LTS-3401LJF LEDディスプレイ データシート - 0.8インチ 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-3401LJFは、明確で低消費電力な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、単一桁の7セグメント発光ダイオード（LED）ディスプレイです。そのコア技術は、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、これは琥珀色から赤橙色のスペクトルで高効率な光を生成することで知られています。この特定のデバイスは黄橙色で発光します。ディスプレイはグレーの面と白いセグメントを特徴としており、様々な照明条件下でのコントラストと視認性を高めています。この部品の主な設計目標は、低消費電力、均一なセグメント発光による優れた文字表示、およびソリッドステートの信頼性であり、数値データを明確かつ効率的に表示する必要がある幅広い民生用および産業用電子機器に適しています。

1.1 コアアドバンテージ

• 低消費電力動作：最小限の電力消費を実現するよう設計されており、バッテリー駆動またはエネルギーに敏感なアプリケーションに最適です。
• 高視認性：連続的で均一なセグメントと広い視野角により優れた文字表示を提供し、様々な位置からの視認性を確保します。
• ソリッドステートの信頼性：LEDベースのデバイスとして、機械式またはフィラメントベースのディスプレイと比較して、長い動作寿命、耐衝撃性、一貫した性能を誇ります。
• 標準インターフェース：I.C.互換の駆動要件により、一般的なマイクロコントローラや論理回路との統合が簡素化されます。
• 性能カテゴリ分け：デバイスは光度に基づいてビニング（選別）されており、複数桁アプリケーションでの一貫した輝度マッチングを可能にします。

2. 技術仕様詳細解説

このセクションでは、データシートに定義されている主要な電気的、光学的、物理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 電気的特性

電気的パラメータは、ディスプレイの動作限界と条件を定義します。

• 絶対最大定格：これらは、恒久的な損傷を防ぐために、いかなる条件下でも超えてはならないストレス限界です。
  • セグメントあたりの消費電力：最大70 mW。これは、各LEDセグメントにかかる順方向電流と電圧降下の複合効果を制限します。
  • セグメントあたりの連続順方向電流：25°Cで最大25 mA。周囲温度が25°Cを超えて上昇すると、0.33 mA/°Cの線形デレーティング係数が適用されます。
  • セグメントあたりのピーク順方向電流：最大60 mAですが、パルス条件下（1/10デューティサイクル、0.1 msパルス幅）でのみ可能です。これにより、マルチプレックスアプリケーションでより高いピーク輝度を達成するための短時間のオーバードライブが可能になります。
  • セグメントあたりの逆電圧：最大5 V。これを超えるとLEDのPN接合が損傷する可能性があります。
  • 動作・保管温度範囲：-35°C から +85°C。
  • はんだ付け温度：実装面から1/16インチ（約1.6 mm）下で、260°C、3秒間。これは、フローはんだ付けやリフローはんだ付けプロセスにおける重要なパラメータです。
• 電気的/光学的特性（T_A=25°C時）：これらは代表的な動作パラメータです。
  • 順方向電圧（V_F）：I_F=20mA時、2.05V（最小）、2.6V（代表値）。これは、指定電流で駆動された際のアクティブなセグメントにかかる電圧降下です。
  • 逆電流（I_R）：V_R=5V時、最大100 µA。これは、LEDが逆バイアスされたときの最小リーク電流を示します。

2.2 光学的特性

光学的パラメータは、ディスプレイの光出力と色特性を定量化します。

• 平均光度（I_V）：I_F=1mA時、320 µcd（最小）、900 µcd（代表値）。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た、セグメントの知覚される明るさの尺度です。広い範囲はビニングプロセスを示しています。
• 光度マッチング比（I_V-m）：I_F=10mA時、最大2:1。これは、同じ桁の異なるセグメント間、または異なるユニット間で許容される最大の輝度変動を指定し、視覚的な均一性を確保します。
• ピーク発光波長（λ_p）：I_F=20mA時、611 nm（代表値）。これは、光出力が最大となる波長です。
• 主波長（λ_d）：I_F=20mA時、605 nm（代表値）。これは、人間の目が発光色に最も一致すると知覚する単一波長であり、その黄橙色の色調を定義します。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：I_F=20mA時、17 nm（代表値）。これは、発光のスペクトル純度または帯域幅を示します。値が小さいほど、より単色（純粋）な色を意味します。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、デバイスが光度でカテゴリ分けされていることを示しています。これは、製造後の選別（ビニング）プロセスを指します。

• 光度ビニング：製造後、LEDは標準テスト電流（例：1mAまたは10mA）で測定された光度に基づいてテストされ、グループ分けされます。指定された代表値900 µcdと最小値320 µcdが可能なビンの範囲を定義します。ビニングされた部品を使用することで、複数桁ディスプレイのすべてのセグメントにわたって一貫した輝度レベルが確保され、最終製品の美的および機能的な均一性にとって重要です。設計者は、調達のための特定のビンコードの入手可能性と仕様についてはメーカーに確認する必要があります。

4. 性能曲線分析

提供されたPDF抜粋は代表的な電気的/光学的特性曲線に言及していますが、具体的なグラフは本文には含まれていません。通常、このような曲線には以下が含まれます：

• 相対光度 vs. 順方向電流（I-V曲線）：このグラフは、光出力が駆動電流とともに、通常は準線形の様式で増加する様子を示し、効率の変化を強調します。
• 順方向電圧 vs. 順方向電流：ダイオードの指数関数的なI-V関係を示し、電流制限回路の設計に不可欠です。
• 相対光度 vs. 周囲温度：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、高温または高輝度アプリケーションにおける熱管理に極めて重要です。
• スペクトル分布：相対強度と波長の関係をプロットしたもので、ピーク波長と主波長、およびスペクトル半値幅を視覚的に示します。

設計者は、堅牢な回路設計のためにこれらの関係を完全に理解するため、常にグラフを含む完全なデータシートを参照する必要があります。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 物理寸法

このデバイスは0.8インチの桁高ディスプレイと記述されており、数字自体の高さは20.32 mmに相当します。パッケージ寸法図（本文では参照されているが詳細は記載なし）には、プラスチックパッケージの全長、全幅、全高、リード間隔、セグメント配置が指定されるでしょう。特に断りのない限り、公差は通常±0.25 mmです。正確な機械図面は、PCBフットプリント設計および筐体内への適切な収まりを確保するために不可欠です。

5.2 ピン配置と内部回路

LTS-3401LJFはコモンアノードディスプレイです。これは、すべてのLEDセグメント（および小数点）のアノードが内部で接続され、共通ピン（4, 6, 12, 17）に引き出されていることを意味します。個々のセグメントのカソード（A-G、および左右の小数点）はそれぞれ独自のピンを持っています。セグメントを点灯させるには、対応するカソードピンをロー（グランドまたは電流シンクに接続）に駆動し、共通アノードピンをハイ（電流制限抵抗を介してV_CCに接続）に保持する必要があります。ピンアウト表は、正しいPCBレイアウトおよびソフトウェアドライブルーチンの開発に不可欠です。いくつかのピン（1, 8, 9, 16, 18）はNO PINとリストされており、物理的には存在しますが電気的には接続されていない（N/C）ことを意味します。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

データシートは重要なはんだ付けパラメータを提供しています：パッケージは、実装面から1/16インチ（1.6 mm）下で測定して、260°C、3秒間のはんだ付け温度に耐えることができます。これはフローはんだ付けの標準的な基準です。リフローはんだ付けの場合、ピーク温度約260°Cの標準的な無鉛プロファイルが適用可能ですが、液相線以上の時間は制御する必要があります。湿気敏感デバイス（該当する場合）の取り扱いについては標準的なJEDEC/IPCガイドラインに従い、組立中のリードへの機械的ストレスを避けることを推奨します。保管は、指定された-35°Cから+85°Cの温度範囲内で乾燥した環境で行ってください。

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

• 試験・計測機器：デジタルマルチメータ、周波数カウンタ、電源装置。
• 民生用電子機器：時計、タイマー、厨房家電、オーディオ機器の表示部。
• 産業用制御機器：パネルメータ、プロセスインジケータ、制御システムの表示。
• 自動車アフターマーケット：高視認性と信頼性が必要な計器および表示。

7.2 設計上の考慮事項

• 電流制限：常に各コモンアノード接続（またはマルチプレックス方式では各セグメント）に直列抵抗を使用して順方向電流を設定してください。抵抗値は R = (V_CC- V_F) / I_F を使用して計算します。安全な設計のために、データシートの最大V_Fを使用してください。
• マルチプレクシング：複数桁ディスプレイの場合、マルチプレックス駆動回路が一般的です。これは、各桁への電源（コモンアノード経由）を高速で循環させながら、その桁に対応するセグメントデータを提示することを含みます。これにより、必要なI/Oピン数が大幅に削減されます。このような構成では、ピーク電流定格（1/10デューティで60 mA）を超えないようにしてください。
• 視野角：広い視野角は有益ですが、ディスプレイを実装する際には意図したユーザーの視線を考慮してください。
• 熱管理：低消費電力ですが、高い周囲温度または高輝度設定では、基板レイアウトと気流を考慮してパッケージ温度が限界内に収まるようにしてください。

8. 技術比較と差別化

LTS-3401LJFの主な差別化要因は、黄橙色発光にAlInGaP技術を使用している点です。標準的なGaAsP（ガリウムヒ素リン）LEDなどの古い技術と比較して、AlInGaPは著しく高い発光効率を提供し、同じ駆動電流でより明るい出力、または同じ輝度でより低い消費電力を実現します。また、一般的に温度や寿命にわたってより優れた安定性と色の一貫性を提供します。白色LED（通常は蛍光体コーティングを施した青色LED）と比較して、この単色デバイスは、低照度や暗視適合設定など、特定の琥珀色/橙色が望まれるアプリケーションでより高い効率を提供します。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

• Q: No Pin接続の目的は何ですか？
  
  A: これらは機械的なプレースホルダーであり、はんだ付け中にパッケージを固定し、構造的完全性を提供するのに役立ちます。回路内のどの電気的ネットにも接続してはいけません。
• Q: このディスプレイを5V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: いいえ。電流制限抵抗を使用する必要があります。5Vを直接カソード（アノードがハイの状態で）に接続すると、過剰な電流を引き込もうとし、LEDとマイクロコントローラピンの両方を損傷する可能性があります。供給電圧と希望するセグメント電流に基づいて抵抗を計算してください。
• Q: 回路設計においてコモンアノードとはどういう意味ですか？
  
  A: それは、正電圧（V_CC）をコモンアノードピンに供給し、個々のカソードピンを介して電流をグランドにシンクすることでセグメントを点灯させることを意味します。駆動回路（例：マイクロコントローラ）は、カソードに接続されたI/Oピンを論理LOW（0V）状態に設定することでセグメントをアクティブにします。
• Q: 複数桁設計で均一な輝度を達成するにはどうすればよいですか？
  
  A: メーカーから同じ光度ビンコードの部品を調達してください。さらに、すべてのセグメントに対して同一の電流制限抵抗値を使用し、マルチプレックスまたはスタティック駆動方式で一貫した駆動電流を使用するようにしてください。

10. 設計および使用事例

シナリオ：シンプルなデジタル電圧計表示の設計。

設計者は、LTS-3401LJFを使用して3桁のDC電圧計表示を作成しています。彼らは、電圧を測定するためにアナログ-デジタルコンバータ（ADC）を備えたマイクロコントローラを使用します。3つのディスプレイが使用されます。マイクロコントローラのピンはすべてのセグメント（3桁 * 8セグメント = 24ライン）を直接駆動するには不十分なため、マルチプレックス設計が選択されます。定電流シンク出力を備えた単一の8ビットシフトレジスタ（例：外部トランジスタまたは専用LEDドライバICを備えた74HC595）を使用して、すべての桁のすべてのセグメントカソード（A-G, DP）を制御します。3つのマイクロコントローラI/Oピンを使用して、小さなPNPトランジスタまたはMOSFETを介して各桁のコモンアノードを選択的に有効にします。ソフトウェアは、各桁（1, 2, 3）を有効にしながら、その桁に対応するセグメントパターンをシフトレジスタにシフトアウトすることを高速で繰り返します。残像効果により、すべての桁が連続して点灯しているように見えます。設計者は、5V電源、V_F=2.6V、希望する平均セグメント電流10mAに基づいて、3桁のマルチプレックスの1/3デューティサイクルを考慮して、コモンアノードラインの電流制限抵抗を計算します。

11. 技術原理の紹介

LTS-3401LJFは、AlInGaP（アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン）で作られた半導体PN接合におけるエレクトロルミネッセンス原理に基づいています。順方向電圧が印加されると、N型材料からの電子が活性領域でP型材料からの正孔と再結合し、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、半導体の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—この場合は黄橙色（主波長約605 nm）。不透明なGaAs基板を使用することで、迷光を吸収してコントラストを向上させ、ディスプレイの優れた文字表示に貢献しています。7つの個々のセグメントは、パターン状に配置された複数の微小なAlInGaP LEDチップによって形成され、それぞれが電気的に絶縁され、アドレス可能です。

12. 技術トレンド

7セグメントLEDディスプレイは、数値表示のための堅牢でコスト効果の高いソリューションとして残っていますが、より広範な表示技術の状況は進化しています。組み込みコントローラ（I2CまたはSPIインターフェース）を備えたディスプレイなど、より高い統合化への傾向があり、これにより必要なマイクロコントローラI/Oとソフトウェアの複雑さが大幅に削減されます。材料の面では、AlInGaP技術は琥珀色/赤色に対して成熟しており、非常に効率的です。フルカラーまたは白色アプリケーションでは、InGaN（インジウム・ガリウム・窒化物）ベースの青/緑/白色LEDが主流です。将来のトレンドには、さらに低い動作電圧、より高い効率（ワットあたりの光量）、およびフレキシブルまたは透明基板へのディスプレイの統合が含まれる可能性がありますが、これらは従来のセグメント式数値デバイスよりも新しい表示タイプに関連しています。LEDのコアアドバンテージ—信頼性、長寿命、低電圧動作—は、これらの要素が最も重要であるアプリケーションでの継続的な使用を保証します。