LTS-2801AJR LEDディスプレイ仕様書 - 0.28インチ桁高 - スーパーレッド色 - 順電圧2.6V - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTS-2801AJRは、高性能な単一桁7セグメント英数字表示モジュールです。その主な機能は、電子機器において明確で信頼性の高い数値および限定的な英数字の表示を提供することです。主な用途は、低消費電力計測機器、民生電子機器、産業用制御パネル、および明るく読みやすい数値インジケータを必要とするあらゆるデバイスです。

本デバイスは、先進的なAlInGaP（アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン化物）LED技術を基盤としています。この半導体材料システムは、赤橙色から琥珀色のスペクトルにおいて、高い効率と優れた色純度で知られています。透明なGaAs基板の使用により光取り出し効率がさらに向上し、ディスプレイの高輝度に貢献しています。ディスプレイは、セグメントが点灯した際に高いコントラストを提供し、様々な照明条件下での視認性を向上させる、白いセグメントマーキングを持つグレーの表面を特徴としています。

このディスプレイの決定的な特徴は、低電流動作に最適化されていることです。セグメントあたりわずか1mAという低い駆動電流でも優れた性能を発揮するよう、特に試験および選別されており、バッテリー駆動やエネルギーに敏感なアプリケーションに理想的です。また、これらの低電流においてもセグメント間の光度が一致するよう調整されており、桁全体で均一な外観を保証します。

1.1 主な特徴と利点

• 桁サイズ：0.28インチ（7.0 mm）の文字高を特徴とし、コンパクトでありながら読みやすい表示領域を提供します。
• セグメント品質：各セグメント全体で連続的で均一な光を発し、目に見える隙間やホットスポットはありません。
• 電力効率：非常に低い電力要件で設計されており、セグメントあたり1mAから動作が可能です。
• 光学性能：グレーの表面に対して高輝度かつ高コントラストで、優れた文字表示を実現します。
• 視野角：LEDチップ構造とパッケージ設計により、広い視野角を提供します。
• 信頼性：可動部がなく、LED技術に典型的な長い動作寿命を持つ、ソリッドステートの信頼性の恩恵を受けます。
• 均一性：デバイスは光度に基づいてカテゴライズ（ビニング）されており、生産時の輝度レベルを予測可能にします。

2. 技術仕様の詳細

このセクションでは、仕様書で定義されているデバイスの技術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。これらの仕様を理解することは、適切な回路設計と信頼性の高い性能を確保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ません。

• セグメントあたりの電力損失：最大70 mW。これを超えるとLEDチップの過熱や劣化の加速を招く可能性があります。
• セグメントあたりのピーク順電流：最大90 mA、ただしパルス条件（デューティ比1/10、パルス幅0.1ms）でのみ。これにより、マルチプレックス表示やストロボ効果など、短時間の高輝度動作が可能になります。
• セグメントあたりの連続順電流：25°Cで最大25 mA。この定格は、周囲温度（Ta）が25°Cを超えて上昇するにつれて、0.33 mA/°Cで線形に低下します。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。
• セグメントあたりの逆電圧：最大5 V。LEDは逆方向降伏電圧が低いです。これを超えると接合部が即座に破壊される可能性があります。
• 動作・保管温度範囲：-35°C から +85°C。本デバイスは産業用温度範囲に対応しています。
• はんだ付け温度：最大260°Cまで3秒間耐えられます。これは実装面から1.6mm下で測定した値です。リフローはんだ付けプロセスにおいて重要です。

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の代表的な動作パラメータです。設計はこれらの値に基づいて行うべきです。

• 平均光度（I_V）：順電流（I_F）1mAにおいて、200 μcd（最小）から480 μcd（代表値）の範囲です。これは非常に低電流アプリケーションへの適合性を確認しています。光度は電流に比例して変化します。
• ピーク発光波長（λ_p）：代表値639 nm。これは光出力が物理的に最大となる波長であり、スペクトルのスーパーレッド領域に位置します。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：代表値20 nm。これはスペクトル純度を示します。幅が狭いほど、より単色（純粋）な色を意味します。
• 主波長（λ_d）：代表値631 nm。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。
• セグメントあたりの順電圧（V_F）：I_F=20mAにおいて、2.0V（最小）から2.6V（代表値）の範囲です。これはLEDが点灯しているときの両端の電圧降下です。各セグメントまたはコモンアノードと直列に電流制限抵抗を必ず挿入する必要があります。
• セグメントあたりの逆電流（I_R）：逆電圧（V_R）5Vにおいて最大100 μA。これはLEDが逆バイアスされたときのわずかなリーク電流です。
• 光度マッチング比（I_V-m）：I_F=1mAにおいて最大2:1。これは、同じ桁内で最も暗いセグメントの輝度が、最も明るいセグメントの輝度の半分以上になることを規定し、均一性を保証します。

測定に関する注意：光度は、人間の目の感度に近似したCIE測光視感効率関数に較正されたセンサとフィルターを使用して測定されます。

3. ビニングとカテゴリ分類システム

仕様書には、デバイスが光度でカテゴライズされていると記載されています。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。

• 光度ビニング：半導体エピタキシャル成長および製造プロセスにおける自然なばらつきのため、同じ製造ロットのLEDでも輝度出力がわずかに異なる場合があります。メーカーは各デバイスを試験し、標準試験電流（例：1mAまたは20mA）で測定された光度に基づいて異なるビンに分類します。これにより、顧客は特定の輝度要件を満たすビンを選択でき、最終製品の外観の一貫性を確保できます。LTS-2801AJRの代表的なI_V値480 μcdは、特定のビンまたは分布の中心を表している可能性があります。
• 順電圧ビニング：この部品については明示的に言及されていませんが、順電圧（V_F）に基づいてLEDをビニングすることも一般的です。これは、電源電圧が厳しく制約されている設計や、複数のLED間で正確な電流マッチングが重要な設計において重要です。
• 波長ビニング：色が重要なアプリケーションでは、LEDは主波長またはピーク波長によってもビニングされ、一貫した色調を確保します。λ_p（639nm）およびλ_d（631nm）の厳密な代表値は、このAlInGaP技術の本質的な色の一貫性の良さを示唆しています。

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。具体的なグラフは本文には提供されていませんが、その標準的な内容と重要性を推測することができます。

• 相対光度 vs. 順電流（I-V曲線）：このグラフは、順電流の増加に伴う光出力の増加を示します。特に非常に低い電流では非線形になるのが一般的です。この曲線は、デバイスが1mAで使用可能であることを確認し、最大定格まで電流を増やすことで達成可能な輝度の増加を示します。
• 順電圧 vs. 順電流：この曲線は、LED両端の電圧と流れる電流の関係を示します。電流制限抵抗の値を設計するために不可欠です。曲線は本質的に指数関数的ですが、設計目的では、意図した動作電流における代表的なV_F値が使用されます。
• 相対光度 vs. 周囲温度：LEDの光出力は、接合温度が上昇すると減少します。この曲線は熱的デレーティングを理解するために重要です。連続電流に対して規定されている線形デレーティング（0.33 mA/°C）は、過熱を防ぐためのこの関係の実用的な簡略化です。
• スペクトル分布：波長全体にわたる相対光出力を示すグラフです。約639nmでのピークと20nmの半値幅を示し、狭く純粋な赤色発光を確認します。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

本デバイスは、標準的な単一桁7セグメントLEDパッケージのフットプリントを持ちます。仕様書からの主な寸法に関する注記：

• すべての主要寸法はミリメートル（mm）で提供されています。
• 寸法の標準公差は±0.25 mm（±0.01インチに相当）です。
• 具体的な寸法（本文抜粋には記載されていない）は、パッケージの全長、幅、高さ、桁窓サイズ、リード（ピン）間隔、およびリード長と直径を定義します。これらはPCBフットプリント設計および筐体内への機械的適合性にとって重要です。

5.2 ピン接続と極性

LTS-2801AJRはコモンアノードディスプレイです。これは、すべてのLEDセグメントのアノード（正側）が内部で共通ピンに接続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（負側）は別々のピンに引き出されています。

ピン配置（10ピン構成）：

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

内部回路図：回路図は、内部で接続された2つのコモンアノードピン（3と8）を示しています。このデュアルアノード設計は、PCB配線の柔軟性を高め、総アノード電流（点灯しているすべてのセグメントの電流の合計）を2つのピンに分散させ、ピンあたりの電流密度を低減し、信頼性を向上させるのに役立ちます。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

これらのガイドラインに従うことは、信頼性と組立プロセス中の損傷防止に不可欠です。

• リフローはんだ付け：本デバイスは、最大3秒間、ピーク温度260°Cに耐えることができます。この温度は、パッケージ本体の1.6mm下（PCB上の実装面）で測定する必要があります。標準的な無鉛リフロープロファイル（IPC/JEDEC J-STD-020）は一般的に適用可能ですが、特定の260°C/3秒の制限は遵守しなければなりません。
• 手はんだ付け：手はんだ付けが必要な場合は、温度制御されたはんだごてを使用してください。リードを介したLEDチップへの過度の熱伝達を防ぐため、ピンあたりの接触時間を3〜5秒に制限してください。
• 洗浄：はんだ付け後の洗浄には、適切で侵襲性のない溶剤を使用してください。パッケージに対して安全であることが確認されていない限り、超音波洗浄は避けてください。
• ESD（静電気放電）対策：明示されていませんが、LEDは半導体デバイスであり、ESDに敏感である可能性があります。組立中は、標準的なESD取り扱い手順（接地された作業台、リストストラップ）を推奨します。
• 保管条件：指定された保管温度範囲（-35°C〜+85°C）内で低湿度の環境に、リードの酸化を防ぐために、元の防湿バッグに入れて保管してください。

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

マイクロコントローラによる直接駆動：コモンアノードディスプレイの場合、コモンピンは電流制限抵抗を介して正の電源電圧（例：+5V）に接続するか、より一般的には、論理ハイに設定された出力として構成されたマイクロコントローラGPIOピン（またはより高い電流の場合はPNPトランジスタで駆動）に接続します。各セグメントカソードピンはマイクロコントローラGPIOピンに接続します。セグメントを点灯させるには、対応するカソードピンを論理ロー（グランド）に駆動して回路を完成させます。

電流制限抵抗の計算：これは各コモンアノード接続または各セグメントカソード（駆動トポロジに依存）に対して必須です。代表的な順電圧（V_F= 2.6V）と希望する順電流（I_F）を使用し、抵抗値Rはオームの法則で計算されます：R = (V_supply- V_F) / I_F。5V電源でI_F=10mAの場合：R = (5V - 2.6V) / 0.01A = 240 Ω。抵抗の電力定格は少なくともI_F²* Rであるべきです。

7.2 設計上の考慮事項

• マルチプレクシング：より少ないマイクロコントローラピンで複数の桁を制御するために、マルチプレクシングが使用されます。桁は高速で（例：桁あたり1-5 ms）一度に1つずつ点灯されます。LTS-2801AJRのピーク電流（90mAパルス）を扱う能力は、デューティ比の低下を補償するために瞬間的な輝度を高くする必要があるマルチプレックスアプリケーションに適しています。
• 低電力設計：バッテリー駆動デバイスでは、1mA動作能力を活用してください。セグメントあたり1mA、5V電源の場合、点灯セグメントあたりの消費電力は約 (5V - 2.6V) * 0.001A = 2.4 mW です。
• 視野角：エンドユーザーの視認性を確保するために、広い視野角を考慮してディスプレイを配置してください。
• 熱管理：高連続電流または高周囲温度で動作するアプリケーションでは、十分な換気を確保してください。25°Cを超える電流デレーティング曲線に従ってください。

8. 技術比較と差別化

他の型番との直接比較は提供されていませんが、LTS-2801AJRの主な差別化要因はその仕様から推測できます：

• 標準的な赤色GaAsP/GaP LEDとの比較：AlInGaP技術の使用は、古いLED材料と比較して、著しく高い発光効率（mAあたりの光出力が多い）と優れた色純度（より飽和した赤色）を提供します。これにより、より高い輝度と低い消費電力が実現します。
• より大きな桁表示との比較：0.28インチの桁は、サイズと視認性のバランスを提供し、より大きなディスプレイ（例：0.5インチや1インチ）が物理的に非現実的なコンパクトデバイスに適しています。
• 低電流試験なしのディスプレイとの比較：優れた低電流（1mA）特性に対する明示的な試験と選別は重要な特徴です。すべての7セグメントディスプレイが、そのような低い駆動レベルで均一な輝度と適切な動作を保証するわけではありません。
• コモンカソードディスプレイとの比較：コモンアノード構成は、シンク電流よりもソース電流の方が優れているマイクロコントローラ（ただし多くの最新MCUは対称的）とインターフェースする場合に好まれることが多いです。選択はドライバ回路設計に依存します。

9. 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3.3Vマイクロコントローラシステムから直接駆動できますか？

A: はい、ただし電流制限抵抗を再計算する必要があります。V_supply=3.3V、V_F=2.6V、I_F=5mAの場合：R = (3.3V - 2.6V) / 0.005A = 140 Ω。5mAでの光出力がアプリケーションに十分か確認してください。

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PCB配線の柔軟性が高まり、総アノード電流（点灯しているすべてのセグメントの電流の合計）を2つのピンに分散させ、ピンあたりの電流密度を低減し、信頼性を向上させることができます。

Q: ピーク波長（639nm）と主波長（631nm）の違いは何ですか？

A: ピーク波長は、物理的に光出力が最も高くなる波長です。主波長は、人間の目に同じ色知覚を生み出す単一波長であり、全スペクトルから計算されます。人間の目の感度がこの計算に影響し、値が異なる原因となります。

Q: 小数点を表示するにはどうすればよいですか？

A: 小数点は、独自のカソード（ピン5）を持つ別個のLEDです。点灯させるには、コモンアノードをV+に接続し、ピン5をグランドに駆動します（電流制限抵抗を介して、セグメントと共有または別個）。

10. 実用的なアプリケーション例

シナリオ：シンプルなバッテリー駆動デジタル温度計の設計

1. 部品選定：LTS-2801AJRは、バッテリー寿命を最大化するための低電流動作のために選定されます。少なくとも8つのI/Oピンを持つマイクロコントローラが選定されます（セグメント用に7、コモンアノード制御用に1）。
2. 回路設計：コモンアノードピン（3 & 8）は一緒に接続され、その後PNPトランジスタ（すべてのセグメントが点灯した場合の合計セグメント電流を処理するため）を介してマイクロコントローラのGPIOピンに接続されます。各セグメントカソード（ピン1,2,4,5,6,7,9,10）は別々のマイクロコントローラGPIOピンに接続されます。電流制限抵抗は、マイクロコントローラの正電源レールとPNPトランジスタのエミッタの間に配置されます（または直接駆動する場合は各カソードと直列に配置）。抵抗値は、例えばセグメントあたり2mAでの希望輝度に対して計算されます。
3. ソフトウェア：マイクロコントローラは温度センサを読み取り、値を10進数に変換し、対応するセグメントパターン（例：7セグメントフォントテーブル）を参照します。その後、適切なカソードピンをローに駆動しながら、コモンアノード制御ピンをハイに設定して桁を表示します。
4. 結果：最小限の電力消費で明確で読みやすい温度表示を実現し、携帯機器に適しています。

11. 技術原理の紹介

中核技術はAlInGaP LEDです。光はエレクトロルミネセンスと呼ばれるプロセスを通じて生成されます。半導体P-N接合に順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ます。この再結合により、エネルギーが光子（光の粒子）の形で放出されます。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決定され、結晶成長中にアルミニウム、インジウム、ガリウム、リン化物の比率を精密に制御することで設計されます。透明なGaAs基板は、吸収基板と比較して生成された光の多くがチップから逃げることを可能にし、全体的な外部効率を向上させます。これらの微小チップからの光は、プラスチックパッケージによって成形および方向付けられ、認識可能な7セグメントパターンを形成します。

12. 業界動向と発展

7セグメントディスプレイの進化は、より広範なLED技術の動向に従います。基本的なフォームファクタは永続的に有用ですが、基礎となる技術は進歩し続けています。AlInGaP自体は、古い材料に対する大きな飛躍を表していました。現在の動向には以下が含まれる可能性があります：

• さらなる高効率化：エピタキシャル構造と光取り出し技術に関する継続的な研究により、ワットあたりのルーメンが増加し、同じ電流でより明るいディスプレイやより長いバッテリー寿命が可能になります。
• 統合：一部の最新ディスプレイは、ドライバIC（コントローラ）を直接パッケージに統合し、システム設計者のインターフェースを簡素化しています（ただし、これは基本的な7セグメントユニットよりもドットマトリックスおよび英数字表示でより一般的です）。
• 代替色と材料：この部品は赤色にAlInGaPを使用していますが、青色、緑色、白色LEDにはInGaNなどの他の材料が使用されています。低電流・高輝度動作の原理は、これらの技術全体に適用されます。
• 過酷環境向け耐久性：過酷な環境向けに、パッケージのシーリングと材料の開発により、湿気、化学薬品、極端な温度に対する耐性が向上しています。

LTS-2801AJRは、低電流性能に最適化された実績あるAlInGaP技術に焦点を当てており、この継続的な技術的景観の中で、成熟した、信頼性が高く、非常に実用的なソリューションを表しています。