LTS-4801JR 0.39インチ スーパーレッドLED 7セグメント表示器 データシート - 文字高10.0mm - 順方向電圧2.6V - 消費電力70mW

1. 製品概要

LTS-4801JRは、単一桁の英数字7セグメント表示モジュールです。文字高は0.39インチ（10.0ミリメートル）で、明確な中サイズの数値表示を必要とする用途に適しています。本デバイスは、スーパーレッド色の出力を実現するために、先進的なAlInGaP（アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン）半導体技術を採用しています。パッケージはグレーの面に白いセグメントマーキングを施し、優れた文字視認性のための高いコントラストを提供します。この表示器はコモンアノードタイプとして設計されており、マルチプレックス用途で駆動回路を簡素化する一般的な構成です。

1.1 主な特長と利点

• 0.39インチ文字高：過剰な消費電力なしに良好な視認性を提供するバランスの取れたサイズです。
• 連続均一セグメント：各セグメント全体で一貫した発光を確保し、プロフェッショナルな外観を実現します。
• 低消費電力：効率的なAlInGaP技術により、比較的低い順方向電流で明るい出力が得られます。
• 高輝度・高コントラスト：スーパーレッドAlInGaPチップとグレー面/白セグメントの設計が組み合わさり、様々な照明条件下で優れた視認性を提供します。
• 広視野角：広い視野範囲にわたって一貫した光度と色を提供します。
• 光度による選別：ユニットは光度に基づいてビニングされており、複数桁表示での一貫した輝度を可能にします。
• 鉛フリーパッケージ（RoHS準拠）：有害物質を制限する環境規制に従って製造されています。
• 固体信頼性：LEDは、他の表示技術と比較して長い動作寿命、耐衝撃性、耐振動性を提供します。

1.2 対象用途と市場

この表示器は、一般的な電子機器での使用を目的としています。典型的な用途分野には、計器パネル、民生電子機器、産業制御表示、試験・測定機器、および明確な数値表示が必要な家電製品が含まれます。信頼性、視認性、低電力動作が重要な考慮事項となる用途に適しています。データシートでは、事前協議なしに安全が重要なシステム（例：航空、医療生命維持装置）でこのデバイスを使用しないよう明示的に注意しており、主な市場は商業および産業用電子機器であることを示しています。

2. 技術仕様と客観的解釈

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がある限界を定義します。これらの限界値付近または限界値で表示器を連続動作させることは推奨されません。

• セグメントあたりの消費電力：70 mW。これは、単一のLEDセグメントが安全に熱として放散できる最大電力です。
• セグメントあたりのピーク順方向電流：90 mA。これはマルチプレキシングのためのパルス条件（1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）でのみ許容されます。
• セグメントあたりの連続順方向電流：25°Cで25 mA。この電流は、周囲温度（Ta）が25°Cを超えて上昇するにつれて、0.33 mA/°Cで直線的に低下します。例えば、50°Cでは、最大連続電流は約25 mA - (0.33 mA/°C * 25°C) = 16.75 mAとなります。
• 動作・保管温度範囲：-35°C ～ +85°C。デバイスはこの広い温度範囲内で耐え、動作することができます。
• はんだ付け温度：最大260°C、5秒間（実装面から1/16インチ（≈1.6mm）下で測定）。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、周囲温度（Ta）25°Cで測定された代表的な性能パラメータです。

• 平均光度（I_V）：I_F=1mAで200 ucd（最小）、520 ucd（代表値）。これはセグメントあたりの光出力です。2:1のマッチング比により、同一ロット内で最も明るいセグメントが最も暗いセグメントの2倍以上明るくならないことが保証され、均一な外観にとって重要です。
• ピーク発光波長（λ_p）：639 nm（代表値）。これはスペクトルパワー出力が最も高い波長であり、スーパーレッド色を定義します。
• 主波長（λ_d）：631 nm（代表値）。これは人間の目が知覚する単一波長であり、ピーク波長とはわずかに異なる場合があります。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：20 nm（代表値）。これは色純度を示します。値が小さいほど、より単色光に近くなります。
• チップあたりの順方向電圧（V_F）：I_F=20mAで2.10V（最小）、2.60V（代表値）。これはLEDが動作時の両端電圧降下です。回路設計ではこの範囲を考慮する必要があります。
• 逆方向電流（I_R）：V_R=5Vで100 µA（最大）。このパラメータは試験目的のみであり、デバイスを連続逆バイアス下で動作させるべきではありません。
• クロストーク：< 2.5%。これは、点灯しているセグメントに隣接する未点灯セグメントからの光漏れの最小量を規定します。

3. ビニングとグレーディングシステム

データシートは、LTS-4801JRが光度による選別されていることを示しています。これは、標準試験電流（通常1mAまたは20mA）での測定光出力に基づいて表示器を選別するビニングプロセスを意味します。これにより、複数の桁を並べて使用する場合、ユーザーにはそれらの輝度が均一に見えることが保証されます。設計者は、アプリケーションで厳密な光度マッチングが必要かどうかを指定する必要があります。文書は、波長（色）や順方向電圧に関する詳細なビンコードや閾値を指定しておらず、主な選別は光度に基づいていることを示唆しています。

4. 性能曲線分析

提供されたテキスト抜粋は代表的な電気的/光学的特性曲線を参照していますが、具体的なグラフはテキストに含まれていません。通常、このようなデータシートには、設計分析のための以下の重要な曲線が含まれます：

• 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）：非線形関係を示し、電流制限回路の設計に不可欠です。
• 光度 vs. 順方向電流（I-L曲線）：光出力が電流とともにどのように増加するかを示し、動作範囲内ではほぼ線形関係を示すことが多いです。
• 光度 vs. 周囲温度：温度上昇に伴う光出力の低下を示し、高温環境アプリケーションにとって重要です。
• 相対分光パワー分布：強度を波長に対してプロットしたグラフで、約639nmでのピークとスペクトル幅を示します。

設計者は、特定の動作条件下での性能を正確に予測するために、これらのグラフについて完全なPDF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 パッケージ寸法

表示器は標準的なスルーホールDIP（デュアル・インライン・パッケージ）形状をしています。主な寸法上の注意点は以下の通りです：

• 特に指定がない限り、すべての寸法はミリメートル単位で、一般公差は±0.25mmです。
• ピン先端シフト公差は±0.40 mmで、PCBの穴配置を考慮する必要があります。
• 信頼性の高いはんだ付けのため、推奨PCB穴径は1.0 mmです。
• 品質仕様では、光学クリアリティと美的品質を確保するために、異物、セグメント内の気泡、反射板の曲がり、表面インク汚染が制限されています。

5.2 ピン配置と回路図

LTS-4801JRは、コモンアノード構成の10ピンデバイスです。内部回路図は、7つのセグメント（A-G）と小数点（DP）がそれぞれのカソードを個別のピンに接続していることを示しています。すべてのセグメントのアノードは内部で接続され、2つのピン（ピン3とピン8）に引き出されています。これらも内部で接続されています。これにより、PCBレイアウトと電源接続の柔軟性が得られます。

ピン配置：

1: カソード G

2: カソード F

3: コモンアノード（内部でピン8と接続）

4: カソード E

5: カソード D

6: カソード D.P.（小数点）

7: カソード C

8: コモンアノード（内部でピン3と接続）

9: カソード B

10: カソード A

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

6.1 自動はんだ付け（波/リフロー）

推奨条件は260°C、5秒間（パッケージの実装面から1.6mm（1/16インチ）下で測定）。このプロセス中、部品本体自体の温度は最大定格を超えてはなりません。

6.2 手はんだ付け

手はんだ付けの場合、350°C ±30°Cの温度を使用できますが、はんだ付け時間はピンあたり5秒に制限する必要があります（これも実装面から1.6mm下で測定）。長時間の熱暴露を避けるように注意が必要です。

6.3 保管条件

保管に関しては明示されていませんが、動作・保管温度範囲は-35°C ～ +85°Cです。部品を乾燥した制御環境で保管し、はんだ付け時のポップコーン現象を引き起こす可能性のある湿気の吸収を防ぐことが良い習慣です。

7. 信頼性試験

本デバイスは、軍事（MIL-STD）、日本（JIS）、および内部規格に基づく包括的な信頼性試験を受けています。これにより、様々な環境ストレス下での堅牢性が確保されています。

• 動作寿命試験（RTOL）：室温下、最大定格電流で1000時間。
• 環境ストレステスト：高温高湿保管（65°C/90-95% RH、500h）、高温保管（105°C、1000h）、低温保管（-35°C、1000h）、温度サイクル（-35°C ～ 105°C、30サイクル）、およびサーマルショックが含まれます。
• 機械的/はんだ付け性試験：耐はんだ性（260°C、10秒）およびはんだ付け性（245°C、5秒）試験は、組立プロセス中のピンの健全性を検証します。

8. アプリケーションノートと設計上の考慮事項

8.1 重要な使用上の注意

• 絶対最大定格：電流、電力、または温度の定格を超えると、光出力の大幅な劣化または致命的な故障を引き起こします。
• 駆動回路保護：回路は、電源投入/遮断時の逆電圧および電圧トランジェントからLEDを保護する必要があります。直列抵抗だけでは不十分です。ダイオードクランプや保護機能を備えた集積駆動ICの使用が推奨されます。
• 定電流駆動：一貫した輝度と長寿命のため、単純な電圧源と直列抵抗による駆動よりも、定電流源でセグメントを駆動することが強く推奨されます。特に温度が変化する環境では重要です。
• 順方向電圧範囲：駆動回路は、V_Fの全範囲（20mAで2.10Vから2.60V）で必要な電流を供給できるように設計する必要があります。
• 熱管理：最大連続電流は、実際の動作周囲温度に基づいて低下させなければなりません。密閉または高温環境では、適切な通風または放熱が必要になる場合があります。
• 逆バイアスの回避：連続逆バイアスは、半導体内の金属移動を引き起こし、早期故障につながる可能性があります。

8.2 代表的なアプリケーション回路

LTS-4801JRのようなコモンアノード表示器の場合、アノード（ピン3および8）は正の供給電圧（V_CC）に接続します。各カソードピンは電流シンクに接続します。これは以下を使用して実現できます：

1. トランジスタシンク：マイクロコントローラで制御されるNPNトランジスタまたはNチャネルMOSFET。
2. 集積駆動IC：専用LED駆動チップ、または十分なシンク電流能力を持つマイクロコントローラのポートピン（セグメントあたり25mAの制限を忘れずに）。電流制限抵抗は、通常、各セグメントと直列に、または電圧源を使用する場合はコモンアノード経路に配置されますが、定電流回路の方が優れています。

複数桁をマルチプレックスする場合、異なる桁のコモンアノードを高周波で順次切り替えながら、各桁に適切なカソードパターンを表示します。これにより、必要なI/Oピンの数を減らすことができます。

9. 技術比較と差別化

LTS-4801JRは、いくつかの重要な属性によって差別化されています：

• 材料技術（AlInGaP）：従来のGaAsPやGaP LEDと比較して、AlInGaPは特に赤/オレンジ/琥珀色のスペクトルで著しく高い効率と輝度を提供し、同じ光出力に対して消費電力を低減します。
• スーパーレッド色：631-639 nmの主/ピーク波長は、鮮やかで深い赤色を提供し、高飽和で視認性に優れています。
• 輝度ビニング：すべての表示器が保証された光度マッチングを提供するわけではなく、これは不均一な輝度を避けるために複数桁アプリケーションで重要です。
• 広い温度範囲：-35°C ～ +85°Cの動作範囲は、産業および自動車（安全が重要でない）アプリケーションに対して堅牢です。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: この表示器を5Vマイクロコントローラピンから直接駆動できますか？

A: シンク電流として直接駆動することはできません。マイクロコントローラピンは通常20-25mAをシンクできますが、これは1セグメントの絶対最大値です。これでは安全マージンがなく、LEDとマイクロコントローラの両方を損傷するリスクがあります。トランジスタまたは駆動ICを使用する方が常に良いです。ソース電流（コモンアノードへ）の場合、ピンはすべてのセグメントが同時に点灯するのに十分な電流を供給できない場合があります（7*20mA=140mA）。

Q: なぜコモンアノードピンが2つ（3と8）あるのですか？

A: それらは内部で接続されています。これにより、レイアウトの柔軟性が提供され、PCBの両側からアノードを接続して抵抗を低減でき、両方のピンを使用することで放熱に役立ちます。

Q: ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

A: ピーク波長（λ_p）は、発光スペクトルの物理的なピークです。主波長（λ_d）は、人間の目の色応答（CIE曲線）に基づいて計算され、知覚される色を表します。これらはしばしば近いですが、同一ではありません。

Q: 直列抵抗値をどのように計算しますか？

A: 単純な電圧源（V_供給）を使用する場合、式は R = (V_供給 - V_F) / I_F です。最小電流が満たされるように、データシートの最大V_F（2.60V）を使用してください。例えば、5V電源と希望するI_F20mAの場合：R = (5V - 2.6V) / 0.02A = 120 オーム。異なる供給電圧と電流に対しては常に再計算してください。

11. 実践的な設計と使用例

シナリオ：4桁の電圧計表示の設計。

1. 部品選択：4つのLTS-4801JR表示器を使用します。均一な輝度が重要な場合は、同じ輝度ビンからのものであることを確認してください。
2. 駆動方法：マルチプレキシングを実装します。4つの表示器全体で、対応するすべてのセグメントカソード（A, B, C,... DP）を一緒に接続します。4つのNPNトランジスタ（例：2N3904）を使用して、各桁のコモンアノードを個別に制御します。
3. 電流制御：トランジスタコレクタの共通経路（アノードの前）に単一の電流制限抵抗を配置します。一度に点灯するのは1桁だけなので、抵抗値は1桁の総電流（例：8セグメント * 各5mA = 40mA）に対して計算されます。または、より正確な制御のために、各カソードラインに定電流駆動ICを使用します。
4. マイクロコントローラインターフェース：セグメントパターン（カソード）用に7-8本のマイクロコントローラピンと、桁選択トランジスタ（アノード）を制御するための4本のピンを使用します。
5. ソフトウェア：メインループで、順番に1桁のトランジスタをオンにし、その桁のセグメントパターンを出力し、短時間（1-5ms）待機してから次の桁に移動します。ちらつきを避けるために、リフレッシュレートは60Hz以上にする必要があります。
6. 保護：各トランジスタのベースとマイクロコントローラピンに直列に小さな値の抵抗（例：100Ω）を追加して電流を制限します。電源がクリーンでスパイクがないことを確認してください。

12. 動作原理

発光ダイオード（LED）は、半導体p-n接合ダイオードです。ダイオードの閾値（V_F）を超える順方向電圧が印加されると、n型材料からの電子が空乏層でp型材料からの正孔と再結合します。この再結合イベントによりエネルギーが放出されます。標準ダイオードでは、このエネルギーは主に熱です。AlInGaPのようなLED材料では、半導体のバンドギャップエネルギーが、放出されるエネルギーが光子（光）の形になるように設定されています。光の特定の波長（色）は、半導体材料のバンドギャップエネルギーによって直接決定されます。AlInGaPは、可視スペクトルの赤から琥珀色の部分で光子を生成するバンドギャップを持っています。7セグメント表示器は、単に複数のそのようなLEDチップ（セグメントおよび小数点ごとに1つ）を標準的な配置にパッケージ化し、それらの電気的接続を外部制御用のピンに引き出したものです。

13. 技術トレンド

AlInGaPの使用は、赤/オレンジ色の従来のLED材料に対する進歩を表しています。このような部品に関連する表示技術の現在のトレンドには以下が含まれます：

• 効率向上：継続的な材料科学研究は、LEDの内部量子効率（IQE）と光取り出し効率を改善し、より低い電流でより高い輝度を実現することを目指しています。
• 小型化：0.39インチは標準サイズですが、自動組立のためのスルーホールDIPパッケージではなく、表面実装デバイス（SMD）パッケージを使用したより小型で高密度の表示器へのトレンドがあります。
• 統合：駆動電子回路は、表示モジュール自体（インテリジェント表示器）に、またはシステム設計を簡素化するより洗練されたマルチチャネル定電流駆動ICに統合されることが増えています。
• より広い色域：これは単色表示器ですが、赤色LEDの基礎となる材料技術の開発は、フルカラーRGB表示器にも恩恵をもたらし、より純粋で飽和した色を追求しています。
• 信頼性と標準化への焦点：LEDがより要求の厳しいアプリケーションに浸透するにつれて、標準化された試験（信頼性セクションで見られるように）とより詳細な寿命仕様（L70、L90定格）が一般的になっています。

これらのトレンドにもかかわらず、LTS-4801JRのような個別の7セグメント表示器は、フルグラフィック表示が不要で、シンプルで信頼性が高く、低コストで、非常に読みやすい数値出力を必要とするアプリケーションにおいて、依然として非常に重要です。