LTS-2801AJE LEDディスプレイ データシート - 0.28インチ 桁高 - 赤色 - 順電圧2.6V - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTS-2801AJE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、高性能な1桁の7セグメント英数字表示モジュールです。その主要機能は、7つの個別のLEDセグメント（AからGまでのラベル）とオプションの小数点（D.P.）を選択的に点灯させることで、数字の0〜9および一部の文字を視覚的に表現することです。本デバイスは、ヒ化ガリウム（GaAs）基板上にエピタキシャル成長させた先進的なAS-AlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）赤色LEDチップを採用しています。この材料技術は、赤色スペクトルにおける高効率と優れた発光出力のために選択されています。表示部は、白色のセグメントマーキングを備えた特徴的なグレーのフェースプレートを採用しており、点灯時と非点灯時のコントラストを高め、様々な照明条件下での最適な視認性を提供します。

この部品の主な適用分野は、産業用計器、民生電子機器、試験・測定機器、自動車のダッシュボード（補助表示用）、およびコンパクトで信頼性が高く低消費電力の数値表示器が必要な家電製品です。そのソリッドステート構造により、真空蛍光表示管（VFD）や白熱電球などの従来技術と比較して、高い信頼性と長い動作寿命を保証します。

1.1 中核的な利点と特徴

LTS-2801AJEは、電子設計における性能と使いやすさに貢献するいくつかの設計上の特徴を組み込んでいます。

• 0.28インチ桁高（7.0 mm）：スペースが限られているが、適度な距離から視認性が必要なパネル実装に適した文字サイズを提供します。
• 連続的で均一なセグメント：セグメントは一貫した幅と発光で設計されており、文字が表示された際にプロフェッショナルでまとまりのある外観を保証します。
• 低消費電力：効率性を考慮して設計されており、標準的なLED駆動電流で動作するため、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。
• 優れた文字表示と高コントラスト：白地にグレーのデザインと明るい赤色の発光が組み合わさり、シャープで明確な文字を形成し、読みやすさを実現します。
• 高輝度：AlInGaP技術により高い光度が得られ、明るい環境下での視認性を確保します。
• 広い視野角：LEDチップとパッケージ設計により広い視野円錐角を提供し、表示を様々な角度から見ても輝度やコントラストの大幅な低下なく読むことができます。
• ソリッドステートの信頼性：LEDベースのデバイスとして、高い耐衝撃性・耐振動性、瞬時点灯能力、経時劣化が最小限の長寿命を誇ります。
• 光度による選別：ユニットは選別（ビニング）またはテストされ、一貫した輝度レベルが保証されます。これは、均一性が鍵となる複数桁表示において特に重要です。
• 無鉛パッケージ：本デバイスはRoHS（有害物質使用制限）指令に準拠しており、環境に配慮した材料を使用しています。

2. 技術パラメータ：詳細かつ客観的な解釈

このセクションでは、データシートに規定されている主要な電気的および光学的パラメータについて、設計エンジニアにとっての重要性を説明しながら、詳細かつ客観的な分析を提供します。

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、信頼性の高い設計では避けるべきです。

• セグメントあたりの電力損失（70 mW）：連続動作時に単一のLEDセグメントが熱として放散できる最大許容電力。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電流（90 mA @ 1 kHz、デューティ比10%）：セグメントがパルスモードで扱える最大瞬間電流。10%のデューティ比と1 kHzの周波数が重要です。平均電流は連続電流定格内に収まるように管理する必要があります。この定格は、高ピーク電流でのマルチプレクシング方式やPWM調光に関連します。
• セグメントあたりの連続順電流（25 mA）：単一セグメントを連続点灯させるために推奨される最大DC電流。データシートでは、周囲温度（Ta）が25°Cを超える場合、0.33 mA/°Cのディレーティング係数が規定されています。これは、動作環境が高温になると、最大安全連続電流が直線的に減少することを意味します。例えば、85°Cでは、最大電流は約 25 mA - [ (85°C - 25°C) * 0.33 mA/°C ] = 25 mA - 19.8 mA = 5.2 mA となります。このディレーティングは、高温環境でのアプリケーションの信頼性を確保するために極めて重要です。
• セグメントあたりの逆電圧（5 V）：LEDセグメントに逆バイアス方向で印加できる最大電圧。これを超えると、LED接合部の突然の破壊と故障を引き起こす可能性があります。回路設計では、マトリックス構成では保護ダイオードを使用するなどして、この限界を超えないようにする必要があります。
• 動作・保管温度範囲（-35°C 〜 +85°C）：信頼性のある動作および非動作時の保管のための環境温度限界を定義します。この範囲内での性能が規定されています。範囲外での動作は、パラメータの変動や故障を引き起こす可能性があります。
• はんだ付け条件（260°C、3秒間、シーティングプレーンから1/16インチ下）：プラスチックパッケージや内部ワイヤーボンドへの熱ダメージを防ぐための、フローまたはリフローはんだ付けのガイドラインを提供します。PCB組立時にはこれらの条件を遵守することが不可欠です。

2.2 電気的・光学的特性（Ta = 25°C）

これらは、指定された試験条件下で測定された代表的な動作パラメータです。これらは回路設計の基礎となります。

• 平均光度（I_V）：最小：200 µcd、代表値：600 µcd @ I_F=1mA。これは非常に低い駆動電流での光出力（マイクロカンデラ）です。LEDの基本効率を示します。広い範囲（200-600）は、デバイスが輝度によって選別（ビニング）されるプロセスを示唆しています。
• セグメントあたりの順電圧（V_F）：代表値：2.05V、最大：2.6V @ I_F=20mA。これは指定電流が流れているときのLED両端の電圧降下です。電流制限抵抗値の設計に極めて重要です。計算に代表値を使用すると公称設計が得られますが、最大値を使用すると、高V_Fのデバイスに対しても抵抗が適切にサイズ設定され、過剰電流を防ぐことができます。
• ピーク発光波長（λ_p）：632 nm @ I_F=20mA。これはLEDが最も多くの光パワーを発する波長です。知覚される色（赤）を定義します。
• 主波長（λ_d）：624 nm @ I_F=20mA。これは、人間の目がLEDの光の色に一致すると知覚する単一波長です。特に広帯域光源の場合、ピーク波長よりも視覚的な知覚に近いことが多いです。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：20 nm @ I_F=20mA。このパラメータは、発光のスペクトル純度または帯域幅を示します。20 nmという値は標準的な赤色AlInGaP LEDに典型的であり、光出力がピーク波長を中心に約20 nmの幅の波長範囲に広がっていることを意味します。
• セグメントあたりの逆電流（I_R）：最大：100 µA @ V_R=5V。これは、LEDが最大定格電圧で逆バイアスされたときに流れる小さなリーク電流です。
• 光度マッチング比（I_V-m）：2:1 @ I_F=1mA。これは、単一デバイス内で最も明るいセグメントと最も暗いセグメントとの間の最大許容比率を規定します。2:1の比率は、最も暗いセグメントが最も明るいセグメントの少なくとも半分の明るさであることを意味し、表示される文字の視覚的な均一性を保証します。

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と明記しています。これは、LED製造における一般的な慣行であるビニングを指します。半導体エピタキシャル成長および製造プロセスに内在するばらつきにより、同じ製造ロットのLEDでも、主に順電圧（V_F）と光度（I_V）がわずかに異なる場合があります。

エンドユーザー、特に複数のユニットが並べて使用される複数桁表示における一貫性を確保するために、メーカーは製造後にLEDをテストし、選別（ビニング）します。示されているように、LTS-2801AJEは主に光度でビニングされています。これは、特定の注文またはリール内で、表示器が保証された最小輝度と最大ばらつき（デバイスごとの2:1マッチング比およびデバイス間のビニングによって暗示される）を持つことを意味します。この簡潔なデータシートでは詳細には記載されていませんが、完全な調達仕様では、輝度の特定のビンコード（例：BIN 1: 200-300 µcd、BIN 2: 300-400 µcdなど）が定義されます。複数の表示器間で厳密な輝度マッチングを必要とする設計者は、注文時にビンコードを指定する必要があります。

4. 性能曲線分析

データシートは、最終ページに代表的な電気的/光学的特性曲線を参照しています。具体的なグラフは本文には提供されていませんが、典型的なLEDデータシートに基づいて、その標準的な内容と有用性を推測することができます。

4.1 順電流対順電圧（I-V曲線）

このグラフは、LEDセグメントを流れる電流とその両端の電圧をプロットします。ダイオードに特徴的な指数関数的関係を示します。赤色AlInGaP LEDの場合、通常1.8V-2.0V付近にあるこの曲線の膝は、導通が顕著に始まるポイントです。この曲線により、設計者はテストされた20mA以外の電流でのV_Fを理解することができ、低電力またはPWM駆動の設計に不可欠です。

4.2 光度対順電流

これは最も重要な曲線の一つです。光出力（µcdまたはmcd）が駆動電流とともにどのように増加するかを示します。ほとんどのLEDでは、この関係はかなりの範囲でほぼ線形ですが、熱や効率低下により非常に高い電流では飽和します。このグラフは、効率とデバイス寿命のバランスを取りながら、所望の輝度レベルを達成するための動作電流を選択するのに役立ちます。

4.3 光度対周囲温度

この曲線は、周囲温度（T_a）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。LEDの効率は接合温度の上昇とともに低下します。このグラフは、室温以外の環境で動作するアプリケーションにとって極めて重要であり、設計マージンまたは熱管理によって補償しなければならない輝度損失を定量化します。

4.4 相対分光パワー分布

このグラフは、波長スペクトル全体にわたる発光強度をプロットします。λ_p（632 nm付近）に単一のピークを持ち、Δλ（20 nm）で定義される幅を示します。この情報は、光学システム設計、カラーセンシングアプリケーション、または特定のスペクトル成分が要件となる場合に不可欠です。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法と図面

データシートには詳細な寸法図（PACKAGE DIMENSIONSとして参照）が含まれています。このような図面からの主要な仕様には通常以下が含まれます：

• 表示モジュールの全高、全幅、全奥行き。
• 桁高とセグメント寸法。
• リード（ピン）間隔、直径、長さの正確な値。
• 桁に対する小数点の位置。
• 取り付け穴またはペグの位置。
• 特に断りのない限り、すべての寸法は標準公差±0.25 mmでミリメートル単位で提供されます。この図面は、PCBフットプリントの作成、前面パネルの切り欠き設計、および適切な機械的適合性の確保に不可欠です。

5.2 ピン接続と内部回路図

デバイスは10ピンのシングルロー構成です。ピン配置は明確に定義されています：

1. カソード E
2. カソード D
3. コモンアノード
4. カソード C
5. カソード D.P.（小数点）
6. カソード B
7. カソード A
8. コモンアノード
9. カソード G
10. カソード F

内部回路図は、これがコモンアノード構成であることを示しています。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2つの共通ピン（ピン3とピン8、これらは内部で接続されている可能性が高い）に接続されていることを意味します。セグメントを点灯させるには、対応するカソードピンを低論理レベル（グランドまたは電流シンク）に駆動しながら、コモンアノードピンに正電圧を印加する必要があります。この構成は一般的で、オープンドレインとして構成されたマイクロコントローラGPIOピンまたは外部の電流シンク駆動ICと容易にインターフェースすることが多いです。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

データシートには特定のはんだ付け条件が提供されています：260°C、3秒間、はんだウェーブまたはリフロー熱をパッケージのシーティングプレーンから1/16インチ（約1.6 mm）下に適用。これは重要なプロセスパラメータです。

• 目的：ピンのはんだ接合部に十分な熱が到達して信頼性の高い接続を形成すると同時に、表示器の主要なプラスチックボディを過度の温度にさらさないようにすることです。過度の温度は、LEDチップをピンに接続するワイヤーボンドの歪み、変色、または内部損傷を引き起こす可能性があります。
• 設計への影響：PCBを設計する際、パッドレイアウトは、ピンの熱容量を考慮しながら、はんだが適切に流れて濡れるようにする必要があります。シーティングプレーンからの推奨距離は、プロセスエンジニアがフローはんだ付け機またはリフローオーブンのプロファイルを正しく設定するのに役立ちます。
• 保管条件：保管温度範囲（-35°C 〜 +85°C）を超えて明示的には記載されていませんが、湿気に敏感な部品は乾燥包装で保管するのが標準的な慣行です。デバイスが周囲湿度にさらされた場合、はんだ付け前にポップコーン現象（リフロー中の急速な蒸気膨張による内部剥離）を防ぐためにベーキングプロセスが必要になる場合があります。

7. アプリケーション提案と設計上の考慮事項

7.1 代表的なアプリケーション回路

LTS-2801AJEのようなコモンアノード表示器の場合、基本的な駆動回路は以下を含みます：

1. 電流制限抵抗：各カソードピン（またはマルチプレクシングの場合は各セグメントグループ）に直列に抵抗を配置する必要があります。抵抗値（R_limit）はオームの法則を使用して計算されます： R_limit= (V_supply- V_F) / I_F。最大V_F(2.6V)を使用することで安全な動作が保証されます。5V電源と所望のI_F20mAの場合： R = (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 Ω。標準の120Ωまたは150Ω抵抗が適しています。
2. 駆動回路：カソードは、必要な電流（例：セグメントあたり20mA）をシンクできる場合、マイクロコントローラピンによって直接駆動できます。複数桁のマルチプレクシングまたはより高い電流の場合は、専用の駆動IC（古典的な7447 BCD-to-7セグメントデコーダ/ドライバや現代の定電流LED駆動ICなど）が推奨されます。これらはソフトウェア制御を簡素化し、より良い電流調整を提供します。
3. マルチプレクシング：少ないピン数で複数の桁を制御するために、マルチプレクシング技術が使用されます。異なる桁のコモンアノードを高周波で一度に一つずつ切り替えながら、その桁に対応するカソードパターンを適用します。人間の目は残像効果によりすべての桁が連続点灯しているように知覚します。これには、平均輝度を維持するためにセグメントあたりのピーク電流を高くする必要があり（90mAのピーク定格内に収める）、ソフトウェア/ファームウェアでの注意深いタイミング制御が必要です。

7.2 設計上の考慮事項

• 視野角：表示器を、主要な視認方向がその広い視野円錐角内（通常は表示面に対して垂直）になるように配置します。
• 輝度制御：輝度は、駆動電流（抵抗値による）を変えるか、カソードまたはアノードでパルス幅変調（PWM）を使用することで調整できます。PWMはより効率的で、線形な調光制御を提供します。
• ESD保護：LEDは静電気放電（ESD）の影響を受けやすいです。組立時には適切なESD対策を講じて取り扱ってください。過酷な環境では、入力ラインに過渡電圧サプレッサを追加することを検討してください。
• 熱管理：デバイス自体はほとんど熱を発生しませんが、高い周囲温度で動作する場合は、規定されている電流ディレーティングが必要です。複数の表示器や他の発熱部品が近接している場合は、十分な換気を確保してください。

8. 技術比較と差別化

このデータシートは特定の部品に関するものですが、LTS-2801AJEは他の表示技術と客観的に比較することができます：

• より大きい/小さい7セグメントLEDとの比較：0.28インチ桁はミッドサイズのオプションです。より小さい桁（0.2インチ）はスペースを節約しますが、遠くからは読みにくくなります。より大きい桁（0.5インチ

  LED仕様用語集

  LED技術用語の完全な説明

  光電性能

  用語	単位/表示	簡単な説明	なぜ重要か
  発光効率	lm/W (ルーメン毎ワット)	電力ワット当たりの光出力、高いほどエネルギー効率が良い。	エネルギー効率等級と電気コストを直接決定する。
  光束	lm (ルーメン)	光源から発せられる全光量、一般に「明るさ」と呼ばれる。	光が十分に明るいかどうかを決定する。
  視野角	° (度)、例：120°	光強度が半分になる角度、ビーム幅を決定する。	照明範囲と均一性に影響する。
  色温度	K (ケルビン)、例：2700K/6500K	光の暖かさ/冷たさ、低い値は黄色がかった/暖かい、高い値は白っぽい/冷たい。	照明の雰囲気と適切なシナリオを決定する。
  演色性指数	無次元、0–100	物体の色を正確に再現する能力、Ra≥80は良好。	色の真実性に影響し、ショッピングモール、美術館などの高要求場所で使用される。
  色差許容差	マクアダム楕円ステップ、例：「5ステップ」	色の一貫性指標、ステップが小さいほど色の一貫性が高い。	同じロットのLED全体で均一な色を保証する。
  主波長	nm (ナノメートル)、例：620nm (赤)	カラーLEDの色に対応する波長。	赤、黄、緑の単色LEDの色相を決定する。
  分光分布	波長 vs 強度曲線	波長全体の強度分布を示す。	演色性と色品質に影響する。

  電気パラメータ

  用語	記号	簡単な説明	設計上の考慮事項
  順電圧	Vf	LEDを点灯するための最小電圧、「始動閾値」のようなもの。	ドライバ電圧は≥Vfでなければならず、直列LEDの場合は電圧が加算される。
  順電流	If	LEDの正常動作のための電流値。	通常は定電流駆動、電流が明るさと寿命を決定する。
  最大パルス電流	Ifp	短時間耐えられるピーク電流、調光やフラッシュに使用される。	パルス幅とデューティサイクルは損傷を避けるために厳密に制御する必要がある。
  逆電圧	Vr	LEDが耐えられる最大逆電圧、それを超えると破壊される可能性がある。	回路は逆接続や電圧スパイクを防ぐ必要がある。
  熱抵抗	Rth (°C/W)	チップからはんだへの熱伝達抵抗、低いほど良い。	高い熱抵抗はより強力な放熱を必要とする。
  ESD耐性	V (HBM)、例：1000V	静電気放電に耐える能力、高いほど脆弱性が低い。	生産時には帯電防止対策が必要、特に敏感なLEDには。

  熱管理と信頼性

  用語	主要指標	簡単な説明	影響
  接合温度	Tj (°C)	LEDチップ内部の実際の動作温度。	10°Cの低下ごとに寿命が2倍になる可能性がある；高すぎると光衰、色ずれを引き起こす。
  光束減衰	L70 / L80 (時間)	明るさが初期の70%または80%に低下するまでの時間。	LEDの「サービス寿命」を直接定義する。
  光束維持率	% (例：70%)	時間経過後に残った明るさの割合。	長期使用における明るさの保持能力を示す。
  色ずれ	Δu′v′またはマクアダム楕円	使用中の色変化の程度。	照明シーンでの色の一貫性に影響する。
  熱劣化	材料劣化	長期的な高温による劣化。	明るさ低下、色変化、または開放回路故障を引き起こす可能性がある。

  パッケージングと材料

  用語	一般的な種類	簡単な説明	特徴と応用
  パッケージタイプ	EMC、PPA、セラミック	チップを保護し、光学的/熱的インターフェースを提供するハウジング材料。	EMC：耐熱性が良く、低コスト；セラミック：放熱性が良く、寿命が長い。
  チップ構造	フロント、フリップチップ	チップ電極配置。	フリップチップ：放熱性が良く、効率が高い、高電力用。
  蛍光体コーティング	YAG、珪酸塩、窒化物	青チップを覆い、一部を黄/赤に変換し、白に混合する。	異なる蛍光体は効率、CCT、CRIに影響する。
  レンズ/光学	フラット、マイクロレンズ、TIR	光分布を制御する表面の光学構造。	視野角と配光曲線を決定する。

  品質管理とビニング

  用語	ビニング内容	簡単な説明	目的
  光束ビン	コード例：2G、2H	明るさでグループ化され、各グループに最小/最大ルーメン値がある。	同じロット内で均一な明るさを保証する。
  電圧ビン	コード例：6W、6X	順電圧範囲でグループ化される。	ドライバのマッチングを容易にし、システム効率を向上させる。
  色ビン	5ステップマクアダム楕円	色座標でグループ化され、狭い範囲を保証する。	色の一貫性を保証し、器具内の不均一な色を避ける。
  CCTビン	2700K、3000Kなど	CCTでグループ化され、各々に対応する座標範囲がある。	異なるシーンのCCT要件を満たす。

  テストと認証

  用語	標準/試験	簡単な説明	意義
  LM-80	光束維持試験	一定温度での長期照明、明るさの減衰を記録する。	LED寿命の推定に使用される (TM-21と併用)。
  TM-21	寿命推定標準	LM-80データに基づいて実際の条件下での寿命を推定する。	科学的な寿命予測を提供する。
  IESNA	照明学会	光学的、電気的、熱的試験方法を網羅する。	業界で認められた試験基盤。
  RoHS / REACH	環境認証	有害物質 (鉛、水銀) がないことを保証する。	国際的な市場参入要件。
  ENERGY STAR / DLC	エネルギー効率認証	照明製品のエネルギー効率と性能認証。	政府調達、補助金プログラムで使用され、競争力を高める。