LTS-3401TBE 0.8インチ 青色LED 7セグメント表示器 データシート - 文字高20.32mm - 順方向電圧3.8V - 消費電力70mW - 技術文書

1. 製品概要

LTS-3401TBE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、固体（ソリッドステート）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、個別にアドレス可能なLEDセグメントを使用して、数字（0-9）といくつかの文字を視覚的に表現することです。本デバイスは、サファイア基板上のInGaN（窒化インジウムガリウム）エピタキシーに基づく青色LEDチップを採用しています。表示面はライトグレー、セグメント色はホワイトで、高いコントラストによる優れた視認性を提供します。コモンアノード型表示器に分類され、すべてのセグメントのアノードが内部で共通ピンに接続されており、電流シンク型のドライバ構成が必要です。

1.1 中核的な利点とターゲット市場

この表示器は低消費電力動作のために設計されており、バッテリー駆動または省エネルギーを重視するデバイスに適しています。主な利点には、低い電流要件（セグメントは1mAという低電流でも効果的に駆動可能）、均一な外観のためのセグメント間の優れた光度マッチングが含まれます。高輝度と広い視野角により、様々な視点からの視認性が確保されています。その固体構造は、他の表示技術と比較して高い信頼性と長い動作寿命を提供します。主なターゲット市場には、ポータブル計測器、民生電子機器、産業用制御パネル、試験装置、およびコンパクトで信頼性の高い数値表示を必要とするあらゆるデバイスが含まれます。

2. 技術パラメータ詳細解説

2.1 測光・光学特性

光学性能は表示器の機能の中核です。セグメントあたり10mAの順方向電流（I_F）という標準試験条件下では、平均光度（I_V）は最小6.4ミリカンデラ（mcd）から代表値10 mcdの範囲です。この光度は、CIE明所視感度曲線に一致するフィルターをかけたセンサーを使用して測定され、値が人間の知覚と相関することを保証します。主波長（λ_d）は470ナノメートル（nm）に規定されており、可視スペクトルの青色領域に発光します。ピーク発光波長（λ_p）は代表値468 nm、スペクトル線半値幅（Δλ）は25 nmで、比較的純粋な青色を示しています。セグメント間の光度マッチング比は最大2:1であり、数字全体で許容できる均一性が確保されています。

2.2 電気的特性

電気的特性は駆動要件と限界を定義します。セグメントあたりの絶対最大連続順方向電流は25°Cで20 mAであり、周囲温度の上昇に伴い0.25 mA/°Cで線形に減額されます。1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅でのパルス動作時のピーク順方向電流は100 mAに達することができます。セグメントあたりの順方向電圧（V_F）は、I_F=20mAで測定した場合、最大値3.8ボルト、代表値3.3ボルトです。このパラメータは電流制限回路の設計に極めて重要です。セグメントあたりの最大消費電力は70 mWです。逆方向電流（I_R）は、逆方向電圧（V_R）5Vで最大100 µAに制限されていますが、本デバイスは連続的な逆バイアス動作を意図したものではありません。

2.3 熱的・環境定格

本デバイスの動作温度範囲は-35°Cから+85°C、保管温度範囲も同様です。この広い範囲により、様々な環境条件に適しています。重要な取り扱い仕様ははんだ付け温度限界です：デバイスは、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セスを使用するPCB実装に不可欠な情報です。

3. 機械的・パッケージ情報

3.1 寸法と公差

表示器の文字高さは0.8インチ（20.32 mm）です。すべてのパッケージ寸法はミリメートルで提供されています。特に指定がない限り、一般的な公差は±0.25 mmです。主な機械的注意事項には、ピン先端シフト公差±0.4 mm、セグメント表面の異物およびインク汚染の制限、反射板の曲がりの制限（長さの1%以下）が含まれます。ピン用の推奨PCB穴径は1.0 mmで、適切な嵌合を確保します。

3.2 ピン配置と接続図

本デバイスはデュアルインチラインパッケージ（DIP）構成で18ピンを有します。内部回路図はコモンアノード構造を確認しています。ピン接続は以下の通りです：ピン4、6、12、17はコモンアノード接続です。セグメントカソードは他のピンに分散されています：A（ピン2）、B（ピン15）、C（ピン13）、D（ピン11）、E（ピン5）、F（ピン3）、G（ピン14）。さらに、左側小数点（L.D.P、ピン7）と右側小数点（R.D.P、ピン10）のカソードがあります。ピン1、8、9、16、18は未接続（NO PIN）と記載されています。このピン配置はPCBレイアウトとドライバ回路の設計に不可欠です。

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おり、これはLED部品の標準です。具体的なグラフは提供されたテキストでは詳細に記述されていませんが、これらの曲線には通常、順方向電流（I_F）と順方向電圧（V_F）の関係（非線形でドライバ設計に重要）、光度対順方向電流の関係（電流増加に伴う輝度の上昇を示す）、接合温度に対する主波長または順方向電圧のシフトを示す曲線が含まれます。これらの曲線を分析することで、設計者は性能を最適化し、効率を理解し、温度変動や調光方式などの異なる動作条件下での挙動を予測することができます。

5. はんだ付けと実装ガイドライン

5.1 リフローはんだ付けパラメータ

絶対最大定格で述べたように、本デバイスは最大3秒間、ピークはんだ付け温度260°Cに耐えることができます。これは一般的な鉛フリーリフローはんだ付けプロファイルに適合します。設計者は、PCB実装時に使用する熱プロファイルがこの限界を超えないようにし、内部LEDチップ、ワイヤーボンディング、またはプラスチックパッケージへの損傷を防ぐ必要があります。

5.2 静電気放電（ESD）対策

LEDは静電気放電に敏感です。取り扱いおよび実装中のESD損傷を防ぐために、以下の対策を強く推奨します：作業者は導電性リストストラップまたは帯電防止手袋を使用すべきです。すべての設備、作業台、保管ラックは適切に接地されなければなりません。イオナイザー（イオンブローア）を使用して、取り扱いや保管中の摩擦によりプラスチックパッケージ表面に蓄積する可能性のある静電気を中和すべきです。これらの予防措置は、製造における高い歩留まりと信頼性を維持するために不可欠です。

5.3 保管条件

本デバイスは指定の温度範囲-35°Cから+85°C内で保管すべきです。吸湿に敏感な場合は、乾燥剤を入れた防湿バッグに部品を保管することが望ましいですが、この特定の要件は提供されたデータシートでは明記されていません。ピンや表示面への機械的ストレスを避ける適切な取り扱いも重要です。

6. アプリケーション提案

6.1 代表的なアプリケーションシナリオ

LTS-3401TBEは、コンパクトで低消費電力の数値表示を必要とするあらゆるアプリケーションに理想的です。一般的な用途には、デジタルマルチメータ、周波数カウンタ、時計表示、体重計、医療モニタリング機器、自動車ダッシュボード表示（非重要情報用）、産業プロセスインジケータなどが含まれます。その青色は視認性が良く、従来の赤色や緑色の表示器との美的または機能的な差別化のために選択することができます。

6.2 設計上の考慮点と回路

ドライバ回路を設計する際には、コモンアノード構成を考慮しなければなりません。これは通常、コモンアノードピンを正電源電圧（V_CC）に、共通ライン用の電流制限抵抗を介して接続することを含みます。各セグメントカソードは、必要なセグメント電流をシンクできるドライバICに接続されます。各セグメントの電流は、所望の輝度と最大定格に基づいて制限されなければなりません。代表的な順方向電圧3.3V-3.8Vを使用して、電流制限抵抗値は R = (V_CC- V_F) / I_F として計算できます。複数の桁をマルチプレクシングする場合、平均輝度を維持しながらピーク電流がパルス電流定格内に収まるように管理する必要があります。設計者はまた、最大2.5%のクロストーク仕様（選択されていないセグメントの意図しない発光を定義する）も考慮すべきです。

7. 技術比較と差別化

従来の白熱灯や真空蛍光表示器（VFD）と比較して、このLED表示器は、その固体（ソリッドステート）の性質により、大幅に低い消費電力、長い寿命、高い信頼性を提供します。LED表示器セグメント内では、その主な差別化要因は、多くの標準表示器よりも低い、特定の低電流最適化（セグメントあたり1mAまで）、および光度による選別（より良い輝度の一貫性を提供）です。InGaN技術で実現された青色は、従来の赤色GaAsP LEDと比較して、通常、より高い効率と異なる美的オプションを提供します。左右両方の小数点を含むことで、異なる数値フォーマットのニーズに対する柔軟性が追加されています。

8. よくある質問（技術パラメータに基づく）

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: コモンアノード表示器では、すべてのLEDセグメントのアノードが共通ピン（または複数ピン）に接続され、それが正電源に接続されます。セグメントは、それぞれのカソードピンにLOW（グランド）信号を適用することで点灯します。コモンカソード表示器では、カソードが共通でグランドに接続され、セグメントはそのアノードにHIGH信号を適用することで点灯します。LTS-3401TBEはコモンアノード型です。

Q: 5Vマイクロコントローラでこの表示器を駆動できますか？

A: はい、ただし電流制限抵抗を使用する必要があります。順方向電圧が約3.3-3.8Vであるため、残りの電圧（例：5V - 3.5V = 1.5V）を降下させ、電流を所望の値（例：10mAの場合150Ω抵抗が必要）に制限する抵抗が必要です。マイクロコントローラのドライバピンは、必要なセグメント電流をシンクできなければなりません。

Q: "光度による選別"とはどういう意味ですか？

A: 表示器が測定された光出力に基づいてテストされ、選別（ビニング）されることを意味します。これにより、同じモデルの異なるユニット間でより一貫した輝度が確保され、単一の製品で複数の表示器を使用する場合により均一な外観が得られます。

Q: 4つのコモンアノードピンはどのように接続すればよいですか？

A: すべてのコモンアノードピン（4、6、12、17）は、同じ正電源ラインに接続すべきです。通常、単一の桁のすべてのセグメントを同時に駆動する場合は、単一の電流制限抵抗を介して接続します。これにより、すべてのセグメントが同じ基準電圧を持つことが保証されます。

9. 実践的な設計・使用例

簡単なデジタル電圧計表示を設計することを考えます。マイクロコントローラのA/Dコンバータが電圧を読み取り、処理し、3桁の値（例：5.12V）を表示する必要があります。3つのLTS-3401TBE表示器が使用されます。3桁すべてのコモンアノードピンは、マルチプレクシング制御用にデジタル出力として設定された3つの別々のマイクロコントローラI/Oピンに接続されます。3桁にわたるすべての対応するセグメントカソード（すべての'A'セグメント、すべての'B'セグメントなど）は一緒に接続され、適切な電流制限抵抗を介して8つのマイクロコントローラI/Oピン（7セグメント + 1小数点）に接続されます。おそらくトランジスタアレイまたは専用表示ドライバICを使用して電流シンクを処理します。マイクロコントローラは各桁を高速にサイクル（マルチプレクシング）し、一度に1つのコモンアノードをオンにしながら、その特定の桁のカソードパターンを設定します。残像効果により、すべての桁が連続して点灯しているように見えます。中央の桁の右側小数点は、小数点の位置を示すために点灯されます。低電流能力により、このマルチプレクシング方式は過剰な電力消費なしに効率的に動作します。

10. 動作原理の紹介

7セグメントLED表示器は、8の字型に配置された発光ダイオードの集合体です。7つのセグメント（AからGとラベル付け）のそれぞれが個々のLEDです。これらのセグメントの異なる組み合わせを選択的に通電することにより、数字0-9といくつかの文字のパターンを形成できます。LTS-3401TBEでは、これらのLEDはサファイア基板上に堆積されたInGaN半導体材料から作製されています。ダイオードの閾値を超える順方向電圧が印加されると、電子と正孔が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。InGaN層の特定の組成が、この場合は青色の、発光の波長（色）を決定します。コモンアノード設計は、電源が制御ロジックのグランドに対して正である多くのアプリケーションで駆動回路を簡素化します。

11. 技術トレンドと背景

7セグメントLED表示器は、成熟した信頼性の高い表示技術を代表します。ドットマトリックスやグラフィックOLED/LCD表示器は任意の文字やグラフィックを表示するためのより多くの柔軟性を提供しますが、7セグメント表示器は、そのシンプルさ、低コスト、高輝度、様々な照明条件（直射日光を含む）での優れた視認性、および静的または低マルチプレクシングシナリオでの極めて低い消費電力により、依然として非常に重要です。このセグメントのトレンドは、より高い効率のLED（ワットあたりのルーメン数向上）によるさらなる低駆動電流または高輝度、および自動実装のための表面実装デバイス（SMD）パッケージに向かっていますが、このようなスルーホールDIPパッケージは、プロトタイピング、修理、および特定の産業用途で依然として広く使用されています。このデバイスに見られるように、鉛フリーおよびRoHS準拠のパッケージへの移行は、現在では標準的な業界要件となっています。