LTS-547AJG 0.52インチ AlInGaP グリーンLED 7セグメント表示器 データシート - 文字高13.2mm - 順方向電圧2.6V - 技術文書

1. 製品概要

LTS-547AJGは、明確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た、高性能な単一桁の英数字7セグメント表示モジュールです。その主な機能は、高い視認性を備えたデジタル表示を提供することです。コア技術として、発光効率の高い緑色光を生成することで知られるAlInGaP（アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン）半導体材料を発光チップに採用しています。グレーの表示面と白いセグメントマーキングにより、様々な照明条件下でのコントラストを最適化し、視認性を向上させています。コモンカソード型の表示器として構成されており、個々のLEDセグメントのカソードは内部で共通ピンに接続されています。これにより、駆動回路の設計が簡素化されます。本表示器は、RoHSなどの環境指令に準拠した無鉛部品として分類されています。

1.1 中核的利点とターゲット市場

本表示器は、幅広い産業用および民生用アプリケーションに適した、いくつかの重要な利点を提供します。高輝度と優れたコントラスト比により、明るい環境下でも視認性を確保します。広い視野角により、表示された文字は様々な位置から、輝度や明瞭さを大きく損なうことなく読み取ることができます。本デバイスは、他の表示技術と比較して、可動部がなく、衝撃や振動に強いという、ソリッドステートの信頼性を誇ります。低消費電力であるため、バッテリー駆動や省エネデバイスに理想的です。連続的で均一なセグメントは、クリーンでプロフェッショナルな文字表示を実現します。典型的なターゲット市場には、試験・計測機器、産業用制御パネル、医療機器、自動車のダッシュボード（補助表示用）、民生用家電製品、およびコンパクトで信頼性の高い数値表示を必要とするあらゆる電子機器が含まれます。

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および光学的パラメータについて、詳細かつ客観的な解釈を提供します。これらのパラメータを理解することは、適切な回路設計と長期信頼性の確保に極めて重要です。

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ストレスの限界を定義します。この限界値以上での動作は保証されておらず、避けるべきです。

• セグメント当たりの電力損失：最大70 mW。これは、連続動作時に単一のLEDセグメントが安全に熱として放散できる最大電力です。これを超えると、過熱やLEDチップの加速劣化を引き起こす可能性があります。
• セグメント当たりのピーク順方向電流：最大60 mA、ただし特定のパルス条件下（デューティサイクル1/10、パルス幅0.1 ms）のみ有効です。この定格は、マルチプレクシング方式で使用される短時間の高電流パルス用であり、連続DC動作用ではありません。
• セグメント当たりの連続順方向電流：25°C時で最大25 mA。これはDC駆動電流を設計するための重要なパラメータです。重要なことに、この定格は25°Cを超えると0.33 mA/°Cの割合で直線的に低下（デレーティング）します。例えば、周囲温度（Ta）が85°Cの場合、許容される最大連続電流は次のようになります：25 mA - ((85°C - 25°C) * 0.33 mA/°C) = 25 mA - 19.8 mA =5.2 mA。このデレーティングは熱管理に不可欠です。
• セグメント当たりの逆電圧：最大5 V。これより高い逆バイアス電圧を印加すると、LED接合部の破壊や故障を引き起こす可能性があります。
• 動作・保管温度範囲：-35°C から +105°C。デバイスはこの広い温度範囲内で動作および保管することができます。
• はんだ付け温度：最大260°C、最大3秒間（実装面から1.6mm下で測定）。これは、プラスチックパッケージや内部ボンディングへの損傷を防ぐための、フローはんだ付けやリフロー工程において重要な条件です。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、Ta=25°Cおよび規定の試験条件下で測定された、典型的な動作パラメータです。デバイスの期待される性能を定義します。

• 平均光度（I_V）：I_F=1mA時、320 μcd（最小）、750 μcd（標準）。これは光出力の尺度です。この広い範囲は、ビニングプロセスを示しています。デバイスは実際に測定された強度に基づいて分類されます。
• ピーク発光波長（λ_p）：I_F=20mA時、571 nm（標準）。これは、発光強度が最も高くなる波長であり、可視スペクトルの緑色領域に位置します。
• スペクトル半値幅（Δλ）：15 nm（標準）。これはスペクトル純度、つまり発光される波長の広がりを示します。15nmという値はAlInGaPグリーンLEDに典型的であり、比較的純粋な緑色をもたらします。
• 主波長（λ_d）：572 nm（標準）。これは、人間の目が発光の色に最も一致すると知覚する単一波長であり、ピーク波長に非常に近い値です。
• セグメント当たりの順方向電圧（V_F）：I_F=20mA時、2.05V（最小）、2.6V（最大）。これは、動作時のLED両端の電圧降下です。設計者は、所望の電流でこの電圧降下を克服するのに十分な電圧を駆動回路が供給できることを確認する必要があります。このばらつきにより、電圧制限ではなく電流制限の駆動方法が必須となります。
• セグメント当たりの逆電流（I_R）：V_R=5V時、100 μA（最大）。これは、LEDが最大定格内で逆バイアスされたときに流れる小さなリーク電流です。
• 光度マッチング比（I_V-m）：2:1（最大）。これは、同一条件（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との間の最大許容比率を規定します。2:1の比率により、数字の均一な外観が保証されます。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、本デバイスが光度で分類されていると示しています。これは、製造工程で行われるビニングまたは選別プロセスを指します。半導体エピタキシャル成長およびチップ製造プロセスの固有のばらつきにより、同じ製造ロットのLEDでも、わずかに異なる光学的・電気的特性を持つことがあります。エンドユーザーに一貫性を保証するため、メーカーはLEDをテストし、パラメータが密接に一致するグループに選別（ビニング）します。LTS-547AJGの場合、主なビニングパラメータは光度であり、最小値（320 μcd）と標準値（750 μcd）がその証拠です。デバイスは標準条件（I_F=1mA）でテストされ、強度ビンにグループ分けされます。顧客は、複数の表示器間で厳密な輝度マッチングを必要とするアプリケーション向けに、特定のビンを注文できる場合があります。順方向電圧（V_F）も規定範囲（2.05V から 2.6V）を持ち、二次的なビニングが行われているか、最大/最小仕様として保証されています。

4. 性能曲線分析

提供されたPDF抜粋は最終ページに典型的な電気的・光学的特性曲線について言及していますが、具体的な曲線は提供テキストには含まれていません。通常、このようなデータシートには、詳細な設計分析に不可欠なグラフが含まれます。標準的なLEDデータシートの慣例に基づき、以下の曲線が期待され、その分析を提供します：

4.1 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）

このグラフは、LEDを流れる電流とその両端の電圧との関係を示します。LEDの場合、これは指数関数的な曲線です。膝電圧は電流が著しく増加し始める点であり、これは20mA時の典型的なV_Fである2.6Vに近い値です。この曲線は、LEDが電流制限された電源で駆動されなければならない理由を示しています。膝を超えて電圧がわずかに増加すると、電流が大きく、場合によっては破壊的なレベルまで増加します。曲線の傾きは、LEDの動的抵抗にも関連します。

4.2 光度 vs. 順方向電流

このプロットは、光出力（強度）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、中程度の電流範囲では一般的に線形関係にありますが、効率低下（発熱やその他の非放射効果）により、非常に高い電流では準線形になることがあります。この曲線は、設計者がLEDに過度のストレスを与えたり効率を低下させたりすることなく、必要な輝度を提供する動作電流を選択するのに役立ちます。

4.3 相対光度 vs. 周囲温度

これは信頼性にとって最も重要な曲線の一つです。周囲温度（または接合部温度）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。AlInGaP LEDは特に温度に敏感で、温度が上昇すると出力が著しく低下します。この曲線は、電流デレーティング仕様と組み合わせて、熱管理の判断に役立ちます。表示器が高温環境で使用される場合、電流を減らす（デレーティング）必要があるとともに、期待される輝度も低くなります。

4.4 スペクトル分布

相対強度を波長に対してプロットしたグラフです。571-572 nm付近にピークを持ち、特徴的な幅（15 nmの半値幅）を示します。この曲線は緑色の色度点を確認し、特定の色度座標が必要なアプリケーションにおいて重要です。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

本デバイスは標準的な単一桁7セグメントの外形を有しています。図面からの主要寸法（テキストでは完全には詳細化されていません）には、通常、全高、全幅、全深、文字高（0.52インチまたは13.2 mmと規定）、セグメント寸法、およびリード（ピン）間隔が含まれます。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。特定の注記では、ピン先端シフト公差が+0.4 mmとされており、これはPCBの穴位置やフローはんだ付け工程において適切な位置合わせを確保するために重要です。

5.2 ピン配置と極性識別

本表示器は、0.1インチ（2.54 mm）ピッチで2列に配置された10本のピンを有しています。ピン接続表は以下の通りです：

• ピン1：セグメントEのアノード
• ピン2：セグメントDのアノード
• ピン3：コモンカソード1
• ピン4：セグメントCのアノード
• ピン5：小数点（D.P.）のアノード
• ピン6：セグメントBのアノード
• ピン7：セグメントAのアノード
• ピン8：コモンカソード2
• ピン9：セグメントFのアノード
• ピン10：セグメントGのアノード

本デバイスはコモンカソード構成を採用しています。内部で接続された2つのコモンカソードピン（3と8）があります。これにより、PCB配線の柔軟性が高まり、電流分散にも役立ちます。セグメントを点灯させるには、対応するアノードピンをコモンカソード（複数可）に対して正の電圧で駆動する必要があり、コモンカソードはグランド（またはより低い電圧）に接続する必要があります。小数点は独自のアノード（ピン5）を持つ独立したLEDです。

5.3 内部回路図

データシートに提供されている回路図は、コモンカソードアーキテクチャを視覚的に確認できます。8つの独立したLEDチップ（セグメントA-Gと小数点）を示しています。すべてのカソード（負側）はまとめられ、ピン3と8に引き出されています。各アノード（正側）はそれぞれのピンに引き出されています。この図は、表示器をマイクロコントローラやドライバICに接続する方法を理解するために不可欠です。

6. はんだ付け・組立ガイドライン

これらのガイドラインを遵守することは、PCB組立工程中の損傷を防ぐために重要です。

• はんだ付け方法：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適しています。
• 温度プロファイル：絶対最大はんだ付け温度は260°Cです。この温度をリード/はんだ接合部界面で超えてはなりません。リフローの場合、無鉛アセンブリ用の標準プロファイル（ピーク温度～245-250°C）が適切ですが、液相線以上の時間は制御する必要があります。
• 暴露時間：ピーク温度での最大暴露時間は3秒です。長時間の暴露は、プラスチックパッケージの溶融や内部ワイヤボンディングの損傷を引き起こす可能性があります。
• 測定点：温度は実装面から1.6 mm下（リードがプラスチック本体から出る点）で測定されます。これはPCBパッド温度よりも低温であることが多いです。
• 洗浄：洗浄が必要な場合は、LEDのプラスチックパッケージ材料と適合性のある溶剤を使用し、ひび割れや曇りを避けてください。
• 取り扱い：リードに機械的ストレスをかけないでください。取り扱いおよび組立中は、適切なESD（静電気放電）対策を講じてください。
• 保管条件：規定の温度範囲（-35°C から +105°C）内の乾燥した静電気防止環境で保管してください。過度の湿気にさらさないでください。高湿度環境で保管されたデバイスは、リフロー中のポップコーン現象を防ぐために、はんだ付け前にベーキングが必要な場合があります。

7. アプリケーション提案

7.1 典型的なアプリケーション回路

LTS-547AJGには外部の電流制限機構が必要です。最も単純な駆動方法は、マイクロコントローラのGPIOピンを電流制限抵抗を介してセグメントアノードに接続し、コモンカソードをグランドに接続する方法です。抵抗値は R = (V_電源- V_F) / I_F を使用して計算されます。5V電源で、所望のI_Fが20mA、典型的なV_Fが2.6Vの場合：R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 Ω。120Ωの抵抗が使用されます。複数の桁をマルチプレクシングする場合、専用のドライバIC（MAX7219やTM1637など）やトランジスタアレイを使用して、より高い合計カソード電流をシンクします。

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：複数の桁を駆動する場合、セグメントアノードにはピークパルス電流定格（デューティ1/10で60mA）を使用できますが、セグメント当たりの平均電流は、時間平均で連続DC定格を超えてはなりません。
• 放熱：動作環境を考慮してください。表示器が密閉空間や高い周囲温度にある場合、0.33 mA/°Cのルールを使用して動作電流を適宜デレーティングし、寿命を確保してください。
• 視野角：広い視野角は利点ですが、最適な視認性のためには、典型的な視聴者の視線が表示面に対してほぼ垂直になるように配置してください。
• PCBレイアウト：フットプリントが寸法図と一致していることを確認してください。2つのコモンカソードピンはPCB上で接続することで、トレース抵抗を減らし、電流分布を改善できます。

8. 技術比較と差別化

他の7セグメント表示技術と比較して、LTS-547AJGは以下の特定の利点を提供します：

• 赤色GaAsPまたはGaP LEDとの比較：AlInGaP技術は、はるかに高い発光効率を提供し、同じ駆動電流でより明るい表示を実現します。また、緑色光（約570nm）は人間の明所視感度曲線のピークに近く、同じ放射パワーでも赤色よりも主観的に明るく見えます。
• LCD表示器との比較：LEDは自発光であるため、バックライトなしでも暗所で明確に視認できます。応答時間がはるかに速く、動作温度範囲が広く、低温での残像や応答遅れの影響を受けません。
• VFD（真空蛍光表示管）との比較：LEDはより頑丈で、はるかに低い動作電圧（VFDの20-50Vに対して3-5V）を必要とし、駆動回路がよりシンプルです。また、フィラメント電源も必要ありません。
• AlInGaP表示器内での比較：LTS-547AJGの主な差別化要因は、特定の0.52インチの文字高、コモンカソード構成、コントラストのためのグレー面/白セグメントデザイン、および光度の保証された分類による輝度の一貫性の提供です。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: この表示器を3.3Vロジックで駆動できますか？

A: はい、ただし順方向電圧を確認する必要があります。典型的なV_Fが2.6Vの場合、ヘッドルームはわずか0.7V（3.3V - 2.6V）です。電流制限抵抗は非常に小さくなります：R = (3.3 - 2.6)/0.02 = 35 Ω。低電流（例：5mA）では問題なく動作します。20mAでの最大輝度を得るには、3.3Vラインが安定しており、その電流を供給できることを確認してください。3.3Vシステムでは定電流ドライバの使用が推奨されます。

Q2: なぜコモンカソードピンが2つあるのですか？

A: 2つのピンは、合計カソード電流（最大8セグメントすべてが点灯した場合の合計）を分散させるために使用されます。これにより、単一のピン/PCBトレースにおける電流密度が低減され、信頼性が向上し、レイアウトの柔軟性が得られます。

Q3: 表示器の消費電力はどのように計算しますか？

A: 1セグメントの場合：P = V_F* I_F。典型的な20mAと2.6Vでは、P_segment = 52 mW。小数点を除く7セグメントすべてが点灯した状態の全体では、P_total ≈ 7 * 52 mW = 364 mW。熱デレーティングを考慮し、これがパッケージ全体の放熱能力を下回ることを常に確認してください。

Q4: 無鉛パッケージとは、私の組立プロセスにとって何を意味しますか？

A: デバイスのリードは、無鉛はんだ付けに適合する仕上げ（例：スズ-銀-銅）でメッキされています。組立時には、無鉛はんだペーストと対応するより高温のリフロープロファイル（ピーク～245-250°C）を使用する必要があります。

10. 実践的設計ケーススタディ

シナリオ：屋内/屋外用気象ステーション向けのシンプルなデジタル温度計を設計します。ユニットは-35°Cから105°C（表示器の動作範囲に一致）の温度を表示する必要があります。携帯性のためにバッテリー駆動とします。

設計選択：

1. 表示器の選択：LTS-547AJGは、広い温度範囲、高輝度（屋外でも視認可能）、低消費電力（バッテリー寿命に重要）であるため適しています。緑色は目に優しい色です。

2. 駆動回路：ほとんどの時間をスリープモードで過ごし、表示を更新するために起動する低消費電力マイクロコントローラ（例：ARM Cortex-M0+ や PIC）を使用します。電力とピンを節約するために、内蔵マルチプレクシングと定電流出力を備えた専用LEDドライバICを使用します。これにより、複数の桁（十の位と一の位）を効率的に駆動できます。

3. 電流設定：屋内使用では、バッテリー節約のためセグメント電流を5-10 mAに設定します。明るい光の下での屋外使用では、ボタンで一時的に電流を15-20 mAに増やして最大輝度とします。ドライバICの電流設定はそれに応じてプログラムする必要があります。

4. 熱に関する考慮：ユニットが直射日光にさらされる場合、内部温度が50°Cを超える可能性があります。デレーティング式によると、50°Cでは最大連続電流は 25 mA - ((50-25)*0.33) = 25 - 8.25 = 16.75 mA です。我々の最大設定である20mAはこれを超えるため、設計では高輝度モードを、高温環境下で平均電流がデレーティングされた限界内に収まるようなデューティサイクルまたはパルス幅に制限する必要があります。

11. 技術紹介

LTS-547AJGはAlInGaP（アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン）半導体技術に基づいています。この材料システムは、不透明なGaAs（ガリウムヒ素）基板上にエピタキシャル成長されます。AlInGaPは直接遷移型半導体であり、そのバンドギャップエネルギーはアルミニウム、インジウム、ガリウム、リンの比率を変えることで調整できます。570-580 nm付近の緑色発光には、特定の組成が使用されます。不透明なGaAs基板は生成された光の一部を吸収します。これは、透明基板（古い緑色LED用のGaPなど）を使用するデバイスと比較した場合の欠点です。しかし、現代のAlInGaP-on-GaAsプロセスは非常に高い内部量子効率を達成しており、光は主にチップの上面から放射されます。パッケージのグレー面と白いセグメントは半導体の一部ではなく、プラスチック成形の一部です。グレー面は環境光の反射を減らし、白いセグメントは下層のLEDチップからの緑色光を拡散・散乱させ、均一で明るいセグメントの外観を作り出します。

12. 技術トレンド

LED表示器の分野は進化を続けています。LTS-547AJGのような個別の7セグメント表示器では、効率向上、高輝度化、広色域化に焦点が当てられています。AlInGaPが高効率の赤色、オレンジ色、琥珀色、緑色スペクトルを支配していますが、InGaN（インジウム・ガリウム・窒化物）のような新しい材料は、効率的な緑色、さらには黄色LEDを生成できるようになり、異なる色度点や効率特性を提供する可能性があります。また、内蔵コントローラ（I2CまたはSPIインターフェース）を備えた表示器など、より高い統合化へのトレンドもあります。これにより、マイクロコントローラインターフェースが大幅に簡素化されます。さらに、超低消費電力IoTデバイス向けに、1 mA以下の電流で使用可能な輝度を提供するLEDの開発が、ますます低い消費電力の需要によって推進されています。環境規制は、鉛を超えた有害物質の排除を推進し続けており、メッキや包装材料に影響を与えています。