LTD-2601JS LEDディスプレイ データシート - 0.28インチ桁高 - AlInGaP イエロー - 順電圧2.6V - 消費電力70mW - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTD-2601JS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、2桁の7セグメント英数字表示モジュールです。その主な機能は、個別にアドレス可能なセグメントを通じて、数字および一部の限られた文字を視覚的に表現することです。中核技術には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おり、特に黄色波長スペクトルで発光するように設計されています。この材料選択は、従来技術と比較して効率と色純度において優位性を提供します。本デバイスは、白い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ており、様々な照明条件下で最適な視認性を実現する高いコントラストを提供します。コモンアノード構成に分類され、これはマルチプレクシングを簡素化する標準設計です。

1.1 中核的利点とターゲット市場

本ディスプレイは、その市場ポジションを定義するいくつかの重要な利点を誇ります。0.28インチ（7mm）の桁高は、コンパクトでありながら読みやすいフォーマットを提供し、スペースが限られているパネルメーター、計測器、民生家電、産業用制御インターフェースに適しています。AlInGaP技術の採用により、高い発光強度と優れた文字表示が実現され、明るい環境下でも視認性が確保されます。広い視野角はもう一つの重要な特徴であり、パネル取り付け機器にとって必須である、様々な位置から正確に読み取ることが可能です。本デバイスは発光強度で選別（ビニング）されており、一貫した輝度が保証され、またRoHS（有害物質使用制限）指令に準拠した鉛フリーパッケージで提供されるため、厳しい環境規制を持つグローバル市場にも適しています。ターゲット市場には、試験・測定機器、POS端末、自動車ダッシュボード（補助表示）、信頼性が高くメンテナンスが少ない数値表示を必要とする家庭用電化製品の設計者が含まれます。

2. 詳細な技術パラメータ分析

適切な回路設計と長期信頼性を確保するためには、電気的および光学的パラメータを徹底的に理解することが重要です。

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発生する可能性のあるストレスの限界を定義します。連続動作のための値ではありません。

• セグメントあたりの消費電力：70 mW。これは、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。この制限を超えると、半導体接合部の熱劣化のリスクがあります。
• セグメントあたりのピーク順電流：60 mA。これは、セグメントが扱える最大瞬間電流パルスであり、通常、高デューティサイクルパルスを用いたマルチプレクシング方式に関連します。
• セグメントあたりの連続順電流：25°C時 25 mA。これは、定常状態（DC）動作における推奨最大電流です。0.28 mA/°Cのデレーティング係数が規定されており、周囲温度（Ta）が25°Cを超えて上昇すると、過熱を防ぐために許容される最大連続電流が減少することを意味します。
• セグメントあたりの逆電圧：5 V。これより高い逆バイアス電圧を印加すると、破壊を引き起こしLEDを損傷する可能性があります。
• 動作・保管温度範囲：-35°C ～ +105°C。本デバイスは、この広い温度範囲内での動作と保管に対して定格付けられており、ほとんどの産業用および民生用環境に適しています。

2.2 電気的・光学的特性（Ta=25°C時）

これらは、指定された試験条件下での代表的な性能パラメータです。

• 平均発光強度（Iv）：順電流（If）=1mA時、200（最小）、600（代表）µcd。このパラメータは、人間の目の応答（CIE曲線）をシミュレートするフィルターを用いて測定され、知覚される明るさを定量化します。広い範囲は、ビニングシステムが使用されていることを示しています。
• ピーク発光波長（λp）：If=20mA時、588 nm（代表）。これは光出力が最大となる波長であり、黄色の色を定義します。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：15 nm（代表）。これはスペクトル純度を示します。幅が狭いほど、より飽和した純粋な黄色になります。
• 主波長（λd）：587 nm（代表）。これは、人間の目がLEDの色に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（Vf）：If=20mA時、2.05（最小）、2.6（代表）V。これは、LEDが導通しているときの両端の電圧降下です。定電流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（Ir）：Vr=5V時、100 µA（最大）。これは、LEDが最大定格で逆バイアスされたときのわずかなリーク電流です。
• 発光強度マッチング比：2:1（最大）。これは、同一桁内のセグメント間または桁間で許容される最大の輝度ばらつきを規定し、均一な外観を保証します。
• クロストーク：≤2.5%。このパラメータは、隣接するセグメントが点灯したときに、内部の光反射や電気的リークによって引き起こされる、意図しない隣接セグメントの発光の度合いを測定します。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、本デバイスが発光強度で選別されていることを明示しています。これは、製造後のビニングまたは選別プロセスを意味します。

• 発光強度ビニング：Iv仕様は、1mA時に最小200 µcd、代表値600 µcdを示しています。ユニットは試験され、異なる強度ビン（例：高輝度、標準輝度）に選別されます。設計者は、複数のディスプレイ間または生産ロット間で一貫した輝度を必要とするアプリケーション向けに、特定のビンを選択できます。
• 波長/色ビニング：複数のビンについて明示的に詳細は記載されていませんが、ピーク波長（588 nm）および主波長（587 nm）の厳密な仕様は、厳格なプロセス管理を示しています。色合わせが重要なアプリケーションでは、さらなる波長選別がカスタムオプションとして利用可能な場合があります。
• 順電圧ビニング：Vfの範囲（2.05V～2.6V）は、ある程度の自然なばらつきを示唆しています。電源電圧に敏感な設計や、マルチプレックス配列での正確な電流マッチングを目指す設計では、狭いVfビンからLEDを選択することが重要になる場合があります。

4. 性能曲線分析

提供されたPDF抜粋には代表的な電気的/光学的特性曲線と記載されていますが、具体的なグラフは本文に含まれていません。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：

• 電流-電圧（I-V）曲線：このグラフは、順電流（If）と順電圧（Vf）の間の指数関数的関係を示します。所望の電流に必要な駆動電圧を決定し、定電流ドライバを設計するために不可欠です。
• 発光強度-順電流（L-I曲線）：このプロットは、光出力が電流とともにどのように増加するかを示します。低電流では一般的に線形ですが、熱や効率低下により高電流では飽和する可能性があります。この曲線は、所望の輝度と効率を得るための駆動電流を最適化するのに役立ちます。
• 発光強度-周囲温度曲線：この曲線は、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とって重要です。
• スペクトル分布曲線：相対光出力対波長のプロットで、約588 nmにピークがあり、スペクトル半値幅が約15 nmであることを示し、黄色の色特性を確認します。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法と公差

本ディスプレイは、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。データシートからの主要な寸法上の注意点には以下が含まれます：特に指定がない限り、すべての寸法はミリメートル単位で、一般的な公差は±0.25 mmです。ピン先端シフト公差は±0.4 mmであり、これはPCBの穴配置にとって重要です。特定の品質管理項目が記載されています：セグメント上の異物は≤10ミル、表面のインク汚染は≤20ミル、曲がりは≤1/100、セグメント材料内の気泡は≤10ミルでなければなりません。

5.2 ピン接続と内部回路

本デバイスは、1列に10本のピンを持ちます。内部回路図は、2つの独立したコモンアノードピン（桁2用ピン6、桁1用ピン9）を持つコモンアノードタイプであることを示しています。各セグメント（A, B, C, D, E, F, G、および小数点）には専用のカソードピンがあります。この構成はマルチプレクシングの標準です：一度に1つのコモンアノード（桁）を順次有効にし、その桁のセグメントに対応するカソードピンを駆動することで、少ない数のI/Oピンで複数の桁を制御できます。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

データシートは、PCB組立時の熱損傷を防ぐための特定のはんだ付け条件を提供しています：はんだ付け条件：シーティングプレーンから1/16インチ下、260°Cで3秒間。これはフローはんだ付けを指します。はんだごて先端はディスプレイのプラスチックボディから1.6mm（1/16インチ）下に配置し、接触時間は最高温度260°Cで3秒を超えてはなりません。これにより、プラスチックハウジングの溶融や内部ワイヤーボンディングの過熱による損傷を防ぎます。リフローはんだ付けの場合、プロファイルは保管温度（+105°C）に安全マージンを加えた最大温度定格を超えてはなりませんが、具体的なリフロープロファイルは提供されていません。部品は、吸湿によるリフロー時のポップコーン現象を防ぐため、防湿バッグに入れた状態で管理された環境に保管する必要があります。

7. アプリケーション提案

7.1 代表的なアプリケーション回路

最も一般的な駆動方法はマルチプレクシングです。マイクロコントローラは、2本のI/Oピンを桁セレクタ（トランジスタを介してコモンアノードの電流をシンク）として使用し、8本のI/Oピン（またはシフトレジスタ）をセグメントカソードの電流をシンクするために使用します。各セグメントカソードまたは各コモンアノードと直列に、電流制限抵抗が必要です。抵抗値は R = (Vcc - Vf_led) / I_desired で計算されます。Vfは20mA時で典型的に2.6Vであるため、5V電源の場合、R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120オームとなります。マルチプレックス動作の場合、セグメントあたりの瞬間電流はより高く（例：20mA）設定できますが、デューティサイクルを考慮した平均電流は連続定格内に収める必要があります。

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周波数：目に見えるちらつきを避けるのに十分な高いリフレッシュレート（通常、桁あたり>60 Hz）を使用してください。残像効果により光が統合されます。
• 視野角：主要な視認方向が指定された広い視野角内に収まるようにディスプレイを配置し、最適なコントラストを得てください。
• ESD保護：明示されていませんが、LEDは静電気放電に敏感です。組立時はESD対策を講じて取り扱ってください。
• 放熱：高輝度または高周囲温度のアプリケーションでは、特に最大連続電流付近で駆動する場合、PCBレイアウトがLEDパッケージからのある程度の放熱を可能にするようにしてください。

8. 技術比較と差別化

従来の赤色GaAsP（ガリウムヒ素リン）LEDディスプレイと比較して、LTD-2601JSのAlInGaP技術は著しく高い発光効率を提供し、同じ電流でより明るい表示、またはより低い電力で同等の輝度を実現します。黄色（587-588 nm）は、人間の明所視（日中視覚）において感度が高い領域にあり、類似の放射パワーの赤色または緑色LEDよりも主観的に明るく見えます。現代のサイドグローやドットマトリクスディスプレイと比較して、7セグメント形式は駆動とデコードがより簡単で、純粋な数値表示アプリケーションではシステムコストを低減できます。そのスルーホールパッケージは、表面実装品と比較して堅牢な機械的取り付けを提供し、振動を受けるアプリケーションで有益です。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

• Q: 3.3Vのマイクロコントローラでこのディスプレイを駆動できますか？A: はい。代表的なVfは2.6Vなので、3.3V電源では電流制限抵抗用に0.7Vのヘッドルームがあります。抵抗値は小さくなります：R = (3.3 - 2.6) / I_desired。所望の電流がマイクロコントローラのピンの電流供給/シンク能力の範囲内で達成可能であることを確認してください。
• Q: 連続電流のデレーティング係数の目的は何ですか？A: デレーティング係数（0.28 mA/°C）は、より高い周囲温度での放熱能力の低下を考慮したものです。周囲温度85°Cでは、許容される最大連続電流は 25mA - [0.28mA/°C * (85°C-25°C)] = 25mA - 16.8mA = 8.2mA です。このデレート後の電流を超えて動作すると、最大接合温度を超えるリスクがあります。
• Q: データシートに右小数点と記載されていますが、これは何を意味しますか？A: これは小数点セグメントの位置を示します。右小数点とは、小数点が数字の右側に位置することを意味し、小数を表示する際の標準的な慣例です（例：12.3）。
• Q: ヒートシンクは必要ですか？A: 適度な周囲温度でセグメントあたり20mA以下の典型的な動作では、専用のヒートシンクは必要ありません。PCB自体が熱拡散板として機能します。ただし、絶対最大定格での連続動作や高温環境での使用では、熱管理を考慮する必要があります。

10. 実践的な設計と使用事例

事例：シンプルなデジタル電圧計表示の設計設計者は、卓上電源装置用に0.0Vから9.9Vの電圧を表示する2桁のディスプレイを必要としています。視認性とシンプルなインターフェースからLTD-2601JSが選択されました。マイクロコントローラのADCが電圧を読み取り、10進数に変換し、10の位、1の位、小数点の7セグメントコードを参照します。2つのNPNトランジスタを使用して、コモンアノードピン（桁1および桁2）をグランドに切り替えます。8本のマイクロコントローラI/Oピン（それぞれに120オームの直列抵抗が接続）がセグメントカソード（A-GおよびDP）に接続されます。ファームウェアは100 Hzで桁をマルチプレックスします。グレーのフェースと白いセグメントは、電源装置の黒いパネルに対して優れたコントラストを提供します。高輝度により、明るい実験室でも視認できます。鉛フリー準拠は、新製品に対する会社の環境基準を満たしています。

11. 動作原理の紹介

基本原理は、半導体P-N接合におけるエレクトロルミネッセンスです。AlInGaP材料は直接遷移型半導体です。接合の内蔵電位（ほぼVfに等しい）を超える順電圧が印加されると、N領域からの電子が接合を横切ってP領域に注入され、P領域からの正孔がN領域に移動します。これらの注入された少数キャリア（P側の電子、N側の正孔）は多数キャリアと再結合します。AlInGaPのような直接遷移型材料では、これらの再結合の大部分が放射再結合であり、光子（光）の形でエネルギーを放出することを意味します。光子の特定のエネルギー、したがってその波長（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定され、これはアルミニウム、インジウム、ガリウム、リンの正確な比率によって設計されています。不透明なGaAs基板は、光を上方に反射するのに役立ち、順方向の発光強度を高めます。各セグメントは独立したLEDチップであり、点灯するセグメントの組み合わせによって所望の数字や文字が形成されます。

12. 技術トレンドと発展

LTD-2601JSのようなスルーホール7セグメントディスプレイは、試作、教育キット、堅牢な機械的取り付けを必要とするアプリケーションでは依然として関連性がありますが、業界全体のトレンドは決定的に表面実装デバイス（SMD）パッケージに向かっています。SMD LEDは、占有面積が小さく、プロファイルが低く、自動ピックアンドプレース組立に適しており、PCBへの直接取り付けによりしばしば優れた熱性能を提供します。ディスプレイでは、統合ドライバICがより一般的になりつつあり、LEDアレイに走査ロジック、時にはシリアル通信インターフェース（I2CやSPIなど）を組み合わせることで、マイクロコントローラのI/Oとソフトウェアのオーバーヘッドを大幅に削減します。材料の面では、AlInGaPは赤、オレンジ、黄色に優れていますが、InGaN（インジウム・ガリウム・窒化物）は、より広いバンドギャップの調整可能性により、青、緑、白色LED市場を支配しています。将来のディスプレイでは、マイクロLEDおよびミニLED技術がさらに高い密度、輝度、効率を約束していますが、これらは現在、単純なセグメント表示ではなく高解像度ビデオ画面をターゲットとしています。しかし、7セグメント形式の永続的な原理は、コストに敏感で視認性が重要な数値表示アプリケーションにおいて、当面の間その有用性を保証します。