LTS-3361JF LEDディスプレイ データシート - 0.3インチ (7.62mm) 桁高 - 黄橙色 - 順電圧2.6V - 消費電力70mW - 技術文書

1. 製品概要

LTS-3361JFは、1桁の7セグメントプラス小数点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明るい数値および限定的な英数字表示を提供することです。中核技術は、黄橙色スペクトルで発光するように特別に設計されたAluminium Indium Gallium Phosphide (AlInGaP) 半導体材料に基づいています。この材料系は、高効率と良好な視認性で知られています。ディスプレイは、セグメントが点灯した際に高いコントラストを提供する、白いセグメントマーキング付きのグレーフェースプレートを特徴としています。輝度によってカテゴライズされており、輝度要件に基づいた選択が可能です。

1.1 中核的利点とターゲット市場

本デバイスは、様々なアプリケーションに適したいくつかの主要な利点を提供します。0.3インチ（7.62 mm）の桁高を特徴とし、可読性とコンパクトサイズの良いバランスを提供します。セグメントは連続的で均一になるように設計されており、一貫性のあるプロフェッショナルな視覚的外観を保証します。低電力要件で動作し、最終製品のエネルギー効率に貢献します。高輝度と高コントラストを実現し、広い視野角と組み合わさることで、異なる視点からも容易に読み取ることができます。そのソリッドステート構造は、高い信頼性と長い動作寿命を保証します。これらの特性により、LTS-3361JFは、民生電子機器、産業用計器、試験・測定機器、自動車ダッシュボード（サブディスプレイ）、信頼性の高い明るい数値インジケータを必要とするあらゆるアプリケーションに最適です。

2. 技術パラメータ詳細解説

このセクションでは、データシートに規定されている電気的および光学的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

主要な光学パラメータは、周囲温度（Ta）25°Cで定義されています。平均光度（Iv）は、順電流（IF）1 mAで駆動した場合、最小200 µcd、標準値、最大600 µcdと規定されています。このパラメータは、CIE明所視感度曲線に近似したフィルターを使用して測定され、知覚される明るさを示します。ピーク発光波長（λp）は611 nmです。一方、主波長（λd）はIF=20mAで605 nmです。ピーク波長と主波長のわずかな違いは典型的なもので、発光スペクトルの形状に関連しています。スペクトル半値幅（Δλ）は17 nmであり、これは色純度を示しています。より狭い幅は、より単色光に近いことを示します。光度マッチング比は最大2:1と規定されており、これは1つのデバイス内で最も暗いセグメントと最も明るいセグメントの輝度差がこの比率を超えないことを意味し、均一性を保証します。

2.2 電気的特性

主要な電気的パラメータは、セグメントあたりの順方向電圧（VF）であり、IF=20mAでの標準値は2.6V、最小値は2.05Vです。この値は、電流制限回路の設計において極めて重要です。セグメントあたりの逆方向電流（IR）は、逆方向電圧（VR）5Vで最大100 µAであり、オフ状態でのリーク電流を示します。セグメントあたりの連続順方向電流は、25°Cで25 mAと定格されており、デレーティング係数は0.33 mA/°Cです。これは、周囲温度が25°Cを超えて上昇すると、過熱を防ぐために許容される最大連続電流が減少することを意味します。ピーク順方向電流は、パルス条件下（1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）で90 mAが許容され、これはマルチプレクシングやより高い瞬間輝度の達成に使用できます。

2.3 絶対最大定格と熱的考慮事項

これらの定格は、永久損傷が発生する可能性のある限界を定義します。セグメントあたりの消費電力は70 mWです。これを超えると、特に高い周囲温度と組み合わさった場合、劣化の加速や故障につながる可能性があります。動作および保管温度範囲は-35°Cから+85°Cであり、信頼性のある動作および非動作時の保管のための環境条件を定義します。はんだ付け温度の仕様は組立において重要です：デバイスは、パッケージの実装面から1.6mm（1/16インチ）下で測定して、最大260°Cを最大3秒間耐えることができます。これはリフローはんだ付けプロファイルの設定を導きます。

3. ビニングシステムの説明

データシートには、本デバイスが輝度でカテゴライズされていると明記されています。これは製造後のビニング（選別）プロセスを指します。半導体エピタキシャル成長およびチッププロセスの固有のばらつきにより、同一製造ロットのLEDでも輝度出力がわずかに異なる場合があります。メーカーは各ユニットの光度を測定し、事前に定義された輝度範囲（例：200-300 µcd、300-400 µcdなど）に基づいて異なるビンまたはカテゴリに仕分けします。これにより、お客様はアプリケーションに応じた特定の輝度均一性要件を満たす部品を選択でき、製品内の複数ディスプレイ間で均一な外観を確保できます。データシートは全体の最小/標準/最大範囲（200-600 µcd）を提供していますが、注文される部品は通常、より狭いサブ範囲内に収まります。

4. 性能曲線分析

具体的な曲線は提供されたテキストには詳細に記載されていませんが、このようなデバイスの典型的な曲線には以下が含まれます：

• 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）：この非線形曲線は、LEDを流れる電流とその両端の電圧の関係を示します。この曲線の膝は、典型的な順方向電圧（2.6V）付近にあります。設計者はこれを使用して、適切な電流制御に必要な電源電圧と直列抵抗値を決定します。
• 光度 vs. 順方向電流（I-L曲線）：この曲線は、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。一般的にある範囲では線形ですが、熱的および効率低下により非常に高い電流では飽和します。
• 光度 vs. 周囲温度：この曲線は、熱消光効果を示しています。LEDの接合温度が上昇すると、その光出力は通常減少します。連続電流のデレーティング係数（0.33 mA/°C）は、この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：611 nm（ピーク）を中心に17 nmの半値幅を持つ、異なる波長にわたって放出される光の相対強度を示すグラフ。

5. 機械的・パッケージ情報

デバイスは、標準的なLEDディスプレイパッケージで提供されます。桁高は0.3インチ（7.62 mm）です。パッケージには、消灯時および点灯時に最適なコントラストを提供するためのグレーフェースと白いセグメントが含まれています。詳細な寸法図はデータシート（5ページ中2ページ目）を参照しており、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。この図は、PCBフットプリント設計および製品筐体内での適切なフィットを確保するために不可欠です。

5.1 ピン配置と極性の識別

LTS-3361JFはカソードコモンデバイスです。これは、個々のLEDセグメントのすべてのカソード（負極端子）が内部で接続されていることを意味します。ピン接続表は以下の通りです：ピン1とピン6は両方とも共通カソード接続です。セグメントA、B、C、D、E、F、G、および小数点（DP）のアノード（正極端子）は、それぞれピン10、9、8、5、4、2、3、7に接続されています。カソードコモン構成を使用すると、複数の桁を駆動する際にカソードを順次グランドに切り替えることができるため、マルチプレクシングが簡素化されます。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

提供されている主要なガイドラインは、はんだ付け温度に関するものです：リフロープロセス中、コンポーネント本体は、パッケージ実装面から1.6mm下の点で測定して、260°Cを3秒以上超える温度にさらされてはなりません。これは、鉛フリーはんだ付けプロセスの標準定格です。設計者は、リフローオーブンのプロファイルがこの制限に準拠していることを確認し、内部ワイヤボンドやエポキシパッケージへの損傷を防ぐ必要があります。取り扱い中は、標準的なESD（静電気放電）対策を遵守する必要があります。保管については、乾燥環境で-35°Cから+85°Cの範囲が指定されています。

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回路

最も一般的な駆動方法は、各セグメントアノードに直列電流制限抵抗を使用することです。抵抗値（R）は、次の式を使用して計算されます：R = (Vcc - Vf) / If。ここで、Vccは電源電圧、VfはLEDセグメントの順方向電圧（標準値2.6Vを使用）、Ifは目的の順方向電流（例：良好な明るさのための10-20 mA）です。例えば、5V電源で目標電流15 mAの場合：R = (5 - 2.6) / 0.015 = 160オーム。150または180オームの抵抗が適しています。複数桁アプリケーションでは、マルチプレクシング技術が採用されます。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、その桁のセグメントパターンを共通アノードラインに出力します。これにより、必要なI/Oピンの数を大幅に削減できます。

7.2 設計上の考慮事項

• 電流管理：絶対最大連続電流（25°Cで25 mA）を超えないようにしてください。高温環境ではデレーティング係数を使用してください。マルチプレクス設計の場合、短いON時間中の瞬間電流を計算する際に、ピークパルス電流（最大90 mA）を超えないようにしてください。
• 放熱：セグメントあたりの消費電力は低いですが、複数のセグメントが同時に点灯するマルチプレクス設計や高い周囲温度では、総消費電力を考慮し、十分な通気を確保してください。
• 視野角：広い視野角は有益ですが、最適な可読性のためには、ディスプレイは主要ユーザーの視線に対して垂直に向ける必要があります。
• 輝度均一性：複数のユニット間で均一な輝度が重要な場合は、メーカーから同じ輝度ビンの部品を指定してください。

8. 技術比較と差別化

LTS-3361JFの主な差別化要因は、黄橙色発光にAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン化物）技術を使用していることです。GaAsP（ガリウムヒ素リン化物）のような古い技術と比較して、AlInGaPは著しく高い発光効率を提供し、同じ電流でより明るい出力、または同じ明るさでより低い電力を実現します。また、一般的により良い温度安定性と長い寿命を提供します。波長変換蛍光体を使用するディスプレイ（一部の白色LEDなど）と比較して、AlInGaPは半導体接合から直接、より純粋でより飽和した色を提供します。カソードコモン構成は標準的ですが、一部のシステムアーキテクチャにおけるアノードコモンと比較して、マイクロコントローラベースのマルチプレクシングの簡素さにおいて利点があります。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 2つの共通カソードピン（ピン1とピン6）がある目的は何ですか？

A: これは主に、PCB上の機械的およびレイアウトの対称性のためです。電気的には、それらは内部で接続されています。両方のピンを使用すると、多くのセグメントが同時に点灯する場合の電流分配に役立ち、はんだ付け時の機械的安定性も向上します。

Q: 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、制限があります。標準的なVfは2.6Vであるため、3.3Vでは電流制限抵抗に0.7Vしか残りません。これは非常に小さな抵抗値（例：15mAで約47オーム）を必要とし、MCUピンが供給できる電流（多くの場合、ピンあたり最大20-25mA）を超える可能性があります。トランジスタやドライバICを使用する方が安全です。

Q: 光度マッチング比 2:1は実際にはどういう意味ですか？

A: これは、単一のディスプレイユニット内で、最も暗いセグメントの輝度が最も明るいセグメントの半分以上になることを意味します。これにより、すべてのセグメントが点灯した際の視覚的な均一性が保証されます。

Q: マルチプレクシングのためのピーク順方向電流定格をどのように解釈すればよいですか？

A: 4桁を1/4デューティサイクルでマルチプレクスする場合、各桁を1/4の時間、目的の平均電流の4倍で駆動する可能性があります。10mAに対応する平均輝度が必要な場合、40mAでパルスをかけることができます。これは90mAのピーク定格内ですが、定格条件に従ってパルス幅（サイクルあたりのON時間）が0.1ms以下であることを確認するか、結果として生じる接合温度を計算する必要があります。

10. 設計・使用事例

事例：シンプルな4桁電圧計表示の設計

設計者は、4桁の電圧表示（0.000から19.99V）を必要とする卓上電源装置を作成しています。彼らは4つのLTS-3361JF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ピンを最小限に抑えるために、マルチプレクシング方式を使用します。4つの共通カソードピン（1桁あたり2つ）は、4つのNPNトランジスタに接続され、4つのMCUピンによって制御されます。8つのセグメントアノードライン（A-G、DP）は、180オームの電流制限抵抗（5Vシステム用）を介して8つのMCUピンに接続されます。MCUは5msごとにタイマー割り込みを実行します。各割り込みで、前の桁のトランジスタをオフにし、測定された電圧に基づいて次の桁のセグメントパターンを計算し、そのパターンをアノードピンに出力し、その桁のトランジスタをオンにします。これが連続的に循環し、安定したちらつきのない表示を作成します。黄橙色は、様々な照明条件下での良好な視認性のために選択されます。設計者は、桁あたりの総ON時間とセグメントあたりの瞬間電流が絶対最大定格内に収まるようにします。

11. 技術原理の紹介

LTS-3361JFは発光ダイオード（LED）技術に基づいています。LEDは半導体p-n接合ダイオードです。順方向電圧が印加されると、n型領域からの電子とp型領域からの正孔が接合領域に注入されます。これらの電荷キャリアが再結合すると、エネルギーを放出します。標準的なシリコンダイオードでは、このエネルギーは主に熱として放出されます。AlInGaPのような直接遷移型半導体では、このエネルギーの大部分が光子（光）として放出されます。放出される光の特定の波長（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合金により、エンジニアはスペクトルの赤、オレンジ、アンバー、黄緑の部分で光を生成するためにバンドギャップを調整することができます。本デバイスは不透明なGaAs基板を使用しており、放出される光の一部を吸収しますが、設計と材料効率により依然として高い輝度が得られます。ディスプレイの各セグメントは、別々のLEDチップまたはチップのセットであり、内部で対応するピンに配線されています。

12. 技術トレンド

AlInGaPは赤から黄色の色に対して高性能技術であり続けていますが、より広範なLEDディスプレイ市場ではいくつかのトレンドが見られます。高効率化（ワットあたりのルーメン数の向上）への継続的な推進があり、バッテリー駆動デバイスの消費電力削減が進んでいます。小型化は別のトレンドであり、より小さな桁高とピクセルピッチが、より高密度な情報表示のために利用可能になっています。ダイレクトビューマイクロLEDの開発は、将来の超高解像度ディスプレイに向けて、さらに高い輝度、コントラスト、信頼性を約束していますが、この技術は現在、7セグメント桁よりも小さなピクセルに焦点を当てています。英数字ディスプレイについては、統合へのトレンドもあり、ドライバIC、マイクロコントローラ、時にはセンサーさえもディスプレイモジュールと組み合わせて単一のスマートコンポーネントにし、最終製品の設計を簡素化する動きがあります。しかし、LTS-3361JFのような標準的でコスト効率の高い1桁数値インジケータについては、確立されたAlInGaP技術が性能、信頼性、コストの優れたバランスを提供しています。