LTS-3861JF LEDディスプレイ データシート - 0.3インチ (7.62mm) 桁高 - AlInGaP 黄橙色 - 順方向電圧 2.6V - 技術文書

1. 製品概要

LTS-3861JFは、1桁の7セグメント＋右側小数点LEDディスプレイモジュールです。その主な機能は、電子機器において明瞭で視認性の高い数値および限定的な英数字キャラクターの出力を提供することです。中核技術として、LEDチップにアルミニウム・インジウム・ガリウム・リン化物（AlInGaP）半導体材料を採用しており、スペクトルの黄橙色領域で高効率な光を発する特性で知られています。デバイスは、コントラストと可読性を高めるグレーフェイスとホワイトセグメントを特徴としています。コモンアノード構成として設計されており、多くのマイコンをベースとしたアプリケーションにおける駆動回路を簡素化します。

1.1 中核的利点とターゲット市場

このディスプレイの主な利点は、そのAlInGaP構造と設計に由来します。高輝度と優れたコントラストを提供し、様々な照明条件下での視認性が重要なアプリケーションに適しています。広い視野角により、オフアクシス位置からでも表示が読みやすく保たれます。低消費電力とソリッドステートの信頼性は、民生用および産業用電子機器における長期使用に理想的です。主なターゲット市場には、計器パネル、POS機器、家電製品、産業用制御ユニット、シンプルで信頼性の高い数値表示が必要な通信機器などが含まれます。

2. 詳細な技術パラメータ分析

このセクションでは、データシートに規定された電気的および光学的特性について、詳細かつ客観的な解釈を提供します。

2.1 測光および光学特性

光度はカテゴリ分けされており、順方向電流1mAにおける代表値は600マイクロカンデラ（ucd）です。このパラメータは、CIE明所視感度曲線に合わせたフィルターを備えたセンサーを使用して測定され、値が人間の明るさ知覚と相関することを保証します。主波長は605ナノメートル（nm）であり、出力は確実に黄橙色の範囲に位置します。スペクトル線半値幅は17 nmであり、スペクトルの広がりが最小限の比較的純粋で飽和した色を示しています。セグメント間の光度整合比は2:1と規定されており、桁全体で均一な外観を保証します。

2.2 電気的パラメータ

LEDチップあたりの順方向電圧は、20mA時で代表値2.60ボルトです。設計者は、生産ロット間で一貫した輝度を確保するために、電流制限回路を設計する際に順方向電圧範囲（2.05V～2.60V）を考慮する必要があります。逆電流は、5V逆バイアス時に最大100マイクロアンペアと規定されています。この逆電圧条件は試験目的のみであり、デバイスは逆バイアス下での連続動作を想定していない点に注意することが極めて重要です。絶対最大定格は動作限界を定義します：セグメントあたり70mWの電力損失、パルス条件下（1/10デューティ、0.1msパルス）でのピーク順方向電流90mA、25°Cでの連続順方向電流25mA（この温度以上では0.33 mA/°Cで線形に減額）。

2.3 熱的および環境定格

デバイスの動作温度範囲は-35°C～+85°C、保管温度範囲も同様です。この広い範囲は、大きな温度変動のある環境での設置をサポートします。はんだ付け温度定格は組立において重要です：はんだ付け中、部品本体温度は最大定格を超えてはならず、リード線（シーティングプレーンから1/16インチ（約1.6mm）下）に対しては260°Cで5秒間というガイドラインがあります。

3. ビニングおよび分類システム

データシートは、デバイスが光度に基づいて分類されていることを示しています。これは、標準試験電流（通常1mAまたは20mA）で測定された光出力に基づいて、ユニットが試験され、異なるビンに仕分けられることを意味します。これにより、設計者は特定のアプリケーションに適した一貫した輝度を持つ部品を選択できます。この抜粋では特定のビンコードは詳細に記載されていませんが、2:1の強度整合比仕様により、単一デバイス内のセグメントが合理的に均一な輝度を持つことが保証されます。複数のディスプレイ間で厳密な輝度均一性が必要な場合、設計者はメーカーに詳細なビニング情報を確認すべきです。

4. 性能曲線分析

データシートには代表的な性能曲線が参照されています。これらのグラフは、25°Cでの単一点仕様を超えたデバイスの挙動を理解するために不可欠です。通常、以下が含まれます：

• IV曲線（電流対電圧）：順方向電圧と順方向電流の関係を示します。この曲線は非線形であり、適切な電流制限抵抗または定電流ドライバを設計する上で重要です。
• 光度対順方向電流：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。これは、電力損失と寿命を考慮しながら、所望の輝度レベルに対する最適な駆動電流を決定するのに役立ちます。
• 光度対周囲温度：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。これは、高温環境または高駆動電流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：相対強度対波長のプロットであり、611nmでのピークとスペクトル幅を示します。

これらの曲線により、エンジニアは現実の非理想的な条件下での性能を予測することができます。

5. 機械的およびパッケージ情報

ディスプレイの桁高は0.3インチ（7.62 mm）です。パッケージ寸法図は、PCBフットプリント設計および筐体取り付けに不可欠な機械的データを提供します。主要な公差が記載されています：ほとんどの寸法で±0.25mm、ピン先端シフト公差±0.4 mm。ピン用の推奨PCB穴径は1.40 mmです。データシートには、異物、セグメント内の気泡、反射板の曲がり、表面インク汚染の許容レベルに関する品質管理上の注意事項も含まれています。

5.1 ピン配列と回路図

デバイスは10ピン単列構成です。内部回路図はコモンアノード設計を示しており、特定の桁のすべてのLEDのアノードが接続されています。ピン接続表は正しい配線に不可欠です：
ピン1：コモンアノード
ピン2：カソード F（セグメント）
ピン3：カソード G（セグメント）
ピン4：カソード E（セグメント）
ピン5：カソード D（セグメント）
ピン6：コモンアノード（内部的にピン1に接続）
ピン7：カソード D.P.（小数点）
ピン8：カソード C（セグメント）
ピン9：カソード B（セグメント）
ピン10：カソード A（セグメント）
2つのアノードピン（1と6）は電流分配に役立ち、PCB上で接続することができます。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

6.1 リフローおよび手はんだ

自動はんだ付けプロセスでは、シーティングプレーンから1.6mm下で測定し、260°Cで5秒間という条件が規定されています。手はんだの場合は、350°C ±30°Cというより高いはんだごて温度が許容されますが、接触時間は5秒以内に制限する必要があります。これらの時間-温度プロファイルを超えると、内部エポキシ、LEDチップ、またはワイヤーボンドが損傷する可能性があります。

6.2 保管および取り扱い

抜粋では明示的に詳細は記載されていませんが、標準的なESD（静電気放電）対策がLEDデバイスに適用されます。湿気吸収やその他の劣化を防ぐために、指定された保管温度範囲（-35°C～+85°C）内の管理された環境で、静電気防止包装に保管する必要があります。

7. アプリケーションノートおよび設計上の考慮事項

7.1 代表的なアプリケーション回路

コモンアノードディスプレイであるため、アノードは通常、電流制限抵抗を介して正の供給電圧（Vcc）に接続されるか、好ましくは定電流源または電流源として構成されたマイコンピンの出力（その能力範囲内で）によって駆動されます。カソードピンはグランド（シンク電流）に接続され、セグメントを点灯させます。これはコモンカソードディスプレイとは逆です。複数の桁を多重化することは、I/Oピンを節約する一般的な技術であり、アノードを高速で切り替えながら、対応するカソードパターンを提示します。

7.2 重要な設計上の警告

注意セクションでは、いくつかの重要な点が強調されています：
1. 電流制限は必須：LEDは電流駆動デバイスです。熱暴走や破壊を防ぐために、直列抵抗または能動的な定電流回路が常に必要です。
2. 順方向電圧変動を考慮：回路は、VFの全範囲（2.05V-2.60V）で意図した駆動電流を供給できるように設計されなければなりません。
3. 逆バイアスを避ける：駆動回路には、電源投入時の逆電圧スパイクを防ぐための保護（並列ダイオードなど）を組み込むべきです。
4. 熱管理：駆動電流は、高温環境では減額する必要があります。過剰な電流または高い動作温度は、光出力の急速な劣化と早期故障につながります。
5. 適用範囲：本デバイスは標準的な電子機器を対象としています。安全性が重要なアプリケーション（航空、医療など）では、特別な協議と認定が必要です。

8. 信頼性および試験

デバイスは、軍事規格（MIL-STD）、日本規格（JIS）、および内部規格に基づく包括的な信頼性試験を受けています。これらには以下が含まれます：
- 動作寿命試験（RTOL）：最大定格電流で1000時間。
- 環境ストレステスト：高温高湿保管、高温/低温保管、温度サイクル、および熱衝撃。
- プロセスロバストネステスト：耐はんだ性およびはんだ付け性試験。
これらの試験は、製造、保管、および長期運用の厳しさに耐えるデバイスの能力を検証します。

9. 比較および差別化

LTS-3861JFの主な差別化要因は、黄橙色発光にAlInGaP技術を使用している点にあります。GaAsPなどの旧技術と比較して、AlInGaPは著しく高い発光効率と優れた温度安定性を提供し、より明るく一貫した出力をもたらします。グレーフェイス/ホワイトセグメント設計は、全面拡散型パッケージと比較して優れたコントラストを提供します。その0.3インチの桁サイズは、小さくて読みにくいディスプレイと大きくて高電力のディスプレイの間の特定のニッチをターゲットとしています。

10. よくある質問（FAQ）

Q: コモンアノードとコモンカソードの違いは何ですか？
A: コモンアノードディスプレイでは、すべてのLEDのアノードがVccに接続され、セグメントは電流をシンク（カソードをLowにする）することで点灯します。コモンカソードでは、すべてのカソードがグランドに接続され、セグメントは電流をソース（アノードをHighにする）することで点灯します。駆動回路はタイプに合わせる必要があります。

Q: 電流制限抵抗の値をどのように計算しますか？
A: オームの法則を使用します：R = (供給電圧 - LEDのVF) / 希望電流。VF範囲の下限でも十分な電流が流れるように、データシートの最大VF（2.60V）を使用します。5V電源、20mA希望電流の場合：R = (5V - 2.6V) / 0.02A = 120オーム。抵抗の電力定格を常に確認してください：P = I^2 * R。

Q: このディスプレイをマイコンピンから直接駆動できますか？
A: マイコンのピンの電流ソース/シンク能力によります。多くのマイコンは、ソースできる電流よりも多くの電流をシンクできます。コモンアノードディスプレイ（シンク電流）の場合、セグメント電流（例：10-20mA）がマイコンのピンあたりおよびパッケージ全体のシンク電流仕様内であれば、直接駆動できる可能性があります。多重化とより高い電流供給のために、ドライバIC（例：TPIC6B595シンクドライバを備えた74HC595シフトレジスタ、または専用LEDドライバ）がよく使用されます。

11. 実用的なアプリケーション例

シナリオ：シンプルなデジタルタイマーディスプレイの設計。
4つのLTS-3861JF桁を使用して分と秒（MM:SS）を表示します。I/Oピンが限られたマイコンが選択されます。実装：多重化を使用します。4桁の対応するセグメントカソード（A, B, C, D, E, F, G, DP）をすべて接続します。これら8本のラインは、出力（電流シンク用）として構成された8本のマイコンピンに接続します。各桁のコモンアノードピンは、合計桁電流（最大8セグメント * 20mA = 160mA）を扱える小さなNPNトランジスタ（例：2N3904）を介して、別々のマイコンピンに接続します。マイコンは、1つのトランジスタをオン（1桁を有効化）にしながら、カソードラインにその桁のセグメントパターンを出力することを高速で繰り返します。100Hz以上のリフレッシュレートにより、ちらつきを防止します。電流制限抵抗は、カソードラインまたはアノード経路のいずれかに配置します。

12. 技術原理

AlInGaP（アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン化物）はIII-V族化合物半導体です。順方向バイアスがかかると、電子と正孔が活性領域で再結合し、光子の形でエネルギーを放出します。結晶格子中のAl、In、Ga、Pの特定の比率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。黄橙色光（～605nm）には、特定の組成が使用されます。AlInGaPはGaAs基板上に成長されます。赤～黄色の他の材料系と比較して、高い内部量子効率と高温での良好な性能で知られています。

13. 業界動向

個別LEDディスプレイのトレンドは、高効率化、広色域化、および表面実装技術（SMT）との統合に向かっています。AlInGaPは高性能アンバーおよび赤色で依然として支配的ですが、AllnGaNベースのデバイスは緑色および黄色スペクトルへさらに進出しています。また、大型ディスプレイ用の微細ピッチ直接視認型LEDモジュールへの一般的な業界シフトもあり、一部のアプリケーションでは個別セグメント桁の需要が減少しています。しかし、産業用および民生機器におけるシンプルで低コスト、高信頼性の数値表示には、その簡素さ、耐久性、インターフェースの容易さから、LTS-3861JFのようなセグメントLEDディスプレイは依然として堅牢で実用的なソリューションです。