LTD-5260JD 0.52インチ ハイパーレッド 7セグメントLED表示器 データシート - 文字高13.2mm - 順方向電圧2.6V - 消費電力70mW - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTD-5260JDは、高性能な0.52インチ（13.2mm）文字高の7セグメントLED表示モジュールです。明瞭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ています。本デバイスは、発光チップに先進的なAluminium Indium Gallium Phosphide（AlInGaP）半導体技術を採用しており、不透明なGallium Arsenide（GaAs）基板上に形成されています。この構造が、消灯時にはグレーの表示面と白いセグメント領域という主要な視覚的特徴をもたらし、赤いセグメントが点灯した際のコントラストを高めています。

本表示器はコモンカソード構成を採用しており、これは多桁アプリケーションにおける駆動回路の簡素化のための標準設計です。各桁に右側小数点（D.P.）を含み、小数の表示を可能にしています。この部品の主な設計目標は、優れた文字表示、高輝度、高コントラスト比、広視野角であり、これらは固体LED技術に典型的な比較的低い電力要件で達成されています。

1.1 中核的利点とターゲット市場

LTD-5260JDの中核的利点は、そのAlInGaPハイパーレッドLED技術に由来します。標準的なGaAsP（Gallium Arsenide Phosphide）赤色LEDなどの旧来技術と比較して、AlInGaPは著しく高い発光効率を提供します。これは、所定の順方向電流に対してより高い輝度レベル、または要求される輝度レベルに対してより低い消費電力を意味します。ハイパーレッドという名称は、主波長が典型的に約639 nmの深く鮮やかな赤色を示しており、人間の目にとって非常に視認性が高いです。

本デバイスは発光強度でカテゴライズされており、ユニットは測定された光出力に基づいてビン分けまたは選別されます。これにより、設計者は製品内の複数ユニット間で一貫した輝度を持つ表示器を選択でき、均一な外観を保証できます。LEDの固体信頼性は、フィラメントの焼損がなく、振動に強く、しばしば100,000時間を超える極めて長い動作寿命を意味します。

この表示器のターゲット市場には、明確で信頼性の高い数値表示が必要な産業用計器、試験・測定機器、POSシステム、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）、医療機器、および民生用機器が含まれます。0.52インチの文字サイズは、スペースが考慮されるが適度な距離からの可読性が必要なパネル実装に適しています。

2. 詳細な技術パラメータ分析

データシートは、信頼性の高い回路設計と表示器の長寿命を確保するために重要な、包括的な電気的、光学的、および絶対最大定格を提供します。

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。通常動作条件ではありません。

• チップあたりの電力損失：70 mW。これは、個々のLEDセグメント（チップ）が過熱を引き起こすことなく連続的に消費できる最大電力です。
• チップあたりのピーク順方向電流：90 mA。これは、1/10デューティサイクル、0.1 msパルス幅のパルス条件下でのみ許容されます。マルチプレクシング方式や、より高い輝度の短時間達成に有用です。
• チップあたりの連続順方向電流：25°Cで25 mA。この定格は、周囲温度（Ta）が25°Cを超えて上昇するにつれて、0.33 mA/°Cで線形に低下します。例えば、85°Cでは、最大連続電流は約 25 mA - ((85°C - 25°C) * 0.33 mA/°C) = 25 mA - 19.8 mA = 5.2 mA となります。この低下は熱管理において重要です。
• チップあたりの逆電圧：5 V。逆バイアスでこの電圧を超えると、LEDのPN接合が破壊される可能性があります。
• 動作・保管温度範囲：-35°C から +85°C。本デバイスは産業用温度範囲に対応しています。
• 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）。これはリフローはんだ付けプロファイルの制約を定義します。

2.2 電気的・光学的特性

これらのパラメータは標準試験条件（Ta=25°C）下で測定され、代表的なデバイス性能を示します。

• 平均発光強度（I_V）：I_F=1mAで、320（最小）、700（代表）、μcd（マイクロカンデラ）。これは輝度の主要な尺度です。最小値から代表値までの広い範囲はビン分けプロセスを示しており、設計者は最悪ケースの輝度計算に最小値を使用する必要があります。
• ピーク発光波長（λ_p）：I_F=20mAで、650 nm（代表）。これはスペクトル出力が最も強い波長です。
• 主波長（λ_d）：I_F=20mAで、639 nm（代表）。これは人間の目が知覚する単一波長であり、色を定義します。639 nmの値はハイパーレッド分類を確認します。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：20 nm（代表）。これは色純度を示します。値が小さいほど、より単色光に近くなります。
• セグメントあたりの順方向電圧（V_F）：I_F=20mAで、2.1（最小）、2.6（代表）ボルト。これは電流制限回路の設計に重要です。ドライバはLEDが適切に点灯するために少なくとも2.6Vを供給する必要があります。
• 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LEDが逆バイアスされたときのリーク電流です。
• 発光強度マッチング比（I_V-m）：2:1（最大）。これは、同一桁内の任意の2つのセグメント間の輝度差が2対1の比率を超えないことを指定し、均一な外観を保証します。

3. ビン分けシステムの説明

データシートは、デバイスが発光強度でカテゴライズされていると明記しています。これは製造後のビン分け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変動により、同一製造ロットのLEDでも順方向電圧（V_F）や発光強度（I_V）などの主要パラメータにばらつきが生じます。

LTD-5260JDでは、示されている通り、主要なビン分け基準は発光強度です。ユニットは試験され、異なる強度ビン（例えば、1mAの試験条件で320-400 μcd用のビン、400-500 μcd用のビンなど）に分類されます。これにより、メーカーおよび販売者は保証された最小輝度レベルを持つ部品を提供できます。これらの表示器を調達する設計者は、生産ロット内の全ユニットの一貫性を確保するために必要な強度ビンを指定すべきであり、これは視覚的均一性が重要な複数表示器を使用する製品にとって不可欠です。データシートは可能な範囲を定義する最小値（320 μcd）と代表値（700 μcd）を提供します。

4. 性能曲線分析

具体的な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、データシートには代表的な電気的・光学的特性曲線のセクションが含まれています。標準的なLEDの動作に基づくと、これらの曲線には通常以下が含まれます：

• I-V（電流-電圧）曲線：順方向電圧（V_F）と順方向電流（I_F）の関係を示します。非線形であり、順方向電圧がダイオードのしきい値（AlInGaP赤色で約2V）を超えると電流が急激に増加します。この曲線は定電流ドライバの設計に不可欠です。
• 発光強度 vs. 順方向電流（I_Vvs. I_F）：電流の増加に伴う輝度の増加を示します。低電流では一般的に線形ですが、高電流では熱効果や効率低下により飽和する可能性があります。
• 発光強度 vs. 周囲温度（I_Vvs. T_A）：接合温度の上昇に伴う光出力の低下を示します。これは高温環境で動作するアプリケーションにとって重要な低下曲線です。
• スペクトル分布：相対放射パワー対波長のプロットで、約650 nmにピーク、約20 nmの半値幅を示し、光学的特性表を確認します。
• 順方向電圧 vs. 周囲温度（V_Fvs. T_A）：V_Fの負の温度係数を示します。温度が上昇すると順方向電圧はわずかに低下します。

これらの曲線により、エンジニアは非標準条件下での性能を予測し、効率と信頼性のために設計を最適化できます。

5. 機械的・パッケージ情報

データシートは詳細なパッケージ寸法図を提供します。主要な機械的特徴は以下の通りです：

• 全体サイズ：図面はプラスチックパッケージの長さ、幅、高さ、およびリード間隔と寸法を指定します。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です。
• リードフレーム設計：18本のピンは0.1インチ（2.54 mm）ピッチで配置されており、これは標準的なDIP（Dual In-line Package）フットプリントであり、標準的なPCBソケットおよびレイアウトと互換性があります。
• 極性識別：ピン接続図が主要な極性およびピン配置ガイドとなります。コモンカソードピン（13および14）は明確に識別されています。物理パッケージには、ピン1の向きを示すノッチ、ドット、または面取りされた角が含まれている可能性があり、ピン図と照合する必要があります。
• 実装面：はんだ付け温度に関する注記は実装面から1.6mm下の点を参照しており、リフローはんだ付け中のパッケージの熱容量を定義する上で重要です。

6. はんだ付け・組立ガイドライン

絶対最大定格ははんだ付けの主要なガイドラインを提供します：パッケージは260°Cを超える温度に3秒以上さらされてはなりません。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。

推奨プロセス：制御された温度プロファイルを持つ標準的な赤外線または対流リフローオーブンを使用すべきです。プロファイルには、温度を徐々に上げる予熱ゾーン、フラックスを活性化し温度を均一にするソークゾーン、パッケージリードの温度が一時的に240-250°Cに達する（260°Cの制限を下回る）ピークリフローゾーン、および制御された冷却ゾーンが必要です。

手はんだ付け：手はんだ付けが必要な場合は、温度制御されたはんだごてを使用すべきです。はんだごて先端温度は通常300-350°Cに設定しますが、各ピンとの接触時間は非常に短く（3秒未満）、熱がリードを伝わって内部のワイヤボンディングやLEDチップ自体を損傷するのを防ぐ必要があります。接合部とパッケージ本体の間のリードにヒートシンクリップを使用することが望ましいです。

洗浄：はんだ付け後、洗浄が必要な場合は、プラスチックパッケージ材料と互換性のある溶剤を使用してください。イソプロピルアルコールは一般的に安全です。

保管条件：指定された温度範囲-35°Cから+85°C内の乾燥した静電気防止環境で保管してください。デバイスは、使用準備が整うまで元の防湿バッグに保管し、リフロー中のポップコーン現象を引き起こす可能性のある湿気の吸収を防ぐべきです。

7. ピン接続・内部回路

ピン接続表は網羅的です。LTD-5260JDは、各桁がコモンカソードの2桁表示器です。内部回路図は、特定の桁の特定のセグメント（例：セグメントA）のすべてのアノードが独立しており、単一桁内のすべてのセグメントのカソードが内部で接続されていることを示します。

駆動方法：この構成はマルチプレクシングに理想的です。数字を表示するために、マイクロコントローラは以下を行います：

1. 点灯する必要があるセグメントに対して、アノード（ピン1-12、15-18）のパターンを（電流制限抵抗を介して）Highに設定します。
2. 対応する桁のコモンカソード（ピン13または14）をLowにして回路を完成させ、その桁を点灯させます。
3. 短時間（例：5ms）後、その桁のカソードをHighまたはフロートに設定して消灯させます。
4. 次の桁について、対応するセグメントアノードパターンとカソードでプロセスを繰り返します。

桁を高速で（周波数>100Hzで）切り替えることにより、残像効果により両方の桁が連続して点灯しているように見えます。この方法は、静的（非マルチプレクス）駆動と比較して、必要なマイクロコントローラI/Oピン数と消費電力を大幅に削減します。

8. アプリケーション提案

8.1 代表的なアプリケーション回路

最も一般的なアプリケーションはマルチプレクス駆動回路です。表示器を制御するために、多くの場合外部の電流シンクドライバ（ULN2003Aダーリントンアレイなど）で補強されたマイクロコントローラのI/Oポートが使用されます。各セグメントアノードは電流制限抵抗を介してマイクロコントローラ（または74HC595のようなラッチ/デコーダIC）に接続されます。抵抗値は R = (V_supply- V_F) / I_F を使用して計算されます。5V電源、代表的なV_F2.6V、および所望のI_F10 mAの場合：R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 Ω。220 Ωまたは270 Ωの抵抗が標準的な選択肢となります。

8.2 設計上の考慮事項

• 電流制限：常に各セグメントアノード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におけるピーク電流：マルチプレクシング時、短いオン時間中の瞬間電流は、同じ平均輝度を達成するためにDC定格よりも高くすることができます。例えば、1/4デューティサイクルでは、40 mAのパルスを使用して10 mAの平均を達成できます。ただし、このパルスは絶対最大ピーク電流定格90 mAを超えてはならず、デューティサイクルとパルス幅の制約を尊重する必要があります。
• 視野角：表示器を、意図した視認方向がデバイスの広い視野角内（通常、最大コントラストのために表示面に対して垂直）になるように配置してください。
• 調光：輝度は、カソードドライバ上のPWM（パルス幅変調）により、マルチプレクシングパルスのデューティサイクルを調整することで制御できます。

9. 技術比較・差別化

LTD-5260JDの主な差別化要因は、ハイパーレッド発光にAlInGaP技術を使用している点です。旧来のGaAsPまたは標準赤色AllnGaPを使用した表示器と比較して：

• GaAsP赤色との比較：AlInGaPは、著しく高い発光効率（mAあたりのより多くの光）、より良い温度安定性、およびより長い波長（より深い赤色）を提供し、これは目にはより明るく見え、赤色フィルターを通した性能も優れていることが多いです。
• 標準赤色LED表示器との比較：ハイパーレッド639 nmの主波長は、グレー/白の背景に対して、特に環境光条件下で、標準的な約625 nmの赤色と比較して優れたコントラストを提供します。
• 現代の代替技術（例：OLED）との比較：OLEDは柔軟性と暗所での潜在的に高いコントラストを提供しますが、このLED表示器は高輝度環境（太陽光下での可読性）で優れており、より広い動作温度範囲を提供し、初期世代のOLEDを超える実証済みの長期信頼性と安定性を有しています。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 3.3Vマイクロコントローラでこの表示器を駆動できますか？

A: はい、ただし順方向電圧を確認する必要があります。代表的なV_Fは2.6Vです。3.3V電源では、電流制限抵抗のための電圧ヘッドルームはわずか0.7V（3.3V - 2.6V）です。10 mAの電流を達成するには、70 Ωの抵抗（R = 0.7V / 0.01A）が必要です。これは可能ですが、電流はV_Fと電源電圧の変動に対してより敏感になります。これらのLEDを駆動するには5V電源の方がより堅牢です。

Q: なぜ発光強度は1mAで与えられているのに、V_Fは20mAで与えられているのですか？

A: 低電流（1mA）での強度は、輝度効率を比較するための標準試験条件です。順方向電圧は通常、標準動作電流（20mA）で測定されます。これはインジケータLEDの一般的な駆動レベルです。設計者は、低電力計算には1mAのデータを、標準駆動回路設計には20mAのV_Fを使用します。

Q: コモンカソードは私の回路にとって何を意味しますか？

A: これは、1桁内のLEDのすべてのカソード（負側）がパッケージ内部で接続されていることを意味します。セグメントを点灯させるには、そのアノードピンに正電圧を（抵抗を介して）印加し、その桁のコモンカソードピンをグランドに接続します。これは、セグメントピンをグランドに接続し、コモンアノードに電圧を印加するコモンアノード表示器の逆です。

Q: 熱管理のための電力損失はどのように計算しますか？

A: 1セグメントあたりの電力 P = V_F* I_Fです。20mAおよび2.6Vでは、P = セグメントあたり52 mWです。1桁の7セグメントすべてが点灯している場合（小数点を含めて8つ）、その桁の総電力は 8 * 52 mW = 416 mW となります。この電力はLEDチップで熱として消費されます。電流低下曲線に従い、必要に応じて適切な換気または放熱を提供することで、平均チップ温度がその限界を超えないようにする必要があります。特に高い周囲温度では重要です。

11. 実践的設計ケーススタディ

シナリオ：ベンチトップ電源用の簡単な2桁電圧計表示器を設計し、0.0Vから19.9Vを表示します。

実装：

1. マイクロコントローラ：少なくとも10本のI/Oピンを有する低コストの8ビットMCUを選択します。
2. 駆動回路：2本のI/Oポートピンを、2つのコモンカソード（ピン13および14）の電流シンク用に構成します。これらのピンは、20-40mAをシンクできる場合はMCUに直接接続するか、トランジスタ/ドライバICを介して接続します。他の8本のI/Oピン（またはピンを節約するための74HC595のようなシリアルイン/パラレルアウトシフトレジスタ）が、個々の220Ω電流制限抵抗を介してセグメントアノード（両方の桁のA-GおよびDP、一部は共有されていることに注意）を駆動します。
3. ソフトウェア：ファームウェアはADCを介して電圧を読み取り、BCD（Binary Coded Decimal）に変換し、各桁（0-9）で点灯させるセグメントを決定するためにルックアップテーブルを使用します。表示器を200Hzのレート（各桁が約2.5ms点灯）で更新するマルチプレクシングルーチンを実装します。
4. 輝度制御：マルチプレクシングデューティサイクルの簡単なPWM調整を実装し、別のADCチャネルで読み取るポテンショメータで制御し、ユーザーが暗い環境で表示器を暗くできるようにします。

このケースは、LTD-5260JDのコモンカソード、2桁設計によって可能になった、I/Oの効率的な使用、適切な電流制限、およびマルチプレクシング技術を強調しています。

12. 技術原理紹介

中核の発光原理は、半導体PN接合におけるエレクトロルミネセンスです。LTD-5260JDは活性層としてAlInGaP（Aluminium Indium Gallium Phosphide）を使用します。順方向電圧が印加されると、N型領域からの電子とP型領域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（光）の形でエネルギーを放出します。Al_xIn_yGa_1-x-yP合金の特定の組成は、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）を決定します。約639 nmのハイパーレッドでは、組成は注意深く調整されています。不透明なGaAs基板は下方に発せられる光を吸収し、チップの背面から光が散乱するのを防ぐことでコントラストを向上させます。グレーの表示面と白いセグメントはプラスチックパッケージ成形の一部であり、その背後に実装された小さく明るいLEDチップのための拡散板およびコントラスト向上フィルターとして機能します。

13. 開発動向

LTD-5260JDのような個別の7セグメントLED表示器は、そのシンプルさ、堅牢性、およびコスト効率のために多くのアプリケーションで関連性を保っていますが、いくつかの動向が明らかです：

1. 統合：統合ドライバ（I2CまたはSPIインターフェース）およびコントローラを備えた表示器への移行があり、システム設計者にとって部品点数とマイクロコントローラのオーバーヘッドを削減します。
2. 小型化・高密度化：より小さな文字高（例：0.3インチ）の表示器や、単一パッケージ内の多桁モジュール（4桁、8桁）が一般的です。
3. 色の多様性：赤色は伝統的ですが、明るい緑色、青色、黄色、およびフルカラーRGB 7セグメント表示器が、特定の美的または機能的要求のために利用可能です。
4. 代替技術：超低電力、薄さ、または柔軟性が最も重要なアプリケーションでは、OLEDベースのセグメント表示器が代替となりますが、無機LEDと比較して、最大輝度、温度範囲、または特定の条件下での長期信頼性においてトレードオフがあるかもしれません。
5. 効率改善：新しい蛍光体変換LEDやマイクロLED技術を含む半導体材料の継続的な研究は、さらなる高効率と新しいフォームファクターを約束しますが、これらは近い将来、中核アプリケーションにおける従来のセグメントLEDを置き換えるよりも、次世代表示技術に影響を与える可能性が高いです。

LTD-5260JDは、その特定のニッチ内で、性能、信頼性、およびコストのバランスを取った成熟した最適化されたソリューションを表しています。