LTF-2502KG 7セグメントLEDディスプレイ データシート - 0.26インチ桁高 - AlInGaP グリーン - 2.6V順電圧 - 70mW消費電力 - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTF-2502KGは、数値表示アプリケーション向けに設計された5桁7セグメントLEDディスプレイモジュールです。桁高は0.26インチ（6.8 mm）で、明瞭で読みやすい文字を提供します。本デバイスは、GaAs基板上に成長させたAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）LEDチップを採用しており、緑色スペクトルにおいて高い効率と輝度で知られています。表示面は黒地に白く発光するセグメントによる高コントラストの外観を呈し、様々な照明条件下での視認性を向上させています。主なターゲット市場は、民生電子機器、産業用制御パネル、計測器、および優れた視覚性能を備えたコンパクトで信頼性の高い数値表示を必要とするあらゆるアプリケーションです。

1.1 主な特長

• コンパクトな0.26インチ（6.8 mm）桁高。
• 連続的で均一なセグメント発光により、一貫した文字表示を実現。
• 低消費電力で、バッテリー駆動機器に適しています。
• 高輝度と高コントラストによる優れた文字表示。
• 広い視野角により、様々な位置から視認可能。
• ソリッドステート構造による高い信頼性。
• 輝度はカテゴリ（ビニング）分けされており、一貫した性能を保証。
• RoHS指令に準拠した鉛フリーパッケージ。

1.2 デバイス識別

型番LTF-2502KGは、AlInGaPグリーンLEDを搭載し、右側小数点構成を持つマルチプレックス・コモンアノードディスプレイを具体的に示しています。この構成は、必要なマイクロコントローラI/Oピン数を削減するマルチプレックス駆動回路に最適化されています。

2. 技術パラメータ：詳細かつ客観的な解釈

このセクションでは、ディスプレイの性能範囲を定義し、適切な回路設計を導く電気的・光学的特性について詳細な分析を提供します。

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応力限界を定義します。これらの限界以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：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。
• セグメントあたりのピーク順電流：90 mA。これは、過熱することなく非常に高い瞬間輝度を達成するために、パルス条件下（1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）でのみ許容されます。
• セグメントあたりの連続順電流：25°C時で25 mA。この電流は、周囲温度（Ta）が25°Cを超えて上昇するにつれて、0.33 mA/°Cの割合で線形に低下します。例えば、50°Cでは、最大連続電流は約25 mA - (0.33 mA/°C * 25°C) = 16.75 mAとなります。
• 動作温度範囲：-35°C から +85°C。デバイスはこの周囲温度範囲内で動作することが保証されています。
• 保管温度範囲：-35°C から +105°C。
• はんだ付け条件：デバイスは、はんだ接点がシーティングプレーンから1/16インチ（≈1.6mm）下で260°C、3秒間のフローはんだ付けに耐えることができます。

2.2 電気的・光学的特性

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

• 平均光度（I_V）：これは輝度の主要な尺度です。
  • 最小：200 µcd、代表値：I_F= 1 mA時で540 µcd。
  • 代表値：I_F= 10 mA時で5940 µcd。これは、電流と光出力の間に高度な非線形関係があることを示しています。
• ピーク発光波長（λ_p）：571 nm（代表値）。これはスペクトルパワー出力が最大となる波長であり、可視スペクトルの緑色領域に位置します。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：15 nm（代表値）。これはスペクトル純度を示します。値が小さいほど、より単色光に近いことを意味します。
• 主波長（λ_d）：572 nm（代表値）。これは人間の目が知覚する波長であり、ピーク波長にほぼ一致します。
• チップあたりの順方向電圧（V_F）：2.6V（代表値）、許容差±0.1V、I_F= 20 mA時。これは電流制限回路を設計するための重要なパラメータです。
• セグメントあたりの逆方向電流（I_R）：100 µA（最大）、V_R= 5V時。このパラメータは試験目的のみであり、連続的な逆バイアス動作は禁止されています。
• 光度マッチング比：2:1（最大）。これはセグメント間の均一性を保証し、同じ駆動条件下で最も明るいセグメントが最も暗いセグメントの2倍以上明るくならないことを意味します。
• クロストーク：≤2.5%。これは、隣接するセグメントが点灯しているときに、無通電セグメントから漏れる意図しない光の最大量を規定します。

3. ビニングシステムの説明

本ディスプレイは、単一ユニット内およびアセンブリ内の複数ユニット間で一貫した輝度レベルを保証するために、光度に関するビニングシステムを採用しています。ビンコード（F, G, H, J, K）は、I_F= 1 mAで測定されたマイクロカンデラ（µcd）単位の最小光度の特定の範囲を表します。

• ビン F：200 - 320 µcd
• ビン G：321 - 500 µcd
• ビン H：501 - 800 µcd
• ビン J：801 - 1300 µcd
• ビン K：1301 - 2100 µcd

設計への影響：一つのアセンブリで2つ以上のディスプレイを使用するアプリケーションでは、それらの間で目立つ輝度差（色むら）を避けるために、同じビンコードのディスプレイを使用することを強く推奨します。

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記述されていませんが、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：順方向電圧と電流の指数関数的関係を示します。曲線は約2.0-2.2V付近にニー電圧を持ち、その後は電圧のわずかな増加で電流が急速に増加します。これは、電圧制御ではなく電流制御の必要性を強調しています。
• 光度 vs. 順方向電流：光出力が低電流レベルでは電流に対して超線形的に増加し、高電流では飽和に近づく可能性があることを示す曲線です。これは、輝度と効率/電力損失のトレードオフを知らせます。
• 光度 vs. 周囲温度：通常、負の温度係数を示し、接合温度が上昇すると光出力が減少します。これは高温環境での設計に極めて重要です。
• 順方向電圧 vs. 周囲温度：通常、負の温度係数を示し、温度が上昇するとV_Fがわずかに減少することを意味します。
• スペクトル分布：571-572 nmを中心としたベル型の曲線で、15 nmの半値幅で定義される幅を持ちます。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

ディスプレイは標準的なデュアルインチパッケージ（DIP）フットプリントを持ちます。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）単位です。
• 特に指定がない限り、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です。
• 表示面の欠陥限界：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。
• ピン用の推奨PCB穴径は1.0 mmです。

5.2 ピン接続と極性

LTF-2502KGはマルチプレックス・コモンアノードデバイスです。これは、各桁のLEDのアノードが内部で接続され、各セグメントタイプ（A-G, DP）のカソードが桁をまたいで接続されていることを意味します。

ピン配置（16ピンDIP）：

• ピン 1: カソード E
• ピン 2: カソード D
• ピン 3: カソード DP（小数点）
• ピン 4: 桁3 コモンアノード
• ピン 6: カソード G
• ピン 8: カソード C
• ピン 10: 桁5 コモンアノード
• ピン 11: 桁4 コモンアノード
• ピン 12: カソード B
• ピン 13: カソード F
• ピン 14: 桁2 コモンアノード
• ピン 15: カソード A
• ピン 16: 桁1 コモンアノード
• ピン 5, 7, 9: 未接続（N/C）

内部回路：内部回路図は、5つのコモンアノードノード（桁ごとに1つ）を示し、各ノードはその特定の桁の7セグメント（A-G）と小数点（DP）のアノードに接続されています。各セグメントタイプ（例：すべての'A'セグメント）のカソードは、5桁すべてでまとめて接続されています。

6. はんだ付け・組立ガイドライン

6.1 フローはんだ付けプロファイル

推奨されるフローはんだ付け温度プロファイルが提供されています。主なパラメータは以下の通りです：

• 熱衝撃を軽減するために、100-110°Cの温度で最低2分間の予熱段階。
• 250-260°Cの範囲のピークはんだ温度。
• このピーク温度の±5°C以内に留まる時間は3〜5秒とし、部品を損傷することなく適切なはんだ接合を形成することを保証します。

7. アプリケーション提案と設計上の考慮事項

7.1 設計および使用上の注意

これらの点は、信頼性の高い長期動作にとって重要です：

• 駆動回路設計：一貫した輝度を確保しLEDを保護するために、定電圧駆動よりも定電流駆動を強く推奨します。回路は、順方向電圧（V_F= 2.5V から 2.7V）の全範囲に対応できるように設計する必要があります。
• 保護：駆動回路には、逆電圧および電源投入/シャットダウン時の過渡電圧スパイクに対する保護を組み込む必要があります。これらは金属移動や故障を引き起こす可能性があるためです。
• 熱管理：動作電流は、最大周囲温度に応じて低下させなければなりません。電流定格または温度定格を超えると、光出力の著しい低下や早期故障につながります。
• 環境：湿気の多い環境での急激な温度変化を避け、ディスプレイ上の結露を防止してください。
• 機械的：組立中にディスプレイ本体に異常な力を加えないでください。装飾フィルムを貼る場合は、フィルムが前面パネルに直接押し付けられてずれる可能性があるため、注意してください。
• 複数ディスプレイ使用時のビニング：前述の通り、均一な外観のために同じ光度ビンのディスプレイを使用してください。

7.2 保管条件

ピンの酸化を防止し、はんだ付け性を維持するために：

• 推奨：元の防湿包装で保管してください。
• 温度：5°C から 30°C。
• 湿度：60% RH以下。
• 在庫管理：大量の長期保管は避けてください。先入れ先出し（FIFO）の原則を使用してください。これらの条件外で保管された製品は、使用前に再処理が必要になる場合があります。

8. 代表的なアプリケーションシナリオ

LTF-2502KGは、明瞭で信頼性の高い数値表示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。
• 産業用制御装置：プロセスタイマー、カウンタ表示、機械の温度表示。
• 民生電子機器：オーディオ機器（アンプの音量/表示）、キッチン家電のタイマー。
• 自動車アフターマーケット：性能監視用の計器および表示器（環境仕様を満たす場合）。
• 医療機器：非重要機器上の単純なパラメータ表示（安全上重要な用途についてはメーカーにご相談ください）。

9. 技術比較と差別化

他の7セグメントディスプレイ技術との比較：

• 赤色GaAsP/GaP LEDとの比較：AlInGaPグリーンLEDは、一般に高い発光効率と輝度を提供し、同じ知覚輝度に対してより良い視認性と潜在的に低い消費電力を実現します。
• LCDとの比較：LEDは自発光型であり、独自の光を提供するため、低照度条件下で非常に優れており、バックライトの複雑さなしに広い視野角を提供します。また、一般的により頑丈で応答時間が速いです。
• 大型桁表示器との比較：0.26インチサイズは、視認性と基板スペースの節約のバランスを提供し、より大きなディスプレイが非現実的なコンパクトデバイスに理想的です。
• この部品の主な利点：AlInGaP技術（効率性のため）、マルチプレックス・コモンアノード構成（ドライバの簡素化のため）、およびカテゴリ分けされた光度（一貫性のため）の組み合わせにより、コスト重視の量産設計においてバランスの取れた選択肢となっています。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

1. Q: なぜ電圧源と単純な抵抗を使用する代わりに、定電流駆動が推奨されるのですか？
   A: 直列抵抗は一般的ですが、LEDの順方向電圧（V_F）が温度や個々のユニット間で変動するため、不完全な制御となります。定電流源は、これらのV_Fの変動に関わらず電流（したがって輝度）が安定したままであることを保証し、より均一で信頼性の高い性能をもたらします。
2. Q: このディスプレイをマイクロコントローラで直接駆動できますか？
   A: マルチプレキシングについては可能ですが、セグメント電流を直接駆動することはできません。マイクロコントローラのピンは電流供給/吸収能力が限られています（通常20-25mA）。セグメント電流（セグメントあたり最大25mA連続）およびより高い累積桁アノード電流を処理するために、外部ドライバ（トランジスタまたは専用LEDドライバIC）を使用する必要があります。
3. Q: 2:1の光度マッチング比は、私の設計にとって何を意味しますか？
   A: 最悪の場合、同じディスプレイ上で、同じように駆動された場合、あるセグメントが別のセグメントの2倍明るくなる可能性があることを意味します。良好な回路基板レイアウト（等しいトレース長/抵抗）と適切な電流制御は、目に見える差を最小限に抑えるのに役立ちます。重要なアプリケーションでは、セグメントごとのソフトウェア輝度調整も選択肢です。
4. Q: 保管湿度は60% RH以下です。より湿度の高い環境で保管した場合はどうなりますか？
   A: 高湿度は、ピンの錫/鉛フリーめっきの酸化を引き起こし、部品が最終的に使用される際にはんだ付け性が悪くなる可能性があります。これは、組立時に不良はんだ接合を引き起こす可能性があります。

11. 実践的な設計と使用事例

シナリオ：シンプルな5桁タイマーの設計

1. マイクロコントローラの選択：十分なI/Oピンを持つMCUを選択します。5桁、7セグメント+DPのマルチプレックスディスプレイの場合、桁アノード用に5ピン、セグメントカソード用に8ピン、合計13本の制御線が必要です。
2. ドライバ回路：8本のカソードラインの電流を吸い込むために、ローサイドドライバアレイ（例：ULN2003Aダーリントントランジスタアレイ）を使用します。5本のアノードラインに電流を供給するために、個別のNPNトランジスタまたはハイサイドドライバを使用します。
3. 電流設定：必要な輝度を決定します。屋内使用の場合、セグメントあたり5-10mAで十分かもしれません。最大周囲温度に対する低下を忘れずに、アノードドライバ用の電流制限抵抗を計算するか、定電流ドライバICをそれに応じて設定します。
4. マルチプレキシングソフトウェア：各桁を順番に切り替え、その桁のアノードをオンにして、その桁の値に応じた適切なカソードパターンを設定するファームウェアを作成します。リフレッシュレートは、目に見えるちらつきを避けるために十分に高く（例：>100Hz）する必要があります。
5. PCBレイアウト：アノードおよびカソードドライバへの電源トレースが十分に広いことを確認してください。トレースインダクタンスを最小限に抑えるために、ディスプレイをドライバの近くに配置してください。

12. 動作原理の紹介

LTF-2502KGは、半導体エレクトロルミネッセンスに基づいています。AlInGaP p-n接合に、ダイオードの接合電位を超える順方向バイアス電圧が印加されると、電子と正孔が活性領域に注入されます。それらの再結合により、光子（光）の形でエネルギーが放出されます。エピタキシャル構造中のアルミニウム、インジウム、ガリウム、リン化物層の特定の組成が、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）を定義します—この場合は約572 nmの緑色です。7セグメント形式は、個々のLEDチップ（またはチップアレイ）を標準的な数値セグメントの形状に配置し、その後、外部接続を最小限に抑えるためにコモンアノード・マルチプレックスマトリックスで電気的に相互接続することによって作成されます。

13. 技術トレンド

7セグメントLEDディスプレイ技術のトレンドは、いくつかの重要な分野に焦点を当てています：

• 効率の向上：AlInGaPにおける継続的な材料科学の改善とInGaN（青色/緑色/白色用）の台頭により、ワットあたりのルーメンを高め、より明るいディスプレイまたはより低い消費電力を実現することを目指しています。
• 小型化：より小さなピクセルピッチとより高い密度への絶え間ない追求があり、同じフットプリントでより多くの桁や情報を表示できるようにしていますが、人間工学的な視認性のために0.2"-0.5"の範囲は依然として人気があります。
• 統合：より多くのディスプレイがドライバIC、時にはシンプルなコントローラ（クロック機能用など）をモジュールパッケージに組み込んでおり、エンドユーザーの回路設計を簡素化しています。
• 信頼性と堅牢性の向上：パッケージ材料とエポキシ樹脂の改善により、湿気、熱サイクル、機械的ストレスに対する耐性が向上し、動作環境の範囲が拡大しています。
• カラーオプションとRGB：このような単色（緑色）ディスプレイが一般的ですが、セグメント内での多色またはフルRGBディスプレイの使用が増えており、同じ桁内で状態表示（例：正常時は緑色、アラーム時は赤色）が可能になっています。

ドットマトリックスやOLEDグラフィカルディスプレイの普及にもかかわらず、7セグメントLEDは、専用の数値出力に対して非常にコスト効率が高く、信頼性が高く、読みやすいソリューションであり、電子設計における継続的な関連性を確保しています。