LTD-5250JD LEDディスプレイ データシート - 0.52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-5250JD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、様々な電子機器や計測器において、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、アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン（AlInGaP）半導体材料を用いてハイパーレッド発光を実現しています。このデバイスは、白色のセグメントマーキングを備えたグレーのフェースプレートを特徴とし、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。また、光束強度に基づいてカテゴリ分けされており、バッチアプリケーションにおける輝度レベルの一貫性が確保されています。

1.1 中核的利点とターゲット市場

本ディスプレイは、産業用、民生用、計測器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。低消費電力によりエネルギー効率に優れ、高輝度と優れたコントラスト比により広い視野角から視認性を確保します。ソリッドステート構造は、他の表示技術と比較して本質的な信頼性と長い動作寿命を提供します。連続的で均一なセグメントは、美しくプロフェッショナルな文字表示に貢献します。これらの特徴の組み合わせは、試験装置、POS端末、産業用制御パネル、時計表示、信頼性の高い明るい数値表示を必要とするあらゆるデバイスなどのアプリケーションをターゲットとしています。

2. 技術仕様の詳細分析

このセクションでは、データシートに定義されたデバイスの主要な技術パラメータについて、詳細かつ客観的な分析を提供します。

2.1 光学特性

光学性能は、ディスプレイの機能の中核です。主発光はハイパーレッドスペクトルにあります。

• 光束強度（I_V）：セグメントあたりの平均光束強度は、試験条件I_F= 1mAにおいて、最小320 µcd、標準値700 µcd、最大値は規定なしと指定されています。このパラメータは、最終アプリケーションにおけるディスプレイの輝度を決定する上で極めて重要です。セグメント間のマッチング比は最大2:1と指定されており、これは同一桁内の異なるセグメント間で許容される輝度のばらつきを定義します。
• 波長特性：本デバイスは、ピーク発光波長（λ_p）650 nm（ナノメートル）、主波長（λ_d）639 nmを特徴とし、いずれもI_F= 20mAで測定されます。スペクトル線半値幅（Δλ）は20 nmです。これらの値は、ハイパーレッド出力の色度点、つまり深く鮮やかな赤色を正確に定義しています。

2.2 電気的特性

電気的限界と動作点を理解することは、安全で信頼性の高い回路設計に不可欠です。

• 絶対最大定格：これらは、いかなる条件下でも超えてはならないストレス限界です。主要な限界には、セグメントあたりの電力損失（70 mW）、セグメントあたりのピーク順電流（1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅で90 mA）、セグメントあたりの連続順電流（25°Cで25 mA、0.33 mA/°Cで線形減額）が含まれます。セグメントあたりの最大逆電圧は5Vです。
• 順電圧（V_F）：点灯セグメント両端の電圧降下は、20mA駆動時、標準的に2.6V、範囲は2.1Vから最大値までです。この値は、電流制限抵抗値や電源要件を計算するために必要です。
• 逆電流（I_R）：5Vの逆バイアスが印加された時の最大リーク電流は100 µAです。

2.3 熱的および環境仕様

デバイスの性能は、定義された環境限界内で規定されています。

• 動作温度範囲：本ディスプレイは、周囲温度（T_a）-35°Cから+85°Cでの連続動作に対応しています。
• 保存温度範囲：非動作状態では-35°Cから+85°Cで保存可能です。
• はんだ付け温度：実装時、部品の実装面から1.6mm下で測定した最大許容はんだ付け温度は260°C、最大持続時間は3秒です。これは、フローはんだ付けやリフローはんだ付けプロセスにおいて重要です。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、デバイスが光束強度でカテゴリ分けされていることを示しています。これは、製造後のビニング（選別）プロセスを意味します。

• 光束強度ビニング：LEDは、標準試験電流（おそらく1mAまたは20mA）での測定光束出力に基づいて試験され、グループ（ビン）分けされます。同じビン内のデバイスは非常に類似した輝度を持ち、単一製品で複数のディスプレイを使用する際の視覚的一様性を確保します。2:1の光束強度マッチング比は、単一デバイス内での性能保証です。
• 波長ビニング：提供された内容では明示的に詳細が記されていませんが、AlInGaP LEDはしばしば主波長またはピーク波長によってもビニングされ、一貫した色出力を確保します。指定された639 nmの主波長は、この製品の目標値または公称値を表している可能性が高いです。

4. 性能曲線分析

データシートは標準的な電気/光学特性曲線を参照しています。具体的なグラフは本文に提供されていませんが、このようなデバイスの標準的な曲線には通常、以下が含まれます：

• I-V（電流-電圧）曲線：このグラフは、順電流（I_F）と順電圧（V_F）の関係を示します。非線形であり、特徴的なニー電圧（標準的な2.6V付近）を超えると、わずかな電圧増加で電流が急速に増加します。この曲線は、駆動回路の設計に不可欠です。
• 光束強度 vs. 順電流：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。広い範囲で一般的に線形ですが、非常に高い電流では飽和する可能性があります。効率と発熱を考慮しながら、所望の輝度を達成するための動作電流を設計者が選択するのに役立ちます。
• 光束強度 vs. 周囲温度：この曲線は、周囲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は他の材料よりも熱消光が少ないですが、出力は依然として一般的に低下します。これは、高温環境で動作するアプリケーションにとって極めて重要です。
• スペクトル分布：異なる波長にわたる発光の相対強度を示すグラフで、ピーク波長650 nmを中心に、定義された半値幅20 nmを持ちます。

5. 機械的およびパッケージ情報

物理的構造は、デバイスが製品にどのように統合されるかを定義します。

5.1 寸法と外形図

パッケージ図面が参照されています。主要な仕様は、0.52インチ（13.2 mm）の桁高です。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。正確なフットプリントと全体寸法は、PCBレイアウトのために参照図面から取得されます。

5.2 ピン接続と極性

デバイスは18ピン構成で、コモンアノード回路トポロジーを使用しています。これは、桁のすべてのセグメントのアノード（正極端子）が内部で接続されていることを意味します。各セグメントのカソード（負極端子）は個別のピンに引き出され、2つの桁（桁1と桁2）それぞれに別々のコモンアノードピンがあります。ピン配置表は完全なマップを提供し、各桁の各セグメント（A-Gおよび小数点）を制御するピンを指定します。ピン1の正しい識別は、適切な向き付けに不可欠です。

5.3 内部回路図

参照図は、コモンアノード構造を視覚的に表し、2つの独立したコモンアノードノード（桁ごとに1つ）と、各桁の7セグメントおよび小数点の個々のカソードを示しています。これは、マルチプレクシングまたは直接駆動のための電気的アーキテクチャを明確にします。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

適切な取り扱いは、信頼性を確保し、製造中の損傷を防ぎます。

• リフローはんだ付けパラメータ：最大定格（パッケージ下部の指定点で測定、ピーク温度260°C、最大3秒）を厳守してください。熱ストレスを最小限に抑えるために、適切な立ち上がり速度と冷却速度を備えた標準的な無鉛リフロープロファイルを使用する必要があります。
• 注意事項：ピンへの機械的ストレスを避けてください。使用前にデバイスを乾燥した静電気防止環境で保管してください。光学クリア度に影響を与えたり腐食を引き起こしたりする可能性のあるフラックス残留物をPCBから除去してください。
• 保管条件：指定された温度範囲（-35°Cから+85°C）内で、低湿度環境に保管してください。長期保管には、元の防湿バッグの使用が推奨されます。

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シナリオ

このディスプレイは、2桁の明るく読みやすい数字表示を必要とするあらゆるアプリケーションに理想的です。一般的な用途には、デジタルマルチメータや試験装置、周波数カウンタ、タイマーや時計表示、スコアボード、シンプルな制御パネル表示（例：温度、速度）、POS端末表示、家電製品などが含まれます。

7.2 設計上の考慮事項

• 駆動回路：コモンアノードデバイスとして、通常はコモンアノードを正電源電圧（電流制限抵抗または定電流源を介して）に接続し、個々のカソードピンからグランドへ電流をシンク（流し込む）することで駆動されます。通常はトランジスタまたはドライバICを介します。2つのコモンアノードピンを切り替えることで、2桁のマルチプレクシングは簡単に行えます。
• 電流制限：動作電流を設定するために、各セグメントカソード（またはマルチプレクス構成のコモンアノード）に外部の電流制限抵抗が必須です。抵抗値は、R = (V_電源- V_F) / I_Fを使用して計算されます。電流が限界を超えないことを保証するための保守的な設計には、データシートの最大V_Fを使用してください。
• 視野角とコントラスト：広い視野角と高いコントラストにより、ユーザーがディスプレイの真正面にいない可能性のあるパネルに適しています。グレーのフェースと白色のセグメントは、薄暗い環境と明るい環境の両方で視認性を向上させます。
• 熱管理：デバイスには電力損失定格がありますが、特に高電流駆動時や高周囲温度下では、長期的な光束出力と信頼性を維持するために、筐体内の適切な通気を確保することが良い習慣です。

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、LTD-5250JDのAlInGaPの使用は特定の利点を提供します：

• 標準GaAsPまたはGaP赤色LEDとの比較：AlInGaP技術は、一般的に高い発光効率（mAあたりの光出力が多い）、優れた温度安定性、より鮮やかで深い赤色（ハイパーレッド vs. 標準レッド）を提供します。
• LCDディスプレイとの比較：LEDは自発光型であり、自身で光を生成するため、バックライトなしで暗闇でも明確に見えます。また、はるかに高速な応答時間と広い動作温度範囲を持ちます。ただし、一般的に反射型LCDよりも多くの電力を消費します。
• VFD（真空蛍光表示管）との比較：LEDはソリッドステートであり、より頑丈で、動作電圧が低く、フィラメントや高電圧駆動回路を必要としません。VFDは異なる美的感覚と非常に広い視野角を提供できますが、一般的に駆動がより複雑です。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 光束強度マッチング比2:1の目的は何ですか？
A: この仕様は、単一の表示ユニット内で、最も暗いセグメントの輝度が最も明るいセグメントの半分以上であることを保証します。これにより、表示される数字の視覚的一様性が確保され、一部のセグメントが他よりも明らかに暗く見えることを防ぎます。

Q: 5Vマイクロコントローラのピンから直接このディスプレイを駆動できますか？
A: いいえ、直接接続することはできません。マイクロコントローラのピンは十分な電流（通常セグメントあたり20-25mA必要）を供給またはシンクできず、損傷します。外部トランジスタ（例：カソード側のNPNトランジスタまたはアノード側のPNPトランジスタ）または専用のLEDドライバICを使用する必要があります。さらに、電流制限抵抗は常に必要です。

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: デバイスは、桁1（ピン14）と桁2（ピン13）に別々のコモンアノードピンを持っています。各桁に異なる数字を同時に表示するには、それらをマルチプレックスする必要があります。これには、共有されたカソードラインに対応するセグメントデータを提示しながら、どの桁のアノードに電力を供給するかを高速に切り替える（例：100Hz以上）ことが含まれます。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。

Q: ハイパーレッドは標準レッドと比べてどういう意味ですか？
A: ハイパーレッドは、主波長が通常620nmから645nmの間にあるLEDを指し、より明るくピンクがかった標準レッドLED（しばしば630nm以下）と比較して、より深くオレンジがかった赤色を生成します。これは、赤色スペクトル内の特定の色度点です。

10. 設計および使用事例

シナリオ：2桁のシンプルなデジタルタイマーの設計
目標は、00から99までの分を表示するカウントダウンタイマーを構築することです。マイクロコントローラ（例：ArduinoやPIC）はI/Oピンが限られています。LTD-5250JDをマルチプレックス構成で使用するのが効率的です。2つのNPNトランジスタ（または1つのデュアルトランジスタ）を使用して、マイクロコントローラの制御下で2つのコモンアノードピン（ピン13と14）に+5V電源を切り替えます。8つのセグメントカソード（7セグメント＋小数点、DPは使用しない場合もあり）は、8つの電流制限抵抗（約15-20mA駆動用に計算）を介して、さらにピン数を減らすために単一の8チャンネルシンクドライバIC（74HC595シフトレジスタやULN2003アレイなど）を介してマイクロコントローラに接続されます。ファームウェアはカウンタを維持し、十の位と一の位の数字を7セグメントパターンに変換し、対応するセグメントパターンを出力しながら桁1と桁2を交互に有効にし、安定した2桁表示を作成します。

11. 技術原理の紹介

LTD-5250JDは、アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン（AlInGaP）半導体技術に基づいています。この材料は、ガリウムヒ素（GaAs）基板上にエピタキシャル成長させた直接遷移型半導体であり、この場合は不透明です。p-n接合に材料のバンドギャップエネルギーを超える順電圧が印加されると、電子と正孔が再結合し、光子（光）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、したがって発光の波長（色）を決定し、それはハイパーレッド領域（約639-650 nm）にあります。グレーのフェースプレートはコントラスト向上フィルターとして機能し、セグメントは白色マーキングの背後にあるパターン化されたLEDチップによって形成されます。コモンアノード構成は、多桁表示の駆動電子回路を簡素化する標準設計です。

12. 技術トレンド

7セグメントLEDディスプレイは数値表示のための堅牢でコスト効果の高いソリューションであり続けていますが、表示技術全般のトレンドは進化し続けています。駆動電子回路が表示モジュール内に組み込まれる、より高い統合化への一般的な動きがあります。AlInGaPおよび関連材料（青色/緑色用のInGaNなど）の効率は向上し続けており、より低い電流でより明るい表示が可能になったり、より小さなチップの使用が可能になっています。表面実装デバイス（SMD）パッケージは自動実装でより一般的になっていますが、このようなスルーホール型ディスプレイは、その堅牢性と手はんだ付けの容易さから、試作、修理、および特定の産業アプリケーションのために存続しています。さらに、有機LED（OLED）やフレキシブル表示技術の台頭は代替のフォームファクターを提供しますが、シンプルで高輝度、低コストの数値表示に関しては、ここで使用されているAlInGaPのような従来のLED技術が依然として非常に競争力があり信頼性が高いです。