LTS-6980HR LEDディスプレイ データシート - 0.56インチ 桁高 - 2.6V 順方向電圧 - 赤色 - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTS-6980HRは、高性能な7セグメント数字表示用LEDディスプレイモジュールです。主な機能は、様々な電子機器において、明瞭で明るい数値表示を提供することです。中核技術として、GaP基板上のGaPエピタキシー層および不透明GaAs基板上のAlInGaPといった先進的なLEDチップを採用し、特徴的な高効率の赤色発光を実現しています。デバイスは赤色の表示面と赤色のセグメントを備えており、優れたコントラストと視認性を確保しています。

1.1 主な特長と利点

本ディスプレイは、要求の厳しい用途に適するよう、いくつかの主要な特長を備えて設計されています：

• 0.56インチ 桁高（14.22 mm）：遠方からでも容易に読み取れる文字サイズを提供し、計器パネル、産業用制御盤、民生電子機器に最適です。
• 連続的で均一なセグメント：視覚的な一貫性を確保するよう設計されたセグメントは、読みやすさを損なうギャップや不規則性を排除しています。
• 低消費電力：効率性を考慮して設計されており、バッテリー駆動や省エネルギーが求められるデバイスへの統合が可能です。
• 高輝度・高コントラスト：明るい赤色発光と赤色表示面の組み合わせにより、様々な周囲光条件下でも視認性を維持する高コントラスト表示を実現しています。
• 広視野角：光学設計により、表示された文字は軸から外れた角度から見ても判読可能です。
• ソリッドステートの信頼性：LEDベースのデバイスとして、他の表示技術と比較して長寿命、耐衝撃性、耐振動性を提供します。
• 光度による選別：デバイスは光出力に応じて選別（ビニング）されており、設計者は複数桁表示において輝度が均一なユニットを選択できます。
• 無鉛パッケージ（RoHS準拠）：環境規制に準拠して製造されており、グローバル市場に適合します。

1.2 デバイス構成

LTS-6980HRはカソードコモン構成のディスプレイです。これは、全てのLEDセグメントのカソードが内部で接続されていることを意味します。具体的な型番は、右側小数点付きの赤色ディスプレイを示しています。カソードコモンディスプレイを駆動するには、通常、共通カソード端子をグランドに接続し、点灯させるセグメントに対応する個々のアノード端子に（電流制限抵抗を介して）正電圧を印加します。

2. 技術パラメータ：詳細な客観的分析

このセクションでは、デバイスの動作限界と性能特性について、詳細かつ客観的な分析を提供します。これらのパラメータを理解することは、信頼性の高い回路設計と、ディスプレイが規定の寿命内で動作することを保証するために極めて重要です。

2.1 絶対最大定格

これらの定格は、デバイスに永久的な損傷が生じる可能性のあるストレスの限界を定義します。これらの限界以下または限界での動作は保証されておらず、通常使用では避けるべきです。

• セグメントあたりの電力損失：最大75 mW。これを超えると過熱やLEDチップの加速劣化を引き起こす可能性があります。
• 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100 mA。この定格は、マルチプレクシング方式で使用される短時間の高電流パルス用であり、連続動作用ではありません。
• セグメントあたりの連続順方向電流：25°Cで25 mA。周囲温度（Ta）が25°Cを超えて上昇すると、この電流は0.33 mA/°Cの割合で線形に低下します。例えば、85°Cでは、最大許容連続電流は約：25 mA - ((85°C - 25°C) * 0.33 mA/°C) ≈ 5.2 mAとなります。
• 動作・保管温度範囲：-35°C から +85°C。デバイスはこの全範囲内で保管または動作可能です。
• はんだ付け条件：デバイスは、はんだ浴を実装面から1/16インチ（≈1.6mm）下にし、260°Cで3秒間のフローはんだ付けに耐えることができます。組み立て中、デバイス本体自体の温度は最大定格温度を超えてはなりません。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、標準試験条件（Ta=25°C）下で測定された代表的な性能パラメータです。適切に設計された回路におけるデバイスの動作を定義します。

• 平均光度（Iv）：順方向電流（IF）10 mAで駆動した場合、800 µcd（最小）から2400 µcd（代表値）の範囲です。これは輝度の主要な尺度です。
• ピーク発光波長（λp）：IF=20mAで代表値635 nm。これは光出力が最大となる波長です。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：代表値40 nm。これはスペクトル純度を示します。半値幅が狭いほど、より単色（純色）の光であることを意味します。
• 主波長（λd）：代表値623 nm。これは、人間の目が光の色に最も一致すると知覚する単一波長です。
• セグメントあたりの順方向電圧（VF）：IF=20mAで2.0 V（最小）から2.6 V（代表値）の範囲。設計者は、駆動回路がこの範囲内で所望の電流を達成するのに十分な電圧を供給できることを確認する必要があります。±0.1Vの許容差が記載されています。
• セグメントあたりの逆方向電流（IR）：逆方向電圧（VR）5Vを印加した場合、最大100 µA。このパラメータは試験目的のみであり、デバイスは連続逆バイアス動作用に設計されていません。
• 光度マッチング比（Iv-m）：IF=10mA時、セグメント間で最大2:1。これにより、単一桁の全てのセグメント間で輝度の均一性が確保されます。
• クロストーク：≤ 2.5%と規定。これは、隣接するセグメントが駆動された際の電気的リークや光学的結合による、意図しないセグメントの発光を指します。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、デバイスが光度によって選別されていることを示しています。これは重要な品質管理および設計上の考慮事項です。LED製造においては、出力に自然なばらつきがあります。最終製品の一貫性を確保するため、LEDは特定のパラメータに基づいて試験され、異なるビンに分類されます。

LTS-6980HRの場合、主なビニング基準は光度（Iv）です。2つ以上のこれらのディスプレイを一緒に使用するアプリケーション（例：複数桁カウンタ）を設計する際には、同じ光度ビンからディスプレイを選択することが強く推奨されます。異なるビンからのディスプレイを使用すると、桁間で輝度に顕著な差が生じ、不均一でプロフェッショナルでない外観になる可能性があります。設計者は、アプリケーションノートで警告されているように、この色むら問題を回避するために、発注時にビン要件を指定するようサプライヤーに相談すべきです。

4. 性能曲線分析

具体的なグラフ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代表的な性能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にかかる印加電圧と結果として生じる電流の関係を示します。適切な電流制限抵抗値を選択するために不可欠です。
• 光度 vs. 順方向電流（I-L曲線）：これは、光出力が駆動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、高電流では飽和します。
• 光度 vs. 周囲温度：この曲線は、LEDの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。特に高電流や高温環境での動作時における熱管理の重要性を強調しています。
• スペクトルパワー分布：主波長とピーク波長を中心とした波長スペクトル全体での相対的な光出力を示すグラフです。

これらの曲線により、設計者は非標準条件（異なる電流、温度）下での性能を予測し、効率と寿命のために設計を最適化できます。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法と公差

ディスプレイには定義された物理的な外形寸法があります。主要な寸法に関する注意点は以下の通りです：

• 全ての寸法はミリメートル単位です。
• 特に指定がない限り、一般公差は±0.25 mmです。
• ピン先端シフト公差は±0.4 mmです。
• 表示面には特定の品質管理が実施されています：セグメント上の異物は≤10ミル、表面のインク汚染は≤20ミル、セグメント内の気泡は≤10ミルでなければなりません。
• 反射板の曲がりは、その長さの1%以下でなければなりません。
• ピン用のプリント基板（PCB）穴径は1.0 mmが推奨されます。

5.2 ピン配置と回路図

デバイスは標準的な10ピン単列配置です。内部回路図はカソードコモン構成を示しています。ピン配置は以下の通りです：

• ピン1：セグメントEのアノード
• ピン2：セグメントDのアノード
• ピン3：共通カソード1
• ピン4：セグメントCのアノード
• ピン5：右側小数点（R.D.P.）のアノード
• ピン6：セグメントBのアノード
• ピン7：セグメントAのアノード
• ピン8：共通カソード2
• ピン9：セグメントFのアノード
• ピン10：セグメントGのアノード

両方の共通カソードピン（3と8）は内部で接続されています。どちらか一方または両方をグランドに接続することでディスプレイが有効になります。

6. はんだ付け、組み立て、および保管ガイドライン

6.1 はんだ付けと組み立て

最大のはんだリフロー条件が規定されています。組み立て時には：

• ディスプレイ本体に異常な力を加える不適切な工具や方法の使用は避けてください。物理的損傷の原因となります。
• 感圧接着剤を使用して装飾フィルムやオーバーレイをディスプレイ表面に貼り付ける場合、このフィルム側を前面パネルやカバーと密着させないことを推奨します。外力によりフィルムが元の位置からずれる可能性があります。

6.2 保管条件

特にピンの酸化を防ぐため、適切な保管が不可欠です。

• 標準保管（元の包装内）：温度：5°C から 30°C。湿度：60% RH以下。
• これらの条件が満たされない場合、ピン酸化が発生する可能性があり、使用前に再メッキが必要になることがあります。大量在庫の長期保管は推奨されません。
• 防湿バッグを開封して6ヶ月以上経過した場合、デバイスを60°Cで48時間ベーキングし、1週間以内に組み立てを完了することが推奨されます。

7. アプリケーション推奨事項と設計上の考慮点

LTS-6980HRは、オフィス、通信、家庭用の一般的な電子機器を対象としています。故障が安全性を脅かす可能性のある（航空、医療など）特別な信頼性が要求されるアプリケーションでは、個別の相談が推奨されます。

7.1 回路設計のベストプラクティス

• 絶対最大定格の遵守：回路設計は、電流、電力、温度の限界を厳密に遵守しなければなりません。
• 過駆動の防止：過剰な電流や高い動作温度は、光出力の著しい低下や早期故障の原因となります。
• 逆電圧および過渡現象からの保護：駆動回路には、電源投入/シャットダウン時の逆電圧や電圧スパイクによる損傷を防ぐための保護（例：ダイオード）を含めるべきです。
• 定電流駆動の使用：これは、順方向電圧の変動に依存せず、一貫した光度と色を確保するための推奨方法です。
• 順方向電圧範囲の考慮：LEDのVFが最大規定値（代表値2.6V + 許容差）の場合でも、意図した駆動電流を供給できるように回路を設計する必要があります。
• 熱的低下率：選択した動作電流は、0.33 mA/°Cの電流低下率を考慮し、予想される最大周囲温度に対して安全でなければなりません。
• 逆バイアスの回避：わずかな逆バイアスでも、LEDチップ内の金属移動を引き起こし、リーク電流の増加や短絡の原因となる可能性があります。
• 環境条件の管理：高湿度環境での急激な温度変化は避け、ディスプレイ上に結露が生じるのを防ぎます。

7.2 代表的なアプリケーションシナリオ

このディスプレイは、明瞭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おり、以下に限定されません：

• 試験・測定機器（マルチメータ、周波数カウンタ）
• 産業用制御盤およびプロセスタイマー
• 民生家電（電子レンジ、オーブン、オーディオ機器）
• POS端末および電卓
• 自動車用アフターマーケット計器およびディスプレイ

8. 技術比較と差別化

データシート内で特定の競合製品との直接比較は提供されていませんが、LTS-6980HRの仕様は競争力のある位置付けです。その主な差別化要因には以下が含まれる可能性があります：

• 材料技術：GaPとAlInGaPの両方のチップ技術を使用することで、性能のバランスを提供し、良好な効率と望ましい赤色の発光色を実現できる可能性があります。
• 高輝度・高コントラスト：規定された光度範囲（10mA時最大2400 µcd）と赤色表示面・赤色セグメントの設計は、優れた視認性を必要とするアプリケーションを対象としています。
• 堅牢な構造と仕様：電力、電流低下率、環境耐性に関する詳細な定格は、信頼性に焦点を当てた設計を示唆しています。
• 包括的なアプリケーションガイダンス：詳細な注意事項と保管ガイドラインを含めることで、設計者がデバイスを正しく実装するのを支援し、現場での故障を減らす可能性があります。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: ピーク波長（635nm）と主波長（623nm）の違いは何ですか？

A1: ピーク波長は、物理的に光出力が最も高い波長です。主波長は、人間の色知覚（CIE標準）に基づいて計算された値で、私たちが見る色を最もよく表す波長です。これらがわずかに異なることは一般的です。

Q2: 5Vのマイクロコントローラピンで直接このディスプレイを駆動できますか？

A2: できません。各セグメントアノードと直列に電流制限抵抗を使用する必要があります。その値は、供給電圧（例：5V）、LEDの順方向電圧（約2.0-2.6V）、および所望の順方向電流（例：10-20mA）に依存します。例えば、5V、2.3V Vf、15mAの場合：R = (5V - 2.3V) / 0.015A ≈ 180 Ωとなります。

Q3: なぜ共通カソードピンが2つ（3と8）あるのですか？

A3: それらは内部で接続されています。この設計により、より柔軟なPCB配線レイアウトが可能になり、または高電流で全てのセグメントを一度に駆動する場合にグランド電流を分割して性能を向上させるために使用できます。

Q4: 光度マッチング比 ≤ 2:1とはどういう意味ですか？

A4: 同じ条件下で駆動した場合、単一デバイス内で最も明るいセグメントの光度が最も暗いセグメントの光度の2倍を超えないことを意味します。これにより均一性が確保されます。

Q5: 保管湿度の仕様はどの程度重要ですか？

A5: 長期保管には非常に重要です。高湿度にさらされると、スズメッキされたピンが酸化し、はんだ付け性が悪化する可能性があります。信頼性の高い組み立てのためには、保管およびベーキングの推奨事項に従うことが不可欠です。

10. 設計および使用事例研究

シナリオ：4桁電圧計ディスプレイの設計

設計者が卓上デジタル電圧計を作成しています。彼らは4つのLTS-6980HRディスプレイを選択します。このデータシートに基づく主要な設計ステップは以下を含みます：

1. 駆動方式：マイクロコントローラのI/Oピンを最小限にするため、マルチプレクシングを選択します。4つのディスプレイの対応するセグメントアノード（A, B, C...）を全て一緒に接続します。各ディスプレイの共通カソードピンは、MCUによって制御される個別のトランジスタに接続します。
2. 電流計算：良好な視認性のために、セグメントあたり15mAを目標とします。最大VF 2.6Vと5V電源を使用して、最悪ケースの電流制限抵抗を計算します：R_min = (5V - 2.6V) / 0.015A ≈ 160 Ω。標準の150 Ω抵抗を選択し、実際の電流はVFによってわずかに変動することを認識します。
3. ピーク電流チェック：マルチプレクシング設計では、各桁は1/4の時間（25%デューティサイクル）のみ点灯します。平均電流15mAを達成するためには、点灯時間中のピーク電流は15mA / 0.25 = 60mAでなければなりません。この60mAパルスが100mAのピーク電流定格内に収まり、100mAに近づく場合はデューティサイクルが≤10%であることを確認する必要があります。
4. 熱的考慮：筐体の最高温度は50°Cと予想されます。セグメントあたりの低下後の連続電流は：25 mA - ((50°C - 25°C) * 0.33 mA/°C) ≈ 16.75 mAです。設計電流15mA（平均）は安全です。
5. 調達：サプライヤーに対し、表示全体で均一な輝度を確保するために、4つのディスプレイ全てが同じ光度ビンからであることを指定します。
6. PCBレイアウト：ピン用に推奨される1.0mmの穴を使用し、レイアウトがディスプレイ本体に機械的ストレスをかけないようにします。

11. 動作原理

LTS-6980HRは、半導体材料におけるエレクトロルミネッセンスの基本原理に基づいて動作します。LEDチップのp-n接合に十分な順方向電圧（バンドギャップ電圧を超える）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。発光の特定の色（波長）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。このデバイスでは、赤色光を生成するためにGaPおよびAlInGaP材料が使用されています。7つのセグメントは、8の字型に配置された個々のLEDです。これらのセグメントの異なる組み合わせに選択的に電流を流すことで、数字0-9および一部の文字を形成できます。

12. 技術トレンドと背景

LTS-6980HRは、成熟した信頼性の高いセグメント表示技術を代表しています。表示技術トレンドのより広い文脈では：

• ソリッドステートの利点：LEDディスプレイは、堅牢性、広い温度範囲での動作、長寿命が要求される環境において、LCDやVFDと比較して引き続き利点を保持しています。
• 材料の進化：AlInGaPの使用は、古いGaAsP LEDに対する進歩を表し、より高い効率とより良い色安定性を提供します。
• 市場ニッチ：ドットマトリックスOLEDやLCDはグラフィックスや英数字表示においてより大きな柔軟性を提供しますが、7セグメントLEDディスプレイは、そのシンプルさ、高輝度、低コスト、直射日光や暗所での優れた可読性により、専用の数値表示において最適な選択肢であり続けています。
• 統合トレンド：自動組み立てのためのこのようなディスプレイの表面実装デバイス（SMD）版へのトレンドがあります。LTS-6980HRのスルーホール設計は、手動組み立てや修理が一般的なアプリケーション、またはより高い電力処理能力が必要なアプリケーションに適しています。
• ドライバ統合：現代の設計では、このような個別ディスプレイを、マルチプレクシング、電流調整、インターフェースを処理する専用LEDドライバICと組み合わせることが多く、マイクロコントローラのソフトウェアおよびハードウェア設計を簡素化します。