0.28インチ 4桁 7セグメントLEDディスプレイ データシート - 文字高7mm - スーパーレッド - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、文字高0.28インチ（7mm）の4桁7セグメントLEDディスプレイの仕様を詳細に説明します。本デバイスは、優れた視認性を備えた明瞭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ています。発光素子には先進的な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、スーパーレッド色の出力を実現するように特別に設計されています。グレーの面と白いセグメントを特徴としており、様々な照明条件下で高いコントラストと優れた文字表示を可能にします。

コア設計思想は、低消費電力で信頼性の高いソリッドステートソリューションを提供することに焦点を当てており、数値データの表示が重要な幅広い民生用、産業用、計測機器製品に適しています。

2. 主な特長と利点

本ディスプレイは、性能と使いやすさを向上させるいくつかの設計上の特徴を組み込んでいます：

• 文字高：0.28インチ（7.0mm）。優れた可読性と過度なパネルスペース消費のバランスが取れたサイズです。
• セグメント設計：連続的で均一なセグメントにより、一貫した発光とプロフェッショナルでクリーンな文字表示を保証します。
• 光学性能：AlInGaPチップとグレー面/白セグメント設計により、高輝度と高コントラストを実現します。
• 視野角：広い視野角により、ユーザーに対する様々な位置からでも表示が読みやすくなっています。
• 低消費電力動作：入力電力に対する効率的な光出力を実現するよう設計されており、バッテリー駆動や省エネルギーを重視するアプリケーションに適しています。
• 信頼性：ソリッドステートデバイスとして、機械式ディスプレイと比較して高い信頼性と長い動作寿命を提供します。
• ビニング：発光強度はカテゴリ分け（ビニング）されており、生産ロット内の複数ユニット間で輝度の一貫性を確保できます。

3. 技術仕様詳細

3.1 電気的・光学的特性

ディスプレイの性能は、周囲温度（T_A）25°Cの標準試験条件下で定義されます。主なパラメータは以下の通りです：

• 平均発光強度（I_V）：セグメントあたりの順方向電流（I_F）1mAで駆動した場合、最小200µcdから代表値600µcdの範囲です。このパラメータは、CIE明所視感度曲線に近似するフィルタをかけたセンサーを使用して測定されます。
• ピーク発光波長（λ_p）：代表値639nm。スーパーレッド発光の主色点を定義します。
• スペクトル半値幅（Δλ）：約20nm。発光のスペクトル純度を示します。
• 主波長（λ_d）：代表値631nm。知覚される色を規定するためのもう一つの重要な指標です。
• セグメントあたり順方向電圧（V_F）：I_F=20mA時、代表値2.6V、最大2.6V。駆動回路設計において重要です。
• セグメントあたり逆方向電流（I_R）：逆方向電圧（V_R）5V印加時、最大100µA。
• 発光強度マッチング比（I_V-m）：最大2:1の比率。同一桁内の異なるセグメント間、または桁間の輝度の合理的な均一性を保証します。

3.2 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。この限界を超えて動作することは推奨されません。

• セグメントあたり消費電力：最大70mW。
• セグメントあたりピーク順方向電流：パルス条件下（デューティ比1/10、パルス幅0.1ms）で最大90mA。
• セグメントあたり連続順方向電流：25°C時、最大25mA。この定格は、温度上昇に伴い0.33mA/°Cで直線的に低下します。
• セグメントあたり逆方向電圧：最大5V。
• 動作温度範囲：-35°C ～ +85°C。
• 保存温度範囲：-35°C ～ +85°C。
• はんだ付け温度：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。

4. 機械的仕様とパッケージ情報

本デバイスは、標準的なLEDディスプレイパッケージで提供されます。提供される外形図には、桁間間隔、全高、全幅、奥行き、ピンの位置と直径を含む正確な物理的形状が規定されています。特に断りのない限り、すべての寸法は標準公差±0.25mmでミリメートル単位で提供されます。この情報は、PCB（プリント基板）レイアウトおよび最終製品筐体への機械的統合において重要です。

5. ピン配置と内部回路

本ディスプレイは16ピン構成です。マルチプレックス・コモンカソードタイプとして構成されています。これは、各桁のカソードが個別に接続され、対応するセグメント（例：すべての'A'セグメント）のアノードが桁をまたいで接続されていることを意味します。このアーキテクチャにより、桁を高速で順次点灯させるマルチプレックス駆動が可能となり、必要な駆動ピン数と総消費電力を削減できます。

ピン配置は以下の通りです：

• ピン1：コモンカソード（桁1）
• ピン2：セグメントCおよびL3のアノード
• ピン3：小数点（D.P.）のアノード
• ピン5：セグメントEのアノード
• ピン6：セグメントDのアノード
• ピン7：セグメントGのアノード
• ピン8：コモンカソード（桁4）
• ピン11：コモンカソード（桁3）
• ピン12：インジケータL1、L2、L3のコモンカソード
• ピン13：セグメントAおよびL1のアノード
• ピン14：コモンカソード（桁2）
• ピン15：セグメントBおよびL2のアノード
• ピン16：セグメントFのアノード
• ピン4、9、10は接続なしまたはピンなしと記載されています。

内部回路図は通常、各セグメントと桁のLEDチップの相互接続を示し、マルチプレックスされたコモンカソード構造を明確にします。

6. ビニングシステムの説明

データシートは、デバイスが発光強度でカテゴリ分けされていることを示しています。これは、測定された光出力に基づくビニングまたは選別プロセスを指します。製造工程ではわずかなばらつきが生じます。特定の強度ビン（例：µcd値の範囲）にユニットを試験・グループ分けすることで、メーカーと設計者は、単一製品または生産バッチで使用されるすべてのディスプレイが非常に類似した輝度レベルを持つことを保証できます。これにより、ユニット間の表示強度の目立つばらつきを防ぎ、製品品質とユーザーエクスペリエンスにとって不可欠です。設計者は、一貫性を保証するために、発注時に必要なビンを指定する必要があります。

7. 性能曲線分析

データシートは代表的な電気的・光学的特性曲線を参照しています。具体的なグラフは本文では詳細に説明されていませんが、完全なデータシートに通常含まれるこのような曲線は設計にとって重要です：

• 順方向電流（I_F）対順方向電圧（V_F）：このIV曲線は非線形関係を示し、所定の電源電圧に対する適切な電流制限抵抗または定電流駆動器の設定を決定するのに役立ちます。
• 発光強度（I_V）対順方向電流（I_F）：この曲線は、光出力が電流とともにどのように増加するかを示し、高電流ではしばしば準線形の傾向を示します。これは、所望の輝度と効率に対する駆動電流の決定に役立ちます。
• 発光強度対周囲温度：LEDの接合温度が上昇するにつれて光出力がどのように減少するかを示します。高温環境で動作するアプリケーションにとって重要です。
• スペクトル分布：相対強度対波長のグラフで、ピーク（639nm）と半値幅（20nm）の仕様を視覚的に確認できます。

8. はんだ付けと実装ガイドライン

絶対最大定格に基づき、本デバイスはフローはんだ付けまたはリフローはんだ付けプロセスに耐えることができます。規定されている重要なパラメータは、はんだ付け温度プロファイルです：実装面から1/16インチ（1.6mm）下の位置で260°C、3秒間。これは一般的な鉛フリーはんだ付けプロファイルに適合します。設計者と組立業者は、内部ワイヤーボンディングやLEDチップ自体への損傷を防ぐため、はんだ付けプロセスがこの熱ストレスを超えないようにする必要があります。取り扱い時には標準的なESD（静電気放電）対策を講じる必要があります。

9. アプリケーション提案と設計上の考慮点

9.1 代表的なアプリケーション例

本ディスプレイは、明瞭で信頼性の高い数値表示を必要とするあらゆるデバイスに適しています：

• 試験・計測機器：マルチメータ、オシロスコープ、電源装置、周波数カウンタ。
• 産業用制御機器：パネルメータ、プロセスインジケータ、タイマー表示、カウンタ表示。
• 民生用電子機器：オーディオ機器（アンプ、レシーバー）、厨房家電、時計。
• 自動車アフターマーケット：計器類および診断ツール（環境仕様が適合する場合）。
• 医療機器：患者モニタ、診断機器（追加の規制要件の対象となる場合あり）。

9.2 設計上の考慮点

• 駆動回路：コモンカソード桁に対してマルチプレックス駆動を実装する必要があります。これには、各桁のカソードに対して順次電流をシンクし、適切なセグメントアノードに電流をソースできるマイクロコントローラまたは専用駆動ICが必要です。V_Fと所望のI_F.
• に基づいた適切な電流制限（抵抗または定電流駆動器による）が不可欠です。輝度制御：
• 輝度は、ピーク順方向電流（定格内）を調整するか、マルチプレックス設計ではより一般的に、マルチプレックス信号のデューティ比（PWM）を変化させることで制御できます。視野角：
• 広い視野角は利点ですが、機械設計では依然として主要ユーザーの視線を考慮する必要があります。熱管理：

低消費電力ではありますが、最大定格に近い高温環境での連続動作では、信頼性を維持しルーメン減衰を防ぐために、規定通り（25°C以上で0.33mA/°C）順方向電流を低下させる必要がある場合があります。

10. 技術比較と差別化本ディスプレイの主な差別化要因は、スーパーレッド色にAlInGaP

技術を採用している点です。標準的なGaAsP（ガリウムヒ素リン化ガリウム）赤色LEDなどの旧来技術と比較して、AlInGaPは発光効率が大幅に高く、同じ入力電流でより高い輝度、または同等の輝度をより低い電力で実現します。また、一般的に温度安定性と色純度も優れています。白いセグメントを備えたグレーの面は、コントラストを最大化するための特定の設計選択であり、高環境光条件下では、全面赤や全面緑のディスプレイよりも優位性を発揮する可能性があります。

11. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: "接続なし"ピンの目的は何ですか？

A: 物理的に存在するピンですが、内部のどの要素にも電気的に接続されていません。はんだ付け時の機械的安定性のため、または標準パッケージ形状に合わせるために使用される場合があります。電気的接続には使用しないでください。

Q: セグメントの電流制限抵抗はどのように計算しますか？_{A: オームの法則を使用します：R = (V}電源_F- V_F) / I_F。5V電源、代表的なV_F2.6V、所望のI_F20mAの場合：R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120Ω。過電流を避けるため、保守的な設計にはデータシートの最大V

を使用してください。

Q: マルチプレックスせずにこのディスプレイを駆動できますか？

A: 直接駆動（スタティック駆動）は、理論的には各桁の各セグメントを個別にアドレス指定することで可能ですが、非常に多くのI/Oピン（4桁 * 7セグメント + 小数点 + インジケータ = 30ピン以上）が必要となり、非常に非効率的です。マルチプレックス駆動が意図された実用的な方法です。

Q: "発光強度マッチング比 2:1"とはどういう意味ですか？

A: 同じ試験条件下で、いずれか1つのセグメントまたは桁の測定された発光強度が、他のいずれかのセグメントまたは桁の強度の2倍を超えないことを意味します。これは、デバイス内で許容される最大のばらつきを定義します。

12. 動作原理

7セグメントディスプレイは、数字の'8'の形に配置された7つの長方形のLEDセグメント（AからGまでのラベルが付く）と、小数点（DP）用の追加の円形LEDで構成されています。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で、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。このようなマルチプレックス・コモンカソード設計では、すべての桁にわたる特定のセグメントタイプのすべてのアノードが一緒に接続されています（例：すべての'A'セグメントアノード）。各桁には独自の個別のカソード接続があります。数字を表示するために、マイクロコントローラはその桁に必要なセグメントに対応するアノードラインをアクティブにし（ハイに設定）、同時にその特定の桁のカソードラインをアクティブにします（ローに設定/電流をシンク）。これを短時間（例：1-5ms）保持した後、次の桁に移動し、すべての桁を高速で循環させます。人間の目の残像効果により、これらの高速パルスが安定した、連続的に点灯しているように見える複数桁の数字として知覚されます。

13. 業界動向と背景