LTS-3361JG 7セグメントLEDディスプレイ データシート - 桁高0.3インチ (7.62mm) - 順方向電圧2.6V - 緑色 (572nm) - 技術文書

1. 製品概要

LTS-3361JGは、AlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）半導体技術を利用した、1桁の7セグメント英数字表示モジュールです。このデバイスの主な機能は、電子機器において高い視認性を持つ数値および限定的な英数字の出力を提供することです。その中核的な用途は、計測機器、民生電子機器、産業用制御パネル、および明確で明るい数値表示を必要とするあらゆるデバイスにあります。

本デバイスは、0.3インチ（7.62 mm）の桁高を特徴とし、表示サイズとコンパクトさの優れたバランスを提供します。グレーの面と白いセグメントを組み合わせており、様々な照明条件下で最適な視認性を得るための高いコントラストを実現するように設計されています。不透明なGaAs基板上に成長させたAlInGaP材料の使用は、緑色波長スペクトルにおける高輝度と高効率を可能にする、その性能の鍵です。

1.1 中核的利点とターゲット市場

LTS-3361JGは、市場におけるその位置を定義するいくつかの明確な利点を提供します：

• 高輝度と高コントラスト：AlInGaPチップは、1mAという低い駆動電流で200〜800 µcdの光度を発生させ、明るい環境下でも視認性を確保します。
• 低消費電力：効率性を考慮して設計されており、最小限の電力しか必要としないため、バッテリー駆動や電力に敏感なアプリケーションに適しています。
• 優れた文字表示と均一性：セグメントは連続的で均一であり、隙間や不規則性のない、クリーンでプロフェッショナルな見た目の数字を提供します。
• 広い視野角：光学設計により、広範囲の角度から明確な視認性が得られ、ユーザーエクスペリエンスを向上させます。
• ソリッドステートの信頼性：LEDベースのデバイスとして、長い動作寿命、耐衝撃性、およびフィラメントベースのディスプレイなどの旧来の技術よりも優れた信頼性を提供します。
• 光度カテゴリ分け：デバイスは光度ごとにビニング（選別）されており、設計者は製品内の複数ユニット間で一貫した輝度を得るために部品を選択することができます。

ターゲット市場には、信頼性が高く、明確で効率的な数値表示が必要な、試験・計測機器、自動車ダッシュボード（補助表示）、家電製品、医療機器、産業用制御システムの設計者が含まれます。

2. 技術仕様の詳細分析

このセクションでは、データシートに規定されている主要な技術パラメータについて、詳細かつ客観的な分析を提供します。

2.1 測光・光学特性

これらのパラメータは、ディスプレイの光出力と色特性を定義します。

• 平均光度（I_V）：順方向電流（I_F）1mAにおいて、200 µcd（最小）から800 µcd（標準）の範囲です。これは、人間の目の明所視応答（CIE曲線）に合わせてフィルタリングされたセンサーで測定される、知覚される明るさです。広い範囲はビニングプロセスを示しており、設計者はこのばらつきを考慮するか、均一な外観のために厳しいビンを指定する必要があります。
• 主波長（λ_d）：572 nm。これは光の知覚される色であり、スペクトルの緑色領域に位置付けられます。色に特化したアプリケーションにとって重要なパラメータです。
• ピーク発光波長（λ_p）：571 nm（標準）。これはスペクトルパワー分布が最大となる波長であり、主波長に非常に近く、スペクトル的に純粋な緑色出力であることを示しています。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：15 nm（標準）。これはスペクトル帯域幅を測定します。15 nmという値は比較的狭く、緑色LEDとして良好な色純度を確認しています。
• 光度マッチング比（I_V-m）：2:1（最大）。これは、単一デバイス内で最も明るいセグメントと最も暗いセグメントとの間で許容される最大比率です。2:1以下の比率は、数字全体で許容できる均一性を確保します。

2.2 電気的特性

これらのパラメータは、回路設計と電力管理にとって重要です。

• セグメントあたりの順方向電圧（V_F):I_F=20mAにおいて2.6V（最大）。標準値は約2.05Vです。この電圧降下は、電流制限回路を設計する際に考慮する必要があります。駆動回路は、定格電流でセグメントを適切に点灯させるために、少なくとも2.6Vを供給しなければなりません。
• セグメントあたりの連続順方向電流（I_F）：25°Cにおいて25 mA（最大）。これは、損傷のリスクなく単一セグメントに連続的に印加できる最大DC電流です。
• セグメントあたりのピーク順方向電流：パルス条件下（1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）で60 mA（最大）。これにより、マルチプレクシング方式や、より高い知覚輝度を得るための短時間のオーバードライブが可能になります。
• 電流デレーティング：周囲温度（T_a）が25°Cを超える場合、最大連続電流は0.33 mA/°Cで線形的にデレート（低減）しなければなりません。これは重要な熱管理上の考慮事項です。
• セグメントあたりの逆電圧（V_R）：5V（最大）。逆バイアスでこの電圧を超えると、LED接合部が永久に損傷する可能性があります。
• セグメントあたりの逆電流（I_R）：V_R=5Vにおいて100 µA（最大）。これはLEDが逆バイアスされたときのリーク電流です。
• セグメントあたりの電力損失（P_D）：70 mW（最大）。V_F* I_Fとして計算され、この制限は各セグメントの熱負荷を規定します。

2.3 熱・環境定格

• 動作温度範囲：-35°C から +85°C。本デバイスは産業用および拡張された商業環境に適しています。
• 保存温度範囲：-35°C から +85°C。
• はんだ付け温度：最大260°Cまで3秒間耐えます（実装面から1.6mm（1/16インチ）下で測定）。これは標準的な無鉛リフローはんだ付けプロファイルと互換性があります。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、デバイスが光度でカテゴリ分けされていることを示しています。これはビニングプロセスを意味します。

• 光度ビニング：広いI_V範囲（200-800 µcd）は、LEDが製造後に異なる強度ビンに選別されることを示唆しています。複数のディスプレイ間で一貫した輝度を必要とするアプリケーション（例：多桁パネル）では、同じ強度ビンからの部品を指定することが不可欠です。
• 順方向電圧ビニング：明示的にビニングされているとは記載されていませんが、提供されている範囲（標準2.05V、最大2.6V）は自然なばらつきを示しています。精密アプリケーションや大規模アレイでは、均一な電流分布のため、電圧マッチングも考慮事項となる場合があります。
• 波長ビニング：主波長は単一の標準値（572 nm）として規定されています。この製品では、単一の緑色が指定されているため、波長ビニングは非常に厳しいか、主要な選別基準ではない可能性が高いです。

4. 性能曲線分析

データシートは標準的な電気的/光学的特性曲線を参照しています。具体的なグラフは提供されたテキストでは詳細に説明されていませんが、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：

• 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）：この非線形曲線は、印加電圧と結果として生じる電流の関係を示します。ニー電圧は約2.0Vで、その後はわずかな電圧増加で電流が急速に増加するため、安定した輝度を得るには定電流駆動が必要です。
• 光度 vs. 順方向電流（I-L曲線）：この曲線は広い範囲で一般的に線形です。光度は順方向電流にほぼ比例するため、PWM（パルス幅変調）またはアナログ電流調整によって輝度を制御することができます。
• 光度 vs. 周囲温度：AlInGaP LEDの場合、光出力は一般に接合温度が上昇すると減少します。順方向電流のデレーティング仕様は、輝度と寿命を維持するためにこの熱効果を管理することに直接関連しています。
• スペクトル分布：相対強度と波長のプロットで、規定された15 nmの半値幅を持つ571-572 nm付近にピークを示します。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 物理的寸法

パッケージは標準的な1桁7セグメントLEDディスプレイの外形です。特に断りのない限り、すべての寸法はミリメートル単位で、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、奥行き、桁高（7.62mm）、およびセグメント間の間隔が含まれます。正確なフットプリントはPCB（プリント基板）レイアウトにとって重要です。

5.2 ピン配置と極性識別

LTS-3361JGはコモンカソードデバイスです。これは、すべてのLEDセグメントのカソードが内部で共通ピン（ピン1とピン6）に接続され、各セグメントのアノードが独自のピンを持つことを意味します。セグメントを点灯させるには、対応するアノードピンをHIGH（電流制限抵抗を介した正電圧）に駆動し、共通カソードピンをGROUND（LOW）に接続する必要があります。

ピン接続：

1. 共通カソード

2. アノード F（右上セグメント）

3. アノード G（中央セグメント）

4. アノード E（右下セグメント）

5. アノード D（下セグメント）

6. 共通カソード

7. アノード DP（小数点）

8. アノード C（左下セグメント）

9. アノード B（左上セグメント）

10. アノード A（上セグメント）

注記：ピン1とピン6は両方とも共通カソードであり、均一な電流分布を確保するためにPCB上で接続する必要があります。

5.3 内部回路図

内部図は、8つのLED素子（セグメントA-GとDP）に接続する10本のピンを示しています。2つの共通カソードピン（1と6）は内部で接続されています。この構成は、コモンカソードの1桁ディスプレイでは標準的です。

6. はんだ付け・組立ガイドライン

• リフローはんだ付け：標準的なSMTリフロープロセスと互換性があります。定格最大はんだ付け温度は260°Cで3秒間です。この制限内に収めるために、ピーク温度が245-250°Cの標準的な無鉛プロファイルを使用することを推奨します。
• 手はんだ付け：手作業でのはんだ付けが必要な場合は、最大350°Cに設定した温度制御付きはんだごてを使用し、プラスチックパッケージや内部ワイヤボンドへの熱損傷を防ぐためにピンごとの接触時間を3秒未満に制限してください。
• 洗浄：LEDエポキシ樹脂およびプラスチック材料と互換性のある洗浄剤のみを使用してください。特定のパッケージに対して安全であることが確認されていない限り、超音波洗浄は避けてください。
• ESD（静電気放電）対策：明示的には記載されていませんが、LEDは一般的にESDに敏感です。適切なESD対策（接地された作業台、リストストラップ）を講じて取り扱ってください。
• 保存条件：指定された温度範囲（-35°C から +85°C）内で、乾燥した静電気防止環境で保管してください。

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。多桁ディスプレイの場合、マイクロコントローラは各桁の共通カソードを順次アクティブにしながら、共通アノードラインにその桁のセグメントパターンを出力します。これにより、必要な駆動ピン数を大幅に削減できます。セグメントに十分な電流を供給するために、定電流駆動ICやトランジスタアレイがよく使用されます。

電流制限抵抗の計算：直接駆動には不可欠です。計算式：R = (V_supply- V_F) / I_F. 例：5V電源、V_F=2.2V、I_F=10mAの場合：R = (5 - 2.2) / 0.01 = 280 Ω。最も近い標準値（例：270 Ω または 330 Ω）を使用します。直接駆動する場合、セグメントアノードごとに1つの抵抗が必要です。

7.2 設計上の考慮事項

• 輝度制御：カソードまたはアノードドライバーでPWMを使用してディスプレイを調光します。これはDC電流を変化させるよりも効果的で効率的です。
• 視野角：広い視野角を考慮してディスプレイを配置し、エンドユーザーにとって最適な視認性を確保してください。
• 熱管理：高温環境でのアプリケーションでは、電流デレーティングガイドラインに従ってください。最大電流付近または最大電流で駆動する場合は、十分なPCBの銅面積または換気を確保してください。
• デカップリング：特にマルチプレクシング設計では、ノイズを抑制するために、ディスプレイの電源ピン付近に小さなセラミックコンデンサ（例：100nF）を配置してください。

8. 技術比較と差別化

旧来の技術である赤色GaAsP LEDと比較して、AlInGaPベースのLTS-3361JGは、同じ電流に対して大幅に高い輝度と効率を提供します。現代の蛍光体を用いた白色または青色LEDと比較して、蛍光体変換の複雑さや効率低下なしに、純粋で飽和した緑色を提供します。

その主な差別化点は、以下の特定の組み合わせにあります：0.3インチの桁高、コモンカソード構成、純粋な緑色AlInGaP発光、および特性付けされた強度ビン。競合製品は、異なるチップ技術（例：青色/緑色用のInGaN）を使用したり、異なるパッケージ色（例：黒色面）を持ったり、コモンアノードであったりする可能性があります。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: このディスプレイを3.3Vのマイクロコントローラピンから直接駆動できますか？

A: 可能ですが、注意が必要です。標準的なV_Fは2.05Vであり、GPIOピンの出力高電圧（V_OH）は3.3V電源で2.64V程度まで低下する可能性があります。電流制限抵抗のための電圧マージン（3.3V - 2.6V = 0.7V）は最小限です。マイクロコントローラとのインターフェースには、トランジスタやドライバICを使用する方が安全です。

Q2: なぜ共通カソードピンが2つ（1と6）あるのですか？

A: これは機械的な対称性と電流分布の改善のためです。両方のピンをPCB上のグランドに接続することで、電流負荷のバランスをとり、セグメント輝度の均一性と長期信頼性を向上させる可能性があります。

Q3: ピーク発光波長と主波長の違いは何ですか？

A: ピーク発光波長（λ_p）は、発光スペクトルの物理的なピークです。主波長（λ_d）は、人間の目が光源の色に一致すると知覚する単一波長です。この緑色LEDのような単色光源では、これらは非常に近い値になります。

Q4: 多桁設計で一貫した輝度を実現するにはどうすればよいですか？

A: 1) 定電流駆動回路を使用します。2) 必要に応じて、桁ごとのソフトウェアキャリブレーションまたはPWM調整を実装します。3) 最も重要なのは、サプライヤーから同じ光度ビンのLEDを指定して使用することです。

10. 設計事例

シナリオ: シンプルな4桁電圧計ディスプレイの設計

1. 部品選定：視認性と、オンまたは正常状態と関連付けられることの多い緑色のために、4つのLTS-3361JGディスプレイが選定されました。
2. 駆動方式：マルチプレクシング方式が選択されました。12本のI/Oピン（セグメントアノードA-G、DP用に8本、桁カソード用に4本）を持つマイクロコントローラで、ディスプレイ全体を駆動できます。
3. 回路設計：セグメントアノードラインは、4桁すべてで並列に接続されます。各桁の共通カソードピン（1と6）は接続され、NPNトランジスタシンクに接続されます。マイクロコントローラは、一度に1つのトランジスタ（桁）をオンにしながら、アノードラインに対応する7セグメントコードを出力します。ちらつきを避けるために、リフレッシュレートは60 Hz以上に設定されます。
4. 電流計算：マルチプレクシングディスプレイの場合、同じ平均輝度を得るために、セグメントあたりの瞬間電流を高くすることができます。デューティサイクルが1/4（4桁）の場合、平均I_{F_avg}を5mAにするには、アクティブ時間中の瞬間電流はI_{F_inst}= I_{F_avg}/ デューティサイクル = 5mA / 0.25 = 20mAである必要があります。これは連続定格内ですが、選択したマルチプレクシング周波数に対するピーク定格を確認する必要があります。
5. PCBレイアウト：ディスプレイは、寸法図に従って正確な間隔で配置されます。共通カソード接続のトレースは、桁が完全に点灯したとき（例：数字8）の累積セグメント電流を扱えるように幅広くします。

11. 技術原理の紹介

LTS-3361JGはAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）半導体材料に基づいています。これはIII-V族化合物半導体であり、アルミニウム、インジウム、ガリウム、リン原子が結晶格子に配列されています。順方向バイアスがかかると、電子と正孔がPN接合の活性領域で再結合し、光子（光）の形でエネルギーを放出します。結晶中の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）を決定します。572 nm付近の緑色発光には、精密な組成が必要です。

チップは不透明なGaAs（ガリウムヒ素）基板上に作製されています。この基板は生成された光の一部を吸収しますが、AlInGaP材料システム自体は非常に効率的です。光はチップの上面から放出されます。パッケージのグレーの面と白いセグメント拡散体は、それぞれ周囲光を吸収し、チップから放出された緑色光を効率的に散乱させることで、コントラストを向上させるのに役立ちます。

12. 技術トレンド

この特定の製品は成熟した信頼性の高いAlInGaP技術を使用していますが、より広範なLEDディスプレイ市場のトレンドには以下が含まれます：

• 高効率化：材料科学の継続的な研究は、すべてのLED色の内部量子効率（IQE）と光取り出し効率（LEE）を改善し、同じ輝度での消費電力を削減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高密度ディスプレイへの傾向がありますが、スタンドアロンの7セグメントデバイスでは、視認性のために0.3インチサイズが人気の標準となっています。
• 統合化：より多くのディスプレイがドライバICを直接モジュールパッケージに統合しており、設計者にとって外部回路を簡素化しています。
• 代替技術：フルカラーや高解像度アプリケーションでは、MicroLEDや高度なOLEDなどの技術が進化しています。しかし、シンプルで頑丈、明るく、低コストの1桁数値表示については、信頼性、寿命、シンプルさから、AlInGaPおよびInGaNベースのLEDが依然として支配的です。

LTS-3361JGは、確立された半導体物理学とパッケージング技術に基づいて、性能、コスト、信頼性のバランスをとった、そのニッチ内でよく最適化されたソリューションを表しています。