LTD-2701JD LEDディスプレイ データシート - 0.28インチ桁高 - ハイパーレッド - 順電圧2.6V - 技術文書

1. 製品概要

LTD-2701JDは、2桁の7セグメント発光ダイオード（LED）表示モジュールです。主な機能は、様々な電子機器や装置において、明確で読み取りやすい数値表示を提供することです。中核技術として、高輝度かつ優れた色純度を特徴とするハイパーレッド発光を実現するAlInGaP（アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン）半導体材料を採用しています。グレーの面に白いセグメントを配し、様々な照明条件下でのコントラストと視認性を向上させています。コモンカソードタイプとして設計されており、多桁アプリケーションにおけるマルチプレクシング駆動回路の簡素化に適した標準的な構成です。

1.1 主な特長と中核的利点

• 桁高：0.28インチ（7.0 mm）。良好な視認性と過度なスペース消費のバランスが取れたサイズです。
• セグメント均一性：連続的で均一なセグメントにより、両桁にわたって一貫した文字表示を確保します。
• 電力効率：低消費電力であり、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。
• 光学性能：高輝度と高コントラスト比により、優れた文字視認性を実現します。
• 視野角：広い視野角により、様々な位置からの読み取りを可能にします。
• 信頼性：ソリッドステート構造により、長い動作寿命と衝撃・振動に対する耐性を提供します。
• ビニング：デバイスは輝度に基づいて分類（ビニング）されており、複数表示器構成での輝度の一致を可能にします。
• 環境適合性：RoHS（有害物質使用制限）指令に準拠した無鉛パッケージです。

1.2 ターゲット市場と用途

この表示器は、一般的な電子機器での使用を想定しています。典型的な用途分野は以下を含みますが、これらに限定されません：

• 試験・計測機器（マルチメータ、電源装置）。
• 家電製品（電子レンジ、オーブン、洗濯機）。
• 産業用制御盤およびタイマー。
• 通信機器の状態表示。
• 自動車用アフターマーケットアクセサリ（例：電圧モニター）。
• POS端末および基本的な数値表示。

特に、航空、医療、または重要な安全システムなど、故障が生命や健康を脅かす可能性のある、例外的な信頼性を要求する用途については、事前の協議が必要であることが明記されています。

2. 技術仕様と客観的解釈

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。これらの限界下または限界での動作は保証されません。

• セグメントあたりの電力損失：最大70 mW。これを超えると、LEDチップの過熱と加速劣化を引き起こす可能性があります。
• セグメントあたりのピーク順電流：パルス条件下（デューティ比1/10、パルス幅0.1 ms）で90 mA。この定格は短時間パルス用であり、連続動作用ではありません。
• セグメントあたりの連続順電流：25°Cで25 mA。熱暴走を防ぐため、周囲温度（Ta）が25°Cを超えて上昇するにつれて、この電流は0.33 mA/°Cで線形的に減額する必要があります。
• 動作・保管温度範囲：-35°C から +85°C。デバイスはこれらの極限温度に耐えられますが、光学性能は温度によって変化します。
• はんだ付け条件：実装面から1/16インチ（約1.6 mm）下で測定して、260°Cで3秒間。これはフローまたはリフローはんだ付けプロセスを指針とします。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、指定された試験条件下でTa=25°Cにおいて測定された代表的な性能パラメータです。

• 平均光度（I_V）：I_F=1mAで200-600 µcd。この広い範囲はビニングプロセスの影響を示しています。設計者は視認性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）：650 nm。これは発光出力が最大となる波長です。
• 主波長（λ_d）：639 nm。これは人間の目が光の色に一致すると知覚する単一波長であり、許容差は±1 nmです。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：20 nm。これはスペクトル純度を定義します。幅が狭いほど、より単色に近い色となります。
• チップあたりの順方向電圧（V_F）：I_F=20mAで2.1V（最小）、2.6V（代表値）、許容差±0.1V。これは、特に複数桁をマルチプレクシングする際に、一貫した電流を確保するための駆動回路設計において重要です。
• 逆方向電流（I_R）：V_R=5Vで最大100 µA。データシートは、逆電圧は試験目的のみであり、連続的な逆バイアス動作は避けなければならないことを明確に警告しています。
• 光度マッチング比：I_F=10mAで、類似の発光領域間で最大2:1。これは、1つの表示器内のセグメント間で許容される最大の輝度変動を規定します。
• クロストーク：≤ 2.5%。これは、電気的なリークまたは光学的結合による、駆動されていないセグメントの不要な発光を指します。

2.3 ビニングシステムの説明

データシートは、製品が輝度で分類されていると述べています。これは、LEDが標準試験電流（おそらく1mAまたは10mA）での測定された光出力（µcd）に基づいて選別されるビニングプロセスを意味します。隣接するユニット間で目立つ輝度差（色むら）を避けるために、1つの組立品で2つ以上の表示器を使用する場合は、同じ輝度ビンからの表示器を使用することが強く推奨されます。設計者は、必要なビンを指定するか、サプライヤーと協力して、多表示器アプリケーションでの一貫性を確保する必要があります。

3. 機械的およびパッケージ情報

3.1 パッケージ寸法

この表示器は、標準的なスルーホールDIP（デュアル・インライン・パッケージ）形式に準拠しています。主な寸法上の注意点は以下の通りです：

• すべての寸法はミリメートル（mm）です。
• 特に指定がない限り、標準公差は±0.25 mmです。
• ピン先端のシフト公差は±0.4 mmであり、PCBの穴位置合わせに重要です。
• 表示面の許容欠陥：セグメント上の異物≤10ミル、インク汚染≤20ミル、セグメント内の気泡≤10ミル。
• 反射板の曲がりは、その長さの≤1%に制限されます。

3.2 ピン接続と極性識別

このデバイスは、1列に10本のピンを持ちます。ピン配置は以下の通りです：

• 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：セグメントCのアノード
• ピン4：セグメントG（中央セグメント）のアノード
• ピン5：小数点（DP）のアノード
• ピン6：桁2（右側の桁）のコモンカソード
• ピン7：セグメントAのアノード
• ピン8：セグメントBのアノード
• ピン9：桁1（左側の桁）のコモンカソード
• ピン10：セグメントFのアノード

右側小数点の記述は、小数点が右側の桁に関連付けられていることを確認しています。コモンカソード構成は、1桁分のすべてのLEDのカソードが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、対応する桁のコモンカソードピンをグランド（GND）に落としながら、それぞれのアノードピンに正の電圧を印加する必要があります。

3.3 内部回路図

内部回路図は、2つの独立した7個のLED（プラス小数点LED）のセットを示しており、各セットはコモンカソード接続（ピン6と9）を共有しています。この構造はマルチプレクシングの基本です：一度に1つのカソード（桁）を順次有効にし、その桁のパターンをアノードラインに提示することで、少ないI/Oピンで複数の桁を制御できます。

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。提供されたテキストには具体的なグラフは詳細に記載されていませんが、このようなデバイスの代表的な曲線には以下が含まれます：

• I-V（電流-電圧）曲線：順方向電圧（V_F）と順方向電流（I_F）の間の指数関数的関係を示します。この曲線は温度によってシフトします。
• 光度 vs. 順方向電流：光出力はある範囲で電流とほぼ線形関係にありますが、より高い電流では飽和し、熱により急速に劣化します。
• 光度 vs. 周囲温度：接合温度が上昇するにつれて光出力が減少することを示し、熱管理と電流減額の必要性を強調しています。
• スペクトル分布：相対強度と波長のプロットで、約650nmにピークがあり、約20nmの半値幅を示します。

これらの曲線は、意図した動作温度範囲で安定した輝度を提供する駆動回路を設計するために不可欠です。

5. はんだ付け、組立、および保管ガイドライン

5.1 はんだ付けと組立

• 指定されたはんだ付けプロファイル（260°Cで3秒間）に従ってください。
• 表示器本体に異常な力を加える不適切な工具や方法を使用しないでください。
• 装飾フィルムを貼る場合は、外力でずれる可能性があるため、前面パネル/カバーと直接接触させないでください。

5.2 保管条件

適切な保管は、ピンの酸化を防ぐために重要です。

• 標準LEDディスプレイ（スルーホール）：元の梱包状態で。温度：5°C～30°C。湿度：60%RH以下。これらの条件外での長期保管は、酸化したピンの再メッキが必要になる場合があります。防湿バッグを開封して6ヶ月以上経過した場合は、使用前に60°Cで48時間のベーキングが推奨され、1週間以内に組立てを行う必要があります。
• SMD LEDディスプレイ（参考用の注意）：密封バッグ内：5-30°C、<60%RH以下。開封後：同じ条件ですが、168時間（7日間、MSLレベル3）以内に使用する必要があります。

6. アプリケーション設計上の考慮事項と注意点

6.1 駆動回路設計

• 定電流駆動：セグメント間や温度によるV_Fの変動に関わらず、一貫した光度を確保するために、定電圧駆動よりも強く推奨されます。
• 電流制限：回路は電流を連続定格内（25°Cで25mA、減額適用）に制限しなければなりません。これを超えると急速な劣化を引き起こします。
• 電圧範囲：駆動回路は、意図した電流を供給するために、V_Fの全範囲（セグメントあたり約2.0V～2.7V）に対応できなければなりません。
• 逆電圧保護：電源のオン・オフ時の逆電圧や過渡現象から保護する回路を設け、金属移動やリーク電流の増加を防ぐべきです。
• 熱管理：安全な動作電流を選択するために、最大周囲温度（T_a）を考慮してください。高T_a environments.

環境では、放熱対策が必要になる場合があります。

• 6.2 環境および取り扱い上の注意
• 湿気の多い環境での急激な周囲温度変化を避け、表示器上の結露を防止してください。

1つの組立品で2つ以上の表示器を使用する場合は、均一な輝度を確保するために、同じ光度ビンからの表示器を選択してください。

7. 技術比較と差別化

• 従来のGaAsPやGaP LED技術と比較して、LTD-2701JDで使用されているAlInGaP（アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン）には以下のような大きな利点があります：より高い効率と輝度：
• AlInGaPは優れた発光効率を提供し、同じ駆動電流でより高い輝度を実現します。より優れた色純度：
• ハイパーレッド発光（主波長639-650nm）は、標準的な赤色LEDよりもより鮮やかで視覚的に際立っています。改善された温度安定性：
• すべてのLEDは熱で効率が低下しますが、AlInGaPは一般的に従来の材料と比較して性能保持が優れています。

独立した桁カソードを持つコモンカソード設計は、マルチプレクシングのための標準的かつ効果的なアプローチであり、コモンアノードタイプや内部にマルチプレクシングコントローラを内蔵した表示器と差別化されます。

8. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: この表示器を5Vのマイクロコントローラピンから直接駆動できますか？_FA: いいえ。電流制限抵抗なしで5Vをアノードに直接接続すると、過電流によりLEDを破壊する可能性が高いです。直列抵抗、またはできれば定電流ドライバを使用する必要があります。抵抗値は、供給電圧、LEDのV_F.

、および所望のI

に依存します。_FQ: なぜ定電流駆動が推奨されるのですか？

A: LEDの輝度は、主に電圧ではなく電流の関数です。順方向電圧（V

）はチップごとに異なり、温度の上昇とともに低下します。定電流源は、設定された電流を維持するために電圧を自動調整することで、これらの変動を補償し、安定した輝度を確保します。

Q: ピーク電流定格のデューティ比1/10、パルス幅0.1msとはどういう意味ですか？

A: これは、最大90mAでLEDを短時間パルス駆動できることを意味しますが、パルス幅は0.1ミリ秒を超えてはならず、時間平均電流は1/10デューティ比相当（例：0.1msオン、0.9msオフ）を超えてはなりません。これは連続点灯用ではありません。

Q: 2つの桁を独立して制御するにはどうすればよいですか？

A: マルチプレクシングを使用します。1サイクルで：1) アノードピン（1,2,3,4,5,7,8,10）を桁1のパターンに設定します。2) カソードピン9（桁1）をロー（グランド）にし、カソードピン6（桁2）をハイ（未接続）に保ちます。3) 短時間（例：5ms）点灯させます。4) 桁1を消灯します。5) アノードを桁2のパターンに設定します。6) カソードピン6をローに、ピン9をハイにします。7) 点灯させます。このサイクルを高速（>60Hz）で繰り返すことで、両桁が連続して点灯しているかのような錯覚を作り出します。

1. 9. 実践的な設計と使用例例：シンプルなデジタル電圧計表示（0-99V）の設計
2. 部品選定：LTD-2701JDは、2桁表示能力、良好な輝度、および試作用のスルーホールパッケージである点から選定されます。
3. 駆動回路：マイクロコントローラ（例：ATmega328P）を使用します。そのI/Oピンは、すべてのセグメントを一度に供給/吸収するのに十分な電流容量を持ちません。したがって、2つのNPNトランジスタ（例：2N3904）を使用して桁1と桁2のカソード電流を吸収するマルチプレクシング方式を実装します。セグメントアノードは、電流制限抵抗（例：5V電源で約20mA/セグメントを目標とした150Ω：R = (5V - 2.6V) / 0.02A ≈ 120Ω、安全のために150Ωを使用）を介してマイクロコントローラに接続されます。
4. 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、2桁のBCDコードに変換し、100Hzでマルチプレクシングするためのタイマ割り込みを使用して表示器を駆動します。

考慮事項：

順方向電圧の許容差は、セグメント間で輝度がわずかに異なる可能性があることを意味します。抵抗の代わりに定電流ドライバ（専用LEDドライバICなど）を使用すると、均一性が向上します。長期在庫を避けるために少量発注することで、保管に関するアドバイスに従います。

10. 動作原理の紹介

発光ダイオード（LED）は、半導体のp-n接合ダイオードです。接合の内蔵電位を超える順方向電圧が印加されると、n領域からの電子とp領域からの正孔が接合部を越えて注入されます。これらの電荷キャリアが活性領域で再結合すると、エネルギーが光子（光）の形で放出されます。発光の特定の波長（色）は、半導体材料のバンドギャップエネルギーによって決まります。AlInGaPは赤色光に対応するバンドギャップを持っています。7セグメント表示器では、複数の個別のLEDチップが取り付けられ、配線されて、標準的なセグメント（A-GおよびDP）を形成します。コモンカソード構成では、1桁に属するすべてのLEDのカソードが内部で接続されています。

• 11. 技術トレンドLED表示器業界は進化を続けています。LTD-2701JDのようなスルーホール表示器は、試作、修理、および特定の用途において依然として関連性がありますが、より広範なトレンドには以下が含まれます：
• 小型化とSMDの主流化：表面実装デバイス（SMD）パッケージは、自動組立の標準となりつつあり、より小さなサイズと低いプロファイルを提供します。
• 統合コントローラ：内蔵ドライバIC（MAX7219互換モジュールなど）を備えた表示器は、マルチプレクシングとデコードを内部で処理することで、マイクロコントローラとのインターフェースを簡素化します。
• より高効率な材料：青色/緑色用のInGaNや、改良されたAlInGaP、蛍光体変換白色LEDなどの材料の継続的な開発により、効率（ルーメン/ワット）がさらに高まっています。

柔軟で新しい形状：