電圧の増加により、電流が指数的に大きく増加します。これが、熱暴走や破壊を防ぐために、LEDは定電圧源ではなく、電流制限付きの電源（例：定電流ドライバや直列抵抗）で駆動しなければならない理由です。

4.3 順方向電流デレーティング曲線

これは、信頼性の高い設計にとって最も重要なグラフの1つです。周囲温度が上昇するにつれて、最大許容連続順方向電流 (I_F) 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。25°Cでは、フルの25 mAが許容されます。温度が最大動作温度の85°Cに向かって上昇するにつれて、許容電流は大幅に減少します。このデレーティングは、LEDの内部接合部温度が周囲温度と電流による自己発熱の両方によって上昇するため必要です。安全な接合部温度を超えると、光出力が低下し、寿命が大幅に短縮されます。設計者は、アプリケーションの最悪の周囲温度に対して適切な動作電流を選択するために、この曲線を使用する必要があります。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 物理的寸法

本デバイスの桁高は57.0 mm (2.24インチ) であり、遠方から視認するのに適した大型表示器に分類されます。パッケージ寸法図は、表示器本体全体、スルーホールピンの間隔とサイズ、およびセグメントレイアウトの詳細な寸法を提供します。特に指定がない限り、一般的な許容差は±0.25 mmです。この図は、PCBフットプリントの作成、適切なフィットの確保、およびボード上の立ち入り禁止領域の定義に不可欠です。

5.2 ピン配置と内部回路図

内部回路図は、個々のセグメント（aからg）および共通接続の電気的接続を示しています。この表示器はコモンアノード構成を使用しており、すべてのLEDセグメントのアノード（正側）が内部で共通のピン（またはピンのセット）に接続されていることを意味します。各セグメントのカソード（負側）は個別のピンに引き出されています。セグメントを点灯させるには、コモンアノードピンを正の電源に接続し、対応するカソードピンを電流制限抵抗を介して低レベル（グランド）にプルダウンします。ピン配置図は、各セグメントカソードおよびコモンアノードに対応する物理的なピンを指定します。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

デバイスの完全性と性能を維持するには、適切な取り扱いが必要です。

6.1 はんだ付けパラメータ

絶対最大定格は、最大5秒間のはんだ付け温度260°Cを規定しています。これは、フローはんだ付けまたは手はんだ付け中のリード/ワイヤ温度に適用されます。リフローはんだ付けでは、ピーク温度が260°Cを超えない標準的な鉛フリープロファイルを使用する必要があります。高温への長時間の曝露は、内部ワイヤボンドの損傷、エポキシパッケージの劣化、または剥離を引き起こす可能性があります。

6.2 静電気放電 (ESD) 保護

データシートには、ESD感受性に関する強い警告が含まれています。AlGaInP半導体ダイは静電気による損傷を受けやすく、即時の故障や長期信頼性を低下させる潜在的な欠陥を引き起こす可能性があります。必須の予防措置には以下が含まれます：作業者が接地リストストラップを着用すること；ESD安全なワークステーション、マット、およびツールを使用すること；すべての機器が適切に接地されていることを確認すること；デバイスを導電性または帯電防止包装で保管/輸送すること。イオナイザーを使用して、作業領域内の非導電性材料上の電荷を中和することができます。

6.3 保管条件

デバイスは、指定された保管温度範囲-40°Cから+100°C内で、湿気吸収を防ぐために乾燥した環境で、使用準備が整うまで元のESD保護包装に保管する必要があります。

7. 包装および注文情報

7.1 包装仕様

デバイスは特定の包装プロセスに従います：10個が機械的保護と取り扱いのためにチューブに包装されます。次に10チューブが箱に入れられます。最後に、4箱がマスター出荷段ボール箱に包装されます。この階層的な包装（10個/チューブ → 10チューブ/箱 → 4箱/段ボール）は、スルーホールコンポーネントで一般的であり、在庫管理と自動組立を支援します。

7.2 ラベル説明

包装上のラベルにはいくつかのコードが含まれています：CPN（顧客部品番号）、P/N（メーカー部品番号：ELS-2326SURWA/S530-A3）、QTY（数量）、CAT（光度カテゴリ/ランク）、およびLOT No（追跡可能な製造ロット番号）。CATコードは、生産ロット全体で輝度の一貫性を確保するために重要です。

8. アプリケーションノートと設計上の考慮事項

8.1 典型的なアプリケーションシナリオ

データシートは、3つの主要なアプリケーションを示唆しています：家電製品（例：オーブンタイマー、洗濯機表示）、計器パネル（産業機器、試験装置、または自動車アフターマーケット用）、および一般的なデジタル表示器。その大きなサイズと良好なコントラストは、表示器を数フィート離れた場所から、または適度に明るい環境光の中で読む必要があるアプリケーションに適しています。

8.2 駆動回路設計

駆動回路の設計には、いくつかの重要な計算が必要です。まず、デレーティング曲線を使用して、必要な輝度と周囲温度に基づいて動作電流 (I_F) を決定します。典型的な値は10-20 mAかもしれません。コモンアノード表示器を電源電圧V_CCに接続した単純な直列抵抗設計の場合、各セグメントの抵抗値は次のとおりです：R = (V_CC- V_F) / I_F。典型的なV_F=2.0V、電源5V、I_F=15mAを使用すると、R = (5 - 2.0) / 0.015 = 200 Ωとなります。抵抗の定格電力は少なくともI_F²× R = (0.015)²× 200 = 0.045Wであるべきなので、標準的な1/8W (0.125W) 抵抗で十分です。複数の桁を多重化する場合、専用のドライバIC（74HC595シフトレジスタやMAX7219表示ドライバなど）がセグメントカソードと桁アノードを制御するために一般的に使用され、必要なマイクロコントローラI/Oピンの数を大幅に削減します。

8.3 熱管理

高出力デバイスではありませんが、長寿命のためには熱に関する考慮事項が依然として重要です。PCB上に適切な間隔を確保して、ある程度の空気循環を可能にします。表示器を他の重要な熱源の近くに配置しないでください。電流デレーティング曲線に従うことが、熱管理の主要な方法です。広い動作温度範囲（-40°Cから+85°C）は、ほとんどの屋内環境および多くの屋外環境に対する堅牢性を示しています。

9. 技術比較と差別化

ELS-2326SURWA/S530-A3は、その特定の属性の組み合わせによって差別化されています：大きな57.0mmの桁高、スルーホール実装、ブリリアントレッドのAlGaInP発光、およびコモンアノード構成。より小さな表示器（例：14.2mmや20mm）と比較して、遠方からの優れた視認性を提供します。表面実装デバイス (SMD) 表示器と比較して、このようなスルーホールタイプは、高振動環境や手動修理を必要とするアプリケーションに対してより堅牢であると認識されることが多く、通常、プロトタイプ作成が容易です。AlGaInP材料システムは、古い技術と比較して、赤/オレンジ/琥珀色スペクトルにおいて高効率と良好な色純度を提供します。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: この表示器を5Vマイクロコントローラピンから直接駆動できますか？

A: いいえ。マイクロコントローラピンは、複数のセグメントを明るく駆動するのに十分な電流（通常、ピンあたり最大20-40mA、パッケージ全体の制限あり）を供給または吸収できません。さらに重要なことに、LEDは電流を制限する必要があります。直列抵抗なしで電圧源に直接接続すると、過剰な電流を引き出そうとし、LEDとマイクロコントローラピンの両方を損傷する可能性があります。常に直列の電流制限抵抗または専用の定電流ドライバを使用してください。

Q: 室温と同じ電流で動作させているのに、85°Cで表示器が暗くなるのはなぜですか？

A: LEDの発光効率（単位電気入力あたりの光出力）は、接合部温度が上昇するにつれて低下します。これは半導体の基本的な特性です。さらに、デレーティング曲線では、高温時の過熱を防ぐために、高い周囲温度では動作電流を低減する必要があります。両方の効果が高温での輝度低下に寄与します。

Q: 鉛フリーおよびRoHS準拠は私の設計にとって何を意味しますか？

A: これは、デバイスがRoHS（有害物質の制限）指令で定義された鉛（Pb）やその他の制限された有害物質を含まないことを意味します。これは、欧州連盟を含む多くの地域で電子製品を販売するための法的要件です。また、はんだ付けプロセスにも影響し、より高い融点を持つ鉛フリーはんだの使用を必要とします。これが260°Cのはんだ付け定格が重要である理由です。

Q: 順方向電圧は標準で2.0Vです。3.3Vシステムから電源を供給できますか？

A: はい、もちろん可能です。3.3V電源 (V_CC) の場合、直列抵抗値は再計算されます。I_F=15mAの場合：R = (3.3 - 2.0) / 0.015 ≈ 87 Ω。カソードを低レベルにプルダウンするときに、駆動回路（マイクロコントローラ、ドライバIC）がセグメント電流を処理できることを確認してください。

11. 設計および使用事例

シナリオ：実験室用インキュベーターのためのシンプルなデジタルタイマーの設計。

表示器は、実験室内の環境光の中で部屋の向こう側から読める必要があります。視認性のためにELS-2326SURWA/S530-A3の57.0mmの高さが選択されました。インキュベーターには5Vで動作する内部マイクロコントローラがあります。シンプルさのためにコモンアノード構成が選択されました。設計では、単一の74HC595シフトレジスタを使用して7つのセグメントカソードを制御し、トランジスタアレイ（例：ULN2003）を使用して4桁のコモンアノードの電流を吸収し、多重化を可能にしています。動作電流はセグメントあたり12 mAに設定され、良好な輝度を確保しながら25mAの制限内に収め、暖かいインキュベーター筐体内（最大約40°C）での温度デレーティングのための余裕を持たせています。220 Ωの直列抵抗が使用されています ((5V - 2.0V)/0.012A ≈ 250Ω; 220Ωは最も近い標準値で、結果としてI_F≈ 13.6mA)。PCBレイアウトにはデータシートからの正確なフットプリントが含まれており、組立中、技術者はESDストラップと350°Cに設定された温度制御はんだごてを使用し、ピンごとに3秒未満の迅速な接合を行います。

12. 動作原理

7セグメント表示器は、8の字型に配置された7つの発光ダイオード (LED) バーの集合体です。各バーは独立したLEDです。これら7つ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。このようなコモンアノード表示器では、セグメントLEDのすべてのアノード（正端子）が共通ノードに接続されています。カソード（負端子）は分離されています。セグメントを点灯させるには、正電圧をコモンアノードに印加し、目的のセグメントのカソードを電流制限回路を介してより低い電圧（通常はグランド）に接続します。本デバイスで使用されているAlGaInP（アルミニウムガリウムインジウムリン）半導体材料は、電子が正孔とバンドギャップを越えて再結合するときに可視スペクトルの赤から琥珀色の領域で光を放射するように特別に設計された直接遷移型化合物半導体であり、このプロセスはエレクトロルミネセンスと呼ばれます。

13. 技術トレンド

個別の7セグメント表示器の市場はほぼ安定しており、このようなスルーホールタイプは、レガシー設計、修理市場、および堅牢性が重視されるアプリケーションに役立っています。表示技術におけるより広範なトレンドは、自動組立のための表面実装デバイス (SMD)、高密度の多桁モジュール、および表示器パッケージへのコントローラとドライバの統合に向かっています。また、より広い色域と白色LEDでの高度な蛍光体の使用に向けたトレンドもありますが、単色の赤色インジケータについては、AlGaInPが依然として支配的な高効率技術です。このデータシートでカバーされている電流駆動、熱管理、およびESD保護の原理は基本的なものであり、この個別表示器から現代の高出力照明LEDまで、LED技術全体に普遍的に適用されます。