LTS-3861JR LEDディスプレイ データシート - 0.3インチ桁高 - 順電圧2.6V - スーパーレッド - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTS-3861JR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、1桁の7セグメントLEDディスプレイモジュールです。その主な機能は、7つの個別セグメントとオプションの小数点を選択的に点灯させることで、数値文字（0-9）および一部の限られた英数字記号を視覚的に表現することです。

中核技術として、LEDチップに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。この材料系は、高効率の赤色および琥珀色LEDを生成することで知られています。チップは不透明なGaAs（ガリウムヒ素）基板上に形成されており、内部での光の散乱や反射を最小限に抑えることでコントラストの向上に貢献します。デバイスはグレーのフェースプレートと白色のセグメントカラーを特徴としており、点灯した赤色セグメントの背景に対するコントラストと視認性を高めています。

本ディスプレイは輝度でカテゴライズされており、特定の明るさ基準を満たすようにユニットがビニングまたはテストされることを意味します。これにより、製造ロット間での性能の一貫性が確保されます。

1.1 主な特長と利点

• コンパクトサイズ：0.3インチ（7.62 mm）の桁高を特徴とし、スペースに制約のあるパネルやデバイスに適しています。
• 光学品質：途切れのない均一なセグメントにより、隙間や不揃いのない滑らかでプロフェッショナルな文字表示を実現します。
• 高性能：高輝度と高コントラストを提供し、優れた視認性を確保します。
• 広視野角：広い視点範囲からも明確な視認性を提供します。
• 低消費電力：低電力要件で設計されており、エネルギー効率に優れています。
• 信頼性：可動部品のない固体素子の信頼性の恩恵を受け、長い動作寿命を実現します。

2. 技術仕様の詳細

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。この限界を超えて動作させることは推奨されません。

• セグメントあたりの電力損失：最大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：最大90 mA。これは過熱を防ぐために、パルス条件（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時で最大25 mA。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。
• セグメントあたりの逆電圧：最大5 V。これを超えるとLEDのPN接合が破壊される可能性があります。
• 動作温度範囲：-35°C ～ +85°C。
• 保存温度範囲：-35°C ～ +85°C。
• はんだ付け温度：最大260°C、最大3秒間。温度は部品の実装面から1.6mm（1/16インチ）下の点で測定されます。

2.2 電気的・光学的特性

これらのパラメータは周囲温度（Ta）25°Cで測定され、代表的な動作性能を定義します。

• 平均光度（I_V）：順電流（I_F）1 mA時で、200 μcd（最小）から600 μcd（最大）の範囲です。これは人間の目が知覚する明るさの尺度です。
• ピーク発光波長（λ_p）：I_F=20mA時、代表値639 nm。これは光出力が物理的に最大となる波長です。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：I_F=20mA時、代表値20 nm。これはスペクトルの純度を示します。値が小さいほど単色性が高いことを意味します。
• 主波長（λ_d）：I_F=20mA時、代表値631 nm。これは人間の目が知覚する単一波長であり、色（スーパーレッド）を定義します。
• セグメントあたりの順電圧（V_F）：I_F=20mA時、2.0 V（最小）から2.6 V（最大）の範囲です。これはLEDが動作時の両端電圧降下です。
• セグメントあたりの逆電流（I_R）：逆電圧（V_R）5V時、最大100 μA。これはLEDが逆バイアスされたときのわずかなリーク電流です。
• 光度マッチング比（I_V-m）：I_F=1mA時、最大2:1。これは単一デバイス内の異なるセグメント間で許容される最大の明るさのばらつきを規定し、表示の均一性を確保します。

注：光度測定はCIE（国際照明委員会）の視感度曲線標準に従います。

3. ビニングとカテゴリ分類システム

LTS-3861JRは、主に光度に対してカテゴリ分類システムを採用しています。これは製造工程において、標準テスト電流（通常1mAまたは20mA）で測定された明るさに基づいて、デバイスが異なるビンまたはカテゴリにテスト・選別されることを意味します。これにより、設計者はアプリケーションに適した一貫した輝度レベルの部品を選択でき、多桁表示において複数の桁間で表示強度に目立つばらつきが生じるのを防ぎます。データシートでは範囲（200-600 μcd）が規定されており、製品はこの範囲内の指定されたサブ範囲内に収まることが保証されます。

4. 特性曲線分析

データシートは設計に不可欠な代表的な特性曲線を参照しています。提供されたテキストには表示されていませんが、このようなデバイスの標準的な曲線には以下が含まれます：

• 順電流 vs. 順電圧（I_F-V_F曲線）：指数関数的な関係を示します。電流制限回路の設計に必須です。
• 光度 vs. 順電流（I_V-I_F曲線）：効率が低下する前の動作範囲内では、ほぼ線形の関係で電流の増加に伴って輝度がどのように増加するかを示します。
• 光度 vs. 周囲温度（I_V-T_a曲線）：接合温度の上昇に伴う光出力の低下を示し、熱管理と電流減額の重要性を強調します。
• スペクトル分布：639 nmのピークを中心とし、20 nmの半値幅で定義される幅を持つ、波長全体にわたる相対光出力を示すグラフです。

5. 機械的仕様とパッケージ情報

5.1 外形寸法

デバイスは定義されたパッケージ外形を持ちます。特に断りのない限り、すべての寸法はミリメートル（mm）単位で、標準公差は±0.25 mmです。主要な寸法には、パッケージの全高、全幅、全奥行き、桁表示窓サイズ、およびセグメント間の間隔が含まれます。

5.2 ピン配置と内部回路

LTS-3861JRはコモンアノードデバイスです。これは、すべてのLEDセグメント（A-GおよびDP）のアノードが内部で接続され、共通ピン（ピン1およびピン6）に引き出されていることを意味します。各セグメントのカソードは個別のピンに引き出されています。セグメントを点灯させるには、対応するカソードピンを低論理レベル（グランド）に駆動し、共通アノードピンを正電圧（電流制限抵抗を介して）に保持する必要があります。

ピン接続表：

1: 共通アノード

2: カソード F

3: カソード G

4: カソード E

5: カソード D

6: 共通アノード

7: カソード D.P. （小数点）

8: カソード C

9: カソード B

10: カソード A

内部回路図は、7つのセグメント（A, B, C, D, E, F, G）と小数点（DP）が2つの共通アノードノードとどのように電気的に相互接続されているかを示しています。

6. はんだ付けと実装ガイドライン

損傷を防ぐため、はんだ付け仕様の遵守が重要です。

• リフローはんだ付け：許容される最大はんだ付け温度は260°Cです。部品はこのピーク温度に3秒を超えてさらされてはなりません。温度は部品本体（PCB上の実装面）から1.6mm下の点で測定されます。
• 手はんだ付け：手はんだ付けが必要な場合は、温度制御されたはんだごてを使用し、各ピンとの接触時間を最小限に抑えて、LEDチップへの過度の熱伝達を防ぐ必要があります。
• 保存条件：デバイスは、指定された保存温度範囲-35°C～+85°Cの乾燥環境で保管し、リフロー時にポップコーン現象を引き起こす可能性のある湿気の吸収を防ぐ必要があります。

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シナリオ

• 試験・計測機器：デジタルマルチメータ、オシロスコープ、電源装置。
• 民生電子機器：オーディオアンプ、目覚まし時計付きラジオ、厨房家電。
• 産業用制御機器：パネルメータ、プロセスインジケータ、タイマー表示。
• 自動車アフターマーケット：計器類および表示モジュール（拡張温度要件を考慮）。

7.2 設計上の考慮事項

• 電流制限：セグメントを流れる電流を制限するために、各共通アノード接続には直列抵抗が必須です。抵抗値（R）は次式で計算されます：R = (V_電源- V_F) / I_F。安全設計のため、データシートの最大V_Fを使用してください。
• マルチプレクシング：多桁表示の場合、桁を高速で1つずつ点灯させるマルチプレクシング技術が使用されます。デューティサイクルが低下する分を補うために、セグメントあたりのピーク電流を高く（最大90mAのパルス定格まで）することができ、知覚される輝度を高めることができます。
• 駆動回路：専用のLEDドライバIC、または十分な電流シンク/ソース能力を持つマイクロコントローラのGPIOピンを使用してください。コモンアノードの場合、ドライバは電流をシンク（グランドに接続）する必要があります。
• 視野角：広い視野角は有益ですが、ユーザーに対する最終的な取り付け方向を考慮してください。

8. 技術比較と差別化

LTS-3861JRは、主に従来のGaAsPや標準的なGaP LEDと比較してAlInGaP技術の採用により差別化されています。主な利点は以下の通りです：

• 高効率・高輝度：AlInGaP LEDは、同じ駆動電流に対して大幅に高い光度を提供します。
• 優れた色飽和度：スーパーレッド色は、標準的な赤色LEDと比較してより鮮やかで純粋です。
• 改善された温度安定性：AlInGaPは、一部の古い技術と比較して、温度変化による波長と強度の変動が一般的に少ないです。
• 0.3インチの桁高は、視認性と基板スペースのバランスを提供し、より小さい0.2インチとより大きい0.5インチまたは0.56インチのディスプレイの中間に位置します。

9. よくある質問（FAQ）

Q1: ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

A1: ピーク波長は、光出力が物理的に最も高くなる波長です。主波長は、人間の目に同じ色知覚を生み出す単一波長です。LEDの場合、発光スペクトルの形状により、これらはしばしば近い値ですが同一ではありません。

Q2: このディスプレイを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？

A2: いいえ。電流制限抵抗を使用する必要があります。直接接続すると、最大連続電流（25mA）を超え、LEDを破壊する可能性があります。電源電圧（例：5V）、LED順電圧（最大約2.6V）、および希望の動作電流（例：10-20mA）に基づいて抵抗値を計算してください。

Q3: なぜ共通アノードピンが2つ（ピン1とピン6）あるのですか？

A3: これは機械的および電気的な対称性のための一般的な設計です。電流をより均等に分配し、PCB配線の柔軟性を提供するのに役立ちます。内部的にはこれらは接続されています。どちらか一方を使用するか、両方を正電源に接続することができます。

Q4: 熱設計のための電力損失はどのように計算しますか？

A4: 単一セグメントの場合：P_d= V_F* I_F。例えば、I_F=20mA、V_F=2.5Vの場合、P_d= 50mWとなり、最大70mWを下回ります。複数のセグメントが点灯するマルチプレクス表示では、最悪の場合（例：すべての7セグメントが点灯する数字8）を計算してください。

10. 設計・使用事例

シナリオ：4桁ボルトメータ表示の設計

設計者がコンパクトなボルトメータモジュールを作成しています。彼らは4つのLTS-3861JRディスプレイを選択します。マイクロコントローラのI/Oピンを節約するために、ディスプレイをマルチプレクス構成で配線します：4桁すべてで対応するセグメントカソード（A, B, C,...）が一緒に接続されます。各桁の共通アノードは個別のトランジスタスイッチで制御されます。マイクロコントローラは、1桁のアノードを一度にオンにし、その桁のセグメントパターンを出力することを繰り返します。1/4デューティサイクルで輝度を維持するために、アクティブ時間中のセグメント電流は増加させますが、パルス電流定格内に保ちます。電流制限抵抗は共通アノードライン（トランジスタの前）に配置されます。AlInGaP技術により、中程度に明るい環境光の中でも表示が明確に視認可能であることが保証されます。

11. 技術原理の紹介

LED（発光ダイオード）は半導体ダイオードです。順方向バイアスがかかると、n型領域からの電子が活性層でp型領域からの正孔と再結合します。この再結合により、エネルギーが光子（光）の形で放出されます。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定されます。AlInGaPは化合物半導体であり、アルミニウム、インジウム、ガリウム、リンの比率を調整することでバンドギャップを調整し、赤色、橙色、琥珀色のスペクトルで光を生成することができます。スーパーレッドという名称は、特定の高純度の赤色点を示します。不透明なGaAs基板は迷光を吸収し、チップを通して反射してセグメントの暗い（オフ）状態を薄めるのを防ぐことで、コントラストを向上させます。

12. 技術トレンドと進化

LTS-3861JRのような個別の7セグメントディスプレイは特定のアプリケーションで関連性を保っていますが、表示技術におけるより広範なトレンドには以下が含まれます：

• 統合化：統合ドライバICを備えた多桁モジュールへの移行により、マイクロコントローラとのインターフェース（例：SPIまたはI2C通信）が簡素化されます。
• 材料の進歩：GaN（青色/緑色/白色用）などの材料や、AlInGaPおよびInGaN（赤色用）の改良に関する継続的な研究により、効率（ルーメン毎ワット）と信頼性がさらに高められています。
• 代替技術：多くの民生アプリケーションでは、グラフィックスやテキストを表示する柔軟性から、ドットマトリックスOLEDやLCDディスプレイがセグメントLEDに取って代わりつつあります。しかし、セグメントLEDは、数値のみの表示において非常に高い輝度、広い視野角、極端なシンプルさ、低コストを必要とするアプリケーションでは依然として強い利点を保持しています。
• 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ますが、0.3インチサイズは視認性の要件から多くの計器パネルで標準的なサイズであり続けています。