LTS-3403LJF LEDディスプレイ データシート - 0.8インチ 桁高 - 黄橙色 - 順電圧2.6V - 技術文書

1. 製品概要

LTS-3403LJFは、明確で信頼性の高い数値または限定的な英数字表示を必要とするアプリケーション向けに設計された、単一桁の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、マイクロコントローラ、論理回路、または他のドライバICからのデジタルデータの視覚的な出力を提供することです。このデバイスの核心的な利点は、LEDチップにアルミニウムインジウムガリウムリン化物（AlInGaP）半導体技術を採用している点にあり、GaAsPなどの旧来の技術と比較して、黄橙色スペクトルにおいて優れた効率と色純度を提供します。本デバイスは、白色のセグメントマーキングを備えたグレーの表面を特徴としており、点灯したセグメントに対して優れたコントラストを実現します。輝度でカテゴライズされており、製造ロット間での明るさの一貫性が確保されています。プリント基板（PCB）への直接実装または互換性のあるソケットへの取り付けに適した設計で、工業用制御パネル、試験装置、民生用機器、単一桁の表示が必要な計測器などに最適です。

1.1 主要機能とターゲット市場

LTS-3403LJFは、その応用分野を定義するいくつかの主要機能を備えて設計されています。0.8インチ（20.32 mm）の桁高は、視認性とコンパクトさのバランスを提供し、スペースが考慮されるが可読性が最も重要であるパネル実装機器に適しています。連続した均一なセグメントは、点灯時に一体感のあるプロフェッショナルな外観を保証します。低消費電力および低電力要件は、電力効率が重要なバッテリー駆動デバイスやシステムとの互換性を高めます。優れた文字表示と広い視野角は、AlInGaPチップ技術と拡散レンズ設計の直接的な結果であり、様々な角度から明確に表示を読み取ることができます。LED技術に固有のソリッドステートの信頼性により、摩耗する可動部品がなく、長い動作寿命を確保します。最後に、IC互換であることは、適切な電流制限抵抗を介して、標準的なデジタル論理出力または専用の表示ドライバ集積回路によって直接駆動できることを意味します。ターゲット市場には、携帯型電子機器、組み込みシステム、自動車のダッシュボード（非重要インジケータ用）、医療機器、耐久性のある低電力数値表示を必要とするあらゆる電子システムの設計者が含まれます。

2. 技術パラメータ詳細解説

データシートは、適切な回路設計と信頼性の高い動作に不可欠な、包括的な電気的、光学的、熱的仕様を提供します。

2.1 測光および光学的特性

光学的性能は、ディスプレイの機能の中核です。平均光度（Iv）は、最小320 µcd、標準値900 µcdで規定されており、最大値は規定されていません。これらはすべて順電流（If）1 mAで測定された値です。このパラメータは、単一セグメントの知覚される明るさを示します。低い試験電流は、デバイスの効率の高さを強調しています。色特性は、3つの波長パラメータによって定義されます。ピーク発光波長（λp）は、If=20mAで測定した場合、標準的に611 nmです。スペクトル線半値幅（Δλ）は標準的に17 nmであり、スペクトル純度、つまりピーク周辺の放出光の範囲がどれだけ狭いかを示します。値が小さいほど、より単色に近い色であることを意味します。主波長（λd）は標準的に605 nmです。光度は、CIE明所視感度曲線に近似するセンサーとフィルターの組み合わせを使用して測定されており、測定値が人間の視覚的知覚と相関することを保証している点に注意することが重要です。光度マッチング比（Iv-m）は最大2:1と規定されており、1ユニット内で最も明るいセグメントと最も暗いセグメントの明るさの差が2倍を超えないことを意味し、均一な外観を保証します。

2.2 電気的パラメータ

電気的仕様は、LEDセグメントの動作限界と条件を定義します。絶対最大定格は、安全な動作の境界を設定します。セグメントあたりの電力損失は70 mWです。セグメントあたりのピーク順電流は60 mAですが、これは熱管理のためにパルス条件下（1/10デューティサイクル、0.1 ms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電流は、25°Cで25 mAで、デレーティング係数は0.33 mA/°Cです。これは、周囲温度が25°Cを超えて上昇すると、過熱を防ぐために許容される最大連続電流が減少することを意味します。セグメントあたりの逆電圧は5 Vです。これを超えるとLED接合部が損傷する可能性があります。標準動作条件（Ta=25°C）下では、セグメントあたりの順電圧（Vf）は、試験電流10 mAにおいて標準的に2.6 V、最大2.6 Vです。最小値は2.05 Vと記載されています。セグメントあたりの逆電流（Ir）は、逆電圧（Vr）5 Vが印加された場合、最大100 µAであり、オフ状態でのリーク電流を示します。

2.3 熱的および環境仕様

様々な環境条件下での信頼性は極めて重要です。動作温度範囲は-35°Cから+85°Cと規定されています。この広い範囲により、ディスプレイは工業用冷凍庫から高温のエンジンルームまで、過酷な環境でも機能することができます。保存温度範囲は同じく-35°Cから+85°Cであり、デバイスが通電されていない状態での安全な条件を定義します。組み立てにおける重要なパラメータは、はんだ付け温度です。データシートでは、デバイスがシーティングプレーンから1/16インチ（約1.59 mm）下の点で、260°Cの温度を3秒間耐えられることが規定されています。これは、フローはんだ付けまたはリフローはんだ付けプロセスの標準的な基準であり、設計者は内部のワイヤーボンディングやLEDチップ自体を損傷しないように、PCB組み立てプロファイルがこれらの限界を超えないことを確認する必要があります。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、デバイスが輝度でカテゴライズされていることを示しています。これは、製造工程で行われるビニングまたは選別プロセスを指します。半導体エピタキシャル成長およびチップ製造プロセスの自然なばらつきにより、同じ製造ロットのLEDでも、光度や順電圧などの主要パラメータにわずかなばらつきが生じることがあります。エンドユーザーに一貫性を保証するために、メーカーは各ユニットをテストし、測定された性能に基づいて異なるビンに分類します。LTS-3403LJFは、特に光度に基づいてビニングされています。これは、設計者がこれらのディスプレイを一定数量発注した場合、ユニット間の明るさのばらつきが、事前に定義された管理された範囲内（ユニット内での2:1マッチング比によって暗示され、ビニングによってユニット間でさらに制御される）に収まることを意味します。これは、複数の桁が並べて使用されるアプリケーションにおいて、ディスプレイ間で目立つ明るさの差が生じるのを防ぐために不可欠です。データシートは、波長（色）や順電圧のための別々のビンを指定していません。これは、これらのパラメータに対する厳密なプロセス制御、またはこの製品ではビニングが主に輝度に焦点を当てていることを示唆しています。

4. 性能曲線分析

データシートには標準的な電気的/光学的特性曲線のページが記載されていますが、提供された内容には実際のグラフは含まれていません。通常、このような曲線は設計において非常に貴重です。期待されるのは、順電流対順電圧（I-V）曲線であり、これはLED接合部を横切る電流と電圧の非線形関係を示します。この曲線は、設計者が所定の電源電圧に対して適切な電流制限抵抗値を選択するのに役立ちます。相対光度対順電流曲線は、明るさが電流とともにどのように増加するかを示し、多くの場合、準線形の形で、明るさと電力消費/効率のトレードオフを最適化するのに役立ちます。相対光度対周囲温度曲線は、動作温度が上昇するにつれて明るさがどのように低下するかを理解するために重要であり、全温度範囲で動作するシステムを設計するために不可欠です。最後に、スペクトル分布グラフは、611 nmのピークを中心に、異なる波長にわたって放出される光の強度を視覚的に描き、発光スペクトルの形状と幅を示します。設計者は、駆動電流と熱管理について情報に基づいた決定を行うために、これらのグラフ表現についてはメーカーの完全なデータシート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

機械的設計は、信頼性の高い物理的統合を保証します。パッケージ寸法図（本文では完全には詳細化されていません）は、PCBフットプリント設計のための全長、幅、高さ、ピン間の間隔（ピッチ）、取り付け穴の直径と位置、パッケージ底面からシーティングプレーンまでの距離など、すべての重要な寸法を提供します。ピン接続表は、17ピンパッケージの機能マップです。これはコモンカソード構成（ピン4, 6, 12, 17）であることを明らかにしており、すべてのLEDセグメントの負側（カソード）が内部で接続されています。各セグメント（A, B, C, D, E, F, G）および左右の小数点（L.D.P, R.D.P）のアノードは、別々のピンに引き出されています。いくつかのピン（1, 8, 9, 16）はNO PINと記載されており、物理的には存在するが電気的には接続されていないことを意味します（ソケット内またははんだ付け中の機械的安定性のためと思われます）。極性は、コモンカソード指定によって明確に示されています。グレーの表面と白色のセグメントが視覚的インターフェースを提供します。

6. はんだ付けおよび組み立てガイドライン

組み立て中の適切な取り扱いは、長期信頼性にとって重要です。提供される主要なガイドラインは、はんだ付け温度仕様です：シーティングプレーンから1/16インチ下の点で、260°Cで3秒間。これはフローはんだ付けのための指示です。リフローはんだ付けの場合、260°Cをピークとする標準的な鉛フリープロファイルが適用可能ですが、液相線以上の時間（例：217°C）は、熱応力を最小限に抑えるために制御する必要があります。設計者は、PCBパッドレイアウトが寸法図から推奨されるフットプリントと一致することを確認し、トゥームストーニングや位置ずれを防ぐ必要があります。デバイスは、特に直ちに組み立てる予定がない場合は、湿気吸収によるリフロー中のポップコーン現象を防ぐために、元の防湿バッグに保管する必要があります。動作および保存温度範囲（-35°Cから+85°C）は、サプライチェーンおよび製品ライフサイクル全体で遵守されるべきです。取り扱い中にレンズやピンに機械的ストレスを加えないでください。

7. アプリケーション提案

7.1 典型的なアプリケーション回路

LTS-3403LJFはコモンカソードディスプレイであるため、通常ソーシングドライバによって駆動されます。これは、マイクロコントローラまたはドライバICのピンがセグメントアノードに接続し、電流を供給して点灯させ、コモンカソードピンは通常、合計セグメント電流を扱えるトランジスタを介してグランドに接続されることを意味します。基本的な回路では、各アノードピンを電流制限抵抗を介してマイクロコントローラのGPIOピンに接続します。この抵抗（R）の値は、オームの法則を使用して計算されます：R = (Vcc - Vf) / If。ここで、Vccは電源電圧（例：5Vまたは3.3V）、VfはLEDの順電圧（標準的に2.6V）、Ifは所望の順電流（例：10-20 mA）です。例えば、5V電源で目標電流15 mAの場合：R = (5 - 2.6) / 0.015 = 160オーム。150オームの抵抗が標準値となります。コモンカソードピンはNPNトランジスタのコレクタに接続され、エミッタはグランドに接続されます。マイクロコントローラは桁を有効にするためにトランジスタをオンにします。複数桁のマルチプレクシング（単一桁には適用されませんが、理解のために）の場合、桁をまたいだ対応するセグメントのアノードは結線され、各桁のコモンカソードは個別に制御され、高速に順番に1桁ずつ点灯します。

7.2 設計上の考慮事項と注意点

いくつかの重要な考慮事項に対処する必要があります。電流制限：電流制限抵抗または定電流ドライバなしでLEDを電圧源に直接接続しないでください。LEDは過剰な電流を引き込み、故障します。放熱：LEDは効率的ですが、セグメントあたりの消費電力（P = Vf * If）は最大65 mW（2.6V * 25mA）に達する可能性があります。多くのセグメントが連続点灯するアプリケーションでは、最大温度付近で動作する場合は十分な換気または放熱対策を確保してください。視野角：広い視野角は有益ですが、最適な可読性のためには、筐体内にディスプレイを配置する際に主要なユーザーの視線を考慮してください。ESD保護：AlInGaP LEDは静電気放電に敏感な場合があります。組み立て中は標準的なESD取り扱い予防措置を実施してください。デカップリングとノイズ：電気的にノイズの多い環境では、電源を安定させるために、ディスプレイの電源接続付近に小さなデカップリングコンデンサ（例：100 nF）を追加することを検討してください。

8. 技術比較と差別化

LTS-3403LJFは、主にその半導体材料であるAlInGaPによって差別化されています。リン化ガリウムヒ素（GaAsP）に基づく旧来の赤色LEDと比較して、AlInGaPは著しく高い発光効率（単位電力あたりの光出力）、色と明るさのより優れた温度安定性、およびスペクトルの琥珀色/黄橙色/赤色部分におけるより飽和した純粋な色を提供します。白色LED（通常は青色LED + 蛍光体）と比較して、単一の狭帯域発光を提供し、特定の波長フィルタリングが使用されるアプリケーションや、白色光の広いスペクトルなしで色純度が求められるアプリケーションで有利です。その0.8インチサイズは、小さなインジケータと大きくて電力を消費するディスプレイの中間のニッチを埋めます。コモンカソード構成は標準的であり、コモンカソードマルチプレクシング用に設計された多数のドライバICおよびマイクロコントローラポート構成との互換性を提供します。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: ピーク波長（611 nm）と主波長（605 nm）の違いは何ですか？

A: ピーク波長は、発光スペクトルが最大強度を持つ単一波長です。主波長は、人間の目にLEDの出力と同じ色に見える単色光の単一波長です。これらはしばしばわずかに異なります。主波長は色仕様により関連性があります。

Q: このディスプレイを3.3Vのマイクロコントローラで駆動できますか？

A: はい、ただし順電圧を確認する必要があります。標準的なVfは2.6Vです。3.3V電源では、電流制限抵抗にかかる電圧降下はわずか0.7V（3.3V - 2.6V）です。15mAの電流を達成するには、R = 0.7V / 0.015A = 46.7オームの抵抗が必要です。これは可能ですが、電流はVfの変動に対してより敏感になります。一般的には許容されますが、明るさが要件を満たしていることを確認してください。

Q: なぜ4つのコモンカソードピンがあるのですか？

A: 複数のカソードピンを持つことで、すべてのセグメントが点灯したときに流れる合計電流を分散させるのに役立ちます。7セグメントと小数点の電流の合計は200 mAを超える可能性があります。この電流を複数のピンとPCBトレースに分散させることで、電流密度を低減し、電圧降下を最小限に抑え、信頼性を向上させます。

Q: I.C. COMPATIBLEとはどういう意味ですか？

A: これは、LEDの電気的特性（順電圧、電流要件）が、適切な電流制限抵抗とともに使用した場合、標準的なデジタル集積回路（CMOSやTTLロジックチップ、マイクロコントローラのGPIOなど）の出力ピンによって直接駆動できる範囲内にあることを意味します。抵抗なしで直接接続できるという意味ではありません。

10. 設計および使用事例

シンプルなデジタルサーモスタットコントローラの設計を考えてみましょう。このシステムは、マイクロコントローラを使用して温度センサーを読み取り、設定値または現在の温度を単一桁（簡略化のため、10の位、またはコード）に表示します。LTS-3403LJFは、その明瞭さ、低電力（バッテリーバックアップされる可能性のあるデバイスにとって重要）、および広い視野角（壁に取り付け）のために選択されます。マイクロコントローラは5Vで動作します。設計者は、明るさと電力のバランスを取るために、セグメント電流12 mAの抵抗値を計算します：R = (5V - 2.6V) / 0.012A = 200オーム。7つの200オーム抵抗が使用され、各セグメントアノード（A-G）に1つずつ接続されます。コモンカソードピンはまとめて接続され、2N3904 NPNトランジスタのコレクタに接続されます。トランジスタのエミッタはグランドに接続され、ベースは10k抵抗を介してマイクロコントローラのGPIOピンによって駆動されます。数字を表示するために、マイクロコントローラはセグメントアノードピンのパターンをハイ（抵抗を介して）に設定し、トランジスタをオンにしてグランドへの回路を完成させます。黄橙色は、一般的な室内照明条件下で容易に見えます。堅牢な温度定格により、サーモスタットが高温の屋根裏や寒いガレージに設置された場合でも、ディスプレイは確実に機能します。

11. 動作原理の紹介

LTS-3403LJFは、半導体p-n接合におけるエレクトロルミネセンスの基本原理に基づいて動作します。このデバイスは、活性半導体材料としてアルミニウムインジウムガリウムリン化物（AlInGaP）を使用しています。この化合物は、不透明なヒ化ガリウム（GaAs）基板上にエピタキシャル成長されます。p-n接合に材料のバンドギャップ電圧（AlInGaPの場合約2.0-2.2V）を超える順電圧が印加されると、n型領域からの電子とp型領域からの正孔が活性領域に注入されます。これらの電荷キャリアが再結合すると、エネルギーを放出します。AlInGaPのような直接遷移型半導体では、このエネルギーは主に光子（光）の形で放出されます。放出される光の特定の波長（この場合は黄橙色、約611 nm）は、製造工程で注意深く制御されるAlInGaP合金組成のバンドギャップエネルギーによって決定されます。グレーの表面と白色のセグメントは、それぞれ拡散板とコントラストフィルターとして機能し、光出力を認識可能な数値セグメントに形成します。

12. 技術トレンドと背景

LTS-3403LJFは、成熟し最適化された技術を代表しています。1990年代に開発されたAlInGaP LEDは、高効率の赤色、橙色、黄色のインジケータおよびディスプレイにおいて、GaAsPをほぼ置き換えました。ディスプレイ技術のトレンドはその後、複雑なグラフィックスのためのドットマトリックスOLED、マイクロLED、LCDなどの高密度ソリューションに向かっています。しかし、シンプルで頑丈、低コスト、超信頼性の単一桁または複数桁の数値表示ニーズに対しては、7セグメントLEDディスプレイは依然として非常に重要です。その利点には、制御の極端な単純さ、非常に高い明るさとコントラスト、広い動作温度範囲、瞬時点灯能力、数万時間に及ぶ長寿命が含まれます。この分野における現在の開発は、同じ明るさに対してさらに高い効率を実現し（バッテリー寿命を延ばす）、ドライバ回路をディスプレイパッケージに直接統合すること（いわゆるインテリジェントディスプレイ）に焦点を当てています。LTS-3403LJFに体現される、数値表示のための信頼性の高いソリッドステート光源という基本原理は、無数の産業にわたる電子設計における基本的な構成要素であり続けています。