LTS-5703AJS 0.56インチ イエローLED 7セグメント表示器 データシート - 文字高14.22mm - 順方向電圧2.6V - 消費電力40mW - 技術文書

1. 製品概要

LTS-5703AJSは、高性能・低消費電力の7セグメントLED表示モジュールです。主な機能は、電子機器におい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。信頼性の高い低電流のデジタル表示が必要な計測器、民生電子機器、産業用制御パネルなどが中核的なアプリケーションです。

本デバイスは、優れた視認性とエネルギー効率を提供するソリューションとして位置付けられています。その中核的な利点は、先進的なAlInGaP半導体材料の使用に由来しており、従来技術と比較して比較的低い駆動電流で高輝度と良好な色純度を実現しています。

1.1 中核的利点とターゲット市場

本製品の市場ポジションを定義する主な特徴は、サイズと視認性のバランスが良い0.56インチ（14.22 mm）の文字高です。セグメントは連続的で均一であり、美しい文字表示を保証します。デバイスは低消費電力を要求するため、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。高輝度と高コントラストを実現し、広い視野角と組み合わせることで、様々な位置からの視認性を確保します。ソリッドステート構造は本質的な信頼性を提供します。最後に、デバイスは光度で選別されており、複数桁表示器における一貫した輝度マッチングを可能にします。

ターゲット市場には、ポータブル試験機器、デジタルマルチメータ、クロックラジオ、家電制御パネル、およびシンプルなダイレクトドライブの数値表示を必要とするあらゆる組み込みシステムの設計者が含まれます。

2. 技術仕様の詳細分析

本セクションでは、データシートで定義されたデバイスの技術パラメータについて、詳細かつ客観的な分析を提供します。

2.1 測光および光学的特性

光学的性能は表示器の機能の中核です。本デバイスはAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）イエローLEDチップを採用しています。これらは不透明なGaAs基板上に作製されており、光を前方に導き、コントラスト向上に寄与します。パッケージは淡灰色の面に白色セグメントを持ち、セグメントが消灯時のコントラストを高めるように設計された組み合わせです。

• 平均光度（I_V）：順方向電流（I_F）がわずか1mAで、最小320 µcdから代表値700 µcdの範囲です。このような輝度に対して非常に低い駆動電流は重要な仕様であり、システムの消費電力を極めて低く抑えることを可能にします。
• ピーク発光波長（λ_p）：代表値588 nmで、可視スペクトルの黄色領域に位置します。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：代表値15 nmで、比較的狭いスペクトル帯域幅を示し、純粋な黄色の発色に寄与します。
• 主波長（λ_d）：代表値587 nmで、ピーク波長とほぼ一致します。
• 光度マッチング比：I_F=1mAの類似発光面積条件下で最大2:1と規定されています。これは、1つのデバイス内またはデバイス間の異なるセグメントの輝度が2倍以上変化しないことを意味し、均一な外観を保証します。

光度は、CIE明所視感度曲線に近似したセンサーとフィルターを使用して測定されており、値が人間の視覚知覚と相関することを保証している点に注意することが重要です。

2.2 電気的パラメータ

電気的特性は、表示器と駆動回路のインターフェースを定義します。

• セグメントあたり順方向電圧（V_F）：I_F=20mAで代表値2.6V、最大2.6Vです。最小値は2.05Vです。設計者は、20mAで定格輝度を達成するために、駆動回路が少なくとも2.6Vを供給できることを確認する必要があります。
• セグメントあたり逆方向電流（I_R）：逆方向電圧（V_R）5Vで最大100 µAです。このパラメータは回路保護にとって重要です。逆方向電圧定格を超えるとLEDを損傷する可能性があります。
• セグメントあたり連続順方向電流：絶対最大定格は25 mAです。ただし、25°Cから直線的に0.33 mA/°Cのデレーティングファクターが適用されます。これは、周囲温度が高い場合、過熱や早期故障を防ぐために許容される最大連続電流を減らさなければならないことを意味します。
• ピーク順方向電流：特定の条件下（1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）で最大60 mAまでパルス駆動可能です。これにより、マルチプレクシング方式や輝度向上のための一時的なオーバードライブが可能になります。
• セグメントあたり消費電力：絶対最大値は40 mWです。この熱的制限は、電流デレーティングと組み合わせて、信頼性にとって極めて重要です。

2.3 熱的および環境定格

デバイスの動作限界は温度範囲によって定義されます。

• 動作温度範囲：-35°C から +105°C。この広い範囲により、産業用冷蔵庫から高温の機器筐体まで、様々な環境での使用に適しています。
• 保存温度範囲：-35°C から +105°C。
• はんだ付け条件：組み立て中、デバイス本体温度が最大定格温度を超えてはならないことを規定しています。ガイドラインは、はんだ付け点をパッケージの実装面から少なくとも1/16インチ（約1.6mm）下に位置させ、260°Cで3秒間のはんだ付けです。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、デバイスが光度で選別されていることを示しています。これはビニングプロセスを指します。この文書では特定のビンコードは提供されていませんが、このような表示器の典型的な選別には、標準試験電流（例：1mAまたは20mA）で測定された光度に基づいて製造されたユニットを分類することが含まれます。

ユニットは、定義された最小および最大強度値を持つビンにグループ化されます。これにより、顧客はアプリケーションに応じてビンを選択でき、複数桁表示器のすべての桁で輝度の一貫性を確保できます。例えば、設計者は、1mAでI_Vが500 µcdから600 µcdの間のビンからすべての表示器を調達するよう指定するかもしれません。規定されている2:1の強度マッチング比は、単一デバイス内、または標準ビン内で許容される最悪ケースの変動です。

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。特定のグラフは提供されたテキストでは詳細に説明されていませんが、その標準的な内容と重要性を推測することができます。

4.1 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）

この基本的な曲線は、LEDセグメントを流れる電流とその両端の電圧の関係を示します。非線形です。20mAでの代表的なV_F2.6Vはこの曲線上の一点です。この曲線は、設計者が電流制限抵抗を正しくサイジングし、特に平均電流と瞬時電流が異なるマルチプレクシング下での駆動回路の電圧要件を理解するのに役立ちます。

4.2 光度 vs. 順方向電流

このグラフは輝度制御にとって重要です。光出力が電流とともにどのように増加するかを示します。通常、ある範囲で線形ですが、非常に高い電流では飽和します。セグメントをわずか1mAで駆動できる能力は重要な特徴であり、この曲線は、代表的な20mA駆動と比較したその点での相対的な輝度を示すでしょう。

4.3 光度 vs. 周囲温度

LEDの光出力は接合温度が上昇すると減少します。この曲線はそのデレーティングを定量化します。高周囲温度で動作するアプリケーションにおいて、表示器が動作範囲全体で十分な明るさを維持することを保証するために不可欠です。

4.4 スペクトル分布

波長全体での相対的な光強度を示すグラフで、15 nmの半値幅を持つ588 nmのピークを中心としています。これにより、黄色の正確な色調が定義されます。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法と図面

本デバイスは、標準的な10ピン1桁7セグメント表示器のフットプリントを持ちます。データシートには詳細な寸法図が含まれています。主要な注記では、特に断りのない限り、すべての寸法はミリメートル単位で、標準公差は±0.25 mmであると規定されています。特定の注記として、ピン先端シフト公差が+0.4 mmであることが言及されており、これはPCBの穴配置やフローはんだ付けプロセスにとって重要です。

5.2 ピン接続と極性識別

本デバイスはカソードコモン構成を使用しています。これは、個々のLEDセグメントのすべてのカソード（負極端子）が内部で接続されていることを意味します。内部で接続された2つのカソードコモンピン（ピン3と8）があります。このデュアルピン設計は、電流分散とPCBレイアウトに役立ちます。各セグメント（A, B, C, D, E, F, G、および小数点）のアノード（正極端子）は別々のピンにあります。具体的なピン配置は次の通りです：1:E, 2:D, 3:カソードコモン, 4:C, 5:小数点, 6:B, 7:A, 8:カソードコモン, 9:F, 10:G。

5.3 内部回路図

提供された図は、カソードコモンアーキテクチャを視覚的に確認し、すべてのセグメントLEDのアノードが個々のピンに、カソードがピン3と8に接続されていることを示しています。

6. はんだ付けおよび組み立てガイドライン

絶対最大定格セクションは、重要な組み立てデータを提供します。規定されているはんだ付け条件は、スルーホール部品の業界標準です：はんだごての最高温度260°C、持続時間3秒以内、はんだ接合部はパッケージ本体から少なくとも1.6mm下に位置させ、LEDチップや内部ボンドへの熱伝達を最小限に抑えます。熱を伴う組み立てプロセス（フローはんだ付けや手動修理など）中は、表示器ユニット自体の温度が最大保存温度定格を超えないようにする必要があります。LEDデバイスに対する標準的な予防策として、静電気放電（ESD）を避けるための適切な取り扱いも必要です（明示的には記載されていませんが）。

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回路

カソードコモン表示器の場合、駆動回路は通常、カソードコモンピンをグランドに接続します。各セグメントアノードピンは、電流制限抵抗を介して正電源（V_CC）に接続されます。抵抗値は R = (V_CC - V_F) / I_F を使用して計算されます。例えば、5V電源、V_F2.6V、希望するI_F10mAの場合、抵抗は (5 - 2.6) / 0.01 = 240 オームとなります。表示器は、必要な電流（例：セグメントあたり10-20mA）を供給できる場合、マイクロコントローラのI/Oピンで直接駆動できますが、複数桁のマルチプレクシングには、外部ドライバトランジスタまたは専用LEDドライバICが必要になることがよくあります。

7.2 設計上の考慮事項と注意点

• 電流制限：常に直列抵抗を使用してください。LEDを電圧源に直接接続しないでください。
• マルチプレクシング：複数桁を駆動するには、桁を1つずつ高速に点灯させるマルチプレクシング方式が使用されます。ピーク電流は、低いデューティサイクルを補償して知覚される輝度を維持するために、より高く（最大60mA定格まで）設定できます。
• 視野角：広い視野角は有益ですが、表示器を取り付ける際には意図したユーザーの位置を考慮してください。
• 輝度マッチング：複数桁表示器の場合、同じ光度ビンからのデバイスを使用するか、変動が目立つ場合はPWMを使用したソフトウェア輝度キャリブレーションを実装してください。
• 低消費電力設計：バッテリーに敏感なアプリケーションでは、1mA駆動能力を活用してください。1mAでの輝度（最小320 µcd）は、屋内使用では十分なことが多いです。

8. 技術比較と差別化

LTS-5703AJSは、主にそのAlInGaP技術と極めて低い電流動作によって差別化されています。従来の赤色GaAsPまたはGaP LEDと比較して、AlInGaPはより高い効率を提供し、同じ電流でより高い輝度、またははるかに低い電流で同等の輝度を実現します。現代の高輝度赤色LEDと比較して、黄色は特定のアプリケーションでより良い視認性またはより低い眼精疲労を提供する可能性があります。その低いV_F（青色または白色LEDと比較して）も、低電圧システムにおける利点です。強度の選別は、単純な未選別の汎用表示器よりも均一性を必要とするアプリケーションで利点を提供します。

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3.3Vロジックで駆動できますか？

A: はい。代表的なV_Fは2.6Vなので、3.3V電源は十分なヘッドルームを提供します。それに応じて直列抵抗を計算してください。例：10mAの場合、R = (3.3 - 2.6) / 0.01 = 70 オーム。

Q: 2つのカソードコモンピンがある目的は何ですか？

A: それらは内部で接続されています。2つのピンを持つことで、合計カソード電流（すべての点灯セグメント電流の合計）を2つのPCBトレースとはんだ接合部に分散させ、信頼性を向上させ、電圧降下を潜在的に低減するのに役立ちます。

Q: 仕様書には最大連続電流25mAと、V_Fの試験条件20mAが示されています。設計にはどちらを使用すべきですか？

A: 20mAの数値は、V_Fや波長などの代表的な特性を報告するための標準試験条件です。信頼性の高い長期動作のためには、特に周囲温度が25°Cを超えることが予想される場合は、デレーティング曲線を尊重し、連続電流を20mA以下で設計することが賢明です。

Q: 4桁をマルチプレクシングする場合、同じ輝度を達成するにはどうすればよいですか？

A: 1/4デューティサイクルでは、同じ平均電流、したがって同様の知覚輝度を達成するために、瞬時セグメント電流を4倍にする必要があります。セグメントあたり平均5mAを希望する場合、各セグメントを20mAでパルス駆動します。このパルス電流（20mA）とそれに伴う瞬時消費電力が絶対最大定格（ピーク60mA、40mW）内にあることを確認してください。

10. 実用的なユースケース例

設計ケース：4桁ポータブルデジタル温度計。

設計目標は、長いバッテリー寿命と明瞭な視認性です。マイクロコントローラは限られたI/Oと電力予算を持っています。

実装：4つのLTS-5703AJS表示器をマルチプレクシング構成で使用します。4桁すべてで対応するセグメントアノード（A, B, C...）を一緒に接続します。各桁のカソードコモンは、マイクロコントローラピンで駆動される別々のNPNトランジスタによって制御されます。マイクロコントローラは、一度に1桁のカソードをオンにし、その桁のセグメントパターンを共通アノードラインに出力することを繰り返します。電力を節約するために、駆動電流は平均5mAに設定されます。1/4デューティサイクルでのマルチプレクシングを使用し、セグメントあたりの瞬時電流を20mA（5mA * 4）に設定します。これは60mAピーク定格内です。知覚される輝度は良好であり、セグメントあたりの平均消費電力は非常に低く、セグメントあたり10-20mAの連続電流を必要とする表示器を使用する場合と比較してバッテリー寿命を大幅に延長します。

11. 技術原理の紹介

LTS-5703AJSは、AlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）半導体材料をGaAs（ガリウムヒ素）基板上に成長させたものです。LEDでは、p-n接合に順方向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合金の特定の組成がバンドギャップエネルギーを決定し、それが直接発光の波長（色）を定義します。黄色の発光（約587-588 nm）は、アルミニウム、インジウム、ガリウムの特定の比率で達成されます。不透明なGaAs基板は迷光を吸収し、消灯セグメントを照らす可能性のある内部反射を防ぐことでコントラストを向上させます。カソードコモン構成は、マルチプレクシング中に単一のスイッチ（例：トランジスタ）で桁全体のオン/オフ状態を制御できるようにすることで、駆動回路を簡素化します。

12. 技術トレンドと背景

7セグメントLED表示器は特定のアプリケーションで重要な役割を果たし続けていますが、表示技術のより広範なトレンドは、ドットマトリックス形式（英数字およびグラフィックス用）や統合コントローラベースのモジュール（OLEDやTFTなど）へと移行しています。しかし、シンプルで頑丈、低コスト、低消費電力、高輝度、ダイレクトドライブの数値表示器のニッチは存続しています。このニッチ内での進化は、材料科学（効率向上のためのAlInGaPによる従来材料の置き換えなど）、より低い動作電圧と電流、より高い信頼性と広い温度範囲のための改良されたパッケージング、自動組み立てのための表面実装バージョンに焦点を当てています。LTS-5703AJSは、この進化における成熟した地点を表しており、意図された用途に対して性能と実用性のバランスを提供します。将来の開発では、内部に電流制限抵抗や単純なロジックを統合するかもしれませんが、多くの単純なアプリケーションでは、基本部品のシンプルさが依然として重要な利点です。