LTS-5601AJG 0.56インチ 7セグメントLED表示器 データシート - 文字高14.22mm - グリーンAlInGaP - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTS-5601AJGは、高性能な1桁7セグメント英数字表示モジュールです。その主な機能は、電子機器において明確で明るい数字および限定的なアルファベット文字の表示を提供することです。中核技術は、緑黄色スペクトルにおける高効率発光のために特別に設計された、リン化アルミニウムインジウムガリウム（AlInGaP）半導体材料に基づいています。このデバイスはコモンアノード構成に分類され、すべてのLEDセグメントのアノードが内部で共通ピンに接続されており、電流駆動回路を簡素化します。表示器は、反射を低減することでコントラストを高め、様々な周囲光条件下での視認性を向上させるグレーのフェースプレートを備えています。セグメント自体は、高い発光効率と人間の目に対する優れた視認性のために選ばれた、独特の緑色を発光します。この製品は、信頼性が高く、長寿命で、エネルギー効率の良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。

1.1 中核的利点とターゲット市場

この表示器は、幅広い産業用および民生用アプリケーションに適したいくつかの主要な利点を提供します。低消費電力は重要な利点であり、バッテリー駆動または省エネルギーを意識したシステムへの統合を可能にします。高輝度と高コントラスト比により、明るい環境下でも視認性が確保されます。広い視野角は、様々な視点から一貫した視覚性能を提供し、これはパネルメーターや計器にとって重要です。可動部がなく、衝撃や振動に対する耐性が高いLED技術のソリッドステート信頼性により、長い動作寿命が保証されます。また、このデバイスは輝度で分類されており、ユニットは特定の輝度基準を満たすようにビニングおよびテストされるため、製造ロットでの性能一貫性が保証されます。この部品のターゲット市場には、試験・測定機器、産業用制御パネル、医療機器、自動車ダッシュボード（アフターマーケットまたは補助表示用）、民生用家電、および耐久性があり明確な数値表示を必要とするあらゆる電子システムが含まれます。

2. 技術パラメータ詳細解説

このセクションでは、データシートに規定されている主要な電気的、光学的、熱的パラメータの詳細かつ客観的な分析を提供します。これらの値を理解することは、適切な回路設計と、表示器が安全かつ最適な性能範囲内で動作することを保証するために重要です。

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生じ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。

• セグメントごとの電力損失：70 mW。これは、損傷のリスクなく単一セグメントが熱（および光）に変換できる電気的電力の最大量です。この値を超えると、特に連続的に超えると、過熱、ルーメン減衰の加速、最終的な故障につながる可能性があります。
• セグメントごとのピーク順方向電流：60 mA（1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）。この定格により、より高い電流の短いパルスを使用して瞬間的な輝度のピークを達成することができ、マルチプレクシング方式やハイライト表示に有用です。指定されたデューティサイクルとパルス幅は重要です。平均電流は依然として連続定格に準拠する必要があります。
• セグメントごとの連続順方向電流：25 mA（25°C）。これは、セグメントの定常状態、連続点灯のための推奨最大電流です。データシートは、25°C以上で0.33 mA/°Cのデレーティング係数を規定しています。これは、周囲温度（Ta）が上昇すると、過熱を防ぐために許容される最大連続電流を直線的に減少させなければならないことを意味します。例えば、50°Cでは、最大電流は 25 mA - (0.33 mA/°C * 25°C) = 16.75 mA となります。
• セグメントごとの逆電圧：5 V。LEDは低い逆方向降伏電圧を持ちます。5Vを超える逆バイアスを印加すると、逆電流が急増し、PN接合を損傷する可能性があります。
• 動作・保管温度範囲：-35°C から +85°C。この広い温度範囲内で動作および保管できるように定格されており、過酷な環境に適しています。
• はんだ付け温度：260°C、3秒間（実装面から約1.6mm下で測定）。これは、組立中のLEDチップへの熱損傷を避けるためのリフローはんだ付けプロファイルを定義します。

2.2 電気的・光学的特性

これらのパラメータは、特定の試験条件下（通常Ta=25°C）で測定され、デバイスの標準的性能を定義します。

• 平均光度（I_V）：320 μcd（最小）、900 μcd（標準） at I_F=1mA。これは、セグメントから放射される知覚される光のパワーの尺度です。広い範囲（最小から標準）は製造における自然なばらつきを示しています。設計者は、最悪ケースの輝度計算には最小値を使用すべきです。1mAの試験電流は、輝度効率を特性評価するための標準的な低電流条件です。
• ピーク発光波長（λ_p）：571 nm（標準） at I_F=20mA。これは、放射光のスペクトルパワー分布が最大となる波長です。571 nmは可視スペクトルの緑黄色領域にあります。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：15 nm（標準）。これは、放射光のスペクトル純度または帯域幅を示します。15 nmという値は比較的狭く、AlInGaP LEDの特徴であり、飽和した緑色をもたらします。
• 主波長（λ_d）：572 nm（標準）。これは、人間の目が光の色に最も一致すると知覚する単一波長です。この場合、ピーク波長に非常に近い値です。
• セグメントごとの順方向電圧（V_F）：2.05V（最小）、2.6V（標準） at I_F=20mA。これは、動作時のLEDセグメント両端の電圧降下です。電流制限回路の設計に重要です。駆動電源電圧はV_Fよりも高くなければなりません。標準的な2.6Vは、標準的なGaAsP赤色LEDよりも高いですが、多くの青色/白色LEDよりも低い値です。
• セグメントごとの逆電流（I_R）：100 μA（最大） at V_R=5V。これは、最大逆電圧が印加されたときのリーク電流です。
• 光度マッチング比（I_V-m）：2:1（最大）。これは、同一条件下（I_F=1mA）で駆動された場合の、単一デバイス内の最も明るいセグメントと最も暗いセグメントの間の最大許容比率を指定します。2:1の比率により、外観上の合理的な均一性が確保されます。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、本製品が輝度で分類されていると示しています。これは、製造後にビニングと呼ばれる選別プロセスを指します。製造後、個々の表示器はテストされ、主要なパラメータに基づいて異なる性能グループ（ビン）に分類されます。LTS-5601AJGの場合、主なビニング特性は、標準テスト電流（おそらく1mAまたは20mA）における輝度です。これにより、顧客は一貫した輝度レベルのユニットを受け取ることが保証されます。データシートは最小/標準の全範囲を提供していますが、製造ロットは通常、より狭い輝度帯域内で提供されます。設計者は、利用可能なビンコードについては、特定の調達文書またはメーカーに確認する必要があります。複数の表示器を並べて使用するアプリケーションでは、一貫したビニングが不可欠であり、ユニット間の目立つ輝度差を防ぎます。

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。具体的なグラフは本文には提供されていませんが、その標準的な内容と重要性を推測することができます。これらの曲線は、主要なパラメータ間の関係を視覚的に表し、単一点のデータよりも深い洞察を提供します。

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を流れる電流とその両端の電圧との間の指数関数的関係を示します。順方向電圧（V_F）の仕様を図示しています。曲線は膝電圧（約2V付近）を示し、その後、電圧のわずかな増加で電流が急速に増加します。これは、熱暴走を防ぐために、LEDが電圧源ではなく電流制限源によって駆動されなければならない理由を強調しています。

4.2 輝度 vs. 順方向電流

この曲線は、光出力が駆動電流とともにどのように増加するかを示します。AlInGaP LEDの場合、この関係は広い電流範囲で一般的に線形ですが、非常に高い電流では効率低下（発熱増加）により準線形になります。この曲線は、設計者が効率と寿命をバランスさせながら所望の輝度を達成するための動作電流を選択するのに役立ちます。

4.3 輝度 vs. 周囲温度

この曲線は、光出力の温度依存性を描いています。LEDの接合温度が上昇すると、その光度は一般的に減少します。この曲線の傾きは、輝度の温度デレーティングを定量化します。これは、高温環境で動作する設計にとって重要であり、表示器が室温よりも暗く見える可能性があります。

4.4 相対強度 vs. 波長（スペクトル）

このグラフはスペクトルパワー分布をプロットし、各波長で放射される光の強度を示します。571-572 nmのピーク/主波長を中心とし、15 nmの半値幅で定義される形状を持つでしょう。この曲線は、LEDの色特性を確認します。

5. 機械的・パッケージ情報

デバイスは詳細なパッケージ寸法図（本文では参照のみで詳細はなし）とともに提示されています。主要な機械的特徴には、0.56インチ（14.22 mm）の文字高さが含まれ、これは中～大型数値表示器の標準サイズです。パッケージはスルーホールタイプ（DIP - デュアルインラインパッケージ）で、0.1インチ（2.54 mm）ピッチの10ピンを持ち、PCB実装と手動プロトタイピングを容易にする一般的な標準です。グレーのフェースと緑のセグメントはパッケージデザインの一部です。説明中のRt. Hand Decimalの注記は、数字に対する小数点の位置を示します。右側小数点はほとんどの数値表示器で標準です。内部回路図はコモンアノード接続を示しています：ピン3と8は内部で接続され、すべてのセグメントの共通アノードとして機能し、ピン1、2、4、5、6、7、9、10はそれぞれセグメントE、D、C、DP、B、A、F、Gの個別のカソードです。この構成は、マイコンを用いたマルチプレクシングに最適であり、コモンアノードを順次駆動（ソース）し、カソードを電流制限抵抗を介してグランドにシンクさせて特定のセグメントを点灯させます。

6. はんだ付け・組立ガイドライン

信頼性を維持するためには適切な取り扱いが不可欠です。絶対最大定格は、実装面から1.6mm下で測定した、260°C、3秒間のはんだ付け温度を規定しています。これは標準的な無鉛リフローはんだ付けプロファイル（例：IPC/JEDEC J-STD-020）に適合します。フローはんだ付けや手はんだ付けの際には、LEDチップ、ワイヤーボンディング、またはプラスチックパッケージへの損傷を防ぐために、総加熱時間を最小限に抑える注意が必要です。手はんだ付け時には、リードにヒートシンクを使用することが推奨されます。パッケージやリードに機械的ストレスを加えないでください。保管は、指定された-35°Cから+85°Cの温度範囲内で、湿気吸収（リフロー時のポップコーン現象の原因となる）や材料劣化を防ぐために、乾燥した静電気防止環境で行うべきです。

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

LTS-5601AJGのようなコモンアノード表示器の最も一般的な駆動方法はマルチプレクシングです。マルチプレクス回路では、コモンアノードピン（3 & 8）は、ハイサイドスイッチとして機能するNPNトランジスタ（またはNチャネルMOSFET）のコレクタ（またはドレイン）に接続されます。エミッタ/ソースは正電源（Vcc）に接続されます。ベース/ゲートはマイコンGPIOピンによって制御されます。各セグメントカソードピンは電流制限抵抗に接続され、その後、マイコンによって制御される2番目のトランジスタまたは専用LEDドライバIC（電流シンクとして構成）に接続されます。マイコンは、1桁のアノードトランジスタを一度に1つずつ点灯させながら、その桁に適切なカソードパターンを設定することを高速で繰り返します。残像効果により、すべての桁が連続して点灯しているように見えます。セグメントごとの典型的な順方向電流は10-20 mAが使用され、抵抗は R = (Vcc - V_F- V_CE(sat)) / I_Fとして計算されます。5V電源、V_F=2.6V、V_CE(sat)=0.2V、目標I_F=15mAの場合、R = (5 - 2.6 - 0.2) / 0.015 ≈ 147 Ω（150 Ωを使用）。

7.2 設計上の考慮事項

• 電流制限：常に直列抵抗または定電流ドライバ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周波数：目に見えるちらつきを避けるために十分に高いリフレッシュレート（通常、桁ごとに>60 Hz）を使用してください。4桁マルチプレクスの場合、スキャンレートは>240 Hzであるべきです。
• マルチプレクシング時のピーク電流：各桁は時間の一部しか点灯しないため（N桁の場合、デューティサイクル = 1/N）、所望の平均輝度を達成するために、セグメントごとの瞬間電流を連続DC定格よりも高く設定することができますが、ピーク順方向電流定格を超えてはなりません。例えば、4桁マルチプレクス（1/4デューティ）で、10mA DCに相当する平均輝度を達成するには、40mAのパルスで駆動することができ、これは60mAのピーク定格内です。
• 視野角：エンドユーザーの視認性を確保するために、広い視野角を考慮して表示器を配置してください。
• ESD保護：明示的に敏感とは記載されていませんが、すべての半導体デバイスに対して、取り扱いおよび組立中の標準的なESD予防措置を講じることをお勧めします。

8. 技術比較と差別化

LTS-5601AJGは、主にAlInGaP技術の使用によって差別化されています。赤色および黄色LEDに使用される標準的なGaAsP（リン化ガリウムヒ素）のような古い技術と比較して、AlInGaPは著しく高い発光効率を提供し、同じ入力電流でより明るい表示、またはより低い電力で同等の輝度を実現します。また、より優れた温度安定性と色飽和度も提供します。GaP（リン化ガリウム）緑色LEDと比較して、AlInGaP緑色は一般的により純粋な緑色（より短い波長）と高い効率を持ちます。現代のInGaN（窒化インジウムガリウム）青色/緑色/白色LEDと比較すると、AlInGaPは一般的に赤-琥珀-黄-緑スペクトルでより効率的ですが、青色または白色光を生成することはできません。純粋な緑色の数値表示には、AlInGaPは高性能で成熟した技術選択肢です。そのコモンアノード構成は、マイコンベースのシステムにとって実用的な利点でもあり、駆動回路のソース側を簡素化します。

9. よくある質問（パラメータに基づく）

9.1 2つのコモンアノードピン（3と8）がある目的は何ですか？

2つのピンは内部で接続されています。この設計は複数の目的を果たします：1）パッケージの対称性と機械的安定性を提供します。2）より良い電流分布を可能にし、単一ピンを通る電流密度を低減します。これは高輝度アプリケーションに有益です。3）PCBレイアウトの柔軟性を提供します。設計者は、1つまたは両方のピンを駆動回路に接続することを選択できます。

9.2 3.3Vマイコンシステムでこの表示器を駆動できますか？

はい、可能ですが、注意深い設計が必要です。標準的な順方向電圧（2.6V）は3.3V未満なので、駆動は可能です。しかし、単純な直列抵抗の場合、電圧ヘッドルーム（3.3V - 2.6V = 0.7V）が低くなります。この小さな電圧降下は、V_Fまたは電源電圧のわずかな変動が電流に大きな変化を引き起こすことを意味します。安定した動作のためには、単純な抵抗ではなく、低いヘッドルーム電圧で動作できる専用の定電流LEDドライバICまたはトランジスタベースの定電流源を使用することが望ましいです。

9.3 表示器の総消費電力をどのように計算しますか？

すべてのセグメントと小数点が点灯する静的（非マルチプレクス）表示の場合：電力 = 点灯セグメント数 * I_F* V_F。I_F=20mA、V_F=2.6Vで8セグメント（7+DP）の場合、P = 8 * 0.02 * 2.6 = 0.416 W。マルチプレクスアプリケーションでは、平均電力は時間平均した各点灯セグメントの電力の合計です。一度に1桁だけアクティブな4桁マルチプレクスの場合、セグメントごとの平均電流はI_F/ 4です。

10. 実践的設計ケーススタディ

シナリオ：マイコンを使用したシンプルな4桁電圧計表示の設計。

実装：4つのLTS-5601AJG表示器を使用します。各桁のコモンアノードは、NPNトランジスタ（例：2N3904）を介して4つの別々のGPIOピンに接続されます。4つの表示器すべてからの8つのセグメントカソード（A-GおよびDP）はまとめられ、150Ωの電流制限抵抗を介して他の8つのGPIOピンに接続されます。マイコンはADCで電圧を測定し、それを10進数に変換し、4桁を抽出します。その後、連続ループに入ります：すべてのアノードトランジスタをオフにし、桁1の値のカソードパターンを設定し、桁1のアノードトランジスタをオンにし、短時間（約2ms）待機し、次に桁2、3、4に対して繰り返します。このサイクルは100 Hz以上の速度で繰り返され、表示が固く見えるようにします。輝度は、電流制限抵抗の値および/または各桁の期間内のデューティサイクル（オン時間）によって制御されます。

11. 動作原理

LTS-5601AJGは、半導体PN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います。活性領域は、不透明なGaAs基板上に成長させたAlInGaP層で構成されています。接合の内蔵電位を超える順方向バイアス電圧（アノードがカソードに対して正）が印加されると、N型材料からの電子とP型材料からの正孔が活性領域に注入されます。そこで、それらは再結合し、光子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、それが今度は放射光の波長（色）を決定します—この場合は緑色（約572 nm）。不透明な基板は放射光を外側に反射するのに役立ち、全体的な光取り出し効率を向上させます。グレーのフェースフィルターは周囲光を吸収し、下地材料からの反射を低減することでコントラストを高めます。

12. 技術トレンド

AlInGaP技術は、高効率の赤色、琥珀色、純粋な緑色LEDのための成熟し高度に最適化されたソリューションです。このようなインジケータ用表示技術の現在のトレンドには、さらなる高発光効率（ワットあたりのルーメン数の向上）への継続的な推進により、消費電力の低減と発熱の削減を可能にすることが含まれます。また、より高い最大駆動電流とより良い熱管理を可能にするパッケージングの継続的な開発も行われており、より明るい表示器を実現しています。さらに、統合が重要なトレンドです。ディスクリート7セグメント表示器はそのシンプルさとコスト効率のために依然として人気がありますが、ドライバIC、マイコンインターフェース（I2CやSPIなど）、時にはキャラクタジェネレータを含む統合表示モジュールの市場が成長しており、エンジニアの設計プロセスを簡素化しています。しかし、カスタマイズ、高輝度、または特定の機械的形状を必要とするアプリケーションでは、LTS-5601AJGのようなディスクリート部品が依然として不可欠で信頼性の高い選択肢です。