LTS-3403JS LEDディスプレイ データシート - 0.8インチ桁高 - AlInGaPイエロー - 順電圧2.6V - 消費電力40mW - 技術文書

1. 製品概要

LTS-3403JS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、単色の7セグメント英数字表示モジュールです。その主な機能は、個々のLEDセグメントを選択的に点灯させることで、数字（0-9）といくつかの限られた文字を視覚的に表現することです。中核技術は、アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン（AlInGaP）半導体材料に基づいており、黄色の波長領域で光を放出するように設計されています。この特定の材料選択は、効率、輝度、色純度のバランスを提供します。本デバイスはカソードコモンタイプに分類され、LEDセグメントのカソード（負極端子）が内部で接続されていることを意味し、シンク電流ドライバを使用する際の駆動回路を簡素化します。物理的な設計は、明るい灰色のフェイスプレートと白色のセグメントアウトラインを特徴としており、セグメントが点灯した際のコントラストと可読性を高めています。

2. 詳細技術パラメータ分析

このセクションでは、指定条件下におけるデバイスの動作限界と性能特性の詳細な内訳を提供します。

2.1 絶対最大定格

これらのパラメータは、デバイスに永久的な損傷が発生する可能性のある応力限界を定義します。信頼性の高い性能のためには、これらの限界値付近または限界値での動作は推奨されません。

• セグメントあたりの消費電力：40 mW。これは、損傷のリスクなく単一セグメントが熱と光に変換できる電気的電力の最大量です。
• セグメントあたりのピーク順電流：60 mA。この電流は、1/10デューティサイクル、0.1 msパルス幅のパルス条件下でのみ許容されます。短時間の高輝度フラッシュに使用されます。
• セグメントあたりの連続順電流：25°C時 25 mA。この定格は、周囲温度（Ta）が25°Cを超えて上昇するにつれて、0.33 mA/°Cの割合で直線的に減少します。これはデレーティングとして知られるプロセスです。
• セグメントあたりの逆電圧：5 V。逆バイアス方向でこの電圧を超えると、接合部破壊を引き起こす可能性があります。
• 動作・保管温度範囲：-35°C から +85°C。デバイスはこの環境温度範囲内で動作および保管されるように定格されています。
• はんだ付け温度：最大260°C、最大3秒間。波はんだ付けまたはリフローはんだ付け中、部品の実装面から1.6mm（1/16インチ）下で測定した値です。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、指定された試験条件下、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）：セグメントあたりの順電流（I_F）が1 mAで駆動した場合、320 μcd（最小）から700 μcd（最大）の範囲です。これは、光出力の知覚される明るさの尺度です。
• ピーク発光波長（λ_p）：588 nm（代表値）。これは光出力が最大となる波長で、黄色の色を定義します。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：15 nm（代表値）。これはスペクトル純度を示します。値が小さいほど、より単色（純粋）な黄色になります。
• 主波長（λ_d）：587 nm（代表値）。これは人間の目が知覚する波長で、ピーク波長に非常に近い値です。
• セグメントあたりの順電圧（V_F）：I_F= 20 mA時、2.05 V（最小）から2.6 V（最大）の範囲です。これはLEDが導通しているときの両端の電圧降下です。
• セグメントあたりの逆電流（I_R）：逆電圧（V_R）5 Vを印加したとき、100 μA（最大）です。
• 光度マッチング比（I_V-m）：2:1（最大）。これは、同じ桁内の異なるセグメント間、または桁間の許容される最大の明るさのばらつきを指定し、均一な外観を保証します。

測定に関する注意：光度は、CIE（国際照明委員会）が定義する人間の目の明所視（昼間視）スペクトル感度に近似したセンサーとフィルターの組み合わせを使用して測定されます。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、デバイスが光度で分類されていることを示しています。これはビニングとして知られる製造後の選別プロセスを指します。製造中、AlInGaP材料のエピタキシャル成長とプロセスのわずかなばらつきにより、順電圧（V_F）や光度（I_V）などの主要パラメータに差が生じることがあります。エンドユーザーに一貫性を保証するため、製造されたユニットはテストされ、これらの測定値に基づいて特定のビンまたはグループに分類されます。LTS-3403JSの場合、主なビニング基準は1 mA時の光度であり、指定された最小値（320 μcd）と最大値（700 μcd）によって示されています。これにより、設計者は、複数のディスプレイ間で厳密に一致する輝度レベルを必要とするアプリケーションの場合、特定の強度ビンから部品を選択することができます。

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特定のグラフは詳細に記述されていませんが、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：

• 順電流 vs. 順電圧（I-V曲線）：指数関数的関係を示します。この曲線は、1 mAや20 mAなどの一般的な駆動電流における代表的なV_Fを示します。
• 光度 vs. 順電流：光出力が電流とともにどのように増加するかを示し、動作範囲内ではほぼ線形関係にあり、非常に高い電流では飽和する可能性があります。
• 光度 vs. 周囲温度：接合温度が上昇するにつれて光出力が減少することを示し、高輝度または高温アプリケーションにおける熱管理の重要な要素です。
• スペクトル分布：相対強度対波長のプロットで、約588 nmにピークと半値幅を示し、黄色の発光を確認します。

これらの曲線は、設計者が表で明示的にカバーされていない異なる動作条件下でのディスプレイの挙動をモデル化するために不可欠です。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ外形寸法

デバイスには定義された物理的外形があります。すべての寸法は、寸法図に別段の記載がない限り、標準公差±0.25 mm（0.01インチ）でミリメートル（mm）単位で提供されます。主要な特徴は0.8インチの桁高で、これは20.32 mmに対応し、文字サイズを定義します。

5.2 ピン配置と内部回路

LTS-3403JSは18ピンパッケージに収められています。ピン配置は以下の通りです：ピン4、6、12、17はコモンアノードです。セグメントカソードは特定のピンに割り当てられています：A(2)、B(15)、C(13)、D(11)、E(5)、F(3)、G(14)。さらに、左（L.D.P、ピン7）と右（R.D.P、ピン10）の小数点の両方を備えています。ピン1、8、9、16、18はNo Pin（おそらく未使用または機械的に存在するのみ）と記載されています。内部回路図は、メイン桁セグメントのカソードコモン構成を示しており、すべてのセグメントカソードは分離されており、アノードは個別のセグメント制御のために分離されています。小数点は個別にアクセス可能です。

6. はんだ付け・実装ガイドライン

絶対最大定格は、主要なはんだ付けパラメータを提供します：デバイスは、はんだ付けプロセス中、最大260°Cの温度を最大3秒間耐えることができます。これは、波はんだ付けまたは赤外線リフロープロファイルに典型的です。内部ワイヤーボンディング、LEDチップ、またはプラスチックパッケージへの損傷を防ぐために、この熱限界を超えないことが極めて重要です。設計者は、PCBフットプリント設計については標準的なJEDECまたはIPCガイドラインに従い、良好なはんだ接合の形成を促進し、ブリッジングを回避するために適切なパッドサイズと間隔を確保する必要があります。デバイスは、リフロー中のポップコーン現象（パッケージクラック）を引き起こす可能性のある湿気吸収を防ぐため、使用するまで元の防湿バッグに保管する必要があります。

7. アプリケーション推奨事項

7.1 代表的なアプリケーションシナリオ

LTS-3403JSは、明確で信頼性の高い数値表示を必要とする幅広いアプリケーションに適しています。以下を含みます：

• 試験・計測機器：マルチメータ、周波数カウンタ、電源装置。
• 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。
• 民生電子機器：オーディオ機器（アンプ、レシーバー）、厨房家電。
• 自動車アフターマーケット：計器類と表示器（環境仕様を満たす場合）。
• 低消費電力ポータブルデバイス：優れた低電流性能（セグメントあたり1mAまで）がバッテリー寿命にとって大きな利点となる場合。

7.2 設計上の考慮点

• 電流制限：LEDは電流駆動デバイスです。最大連続電流を超えないようにするため、各コモンアノードに直列の電流制限抵抗が必須であるか、定電流ドライバを使用する必要があります。特にV_Fが変動する可能性があるためです。
• マルチプレクシング：複数桁表示の場合、ピン数を減らし、電力を削減するためにマルチプレクシング（桁間で電力を高速に切り替える）が一般的です。LTS-3403JSのカソードコモン設計はこれに適しています。ピーク電流定格（60mA）により、マルチプレクシング中に知覚される輝度を達成するためのより高いパルス電流が可能です。
• 視野角：広視野角機能は、ディスプレイが軸外位置から見られる可能性のあるアプリケーションで有益です。
• 熱管理：低電力ではありますが、高周囲温度環境やより高い電流で駆動する場合、連続電流のデレーティング曲線に注意を払う必要があります。

8. 技術比較・差別化

データシートに基づくLTS-3403JSの主要な差別化された利点は以下の通りです：

• 材料（AlInGaP）：GaAsPなどの古い技術と比較して、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。
• 低電流動作：セグメントあたり1 mAという低電流でも優れた性能を発揮するように特性評価とテストが行われており、他のディスプレイが暗かったり不安定だったりする可能性のある超低電力アプリケーションで際立っています。
• セグメントマッチング：デバイスはセグメントマッチングについてテストされており、桁のすべてのセグメント間で均一な輝度を保証します。これはプロフェッショナルグレードの外観にとって重要です。
• 高コントラストパッケージ：白色セグメントを持つ明るい灰色のフェイスは、電源が入っていない状態でも高いコントラストを提供し、全体的な可読性を向上させます。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: このディスプレイを5Vマイクロコントローラのピンから直接駆動できますか？

A: できません。代表的な順電圧は2.05-2.6Vです。電流制限抵抗なしで5Vに直接接続すると、過剰な電流が流れ、LEDを破壊します。電源電圧（例：5V）、LEDのV_F、および所望のI_F.

に基づいて直列抵抗を計算する必要があります。 Q: ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

A: ピーク波長は発光スペクトルの物理的なピークです。主波長は、人間の目が知覚する光の色に一致する単一波長です。この黄色LEDのような単色光源の場合、それらは非常に近い値です（587nm対588nm）。

Q: 最大連続電流は25mAですが、V_Fの試験条件は20mAです。設計にはどちらを使用すべきですか？

A: 20mAは標準的な試験条件であり、良好な輝度を得るための一般的な動作点です。20mAで設計することができます。25mA定格は絶対最大値です。長期的な信頼性のためには、熱的考慮なしにこの限界付近で設計することは推奨されません。

Q: 左右の小数点はどのように使用しますか？

A: それらは独立したLEDです。ピン7（L.D.P）は左小数点のカソード、ピン10（R.D.P）は右小数点のカソードです。一方を点灯させるには、そのカソードピンをグランド（抵抗を介して）に接続し、いずれかのコモンアノード（ピン4、6、12、17）に電圧を供給する必要があります。

10. 実践的設計例

シナリオ：5V電源で動作する単桁電圧計表示を設計し、適切な輝度のためにセグメント電流を10 mAに設定します。

1. 回路構成：カソードコモン構成を使用します。すべてのセグメントカソード（A-G、DP）を電流制限抵抗を介してマイクロコントローラの個々のI/Oピンに接続します。4つのコモンアノードすべて（ピン4、6、12、17）を一緒にして5V電源ラインに接続します。
2. 抵抗計算：10mA時の最悪ケースのV_Fを2.6Vと仮定します。抵抗値 R = (V_電源- V_F) / I_F= (5V - 2.6V) / 0.01A = 240 オーム。標準的な220または270オームの抵抗が適しています。抵抗での消費電力 P = I²R = (0.01)²* 240 = 0.024Wなので、標準的な1/4W抵抗で十分です。
3. マイクロコントローラインターフェース：数字（例：'7'）を表示するには、マイクロコントローラはセグメントA、B、Cに接続されたピンをロジックLOW（電流シンク）に設定し、他のピンをHIGHに保ちます。これにより、5V（アノード）からLEDと抵抗を経由してマイクロコントローラのグランドへの回路が完成し、セグメントA、B、Cが点灯します。
4. マルチプレクシング拡張：4桁表示の場合、4つのLTS-3403JSユニットが必要です。すべての対応するセグメントカソードを一緒に接続します（すべての'A'ピン同士など）。各ディスプレイのコモンアノードは、トランジスタスイッチによって個別に制御されます。マイクロコントローラは、その桁のセグメントパターンを出力しながら、一度に1桁のアノードを有効にすることを高速で繰り返します。残像効果により、すべての桁が同時に点灯しているように見えます。

11. 動作原理

LTS-3403JSは、半導体p-n接合におけるエレクトロルミネセンスの原理で動作します。活性材料はAlInGaPです。接合部のしきい値（約2V）を超える順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活性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、光子（光）の形でエネルギーを放出します。AlInGaP合金の特定の組成は、バンドギャップエネルギーを決定し、それが直接放出される光子の波長（色）を決定します—この場合は約587-588 nmの黄色光です。桁の各セグメントは、独自のp-n接合を持つ独立したLEDです。カソードコモン構成は、メイン桁のこれらすべての接合のn側（カソード）が内部で接続されている一方、p側（アノード）は個々のセグメント制御のために分離されていることを意味します。

12. 技術トレンド

LTS-3403JSのような個別の7セグメントLEDディスプレイは、そのシンプルさ、高輝度、堅牢性のために特定のアプリケーションでは依然として関連性がありますが、より広範な表示技術のトレンドは変化しています。複雑な英数字やグラフィカル情報については、ドットマトリックスLEDディスプレイ、OLED、LCDがその柔軟性から現在主流です。しかし、高輝度、低消費電力、シンプルな数値表示器というニッチな分野では、AlInGaP、特に新しいAllnGaP-on-GaP（透明基板）技術は、古い材料と比較して優れた効率と輝度を提供し続けています。このような個別ディスプレイのトレンドは、より高い効率（mAあたりのより多くの光）、より低い動作電圧、そして潜在的に多色またはRGB対応の単一パッケージに向かっていますが、このような単色ディスプレイは、その特定の利点が最も重要であるコスト重視および信頼性重視のアプリケーションでは存続し続けるでしょう。