0.56インチ 1桁 7セグメントLED表示器 データシート - 桁高14.22mm - グリーンAlInGaP - 順電圧2.6V - 消費電力70mW - 技術文書

1. 製品概要

本デバイスは、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、1桁の7セグメント英数字表示器です。その主な機能は、個別に制御可能な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。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、アルミニウムインジウムガリウムリン（AlInGaP）半導体材料に基づいています。この材料システムは、光出力とコントラストの管理に役立つ不透明なヒ化ガリウム（GaAs）基板上に成長されます。表示器は、点灯した緑色のセグメントと背景との間のコントラスト比を高め、様々な照明条件下での視認性を向上させるグレー色のフェースプレートを備えています。本デバイスは輝度によってカテゴライズされており、複数ユニット間で均一な外観が重要なアプリケーションにおいて、輝度レベルの一貫性を保証します。

2. 詳細技術パラメータ分析

このセクションでは、指定条件下におけるデバイスの動作限界と性能特性の詳細な内訳を提供します。

2.1 絶対最大定格

これらのパラメータは、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。信頼性の高い長期的な性能のためには、これらの限界値付近または限界値での動作は推奨されません。

• セグメントあたりの消費電力:70 mW。これは、熱損傷のリスクなく、単一セグメントが安全に熱と光に変換できる最大電力です。
• セグメントあたりのピーク順電流:60 mA。この定格は、パルス条件下（デューティサイクル1/10、パルス幅0.1ms）で適用されます。マルチプレクシングやストロボ用途で非常に高い輝度を達成するために、より高い電流を短時間流すことを可能にします。
• セグメントあたりの連続順電流:25°Cで25 mA。周囲温度（Ta）が25°Cを超えて上昇するにつれて、過熱を防ぐために、この電流は0.33 mA/°Cの割合で線形にデレートする必要があります。
• セグメントあたりの逆電圧:5 V。逆バイアス方向でこの電圧を超えると、接合破壊を引き起こす可能性があります。
• 動作・保管温度範囲:-35°C ～ +85°C。本デバイスは、産業グレードの温度環境に対応しています。
• はんだ付け温度:本デバイスは、パッケージの実装面から1/16インチ（約1.59 mm）下の位置で、260°Cのはんだ付け温度を最大3秒間耐えることができます。

2.2 電気的・光学的特性 (Ta=25°C)

これらは、標準テスト条件下で測定された代表的な性能パラメータであり、通常動作におけるデバイスの期待される動作を提供します。

• 平均輝度 (I_V):I_F=1mAで320 μcd（最小）、900 μcd（代表）。これはセグメントの知覚される明るさを定量化します。広い範囲は、輝度に対するビニングプロセスを示しています。
• ピーク発光波長 (λ_p):I_F=20mAで571 nm（代表）。これは光出力が最大となる波長であり、可視スペクトルの緑黄色領域に発光します。
• スペクトル線半値幅 (Δλ):I_F=20mAで15 nm（代表）。このパラメータは、発光のスペクトル純度を表します。半値幅が狭いほど、より単色に近い色であることを示します。
• 主波長 (λ_d):I_F=20mAで572 nm（代表）。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、ピーク波長と密接に関連しています。
• セグメントあたりの順電圧 (V_F):I_F=20mAで2.05V（最小）、2.6V（代表）。これは、指定電流が流れているときの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極めて重要です。
• セグメントあたりの逆電流 (I_R):V_R=5Vで100 μA（最大）。これは、セグメントが逆バイアスされたときに流れる小さなリーク電流です。
• 輝度マッチング比 (I_V-m):I_F=1mAで2:1（代表）。この比率は、同じ桁内の異なるセグメント間、または異なるデバイス間で許容される最大の輝度変動を定義し、視覚的な均一性を保証します。

測定に関する注意:輝度は、標準的な人間の目の異なる波長に対する感度をモデル化したCIE測光視感効率関数に近似するセンサーとフィルターの組み合わせを使用して測定されます。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、本デバイスが輝度でカテゴライズされていることを示しています。これは、測定された光出力に基づくビニング（選別）プロセスが行われていることを意味します。

• 輝度ビニング:典型的な輝度900μcd、最小320μcdという仕様は、標準テスト電流1mAにおける実際の測定輝度に応じてデバイスがテストされ、グループ（ビン）分けされていることを示唆します。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ます。これは、輝度のばらつきが目障りとなる複数桁表示器において極めて重要です。
• 波長の一貫性:明示的にビニングパラメータとして記載されていませんが、ピーク発光波長（571 nm）および主波長（572 nm）の厳密な代表値は、非常に一貫した色出力をもたらす製造プロセスを示しており、これはAlInGaP材料システムの特徴的な利点です。

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。提供されたテキストでは具体的なグラフは詳細に記述されていませんが、この種の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_F-V_F曲線):この非線形曲線は、電流の増加に伴って順電圧がどのように変化するかを示します。必要な駆動電圧の決定や定電流ドライバの設計に不可欠です。
• 輝度対順電流 (I_V-I_F曲線):このグラフは駆動電流と光出力の関係を示します。一般的に準線形であり、電流を2倍にしても輝度は2倍にならず、発熱が増加します。
• 輝度対周囲温度:この曲線は、LEDの接合温度が上昇するにつれて光出力がどのように減少するかを示します。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アプリケーションにおいて重要です。
• スペクトル分布:異なる波長にわたる相対的な光出力を示すプロットで、ピーク波長~571 nmを中心とし、代表的な半値幅は15 nmです。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

本デバイスの桁高は0.56インチ（14.22 mm）です。パッケージ寸法は、すべての寸法がミリメートルで記載された図面で提供されます。図面に別段の指定がない限り、寸法の標準公差は±0.25 mm（±0.01インチ）です。この情報は、PCBフットプリントの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 ピン接続と回路図

本表示器は、コモンカソード設計の10ピン構成です。内部回路図は、LEDセグメント（AからGおよび小数点）のすべてのカソードが内部で2つのコモンカソードピン（ピン3とピン8）に接続されていることを示しています。これは、マルチプレクシングアプリケーションにおける駆動回路を簡素化するための標準的な構成です。

ピン配置:

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

6. はんだ付けと実装ガイドライン

絶対最大定格は、重要なはんだ付けパラメータを指定しています：本デバイスは、パッケージの実装面から1/16インチ（1.59 mm）下の位置で260°Cに達するはんだごてまたはリフロープロファイルを、最大3秒間耐えることができます。このガイドラインは、組立工程中のLEDチップおよび内部ワイヤボンドへの熱損傷を防ぐことを目的としています。フローはんだ付けの場合、はんだへの露出時間は最小限に抑えるべきです。半導体接合への損傷を防ぐため、取り扱いおよび組立中は標準的なESD（静電気放電）対策を遵守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

本表示器は、単一の視認性の高い数値インジケータを必要とする幅広いアプリケーションに適しています:

• 試験・計測機器:デジタルマルチメータ、周波数カウンタ、電源装置など、明確で明るい表示が必要な場合。
• 産業用制御装置:パネルメータ、プロセスインジケータ、機械のタイマー表示。
• 民生電子機器:スタンドアロンカウンタ、スコアボード、家電製品の表示（例：電子レンジ、旧式のステレオ機器）。
• 自動車アフターマーケット:ゲージおよび診断ツール（ただし、特定の自動車要件に対して環境仕様を確認する必要があります）。

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。最大連続順電流（25°Cで25 mA）を超えないようにするために、各セグメントアノードには直列の電流制限抵抗または定電流駆動回路が必須です。抵抗値はオームの法則を使用して計算できます: R = (V_電源- V_F) / I_F, ここでV_Fは代表的な順電圧（例：2.6V）です。
• マルチプレクシング:複数桁表示器の場合、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。ピーク順電流定格（60 mA）により、デューティサイクルの低下を補償して知覚される輝度を維持するために、より高いパルス電流を流すことが可能になります。
• 熱管理:セグメントあたりの消費電力は低いですが、すべてのセグメントが連続点灯するアプリケーション（例：'8.'を表示）では、総消費電力は0.5Wに近づく可能性があります。高温環境で動作する場合は十分な通風または放熱を確保し、連続電流をデレートすることを忘れないでください。
• 視野角:データシートは広い視野角を謳っており、これはLED7セグメント表示器では一般的です。これは、特定のアプリケーションで必要な視野円錐に対して確認する必要があります。

8. 技術比較と差別化

提供されたデータに基づく、本表示器の主な差別化要因は、その材料技術と特定の性能特性です。

• AlInGaP対従来材料:標準GaP（リン化ガリウム）グリーンLEDなどの旧来技術と比較して、AlInGaPは著しく高い発光効率と輝度を提供します。これにより、高周囲光条件下または低駆動電流での視認性が向上し、電力効率が改善されます。
• 色とコントラスト:グリーンAlInGaPセグメントとグレーフェースの組み合わせは、高コントラストで読みやすい表示を実現します。グリーンは、人間の目が知覚する発光効率が高いためによく選ばれ、与えられた電気入力に対して非常に明るく見えます。
• 固体信頼性:すべてのLEDと同様に、白熱灯や真空蛍光表示器（VFD）と比較して、衝撃・振動耐性、高速応答時間、低動作電圧、長寿命などの利点を提供します。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

1. Q: 2つのコモンカソードピン（3と8）の目的は何ですか？
   
   A: それらは内部で接続されています。2つのピンを設けることで、合計カソード電流（最大8セグメントの合計になる可能性がある）を分散させ、PCBトレースの電流密度を低減し、パッケージからの放熱を改善することができます。
2. Q: 5Vマイクロコントローラのピンから直接この表示器を駆動できますか？
   
   A: いいえ。電流制限抵抗を使用する必要があります。5V電源、目標電流20 mA、V_Fが2.6Vの場合、抵抗値は R = (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 Ω となります。マイクロコントローラのピンも、必要なセグメント電流をシンクまたはソースできる必要があります。
3. Q: 輝度マッチング比2:1とはどういう意味ですか？
   
   A: 同じテスト条件下で、最も明るいセグメント（またはデバイス）が最も暗いセグメント（またはデバイス）の2倍を超えて明るくならないことを意味します。これにより、表示全体の視覚的な均一性が保証されます。
4. Q: 代表的な輝度900 μcdを達成するにはどうすればよいですか？
   
   A> 代表的な輝度は、順電流 (I_F) 1 mAで規定されています。設計でこの輝度レベルを達成するには、各セグメントを1 mAで駆動する必要があります。より高い輝度を得るには、最大連続定格（25°Cで25 mA）まで電流を増やすことができますが、関係は線形ではないため、I_V-I_F曲線を参照してください。

10. 設計と使用事例

シナリオ: シンプルなデジタル電圧計表示の設計

設計者は0-99V DC電圧計を作成しています。彼らはこの表示器を2つ必要としています。マイクロコントローラのADCが電圧を読み取り、それを2桁に変換します。設計者はマルチプレクシング技術を使用します：桁1（10の位）を5ms点灯させ、次に桁2（1の位）を5ms点灯させ、これを連続的に繰り返します。桁あたり50%のデューティサイクル中に良好な知覚輝度を維持するために、彼らは各セグメントを15 mAのパルス電流（60 mAのピーク定格より十分に低い）で駆動することに決定します。各桁のコモンカソード側にはマイクロコントローラで制御されるトランジスタを使用し、各セグメントアノードには出力として設定されたマイクロコントローラのポートピンに接続された電流制限抵抗を使用します。グレーフェースとグリーンセグメントにより、適度に明るい作業環境でも表示が明確になります。設計者は、両方の桁が一致した輝度を持つことを保証するために、同じ輝度ビンから部品を選択します。

11. 動作原理

7セグメント表示器は、8の字型に配置された7つの発光ダイオード（LED）の集合体です。各LEDが1つのセグメント（AからGまでラベル付け）を形成します。追加のLEDが小数点（DP）に使用されます。これらのセグメントの特定の組み合わせに順バイアスをかける（点灯させる）ことにより、数字0から9までのパターンを形成できます。例えば、7を表示するには、セグメントA、B、Cが点灯します。このようなコモンカソード構成では、セグメントLEDのすべてのカソード（負極端子）が1つ以上のコモンピンに接続されています。セグメントを点灯させるには、対応するアノードピンに正電圧（電流制限抵抗を介して）を印加し、コモンカソードをグランドに接続します。AlInGaP半導体材料は、デバイスのp-n接合を横切って電子と正孔が再結合するときに光を発し、この場合は緑色光という材料のバンドギャップに特徴的な波長の光子としてエネルギーを放出します。

12. 技術トレンド

個別の7セグメントLED表示器は特定のアプリケーションで関連性を保っていますが、表示技術におけるより広範なトレンドは注目に値します。同様のサイズのパッケージで完全な英数字およびグラフィック機能を提供する統合ドットマトリックス表示器（LEDおよびLCD/OLEDの両方）への一般的な移行があります。これらはより大きな柔軟性を提供しますが、より複雑な駆動電子機器を必要とすることがよくあります。数字のみが必要なアプリケーションでは、7セグメント形式は依然として非常に効率的でコスト効果が高いです。このデータシートで使用されているAlInGaPのようなLED材料の進歩は、効率、輝度、色純度を改善し続けています。さらに、7セグメント表示器の表面実装デバイス（SMD）バージョンがより一般的になりつつあり、この文書でおそらく説明されているようなスルーホール設計と比較して、自動実装とより小型のフォームファクタを可能にしています。LEDの中核的な利点——長寿命、堅牢性、低電力——は、近い将来においても、インジケータおよびシンプルな表示アプリケーションの定番であり続けることを保証します。