LTS-5001AJR LEDディスプレイ データシート - 0.56インチ桁高 - スーパーレッド - 順電圧2.6V - 技術文書

1. 製品概要

LTS-5001AJRは、明確で明るく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た、高性能・低消費電力の7セグメント数値ディスプレイです。その主な機能は、個別に制御可能なLEDセグメントを使用して、数字（0-9）および一部の文字を視覚的に表現することです。本デバイスは、高効率な赤色光を生成することで知られる先進的なAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）半導体技術を用いて製造されています。このディスプレイは、明るい灰色の表面と白色のセグメントを特徴とし、優れたコントラストにより視認性を高めています。輝度に基づいてカテゴリ分けされており、製造ロット間で一貫した明るさが保証されています。このコンポーネントは、スペース、電力効率、視認性が重要な要素となる、幅広い電子機器への組み込みに最適です。

2. 詳細技術パラメータ分析

2.1 光学特性

光学性能は、ディスプレイの機能性の中核をなします。標準環境温度25°Cで測定される主要パラメータが、その視覚的出力を定義します。

• 平均光度（I_V）：このパラメータは各セグメントの明るさを規定します。代表的な順電流（I_F）1mAにおいて、光度は最小320μcd（マイクロカンデラ）から最大700μcdの範囲です。この低電流・高輝度特性は、バッテリー駆動デバイスにとって大きな利点です。
• ピーク発光波長（λ_p）：発光のピーク波長は639ナノメートルであり、可視スペクトルのスーパーレッド領域に位置します。この特定の赤色の色合いは、高い視認性と目を引く特性からしばしば選択されます。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：20 nmのこの値は、発光のスペクトル純度を示します。半値幅が狭いほど単色光に近くなりますが、この値は標準的なLEDディスプレイでは典型的であり、特徴的な赤色の発色に寄与しています。
• 主波長（λ_d）：631 nmで測定されるこの波長は、人間の目が知覚する波長であり、スーパーレッドという色の主要な記述子となります。
• 光度マッチング比（I_V-m）：最大2:1と規定されるこの比率は、ディスプレイ全体の均一性を保証します。これは、同じ駆動条件下において、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、数字の表示が不均一になるのを防ぎます。

2.2 電気的特性

電気的仕様は、デバイスの給電方法と動作限界を規定します。

• セグメントあたり順電圧（V_F）：1mAの電流で駆動した場合、点灯セグメント両端の電圧降下は、通常2.0Vから2.6Vの範囲です。この値は、電流制限回路を設計する上で極めて重要です。
• セグメントあたり逆電流（I_R）：5Vの逆電圧を印加した場合、漏れ電流は最大100μAです。これは回路保護のための重要なパラメータです。

2.3 絶対最大定格

これらは、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値です。動作は常にこれらの範囲内に維持する必要があります。

• セグメントあたり消費電力：最大70 mW。
• セグメントあたりピーク順電流：パルス動作時（デューティサイクル1/10、パルス幅0.1ms）で90 mA。
• セグメントあたり連続順電流：25°C時で25 mA。この定格は、周囲温度が25°Cを超えると0.33 mA/°Cで直線的に低下します。これは、環境が高温になるほど許容される連続電流が減少することを意味します。
• セグメントあたり逆電圧：最大5 V。
• 動作・保管温度範囲：-35°C ～ +85°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。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、本デバイスが輝度でカテゴリ分けされていると示しています。これは、製造後の選別プロセス、一般にビニングと呼ばれるものを指します。製造後、個々のディスプレイは測定された輝度に基づいてテストされ、異なるグループ（ビン）に分類されます。これにより、顧客は一貫した輝度レベルの製品を受け取ることが保証されます。規定の輝度範囲320-700 μcdは、この型番で利用可能な異なるビンにまたがる広がりを表している可能性が高いです。設計者は、非常に均一な外観を必要とするアプリケーションでは、より狭い範囲のビンを指定することができます。

4. 性能曲線分析

PDFでは代表的な特性曲線が参照されていますが、提供されたテキストには具体的なグラフは含まれていません。標準的なLEDの動作に基づくと、これらの曲線は通常、詳細な回路設計に不可欠な以下の関係を示すでしょう：

• 順電流（I_F）対順電圧（V_F）：この指数関数的な曲線は、電圧が電流とともにどのように増加するかを示します。これは、所望の輝度レベルに必要な駆動電圧を決定するために使用されます。
• 光度（I_V）対順電流（I_F）：この一般的に線形の関係（動作限界内）は、輝度が電流にどのように比例するかを示します。これは、特徴で述べられている低電流（1mA）での高効率を裏付けます。
• 光度対周囲温度：この曲線は、LEDの接合温度が上昇するにつれて輝度がどのように低下するかを示すでしょう。このデレーティングを理解することは、高温環境で動作する設計にとって不可欠です。
• スペクトル分布：波長全体にわたる相対的な光出力を示すグラフで、指定された20 nmの半値幅で639 nmにピークを持ちます。

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（14.22 mm）の桁高を持つディスプレイとして記述されています。詳細な機械図面には通常、全体のパッケージ長、幅、高さ、セグメント寸法、およびマルチ桁ユニットの場合は桁間の間隔が示されます。図面には、特に指定がない限り、すべての寸法はミリメートル単位で、標準公差は±0.25 mmであることが注記されています。この情報は、PCB（プリント基板）のフットプリント設計および最終製品の筐体内への適切な収まりを確保するために重要です。

5.2 ピン配置と極性

LTS-5001AJRは、コモンアノード型ディスプレイです。これは、すべてのLEDセグメントのアノード（正極端子）が内部で接続され、共通ピン（ピン3およびピン8）に引き出されていることを意味します。各セグメント（A、B、C、D、E、F、G、小数点）のカソード（負極端子）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、対応するカソードピンを低電圧（通常はグランド）に接続し、コモンアノードピンに電流制限抵抗を介して正電圧を供給する必要があります。ピン配置は以下の通りです：ピン1（Eカソード）、ピン2（Dカソード）、ピン3（コモンアノード）、ピン4（Cカソード）、ピン5（DPカソード）、ピン6（Bカソード）、ピン7（Aカソード）、ピン8（コモンアノード）、ピン9（Fカソード）、ピン10（Gカソード）。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

絶対最大定格は、主要なはんだ付けパラメータを提供します：本デバイスは、パッケージ本体から1.6mm下で測定した場合、260°Cのピーク温度を3秒間耐えることができます。これは標準的な無鉛リフローはんだ付けプロファイルと互換性があります。設計者は、リフローオーブンの熱プロファイルがこの限界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）対策を講じるべきです。保管については、乾燥環境下で-35°Cから+85°Cの指定範囲を維持する必要があります。

7. アプリケーション推奨事項

7.1 代表的なアプリケーションシナリオ

このディスプレイは、以下を含むがこれらに限定されない、多数のアプリケーションに適しています：試験・測定機器（マルチメータ、オシロスコープ）、産業用制御パネル、医療機器、民生電子機器（オーディオアンプ、クロックラジオ）、自動車用アフターマーケットディスプレイ、計器パネル。その低消費電力要件は、携帯型・バッテリー駆動デバイスに理想的です。

7.2 設計上の考慮事項

• 電流制限：常に各コモンアノード接続に対して直列抵抗を使用し、セグメントを流れる電流を制限してください。抵抗値は次の式で計算されます：R = (V_電源- V_F) / I_F。5V電源、V_Fが2.2V、所望のI_Fが5mAの場合、抵抗は(5 - 2.2) / 0.005 = 560 Ωとなります。
• マルチプレクシング：複数の桁を駆動するには、マルチプレクシング技術が一般的に使用されます。これは、各桁のコモンアノードへの電源供給を高速で循環させながら、その桁に対応するセグメントデータを提示することを含みます。これにより、必要なマイクロコントローラのI/Oピン数を大幅に削減できます。
• 視野角：広い視野角機能は、ディスプレイが鋭いオフアクシス角度から見ても読みやすさを維持することを意味し、パネル取り付けデバイスにとって重要です。
• 熱管理：本デバイスは低消費電力ですが、25°Cを超える電流デレーティング仕様を遵守することは、特に密閉または高温環境での長期信頼性にとって極めて重要です。

8. 技術比較と差別化

LTS-5001AJRの主な差別化要因は、AlInGaP技術の使用と最適化された低電流性能です。従来のGaAsPやGaP LEDディスプレイと比較して、AlInGaPは著しく高い発光効率を提供し、同じ電流でより明るい出力、またははるかに低い電流で同等の輝度を実現します。優れた低電流特性（セグメントあたり1mAまで）のための特定の設計は、使用可能な輝度を得るためにより高い駆動電流を必要とするディスプレイとは一線を画し、電力に敏感な設計にとって優れた選択肢となります。連続した均一なセグメントと高いコントラスト比は、セグメントの継ぎ目が見えたりコントラストが悪いディスプレイと比較して、よりプロフェッショナルで読みやすい外観に貢献します。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: このディスプレイをマイクロコントローラのピンから直接駆動できますか？

A: できません。マイクロコントローラのピンは、通常、すべてのセグメントが同時に点灯した場合に安全に供給または吸収できる十分な電流（最大連続25mA）を持たず、電圧調整も提供しません。より高い電流を扱うトランジスタ（コモンアノード用）や/またはドライバIC（74HC595シフトレジスタや専用LEDドライバなど）を制御するためにマイクロコントローラを使用する必要があります。

Q: ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

A: ピーク波長は、LEDが最も多くの光パワーを発する単一波長です。主波長は、人間の目にLEDの出力と同じ色に見えるであろう単色光の単一波長です。LEDの場合、これらはしばしば近い値ですが、同一ではありません。

Q: 順電圧には範囲（2.0V-2.6V）があります。これは私の設計にどのように影響しますか？

A: 電流制限回路は、最大V_F（2.6V）に対して設計すべきです。これは、高V_Fのユニットであっても電流を駆動するのに十分な電圧が利用可能であることを保証するためです。代表的な2.2Vに対して設計した場合、2.6VのV_Fを持つユニットは、固定抵抗器両端の電圧降下が小さくなるため、電流が低くなり、より暗くなります。

10. 設計および使用事例

シナリオ：低消費電力デジタル温度計の設計LTS-5001AJRは優れた選択肢です。システムは3.3Vのマイクロコントローラと3Vのコインセルバッテリーで駆動されます。温度センサーがデータを提供します。マイクロコントローラは、マルチプレクシング構成で4本のI/Oピンを使用して、2つの7セグメント桁（10の位と1の位）を駆動します。電流制限抵抗は、セグメントあたりI_Fを2mAとして計算され、良好な視認性を維持しながらバッテリー寿命を最大化します（V_電源=3.3V、V_F=2.2V、R = (3.3-2.2)/0.002 = 550Ω）。ディスプレイの低電流要件により、温度計は単一のバッテリーで数ヶ月間動作することができます。高いコントラストと広い視野角により、様々な照明条件下で温度が容易に読み取れます。

11. 技術原理の紹介

7セグメントLEDディスプレイは、8の字型に配置された発光ダイオードの集合体です。7つのセグメント（AからGまでラベル付け）のそれぞれが独立したLEDです。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）および一部の文字を形成できます。基礎となる技術であるAlInGaPは、III-V族半導体化合物です。LEDのp-n接合に順電圧が印加されると、電子と正孔が再結合し、光子（光）の形でエネルギーを放出します。AlInGaP材料の特定のバンドギャップエネルギーが、この場合赤色である発光の波長（色）を決定します。スーパーレッドという名称は、高い発光効率を持つ特定の深い赤色の色合いを示します。コモンアノード構成は、シンク電流ドライバ（多くのマイクロコントローラやロジックICなど）を使用する場合に駆動回路を簡素化します。

12. 技術トレンド

7セグメントディスプレイの進化は、一般的なLED技術とともに続いています。基本的なフォームファクタは残っていますが、トレンドには以下が含まれます：1)高効率化：継続的な材料科学の改善（より先進的なInGaNおよびAlInGaP構造など）により、より低い電流でより明るいディスプレイが生み出され、電力消費がさらに削減されます。2)小型化：より小さな桁高とより細かいピッチを持つディスプレイが、コンパクトデバイス向けに開発されています。3)統合化：ドライバ電子回路がディスプレイモジュール自体に統合されることが増えており、ホストシステムへのインターフェースを単純なデジタル通信（I2C、SPI）に簡素化しています。4)カラーオプション：赤色はその視認性と効率から依然として人気がありますが、よりダイナミックなアプリケーション向けにフルカラーRGB 7セグメントディスプレイも利用可能です。5)代替技術：一部のアプリケーション、特に超低消費電力や太陽光下での視認性が最重要である場合には、セグメントLCDやOLEDが考慮されることがありますが、それらはしばしばLEDに固有の明るさや堅牢性を欠いています。