LSHD-5601 LEDディスプレイ データシート - 0.56インチ 桁高 - グリーンセグメント - 順電圧2.6V - 消費電力75mW - 日本語技術文書

1. 製品概要

LSHD-5601は、単一桁の7セグメント＋小数点LEDディスプレイモジュールです。桁高は0.56インチ（14.22 mm）で、明確な中サイズの数値表示を必要とするアプリケーションに適しています。本デバイスは、グレーの面背景に対して特徴的なグリーンのセグメント発光を実現するため、GaP基板上のGaPエピタキシーおよび不透明GaAs基板上のAlInGaP技術を採用したグリーンLEDチップを利用しています。この組み合わせにより、視認性を向上させる高いコントラストを提供します。

1.1 主要な特徴と利点

• 桁高：0.56インチ（14.22 mm）標準サイズ。
• セグメント均一性：すべてのセグメント間で優れた輝度の一貫性を実現するよう設計されています。
• 電力効率：低消費電力で設計されており、エンドアプリケーションでのエネルギー効率を向上させます。
• 光学性能：高い輝度と高いコントラスト比を提供し、明確な視認性を実現します。
• 視野角：広い視野角を提供し、様々な位置からの視認性を確保します。
• 信頼性：LED技術に固有のソリッドステートの信頼性の恩恵を受けます。
• ビニング：輝度でユニットがビニングされており、性能の一貫性を保証します。
• 環境適合性：RoHS指令に準拠した鉛フリーパッケージです。

1.2 デバイス構成

LSHD-5601は、コモンアノード構成のディスプレイとして構成されています。特定の型番は、右側小数点付きのグリーンディスプレイを示します。この構成は、共通の正電圧供給システムを使用する際の回路設計を簡素化します。

2. 技術パラメータ：詳細な客観的解釈

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発生する可能性がある限界を定義します。動作は常にこれらの範囲内で維持する必要があります。

• ドットあたりの平均消費電力：75 mW。これは、単一セグメント（ドット）が連続的に処理できる最大電力です。
• セグメントあたりのピーク順電流：60 mA。これは、マルチプレクシング方式でのパルス条件（1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）下で許容されます。
• ドットあたりの平均順電流：25 mA。信頼性の高い動作のための推奨最大連続DC電流です。
• 順電流ディレーティング：0.28 mA/°C。25°Cを超えると、熱ストレスを管理するために、最大許容連続電流をこの係数で低減する必要があります。
• 動作・保管温度範囲：-35°C ～ +105°C。
• はんだ付け条件：260°Cで3秒間、ディスプレイ本体の実装面から少なくとも1.6mm（約1/16インチ）下に位置するはんだごて先端で行います。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、周囲温度（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）：800（最小）、2400（代表）μcd、I_F=10 mA時。これは光出力を示します。代表値は、このサイズのディスプレイとしては非常に明るいです。
• ピーク発光波長（λ_p）：565 nm（代表）、I_F=20 mA時。発光強度が最も高い波長で、スペクトルの緑色領域にあります。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：30 nm（代表）。スペクトル純度の尺度であり、値が小さいほど単色光に近いことを示します。
• 主波長（λ_d）：569 nm（代表）。人間の目が知覚する単一波長で、色を定義します。
• セグメントあたりの順方向電圧（V_F）：2.1（最小）、2.6（代表）V、I_F=20 mA時。LEDセグメントが導通時の両端の電圧降下です。回路設計では最大値を考慮する必要があります。
• セグメントあたりの逆方向電流（I_R）：100 μA（最大）、V_R=5V時。逆電圧が印加されたときのわずかなリーク電流です。注：連続的な逆バイアス動作は許可されていません。
• 光度マッチング比：2:1（最大）。単一桁内で最も明るいセグメントと最も暗いセグメントの間で許容される最大比率で、均一な外観を保証します。

測定に関する注記：光度は、CIE明所視感度曲線に近似するセンサー・フィルターコンボを使用して測定されます。セグメント間のクロストークは≤2.5%と規定されています。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、ディスプレイが光度でビニングされていることを明示しています。これは重要な品質管理およびマッチングプロセスです。

• 目的：類似した光出力（μcd）を持つディスプレイをグループ化することです。これにより、アプリケーションで複数のディスプレイを並べて使用する場合（例：多桁カウンター）、ユーザーにはそれらの明るさが均一に見えます。
• アプリケーション上の助言：注意事項セクションでは、一つのセットアプリケーションに2つ以上のユニットを組み立てる際、色調や明るさの不均一性の問題を避けるために、同じ輝度ビンからディスプレイを選択することを強く推奨しています。
• その他のパラメータ：ビニングについて明示的に言及されていませんが、順方向電圧（V_F）と主波長（λ_d）も、電気的および色の一貫性を確保するためのLED業界で一般的なビニングパラメータです。重要なアプリケーションでは、設計者はメーカーから特定のビニングコードを確認する必要があります。

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で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：順方向電流（I_F）と順方向電圧（V_F）の関係を示します。LEDダイオードの指数関数的なターンオン特性を示しています。設計者はこれを使用して適切な電流制限抵抗を選択したり、定電流ドライバーを設計したりします。
• 光度 vs. 順方向電流（I_V vs. I_F）：光出力が電流とともにどのように増加するかを示し、通常、動作範囲内ではほぼ線形関係にあります。これは輝度の調整に役立ちます。
• 光度 vs. 周囲温度（I_V vs. T_a）：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。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です。
• スペクトル分布：相対強度と波長の関係を示すプロットで、約565nmにピークがあり、スペクトル半値幅が約30nmであることを示し、緑色の発光を確認します。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

ディスプレイは標準的な10ピンデュアルインチラインパッケージ構成です。主要な寸法に関する注記：

• すべての寸法はミリメートル単位です。
• 特に指定がない限り、一般的な公差は±0.25 mmです。
• ピン先端のシフト公差は、配置のばらつきを考慮して±0.4 mmです。

5.2 内部回路図とピン接続

内部回路図はコモンアノード構成を示しています。すべてのセグメントアノード（A-G、DP）は内部で2つのコモンアノードピン（ピン3とピン8）のいずれかに接続されており、これらも互いに接続されています。各セグメントのカソードには専用のピンがあります。

ピン配置：

1. カソード E
2. カソード D
3. コモンアノード
4. カソード C
5. カソード DP（小数点）
6. カソード B
7. カソード A
8. コモンアノード
9. カソード F
10. カソード G

6. はんだ付けおよび組み立てガイドライン

6.1 はんだ付けパラメータ

推奨はんだ付け条件：260°Cで3秒間、はんだごて先端をディスプレイ本体の実装面から少なくとも1.6mm（1/16インチ）下に位置させ、プラスチックおよびLEDへの熱ダメージを防止します。

6.2 アプリケーション上の注意事項（重要な設計考慮事項）

• 駆動回路設計：一貫した性能と長寿命のため、定電流駆動が推奨されます。回路は、V_Fの全範囲（2.1Vから2.6V）に対応するように設計され、意図した駆動電流が常に供給されるようにする必要があります。
• 電流と温度：推奨駆動電流または動作温度を超えると、光出力の著しい低下や早期故障を引き起こす可能性があります。安全な動作電流は、高い周囲温度に対してディレーティング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含めるべきです。逆バイアスは絶対に避けるべきです。金属マイグレーションを引き起こし、リーク電流の増加や短絡の原因となる可能性があります。
• 機械的取り扱い：ディスプレイ本体に異常な力を加える不適切な工具や方法の使用は避けてください。
• 結露：湿気の多い環境での急激な周囲温度変化を避け、ディスプレイ上の結露を防止してください。
• フィルター/オーバーレイの取り付け：感圧接着剤でパターンフィルムを取り付ける場合、外力によってずれる可能性があるため、前面パネル/カバーに直接押し付けないようにしてください。

7. 保管条件

適切な保管は、ピンの酸化を防ぐために不可欠です。

• LEDディスプレイ（スルーホール）の場合：元の梱包で保管してください。推奨条件：温度5°C～30°C、湿度60%RH以下。大量在庫の長期保管は推奨されません。
• SMD LEDディスプレイ（一般的なガイドライン）の場合：
  • 密封袋内：5°C～30°C、<60%RH。
  • 開封済み袋：5°C～30°C、<60%RH、168時間以内に使用（MSLレベル3）。
  • 168時間以上開封した場合は、はんだ付け前に60°Cで24時間ベーキングしてください。
• 一般的な保存期間：ディスプレイは出荷日から12ヶ月以内に使用することが推奨され、高湿度や腐食性ガス環境にさらさないでください。

8. アプリケーション提案

8.1 ターゲット市場と典型的な用途

このディスプレイは、一般的な電子機器を対象としており、以下を含みます：

• オフィス機器（電卓、卓上時計）。
• 通信機器。
• 家電製品（電子レンジ、オーブン、洗濯機のタイマー）。
• 産業用制御パネル（簡易カウンター、タイマー）。
• 試験・測定機器。

重要な注意：故障が生命や健康を危険にさらす可能性のある用途（航空、医療、安全システム）では、事前にメーカーに相談することが必須です。メーカーは、定格および指示に従わないことによる損害について責任を負いません。

8.2 設計上の考慮事項とベストプラクティス

1. 電流制限：セグメント電流を設定するために、常に直列抵抗または定電流ドライバーを使用してください。供給電圧と所望の電流での最大V_Fに基づいて抵抗値を計算します。
2. マルチプレクシング：多桁アプリケーションでは、マルチプレクシングが一般的です。マルチプレクシング方式でのピーク電流が60mA定格を超えず、平均電流が25mA制限内に収まるようにしてください。
3. 熱管理：密閉空間や高い周囲温度では、電流ディレーティング係数（0.28 mA/°C）を考慮してください。必要に応じて適切な換気を提供します。
4. 視野角：広い視野角により、最終製品の筐体内での柔軟な配置が可能です。
5. 多桁使用のためのビニング：繰り返し強調されているように、多桁アレイで均一な外観を実現するために、同じ光度ビンからディスプレイを調達してください。

9. 技術比較とポジショニング

データシートには他のモデルとの直接比較はありませんが、LSHD-5601の主要な差別化要因は以下のように推測できます：

• より小型のディスプレイ（例：0.3インチ）との比較：より大きな0.56インチの桁高により、遠距離からの視認性が優れています。
• 赤色または黄色ディスプレイとの比較：グリーンLEDは、人間の目には主観的に明るく見えることが多く、順方向電圧特性も異なる場合があります（V_F~2.6Vに対して、多くの赤色LEDは~1.8-2.2V）。
• コモンカソードディスプレイとの比較：コモンアノード構成は、マイクロコントローラーが電流をシンク（ピンをLOWに駆動）してセグメントを点灯させるシステムで有利であり、これは一般的な構成です。
• 利点：高輝度、優れた均一性（ビニングによる）、広い視野角、RoHS準拠がその中核的な強みです。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

1. Q: 2つのコモンアノードピン（3と8）の目的は何ですか？
   A: これらは内部で接続されています。2つのピンを持つことで、機械的安定性、より良い電流分布、およびPCBレイアウトの柔軟性（どちら側からも電源を配線可能）が提供されます。
2. Q: 5V電源でこのディスプレイを駆動できますか？
   A: はい、ただし各セグメントに直列に電流制限抵抗を必ず使用する必要があります。目標電流10mA、代表的なV_Fが2.6Vの場合、抵抗値は R = (5V - 2.6V) / 0.01A = 240 Ω となります。電流制限を超えないように、最悪の場合（最小V_F）に対して常に計算してください。
3. Q: なぜこのLEDにとって逆バイアスはそれほど危険なのですか？
   A: 逆電圧を印加すると（I_Rテストで使用される5Vであっても）、半導体接合内で金属原子の電気マイグレーションを引き起こし、リーク電流の増加や永久的な短絡につながる可能性があります。データシートは連続的な逆動作を明示的に禁止しています。
4. Q: 異なる輝度レベルを実現するにはどうすればよいですか？
   A: 輝度は主に順方向電流（I_F）によって制御されます。定電流ドライバーでPWM（パルス幅変調）を使用することが、調光に最も効果的な方法です。これは、アナログの電圧/電流低減とは異なり、色の一貫性を維持します。

11. 実用的な使用例

シナリオ：実験室装置用のシンプルな4桁カウントアップタイマーの設計。

1. 部品選択：明瞭さとサイズのために、4つのLSHD-5601ディスプレイが選択されます。
2. 回路設計：十分なI/Oピンを備えたマイクロコントローラーが選択されます。設計はコモンアノード構成を使用するため、マイクロコントローラーのポートピンはセグメントカソード（電流制限抵抗を介して）に接続されます。各桁のコモンアノードピンは、マルチプレクシング用に別のマイクロコントローラーピンで制御されるPNPトランジスタ（またはNチャネルMOSFET）に接続されます。
3. 電流計算：4桁（1/4デューティサイクル）のマルチプレクシング設計の場合、平均セグメント電流10mAを達成するには、アクティブタイムスロット中のピーク電流は40mAになります。これは60mAのピーク定格内です。抵抗はそれに応じて計算されます： R = (V_供給 - V_{F_max} - V_{CE_sat}) / I_ピーク.
4. ビニング：タイマー全体で均一な輝度を確保するために、4つのディスプレイすべてに同じ光度ビンコードを指定して注文します。
5. ソフトウェア：マイクロコントローラーファームウェアは各桁を順番に切り替え、対応するトランジスタをオンにし、計算されたタイミングでその桁に必要なセグメントを点灯させ、所望のデューティサイクルを達成し、ちらつきを回避します。

12. 動作原理の紹介

LSHD-5601は発光ダイオード（LED）技術に基づいています。セグメントにダイオードのオン閾値（これらのグリーンLEDでは約2.1-2.6V）を超える順方向電圧が印加されると、電子と正孔が活性半導体領域（GaPまたはAlInGaP材料で作られたp-n接合）で再結合します。この再結合プロセスは、光子（光）の形でエネルギーを放出します。特定の半導体材料組成が放出される光の波長（色）を決定します—この場合は緑色（約569 nm）。7つのセグメント（A-G）と小数点（DP）は、数値文字を形成するために空間的に配置された個々のLEDチップです。これらをコモンアノード構成で電気的に接続することで、マイクロコントローラーによる効率的な制御が可能になります。

13. 技術トレンドと背景

LSHD-5601のような個別の7セグメントLEDディスプレイは、シンプルで信頼性が高く、視認性の高い数値表示を必要とする特定のアプリケーションでは依然として重要ですが、より広範な業界トレンドは明らかです：

• 統合：シリアルインターフェース（I2C、SPI）を介して制御される統合多桁モジュールやドットマトリックスディスプレイへの移行があり、マイクロコントローラーI/Oとドライバー部品数を削減しています。
• 先進材料：このデータシートで言及されているように、グリーンおよび赤色LEDへのAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）の使用は、古いGaP技術よりも進歩しており、より高い効率と輝度を提供します。
• アプリケーションのシフト：複雑な英数字やグラフィカルな情報には、LCD、OLED、TFTがより一般的です。しかし、LEDセグメントディスプレイは、高輝度、広い温度範囲での動作、長寿命、およびシンプルさを必要とする環境では依然として強い利点を保持しており、産業、家電、計測器市場での継続的な関連性を確保しています。
• パッケージング：LSHD-5601の鉛フリーでRoHS準拠のパッケージは、すべての電子部品に影響を与える世界的な環境規制のトレンドを反映しています。