LTS-2801AJD 0.28インチ 赤色LEDディスプレイ データシート - 外形寸法 14.0x19.0x8.5mm - 順方向電圧 2.6V - 消費電力 70mW - 技術仕様書

1. 製品概要

LTS-2801AJD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、1桁の7セグメント英数字LEDディスプレイです。桁高0.28インチ（7.0 mm）のコンパクトなフォームファクターで、優れた視認性を提供します。本デバイスは、高効率なアルミニウムインジウムガリウムリン（AlInGaP）赤色LEDチップを採用し、不透明なガリウムヒ素（GaAs）基板上に形成されています。この構造が高輝度と高コントラストに寄与しています。ディスプレイは、グレーの表面に白いセグメントマーキングを施しており、様々な照明条件下でのコントラストと視認性を向上させています。

その中核的な利点は、低電流動作に最適化された設計にあります。各セグメントは、1 mAという極めて低い電流でも優れた性能を発揮するよう、特に試験とマッチングが行われており、バッテリー駆動や省エネルギー機器に理想的です。本デバイスは広い視野角とソリッドステートの信頼性を誇り、動作寿命を通じて一貫した性能を保証します。輝度による選別（ビニング）が行われており、RoHS指令に準拠した鉛フリーパッケージで提供されます。

1.1 主な特長

• 明確な視認性を実現する0.28インチ（7.0 mm）の桁高。
• 連続的で均一なセグメント外観によるプロフェッショナルな見た目。
• セグメントあたり1 mAから動作可能な、非常に低い電力要件。
• 高輝度と高コントラストによる優れた文字表示。
• 取り付けと視認の柔軟性を高める広い視野角。
• 可動部がなく、ソリッドステートの信頼性。
• 一貫した性能のため、輝度による選別（ビニング）を実施。
• RoHS環境基準に準拠した鉛フリーパッケージ。

1.2 デバイス識別

型番LTS-2801AJDは、AlInGaP高効率赤色LEDを採用し、コモンアノード回路構成で、右側小数点を含むデバイスを指定します。

2. 技術パラメータ詳細

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限界を定義します。動作は常にこれらの範囲内で維持する必要があります。

• セグメントあたりの電力損失：最大70 mW。
• セグメントあたりのピーク順方向電流：パルス条件下（デューティ比1/10、パルス幅0.1 ms）で最大100 mA。
• セグメントあたりの連続順方向電流：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。
• 動作温度範囲：-35°C ～ +85°C。
• 保存温度範囲：-35°C ～ +85°C。
• はんだ付け温度：実装面から1/16インチ（約1.6 mm）下のリード部ではんだ付けする場合、260°Cで最大5秒間耐えます。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、周囲温度（Ta）25°Cで測定した代表的な性能パラメータです。

• セグメントあたりの平均光度（I_V）：順方向電流（I_F）1 mA時、200 ucd（最小）、600 ucd（代表値）。これは極めて低電流アプリケーションへの適合性を確認します。
• ピーク発光波長（λ_p）：I_F=20 mA時、650 nm（代表値）、明るい赤色を示します。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：I_F=20 mA時、22 nm（代表値）。
• 主波長（λ_d）：I_F=20 mA時、640 nm（代表値）。
• チップあたりの順方向電圧（V_F）：I_F=20 mA時、2.10 V（最小）、2.60 V（最大）。設計者は、直列抵抗の計算や駆動回路の設計時に、この電圧降下を考慮する必要があります。
• セグメントあたりの逆方向電流（I_R）：逆方向電圧（V_R）5V時、100 µA（最大）。重要事項：このパラメータは試験目的のみであり、デバイスは逆バイアス下での連続動作を意図していません。
• 光度マッチング比：I_F=1 mA時、同様の点灯領域内のセグメント間で2:1（最大）、ディスプレイ全体の均一な輝度を保証します。
• クロストーク：仕様は2.5%未満で、隣接セグメントの不要な発光を最小限に抑えます。

3. 機械的・パッケージ情報

3.1 パッケージ寸法

全体のパッケージ寸法は、幅14.0 mm、高さ19.0 mm、奥行き8.5 mm（リード部除く）です。主要な寸法公差は、特に指定がない限り±0.25 mmです。重要な組立上の注意点は以下の通りです：

• ピン先端シフト公差は±0.40 mm。
• リード用の推奨PCB穴径は1.0 mm。
• 品質基準により、セグメント内の異物や気泡は10ミル（0.254 mm）、表面インク汚染は20ミル（0.508 mm）に制限されます。反射板の曲がりは、その長さの1%未満でなければなりません。

3.2 ピン配置と回路図

ディスプレイは10ピン単列配置です。内部配線はコモンアノードデバイスとして構成されており、すべてのLEDセグメントのアノードが内部で接続され、冗長性と低い電流密度のために2つのピン（3と8）に引き出されています。内部回路図は、7つのセグメント（AからG）と小数点（DP）へのこのコモンアノード接続を明確に示しています。各セグメントのカソードには専用のピンがあります。

ピン接続表：

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
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
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

4. 性能曲線分析

データシートには、詳細な設計分析に不可欠な代表的な性能曲線が含まれています。具体的なグラフデータポイントは本文では提供されていませんが、これらの曲線は通常、主要パラメータ間の関係を示します。設計者は正確な値については元のデータシートのグラフを参照する必要があります。

• 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）：この曲線は、LEDセグメントを流れる電流とその両端の電圧との非線形関係を示します。最大定格電流を超えずに所望の輝度を達成するための適切な電流制限抵抗値を選択する上で極めて重要です。
• 光度 vs. 順方向電流：このグラフは、光出力（ucdまたはmcd）が順方向電流とともにどのように増加するかを示します。通常、通常動作範囲ではほぼ線形の関係を示し、設計者は電流を調整することで輝度を調整できます。
• 光度 vs. 周囲温度：LEDの光出力は、一般に接合温度が上昇すると減少します。この曲線は、設計者が高温動作時の輝度低下を理解するのに役立ち、温度制御されていない環境でのアプリケーションにとって重要です。
• スペクトル分布：ピーク波長650 nmを中心に、異なる波長にわたる相対光強度を示すグラフで、赤色光出力を確認します。

5. はんだ付けと組立ガイドライン

5.1 はんだ付けプロファイル

LEDチップとプラスチックパッケージへの熱損傷を防ぐため、適切なはんだ付けが重要です。

• 自動はんだ付け（波はんだ/リフロー）：デバイスは、実装面から1/16インチ（1.6 mm）下の点（すなわち、リード部）で、260°Cの温度を5秒間耐えることができます。組立中、ディスプレイ本体自体の温度は最大定格温度を超えてはなりません。
• 手はんだ付け：はんだごて先端温度350°C ±30°Cが規定されています。各リードのはんだ付け時間は、実装面から1/16インチ下で測定した場合、5秒を超えてはなりません。

プラスチックハウジングの溶融、内部ワイヤボンドの損傷、またはLED半導体材料の劣化を避けるため、これらの時間と温度の制限を遵守することが不可欠です。

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

LTS-2801AJDは、明確で低消費電力な数値表示を必要とする幅広い電子機器に適しています。一般的なアプリケーションは以下の通りです：

• 試験・測定機器（マルチメータ、周波数カウンタ）。
• 家電製品（電子レンジ、オーブン、コーヒーメーカー）。
• 産業用制御パネルおよび計装機器。
• ポータブルモニターやハンドヘルドツールなどのバッテリー駆動機器。
• 組み込みシステムのプロトタイプおよび教育用キット。

6.2 重要な設計上の考慮事項

• 電流制限：各セグメントには必ず直列の電流制限抵抗を使用するか、定電流駆動回路を採用してください。抵抗値（R）はオームの法則を使用して計算できます：R = (V_電源- V_F) / I_F、ここでV_FはLEDの順方向電圧（安全のため最大値を使用）、I_Fは所望の順方向電流（例：1-20 mA）です。
• マルチプレクシング：複数桁ディスプレイの場合、マルチプレクシング技術が、より少ないI/Oピンで複数の桁を制御するために一般的に使用されます。これはコモンアノードディスプレイであるため、桁はコモンアノードピンに正電圧を印加することで選択され、セグメントパターンはカソードピンに印加されます。マルチプレクシングパルス中のピーク電流が絶対最大定格を超えないようにしてください。
• 熱管理：電力損失は低いですが、複数のディスプレイを使用する場合や最大定格に近い高電流で動作する場合は、十分な換気を確保してください。25°Cを超える連続電流の線形低下は遵守する必要があります。
• 逆電圧保護：駆動回路は、電源投入時、シャットダウン時、または電気的にノイズの多い環境で、LEDカソードに5Vを超える逆電圧または電圧スパイクが印加されないように設計する必要があります。LEDと並列に接続された単純なダイオード（カソードからアノードへ）は保護を提供できますが、順方向電圧に影響を与えます。
• 視野角：エンドユーザーにとって最適な視認性を確保するため、広い視野角を考慮してディスプレイを取り付けてください。

7. 信頼性試験

本デバイスは、長期性能と耐久性を確保するため、軍用（MIL-STD）、日本工業規格（JIS）、および内部基準に基づく包括的な信頼性試験を実施しています。主要な試験は以下の通りです：

• 動作寿命試験（RTOL）：最大定格条件下での1000時間連続動作により、時間経過に伴う性能安定性を検証。
• 環境ストレステスト：高温高湿保存（65°C/90-95% RHで500時間）、高温保存（105°Cで1000時間）、低温保存（-35°Cで1000時間）を含む。
• 熱ストレステスト：温度サイクル（-35°Cと105°Cの間で30サイクル）およびサーマルショック試験により、熱膨張・収縮に対する堅牢性を検証。
• はんだ付け性試験：耐はんだ性（260°Cで10秒）およびはんだ付け性（245°Cで5秒）により、リードが標準的な組立プロセスに耐えられることを確認。

8. 注意事項と重要事項

• 本製品は、一般的な電子機器向けです。特に故障が生命や健康に危険を及ぼす可能性のある（航空、医療、安全システムなど）例外的な信頼性を必要とするアプリケーションでは、事前の相談と承認が必要です。
• メーカーは、絶対最大定格を超えた動作や製品の誤用による損傷について責任を負いません。
• 推奨駆動電流または動作温度を超えると、光出力の著しい低下や早期故障を引き起こす可能性があります。
• 一貫した光度を確保し、電流スパイクからLEDを保護するため、定電圧駆動よりも定電流駆動を強く推奨します。
• 回路設計は、電源安定性や潜在的な電気的ノイズを含む、システム全体の性能を考慮する必要があります。

9. 技術比較と差別化

LTS-2801AJDは、1桁ディスプレイ市場において、いくつかの主要な属性で差別化を図っています：

• 超低電流動作：セグメントあたり1 mAでの特性評価とマッチングは、多くの同等ディスプレイが10-20 mAでのみ規定されている電力に敏感な設計において、重要な利点です。
• AlInGaP技術：従来のGaAsPやGaP赤色LEDと比較して、AlInGaPはより高い効率を提供し、同じ電流でより高い輝度、またはより低い電流で同等の輝度を実現し、バッテリー寿命の延長に寄与します。
• 輝度ビニング：輝度による選別により、設計者は厳密にマッチした輝度のディスプレイを選択でき、均一性が視覚的に重要な複数桁アプリケーションで重要です。
• 堅牢な信頼性試験群：軍用および産業規格に対する広範な試験により、ストレス下での製品の長寿命と性能に対する高い信頼性を提供します。

10. よくある質問（FAQ）

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: できません。各セグメントに直列に電流制限抵抗を使用する必要があります。5V電源、10 mA時の代表的なV_Fが2.4Vの場合、抵抗値はR = (5V - 2.4V) / 0.01A = 260オームとなります。270オームの標準抵抗が適しています。マイクロコントローラのピンは、電流シンク（コモンアノードの場合）またはソース（コモンカソードの場合）として機能します。

Q: 2つのコモンアノードピン（3と8）がある目的は何ですか？

A: 2つのピンは内部で接続されています。主な目的は2つあります：1) すべてのセグメントが点灯しているとき（例：数字8を表示）、単一のピンとPCBトレースを通る電流密度を低減するため、2) PCB実装時の機械的安定性と冗長性を提供するため。

Q: ディスプレイの総消費電力をどのように計算しますか？

A: セグメントあたりの電力 = V_F* I_F。例えば、I_F=10 mA、V_F=2.4Vの場合、セグメントあたりの電力は24 mWです。数字の7つのセグメントすべてが点灯している場合（8を表示）、総電力は7 * 24 mW = 168 mWです。これはセグメントあたり70 mWの制限内ですが、電源とコモンアノードドライバについては考慮する必要があります。

Q: このディスプレイは屋外使用に適していますか？

A: -35°C ～ +85°Cの動作温度範囲は、多くの屋外条件をカバーしています。ただし、データシートは、ほこりや水に対する侵入保護（IP）規格を規定していません。屋外使用では、湿気の侵入や物理的損傷を防ぐために、密閉された窓の後ろまたは保護ケース内にディスプレイを設置する必要があるでしょう。

11. 動作原理

7セグメントディスプレイは、数字の8の形に配置された7つのLEDセグメントで構成される電子表示デバイスの一種です。これらのセグメント（AからG）の特定の組み合わせを選択的に点灯させることで、数字0-9といくつかの文字（例：A、C、E、F、H、L、P）を表現できます。LTS-2801AJDはAlInGaP半導体材料を使用しています。LEDセグメントの両端にダイオードのしきい値（約2.0V）を超える順方向電圧（すなわち、セグメントのカソードに対するコモンアノードの正電圧）が印加されると、電子と正孔が半導体の活性領域で再結合し、材料に特有の波長（この場合は約650 nmの赤色光）で光子（光）としてエネルギーを放出します。不透明なGaAs基板は、チップの上面からより多くの光を反射するのに役立ち、全体的な効率を向上させます。グレーの表面と白いマーキングは周囲光を吸収し、反射を減らしてコントラストを高め、点灯した赤色セグメントをより明るく鮮明に見せます。