LTD-5023AJR 0.56インチ AlInGaP スーパーレッド LED 7セグメント表示器 データシート - 文字高 14.22mm - 順電圧 2.6V - 消費電力 70mW - 技術文書

1. 製品概要

LTD-5023AJRは、高性能で低消費電力の7セグメントLED表示モジュールです。その主な機能は、デジタル表示を必要とする電子機器に対して、明瞭で明るい数値および限定的な英数字の出力を提供することです。中核技術はAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）半導体材料に基づいており、高効率かつ高信頼性のスーパーレッド色を生成するために特別に設計されています。

本デバイスはカソードコモン型に分類され、各桁のLEDのすべてのカソードが内部で接続されていることを意味します。この構成は、特にマルチプレックス（時分割駆動）用途において、駆動回路を簡素化します。各桁に右側小数点が備わっており、柔軟な数値表現が可能です。表示器はソリッドステート構造が特徴で、耐衝撃性、寿命、電力効率の点で、真空蛍光管や白熱灯表示などの旧来技術に比べて優位性があります。

2. 技術仕様の詳細

2.1 測光および光学特性

光学性能は、この表示器の機能の中核です。主要色はAlInGaPチップによって実現されるスーパーレッドと定義されています。周囲温度25℃で測定された主要な光学パラメータは以下の通りです：

• 平均光度（I_V）：各セグメントあたりの順電流（I_F）が非常に低い1mAで駆動した場合、最小320µcdから代表的最大値700µcdの範囲です。低電流でのこの高い輝度は重要な特徴です。
• ピーク発光波長（λ_p）：代表値は639ナノメートル（nm）です。これは、発光スペクトルにおける最高強度の特定の点を定義します。
• 主波長（λ_d）：代表値は631 nmです。これは人間の目が知覚する波長であり、色の仕様にとって極めて重要です。
• スペクトル半値幅（Δλ）：約20 nmです。このパラメータは、発光帯のスペクトル純度または狭さを示します。
• 光度マッチング比（I_V-m）：I_F=1mA時、最大2:1です。これは、同一桁内の異なるセグメント間の輝度の均一性を保証し、一貫した視覚的外観にとって重要です。

すべての光度測定は、CIE明所視感度曲線に較正されたセンサーとフィルターの組み合わせを使用して行われ、人間の視覚に関連するデータを保証しています。

2.2 電気的特性および絶対最大定格

これらの定格を遵守することは、信頼性の高い動作とデバイスの永久損傷を防ぐために不可欠です。

• セグメントあたり連続順電流：絶対最大値は25 mAです。周囲温度（T_A）が25℃を超える場合、0.33 mA/℃の線形デレーティング係数が適用されます。
• セグメントあたりピーク順電流：最大90 mAですが、1/10デューティサイクル、パルス幅0.1msのパルス条件下でのみです。これにより、マルチプレックスシステムでより高いピーク輝度を達成するために、短時間の過駆動が可能になります。
• セグメントあたり消費電力：最大70 mWです。この制限は、順電流定格と組み合わさり、動作条件下での最大許容順電圧を決定します。
• セグメントあたり逆電圧：最大5ボルトです。これを超えるとLED接合部が損傷する可能性があります。
• セグメントあたり順電圧（V_F）：代表値2.6V、試験電流（I_F）20mA時最大2.6Vです。最小値は2Vと記載されています。
• セグメントあたり逆電流（I_R）：逆電圧（V_R）5V印加時、最大100 µAです。

2.3 熱および環境仕様

• 動作温度範囲：-35℃ から +85℃。この広い範囲により、産業用制御装置から民生電子機器まで、様々な環境条件に適しています。
• 保存温度範囲：-35℃ から +85℃。
• 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）下の位置で測定した260℃のはんだ温度に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セスと互換性があります。

3. ビニングおよび分類システム

データシートは、本デバイスが光度で分類されていると明記しています。これは、標準試験電流（おそらく1mAまたは20mA）で測定された光出力に基づいて表示器を選別する生産ビニングプロセスを示しています。ビンは最小および/または代表的な強度値（例：320-700 µcdの範囲）によって定義されます。これにより、設計者はアプリケーションに適した一貫した輝度レベルの部品を選択でき、製品内の複数ユニット間で均一な外観を保証できます。この特定のシートでは詳細には記載されていませんが、同様のデバイスでは、電気的および色の一貫性を保証するために、順電圧（V_F）および主波長（λ_d）のビンが設けられていることがよくあります。

4. 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。本文中に具体的なグラフは提供されていませんが、このようなデバイスの標準的な曲線には通常、以下が含まれます：

• 順電流対順電圧（I-V曲線）：指数関数的関係を示し、電流制限回路の設計に不可欠です。膝電圧は代表的なV_Fである2.6V付近です。
• 光度対順電流（I-L曲線）：光出力が電流とともにどのように増加するかを示し、通常、動作範囲内ではほぼ線形関係にあります。低電流（1mA）での高効率性を強調しています。
• 光度対周囲温度：接合温度が上昇するにつれて光出力が減少する様子を示し、高温または高出力アプリケーションで重要です。
• スペクトル分布曲線：相対強度対波長のプロットで、指定された20 nmの半値幅を持つ631-639 nm領域を中心としています。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 物理寸法

表示器の文字高は0.56インチ（14.22 mm）です。パッケージ寸法図が参照されており、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指定されています。物理パッケージには、2つの完全な7セグメント桁とそれぞれの小数点が収められています。

5.2 ピン接続および内部回路

本デバイスは18ピン構成です。ピン配置は明確に定義されています：

• ピン1-12, 15-18：桁1および桁2の個々のセグメント（A-G, DP）のアノード接続。
• ピン13および14：それぞれ桁2および桁1のコモンカソード。

内部回路図はカソードコモン配置を示しています：特定の桁のすべてのLEDは共通のカソードピンを共有し、各セグメント（および小数点）はそれぞれ独立したアノードピンを持ちます。これはカソードコモン型多桁表示器の標準構成です。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

提供されている主要な組立仕様は、はんだ付けプロファイルです：実装面から1.6mm下の位置で260℃、3秒間。これは表面実装デバイスのリフローはんだ付けに関するIPC/JEDEC標準に準拠しています。ベストプラクティスには以下が含まれます：

• 熱ストレスを最小限に抑えるために、ピーク温度まで適切に立ち上がり、そこから冷却するプロファイルを持つ制御されたリフローオーブンを使用すること。
• 半導体チップやプラスチックレンズの過熱や損傷を防ぐために、LEDパッケージに直接手はんだ付けを行わないこと。
• リフロー時にポップコーン現象を引き起こす可能性のある湿気吸収を防ぐために、組立前に表示器を乾燥環境で保管すること。

7. アプリケーション提案

7.1 代表的なアプリケーションシナリオ

この表示器は、明瞭で低消費電力の数値表示を必要とするアプリケーションに理想的です：

• 試験・測定機器：マルチメータ、周波数カウンタ、電源装置。
• 産業用制御装置：パネルメータ、プロセスインジケータ、タイマー表示。
• 民生電子機器：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：計器および診断ツール（環境仕様が適合する場合）。

7.2 設計上の考慮事項

• 電流制限：LEDは電流駆動デバイスです。各アノードピンは、直列の電流制限抵抗を介して駆動する必要があります。抵抗値は R = (V_supply- V_F) / I_F として計算されます。代表的なV_Fである2.6Vと、良好な輝度を得るための望ましいI_Fである5-10mAを使用するのが一般的です。
• マルチプレックス（時分割駆動）：マイクロコントローラインターフェース：
• 通常、アノードを制御するためのGPIOピンまたは専用LEDドライバIC（シフトレジスタや定電流ドライバなど）と、マルチプレックス中に各コモンカソードピンから電流をシンクするトランジスタ（NPNまたはNチャネルMOSFET）が必要です。視野角：
• データシートは広い視野角に言及しており、表示器がオフアクシス位置から見られる可能性のあるアプリケーションに有益です。8. 技術比較および差別化

LTD-5023AJRは、いくつかの主要な特徴によって差別化されています：

AlInGaP技術：

• 旧来のGaAsPやGaP LEDと比較して、AlInGaPは特に赤/オレンジ/琥珀色スペクトルにおいて、はるかに高い発光効率を提供し、より低い電流でより明るい出力をもたらします。低電流動作：
• 優れた低電流特性（セグメントあたり1mAまで）のための明示的な試験と選別により、バッテリー駆動またはエネルギーに敏感なアプリケーション（あらゆるミリアンペアが重要）で優れています。セグメントマッチング：
• 光度マッチング比（最大2:1）の保証は、視覚的な一貫性を確保し、これは低グレードの表示器では必ずしも保証されていません。コントラスト：
• 明るいグレーの面と白いセグメント色、そして高い輝度の組み合わせが、優れた文字表示と高いコントラストに寄与し、読みやすさを向上させます。9. 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: いいえ。各アノードと直列に電流制限抵抗を使用する必要があります。5V電源で目標電流10mAの場合、抵抗値は約 (5V - 2.6V) / 0.01A = 240オームになります。

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からの最高エネルギー出力の物理的な点です。主波長は、人間の目が知覚する色の単一波長であり、わずかに異なる場合があります。両方が完全な光学仕様のために提供されています。

Q: 2桁を独立して使用するにはどうすればよいですか？

A: それぞれの独立したコモンカソードピン（桁1はピン14、桁2はピン13）を介して制御します。一方のカソードをLow（グランド）にし、もう一方をHigh（未接続）に保つことで、アクティブな桁を選択できます。その後、その桁で点灯させたいセグメントのアノードピンに電圧を印加します。

Q: この表示器は屋外使用に適していますか？

A: 動作温度範囲（-35℃ から +85℃）は非常に堅牢です。ただし、データシートは、ほこりや水に対する侵入保護（IP）定格を指定していません。屋外使用では、追加の保護カバーまたは筐体が必要になる可能性があります。

10. 実践的な設計および使用例

シナリオ：マイクロコントローラを使用した簡単な2桁電圧計表示の設計。

ハードウェア接続：

1. 表示器の18ピンをマイクロコントローラシステムに接続します。2つのコモンカソードピン（13, 14）は2つのNPNトランジスタ（例：2N3904）に接続し、トランジスタのコレクタをカソードに、エミッタをグランドに、ベースをベース抵抗を介してマイクロコントローラのGPIOピンに接続します。16本のアノードピン（両方の桁のセグメントA-GおよびDP用）は、マイクロコントローラの16本のGPIOピンに、それぞれ220-330オームの電流制限抵抗を介して接続します。ソフトウェアロジック（マルチプレックス）：
2. ファームウェアは数ミリ秒ごとにタイマー割り込みを実行します。割り込みサービスルーチン内で：両方のカソード駆動トランジスタをOFFにします（GPIOをHighに設定）。
   • 点灯させる必要があるセグメントに対応するアノードピンのGPIOを設定します（
   • 桁1用）。.
   • 桁1のカソード用のトランジスタをONにします（GPIOをLowに設定）。短時間（例：1-5ms）待機します。桁1のカソードをOFFにします。
   • 桁2用のアノードピンのGPIOを設定します（
   • 桁2
   • 用）。桁2のカソード用のトランジスタをONにします。.
   • 短時間待機します。繰り返します。人間の目はこの高速切り替えを、両方の桁が連続して点灯していると知覚します。 cathode.
   • 電流計算：
   • 各桁が50%の時間（50%デューティサイクル）ONで、平均セグメント電流を5mAにしたい場合、ON時間中の瞬時電流を10mAに設定します。抵抗値はこの10mAの値を使用して計算されます。
3. 11. 動作原理本デバイスは、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。接合の内蔵電位（AlInGaPの場合約2.0-2.6V）を超える順電圧が印加されると、N型材料からの電子が活性領域でP型材料からの正孔と再結合します。この再結合イベントは、光子（光）の形でエネルギーを放出します。AlInGaP結晶格子の特定の組成がバンドギャップエネルギーを決定し、それが直接放出光の波長（色）を決定します—この場合は赤色スペクトル（631-639 nm）です。7つのセグメントは、8の字型に配置された個々のLEDチップです。これらのセグメントの異なる組み合わせを選択的に通電することにより、数字0-9といくつかの文字を形成できます。

12. 技術トレンドと背景

この製品は、LED表示技術の成熟し高度に最適化された分野を代表しています。AlInGaPは、高効率の赤、オレンジ、琥珀色LEDのための確立された材料システムです。表示技術の現在のトレンドは、複雑なグラフィックスのためのOLEDやマイクロLEDのような高密度、フルカラーソリューションに向かっています。しかし、7セグメントLED表示器は、極端な信頼性、長寿命（しばしば100,000時間を超える）、低コスト、高輝度、インターフェースの簡素さ、様々な照明条件下での優れた読みやすさを優先するアプリケーションにおいて、依然として代替不可能です。この分野の発展は、効率（ルーメン毎ワット）のさらなる向上、コントラスト比の改善、超低消費電力IoTデバイスのためのさらに低い駆動電流の実現に焦点を当てており、この技術が予見可能な将来において、産業、計測、特定の民生アプリケーションで関連性を保ち続けることを保証しています。

. Technology Trends and Context

This product represents a mature and highly optimized segment of LED display technology. AlInGaP is a well-established material system for high-efficiency red, orange, and amber LEDs. Current trends in display technology are moving towards higher-density, full-color solutions like OLEDs and micro-LEDs for complex graphics. However, seven-segment LED displays remain irreplaceable in applications prioritizing extreme reliability, long lifespan (often exceeding 100,000 hours), low cost, high brightness, simplicity of interface, and excellent readability in various lighting conditions. Developments in this field focus on further increasing efficiency (lumens per watt), improving contrast ratios, and enabling even lower driving currents for ultra-low-power IoT devices, ensuring this technology's continued relevance in industrial, instrumentation, and specific consumer applications for the foreseeable future.