LTS-10304JD LEDディスプレイ仕様書 - 1.0インチ桁高 - ハイパーレッド650nm - 24mA順電流 - 技術文書

1. 製品概要

LTS-10304JDは、低消費電力で明確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、1桁の7セグメントLEDディスプレイです。その主な機能は、視認性が高く信頼性のある数値インジケータを提供することです。このデバイスの核心的な利点は、高輝度と高効率を実現するAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）ハイパーレッドLEDチップの採用にあります。GaAs基板上に形成されたこの技術は、赤色スペクトルにおいて優れた性能で知られています。表示面は黒色、セグメントは白色で、視認性を高める高コントラストの外観を実現しています。光度でカテゴライズされており、RoHS指令に準拠した鉛フリーパッケージで提供されるため、環境配慮を考慮した現代の電子設計に適しています。

2. 詳細な技術パラメータ分析

2.1 測光・光学特性

光学性能は、このディスプレイの機能性の中心です。セグメントあたり1mAの標準テスト電流において、平均光度（Iv）は最小410 µcdから代表値2200 µcdの範囲です。この高輝度は、非常に低い駆動電流で達成可能であり、重要な特徴です。主波長（λd）は代表値639 nm、ピーク発光波長（λp）は650 nmで、可視スペクトルのハイパーレッド領域に位置します。スペクトル線半値幅（Δλ）は20 nmで、比較的純粋な色発光を示しています。セグメント間の光度マッチングは最大2:1の比率で規定されており、同一条件下で駆動した場合の桁全体の均一な外観を保証します。

2.2 電気的・熱的定格

電気的パラメータは動作限界と条件を定義します。セグメントあたりの絶対最大連続順電流は25°Cで24 mAであり、温度上昇に伴い0.28 mA/°Cのデレーティングが適用されます。パルス条件下（1/10デューティ比、0.1msパルス幅）では、90 mAのピーク順電流が許容されます。セグメントあたりの順方向電圧（Vf）は、駆動電流20mAにおいて、代表値4.2Vから最大5.2Vの範囲です。最大逆電圧定格は10Vです。セグメントあたりの電力損失定格は134 mWです。デバイスの動作・保管温度範囲は-35°Cから+105°Cに定格されており、様々な環境に対する堅牢性を示しています。はんだ付けは、実装面から1.6mm下の位置で、最高温度260°C、最大3秒間で行わなければなりません。

3. 機械的・パッケージ情報

3.1 物理寸法と図面

デバイスの桁高は1.0インチ（25.4 mm）です。パッケージ寸法は仕様書にミリメートル単位で記載されています。特に指定のない限り、標準公差は±0.25 mmです。ピン先端シフト公差が+0.4 mmであるという特記事項があり、これはPCBレイアウトと組立計画にとって重要です。図面には通常、パッケージの全長、幅、高さ、桁セグメントの寸法、および14本のピンの正確な間隔と直径が示されています。

3.2 ピン構成と極性識別

LTS-10304JDは、コモンカソード型ディスプレイです。14本のピンを備えており、すべてがアクティブではありません。ピン接続は以下の通りです：ピン1（アノードE）、ピン2（アノードD）、ピン3（未使用）、ピン4（コモンカソード）、ピン5（アノードC）、ピン6（アノードD.P. - 小数点）、ピン7（未使用）、ピン8（アノードB）、ピン9（アノードA）、ピン10（未使用）、ピン11（コモンカソード）、ピン12（アノードF）、ピン13（未使用）、ピン14（アノードG）。2本のコモンカソードピン（4と11）が存在することで、柔軟な回路設計が可能になります。小数点は桁の右側に位置します。

3.3 内部回路図

内部回路図は、7つのセグメント（AからG）と小数点（DP）の電気的接続を示しています。すべてのセグメントアノードは互いに分離されており、それらのカソードはコモンカソードピンに接続されています。この構成は、コモンカソード型でマルチプレクス可能なディスプレイの標準であり、個々のセグメントは、それぞれのアノードピンに正電圧を印加し、コモンカソードを通して電流をシンクさせることで点灯します。

4. 性能曲線分析

仕様書は、代表的な電気的・光学的特性曲線を参照しています。提供された本文には具体的なグラフは詳細に記載されていませんが、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：相対光度 vs. 順電流（I-V曲線）：このグラフは、駆動電流の増加に伴う光出力の増加を示し、低電流（例：1mA）での高効率を実証します。順方向電圧 vs. 順電流：ダイオードのIV特性を示し、電流制限回路の設計に重要です。相対光度 vs. 周囲温度：接合温度の上昇に伴う光出力の低下を示し、熱管理の必要性を理解する上で重要です。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、指定された20 nmの半値幅で650 nmを中心としています。

5. はんだ付けおよび組立ガイドライン

組立は、損傷を防ぐために指定された熱的限界を遵守しなければなりません。許容される最高はんだ温度は260°Cであり、部品はこの温度に最大3秒間さらされるべきです。この測定は、パッケージの実装面から1.6mm（1/16インチ）下で行われます。これらのパラメータは、標準的な鉛フリーリフローはんだ付けプロファイルと互換性があります。LEDパッケージのピンに機械的ストレスをかけることなく、信頼性の高いはんだ接合を実現するために、PCBパッド設計が推奨フットプリントと一致していることを確認することが極めて重要です。

6. アプリケーション提案と設計上の考慮事項

6.1 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、明確な数値表示が必要なバッテリー駆動または低電力電子デバイスに最適です。一般的なアプリケーションには、携帯型計測器、民生電子機器（時計、タイマー、はかり）、産業用制御パネル、医療機器、自動車のダッシュボード表示（補助機能用）などがあります。その低電流動作は、バッテリー寿命を大幅に延長します。

6.2 回路設計と駆動方法

低電流性能を活用するために、設計者は単純な電流制限抵抗または定電流ドライバを使用できます。複数の桁をマルチプレクスする場合（これは1桁ユニットですが、同様のディスプレイを使用する多桁システムにも原理が適用されます）、コモンカソード構成は、カソード側でトランジスタまたは専用ドライバICを通して電流をシンクしながら、セグメントアノードを順次イネーブルすることで容易に駆動できます。20mAでの代表的な順方向電圧4.2-5.2Vは、抵抗による直接駆動の場合、ディスプレイが5Vを超える電源電圧を必要とすることが多いことを意味します。3.3Vまたは5Vシステムで最大輝度を達成するには、昇圧コンバータまたは専用LEDドライバが必要になる場合があります。推奨されるセグメントあたり1mAの低電流では、電圧降下は低くなり、5Vレールからの動作が可能になる可能性があります。

6.3 熱的・光学的設計上の注意点

デバイスは広い動作温度範囲を持っていますが、接合温度を低く保つことで、光出力と長期信頼性が維持されます。PCB上の十分な間隔と、必要に応じて熱ビアが役立ちます。高コントラスト比（黒面、白セグメント）は、直接視認に最適化されています。明るい環境光下での最適な視認性のためには、ディスプレイが外部光源に圧倒されないようにしてください。埋め込みベゼルやフィルターが有益です。

7. 技術比較と差別化

LTS-10304JDの主な差別化要因は、そのAlInGaPハイパーレッド技術と低電流動作の組み合わせにあります。従来のGaAsPや標準的な赤色GaP LED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、またははるかに低い電流で同等の輝度を実現します。他の低電流ディスプレイと比較して、セグメントあたり1mAまで動作し、マッチングされた強度を持つという仕様は、超低電力設計にとって重要な利点です。鉛フリーでRoHS準拠の構造は、一部のレガシー部品とは異なり、現代の製造基準に適合しています。

8. 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: 最大輝度では直接駆動できません。20mAでは、順方向電圧（4.2-5.2V）が5Vに非常に近いか、または超えるため、電流制限抵抗にかかる電圧降下がほとんどありません。ドライバ回路が必要になります。ただし、1mAでは順方向電圧は低くなるため、より実現可能ですが、制御とマルチプレクシングのためにはドライバICの使用が依然として推奨されます。

Q: 2本のコモンカソードピンの目的は何ですか？

A: それらは内部で接続されています。2本のピンを提供することで、電流を分散させ、単一のピン/PCBトレースの電流密度を低減し、レイアウトの柔軟性を提供します。一方または両方を使用できますが、両方を接続することが一般的に良い慣行です。

Q: 光度のカテゴライズとはどのように行われますか？

A: 仕様書は、部品が光度でカテゴライズ（ビニング）されていることを示しています。これは、製造工程でユニットがテストされ、異なる強度グループに分類されることを意味します。仕様書は最小/代表範囲（1mA @ 410-2200 µcd）を提供しています。重要なアプリケーションで正確なマッチングが必要な場合は、メーカーに特定のビニングコードを問い合わせてください。

Q: セグメントがマッチングされているとはどういう意味ですか？

A: 同じデバイス内で、セグメント間の電気的・光学的特性（順方向電圧や光度など）が密接に一致していることを意味します。これは、すべてのセグメントが同じ電流で駆動されたときに均一な輝度を保証しますが、これは低品質のディスプレイでは常に保証されるわけではありません。

9. 実践的な設計と使用例

温度を4桁表示する低電力環境データロガーを設計する場合を考えてみましょう。4つのLTS-10304JDディスプレイを使用し、設計者はマルチプレクシング回路を作成します。低電力マイクロコントローラは、小さなNPNトランジスタを介して各桁のコモン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一連のI/Oピン（ピンを節約するためにシフトレジスタやポートエキスパンダを介して）に出力します。セグメント駆動電流を2-3mA（最大値より十分に低い値）に設定することで、優れた視認性を達成しつつ、システム全体の消費電力を最小限に抑えます。高コントラスト比により、室内および日陰の屋外条件の両方で表示が読みやすくなります。ディスプレイの広い温度範囲は、ロガーの動作仕様に適合します。

10. 動作原理の紹介

7セグメントLEDディスプレイは、数字の8の形に配置された複数の発光ダイオードの集合体です。7本のバー（セグメントA-G）と小数点（DP）のそれぞれが個別のLEDです。LTS-10304JDのようなコモンカソード構成では、これらすべての内部LEDのカソードが1つ以上のコモンピンに接続されています。特定のセグメントを点灯させるには、その専用のアノードピンに正電圧を印加し、コモンカソードをグランド（または低い電圧）に接続して回路を完成させ、電流を流す必要があります。どのセグメントの組み合わせを点灯させるかを制御することで、数字0-9といくつかの文字を形成できます。AlInGaP材料システムは、順方向バイアス下で活性領域で電子と正孔が再結合するときに光を発し、特定の合金組成が赤色の波長を決定します。

11. 技術トレンドと背景

1990年代のAlInGaP LED技術の開発は、高輝度の赤色、橙色、黄色LEDにおける大きなブレークスルーでした。これは、高い視認性を必要とするアプリケーションにおいて、効率の低いGaAsPおよびGaP技術に大きく取って代わりました。表示部品のトレンドは、より高い効率（ワットあたりの光量）、より低い動作電圧、および集積化に向かって続いています。ディスクリートの7セグメントディスプレイは多くのアプリケーションで依然として重要ですが、より複雑なグラフィックスのための統合ドットマトリックスディスプレイやOLEDへの並行したトレンドもあります。しかし、シンプルで高信頼性、低電力、高輝度の数値表示には、LTS-10304JDのようなAlInGaPベースの7セグメントディスプレイが、特に堅牢性と長寿命が最も重要である産業および自動車の文脈において、好ましくかつ費用対効果の高いソリューションであり続けています。