LTS-3861JD 0.3インチ ハイパーレッド LED 7セグメント表示器 データシート - 文字高 7.62mm - 順方向電圧 2.6V - 消費電力 70mW

1. 製品概要

LTS-3861JDは、低消費電力で明確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、コンパクトな単一桁7セグメント表示器です。その中核機能は、高い視認性を備えた数値読み取りを提供することです。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）半導体技術、具体的にはGaAs基板上に成長させたハイパーレッドチップを採用しています。この技術選択は、赤色スペクトル内での高輝度と高効率という主要な性能特性を実現するための基本です。視覚デザインは、明るい灰色の面と白色のセグメントを特徴としており、これは様々な照明条件下でのコントラスト向上と可読性向上を意図した選択です。本製品は低電流表示器に分類され、バッテリー駆動または省エネルギーを重視した電子システムに適しています。

1.1 特徴と中核的利点

本表示器は、その性能と信頼性に寄与するいくつかの設計特徴を組み込んでいます：

• 0.30インチ文字高（7.62 mm）：パネルメーター、計測器、民生電子機器向けに、標準的で読みやすい文字サイズを提供します。
• 連続的で均一なセグメント：各セグメント全体で均一な発光を保証し、暗点や不規則性のない、プロフェッショナルでクリーンな文字表示を実現します。
• 低電力要件：効率性を考慮して設計されており、電力予算が重要な制約となる回路での動作を可能にします。
• 優れた文字表示と高コントラスト：ハイパーレッド発光、明灰色の面、白色セグメントの組み合わせにより、シャープで明確な数字を実現します。
• 高輝度：AlInGaP材料系は高い発光効率で知られており、低い駆動電流でも明るい出力が得られます。
• 広い視野角：パッケージとチップ設計により、広範囲の角度から視認性が確保されており、オフアクシスで表示器を見る可能性がある場合に不可欠です。
• ソリッドステートの信頼性：LEDベースのデバイスとして、機械式表示器とは異なり、長い動作寿命、耐衝撃性、可動部がないという利点を提供します。
• 光度による選別：ユニットは光出力の一貫性についてビニング（選別）またはテストされており、複数桁にわたる均一な輝度が要求される設計に役立ちます。
• 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。

1.2 デバイス識別

型番LTS-3861JDは、特にAlInGaPハイパーレッドチップを採用し、コモンアノード構成で、右側小数点を備えたデバイスを表します。この命名規則により、設計者は所望の色、極性、オプション機能を正確に選択できます。

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た電気的および光学的パラメータの詳細な客観的分析を提供します。これらの値を理解することは、適切な回路設計と長期信頼性の確保に不可欠です。

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。この限界を超える、またはこの限界での動作は保証されません。

• セグメントあたりの消費電力：70 mW。これは、連続DC動作下で単一のLEDセグメントが熱として放散できる最大許容電力です。これを超えると過熱や半導体材料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方向電流：90 mA（デューティサイクル1/10、パルス幅0.1ms時）。この定格はパルス動作専用です。短いパルス幅と低いデューティサイクルにより、著しい発熱を防ぎ、DC定格よりも高い瞬間電流を可能にします。
• セグメントあたりの連続順方向電流：25 mA（25°C時）、0.28 mA/°Cで線形に減額。これはDCまたは高デューティサイクル動作のための重要なパラメータです。減額係数は重要です：周囲温度（Ta）が上昇すると、最大安全連続電流は減少します。例えば、85°Cでは、最大電流は約 25 mA - [0.28 mA/°C * (85°C - 25°C)] = 25 mA - 16.8 mA = 8.2 mA となります。
• 動作・保管温度範囲：-35°C ～ +105°C。デバイスはこの全範囲内で機能的に動作および保管できますが、電気的性能は温度によって変化します。
• はんだ付け条件：リフローはんだ付けは、はんだ付け点を実装面から1/16インチ（約1.6mm）下に位置させ、260°Cで最大3秒間で行う必要があります。これにより、プラスチックパッケージと内部ワイヤーボンドへの過度の熱ストレスを防ぎます。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、標準試験条件Ta=25°Cで測定された代表的な性能パラメータです。これらは、デバイスが回路内でどのように動作するかを定義します。

• 平均光度（I_V）：I_F=1mA時、200-600 μcd（マイクロカンデラ）。これは光出力です。広い範囲（200-600）はビニングプロセスを示しています；特定のユニットはこの範囲内に収まります。一貫した輝度が重要な場合、設計者はこのばらつきを考慮する必要があります。
• ピーク発光波長（λ_p）：650 nm（代表値）。これは光出力パワーが最大となる波長です。スペクトルの深赤色領域に位置します。
• 主波長（λ_d）：639 nm（代表値）。これは、人間の目が光の色と一致すると知覚する単一波長です。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（代表値）。これは発光波長の広がりを測定します。20 nmの値は、比較的純粋で単色の赤色を示しています。
• チップあたりの順方向電圧（V_F）：I_F=20mA時、2.10（最小）、2.60（代表）ボルト。これはLEDが導通しているときの両端の電圧降下です。定電流回路の設計に極めて重要です。駆動回路は、電流が十分に流れる前にこの電圧降下を克服するために少なくとも2.6Vを供給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）：V_R=5V時、100 μA（最大）。これはLEDが逆バイアスされたときに流れる小さなリーク電流です。データシートは、この条件は試験目的のみであり、デバイスを逆バイアス下で連続動作させるべきではないと明記しています。
• 光度マッチング比：2:1（最大）。同じ桁内のセグメント（類似の光面積）において、最も暗いセグメントの輝度は、最も明るいセグメントの輝度の半分以上になります。これにより視覚的な均一性が確保されます。
• クロストーク：< 2.5%。これは、隣接するセグメントが駆動されたときに、意図的に消灯しているセグメントから発生する不要な発光の量を規定します。低い値は明確な文字定義のために重要です。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、本デバイスが光度による選別されていることを示しています。これはビニングプロセスを意味しますが、この文書では特定のビンコードは提供されていません。一般的に、LEDメーカーは一貫性を確保するために主要パラメータに基づいて製品をテストし選別（ビニング）します。LTS-3861JDのような表示器の場合、主なビニング基準には以下が含まれる可能性があります：

• 主波長（639nm）とピーク波長（650nm）は代表値として与えられています。より厳密な色ビンが利用可能で、アプリケーション内のすべてのユニットで一貫した赤色調を確保できます。I_Vの範囲が200-600 μcdであるため、ユニットはより狭い強度ビン（例：200-300、300-400 μcdなど）にグループ分けされる可能性があります。同じビンから購入することで、複数桁表示全体での均一な輝度が確保されます。
• 順方向電圧（V_F）ビニング：明示的には言及されていませんが、V_Fもビニングされる可能性があります。V_Fを一致させることは、特に複数のセグメント/桁が並列駆動される場合に、よりシンプルで均一な定電流駆動回路の設計に役立ちます。
• 波長/色ビニング：The dominant (639nm) and peak (650nm) wavelengths are given as typical. Tighter color bins may be available to ensure a consistent red hue across all units in an application.

アプリケーション要件が高い均一性を要求する場合、設計者は詳細なビニング情報についてメーカーに問い合わせるべきです。

4. 性能曲線分析

データシートは代表的な電気的/光学的特性曲線を参照しており、これは非標準条件下でのデバイス動作を理解するために不可欠です。提供されたテキストには特定の曲線は含まれていませんが、その典型的な内容と重要性を以下に分析します：

• 順方向電流 vs. 順方向電圧（I_F-V_F）曲線：この非線形曲線は、印加電圧と結果として生じる電流の関係を示します。LEDの指数関数的なターンオン特性を示しています。この曲線のひざは代表的なV_F(2.6V)付近にあります。この曲線は定電流ドライバの設計に不可欠です。なぜなら、電圧の小さな変化が電流の大きな変化、ひいては輝度と消費電力の大きな変化を引き起こす可能性があるからです。
• 光度 vs. 順方向電流（I_V-I_F）曲線：これは光出力が駆動電流とともにどのように増加するかを示します。広い範囲で一般的に線形ですが、熱や効率低下により非常に高い電流では飽和します。この曲線は、設計者が電力制限内に収まりながら所望の輝度を達成するための動作電流を選択するのに役立ちます。
• 光度 vs. 周囲温度（I_V-T_a）曲線：LEDの光出力は接合温度が上昇すると減少します。この曲線はその減額を定量化します。高温環境で動作するアプリケーションでは、表示器が暗く見える可能性があるため、非常に重要です。
• スペクトル分布曲線：相対強度対波長のプロットで、650nmを中心とし半値幅20nmのベル型曲線を示します。これはハイパーレッド発光の正確な色特性を定義します。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法と公差

機械図面は物理的なサイズとピン配置を規定しています。データシートからの主な注意点は以下の通りです：

• 特に断りのない限り、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の穴配置に重要です。
• 推奨されるPCB穴径は1.10 mmで、はんだ付けのための十分なクリアランスを持ってピンを取り付けます。
• 外観欠陥について品質管理基準が規定されています：セグメント上の異物（≤10ミル）、セグメント内の気泡（≤10ミル）、反射板の曲がり（≤長さの1%）、表面インク汚染（≤20ミル）。

5.2 ピン接続と極性識別

本デバイスは10ピン単列構成です。内部回路図とピン配置表により、コモンアノードタイプであることが確認されています。これは、すべてのLEDセグメントのアノード（正側）が内部で接続され、ピン1と6（これらも相互接続）に引き出されていることを意味します。各セグメントのカソード（負側）には専用のピン（A, B, C, D, E, F, G, DP）があります。セグメントを点灯させるには、コモンアノードピンを正電源（電流制限抵抗またはドライバを介して）に接続し、対応するカソードピンをより低い電圧（通常はグランド）に落とす必要があります。右側小数点（DP）はピン7にあります。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

適切な取り扱いは信頼性のために不可欠です。絶対最大定格に基づきます：

• リフローはんだ付け：指定されたプロファイルに従ってください：部品本体の最高温度は定格を超えてはならず、ピーク温度（260°C）でのはんだ付け時間は3秒に制限します。1/16インチの実装面ルールは、プラスチック本体への直接的な熱暴露を防ぐのに役立ちます。
• 手はんだ付け：必要な場合は、温度制御された細い先端のこてを使用してください。ピンあたりの接触時間を3秒に制限します。はんだ付け中にピンやパッケージに機械的ストレスを加えないでください。
• 洗浄：表示器のプラスチック材料と互換性のある洗浄剤を使用してください。明示的に承認されていない限り、超音波洗浄は内部構造を損傷する可能性があるため避けてください。
• 保管条件：指定された温度範囲（-35°C ～ +105°C）内で、低湿度、静電気防止環境に保管し、湿気吸収と静電気放電による損傷を防ぎます。

7. アプリケーション提案と設計上の考慮事項

7.1 典型的なアプリケーションシナリオ

LTS-3861JDは、低電力消費で単一の明確な数値読み取りを必要とするアプリケーションに適しています：

• パネルメーターおよび計測器：試験装置、電源装置、または産業用コントローラーの電圧、電流、温度、または周波数表示。
• 民生電子機器：時計、タイマー、キッチン家電、またはオーディオ機器の表示。
• 医療機器：低電力と信頼性が鍵となる携帯型またはベッドサイドモニターのシンプルな読み取り表示。
• 自動車アフターマーケット：補助計器（電圧計、油温計）の表示。

7.2 重要な設計上の考慮事項

• 電流制限は必須：LEDは電流駆動デバイスです。順方向電流（I_F）を設定するために、各カソードピン（または専用のLEDドライバIC）に直列の電流制限抵抗を使用する必要があります。抵抗値は R = (V_電源- V_F) / I_F で計算されます。電流が制限を超えないことを確実にするための保守的な設計のためには、データシートの最大V_F(2.6V)を使用してください。
• 熱管理：温度に対する電流減額曲線に従ってください。高い周囲温度環境では、それに応じて駆動電流を減らしてください。PCB上の表示器周囲に十分な通気性を確保してください。
• 複数桁のためのマルチプレクシング：これは単一桁部品ですが、コモンアノード設計は本質的にマルチプレクシングに適しています。複数桁システムでは、各桁のコモンアノードを高周波で順次駆動し、セグメントカソードは共有されます。これにより、マイクロコントローラに必要なI/Oピン数が大幅に削減されます。
• 視野角：広い視野角を考慮して表示器を配置し、エンドユーザーにとっての可読性を確保してください。

8. 技術比較と差別化

他の7セグメント表示技術と比較して、LTS-3861JDのAlInGaPハイパーレッドチップの使用は明確な利点を提供します：

• 従来のGaAsPまたはGaP赤色LEDとの比較：AlInGaP技術は、同じ駆動電流で一般的に高い発光効率と輝度、より優れた温度安定性、および長い寿命を提供します。
• 高効率赤色（HER）LEDとの比較：ハイパーレッドという用語は、特定のより深い赤色点（主波長約639-650nm）を示すことが多く、一部の標準的な赤色LEDと比較してより鮮やかで飽和した色に見える可能性があります。
• LCD表示器との比較：LCDとは異なり、このLED表示器は自発光型です。これにより、バックライトなしで低照度または暗所でも明確に視認でき、はるかに広い視野角と高速な応答時間を提供します。
• 大型桁表示器との比較：0.3インチサイズは、可読性とコンパクトさの良いバランスを提供し、より大きな0.5インチや0.8インチの桁が大きすぎる場所に適合します。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: 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: できません。LEDをロジックピンに直接接続することは推奨されません。マイクロコントローラピンは正確な電流制限を提供できず、電流シンク/ソース要求によって損傷する可能性があります。常に電流制限抵抗または専用の駆動回路を使用してください。5V電源で目標I_Fを10mAとする場合、抵抗は R = (5V - 2.6V) / 0.01A = 240 オーム となります。

Q2: なぜコモンアノードピンが2つ（1と6）あるのですか？

A: それらは内部で接続されています。2つのピンを持つことで、機械的安定性、複数のセグメントが同時に点灯する場合のより良い電流分散、およびPCB上のレイアウトの柔軟性が提供されます。どちらか一方または両方を正電源に接続できます。

Q3: 光度マッチング比2:1は私の設計にとって何を意味しますか？

A: これは、1つの物理ユニット内で、最も暗いセグメントが最も明るいセグメントの半分の輝度になる可能性があることを意味します。設計で複数のLTS-3861JD桁を使用する場合、輝度の均一性を確保するために、サプライヤーから同じ光度ビンの部品を要求する必要があります。なぜなら、2:1の比率は内部のみに適用されるからです。桁全体で。

Q4: 逆方向電流定格は5Vで100µAです。表示器を時々逆バイアスしても問題ありませんか？

A: データシートは、逆電圧条件はIRテスト専用であり、この状況で継続動作することはできないと述べています。通常動作中に逆バイアスがかからないように回路を設計する必要があります。持続的な逆電圧はLEDを劣化させる可能性があるからです。

10. 実践的な設計と使用例

例：単一桁DC電圧計読み取り表示の設計（0-9V）

設計者は、マイクロコントローラ（MCU）を使用して、1Vステップで0-9Vを表示するシンプルな電圧計を作成しています。MCUには電圧を読み取るADCと表示器を駆動するGPIOピンがあります。

1. 回路設計：コモンアノードピン（1 & 6）は、単一の電流制限抵抗を介してMCUの正電源レール（例：3.3Vまたは5V）に接続しますか？No.より良い方法は、MCUピンによってスイッチングされるトランジスタ（例：PNPまたはロジックレベルN-FET）を使用してコモンアノードを制御し、ソフトウェアで桁全体のオン/オフを可能にすることです。各セグメントカソード（ピン2,3,4,5,7,8,9,10）は、それぞれ独自の個別の電流制限抵抗を介してMCUのGPIOピンに接続します。これにより、セグメントごとの輝度制御が可能になり、コモンアノードに単一の抵抗を使用するよりも安全です。
2. 抵抗計算：5V電源、目標I_F=10mA、最大V_F=2.6Vを使用する場合： R = (5V - 2.6V) / 0.01A = 240 オーム（標準値220または270オームを使用）。8本のカソードラインのそれぞれに1つの抵抗を配置します。
3. ソフトウェア：MCUコードはADC読み取り値を数字（0-9）に変換します。数字をアクティブにする必要があるセグメントカソード（A-G）のパターンにマッピングするためにルックアップテーブルを使用します。コモンアノードトランジスタをオンにし、それに応じてカソードピンを設定します。複数のそのような桁をマルチプレクシングする場合、コードは各桁を高速に切り替えます。
4. 熱チェック：セグメントあたり10mA、Ta=25°Cの場合、セグメントあたりの電力 = 10mA * 2.6V = 26mWで、最大70mWを大幅に下回ります。数字8の7セグメントすべてが点灯している場合、デバイス全体の消費電力は約182mWで、許容範囲内ですが、PCBの局所的な温度上昇を確認する必要があります。

11. 動作原理の紹介

LTS-3861JDは、半導体p-n接合におけるエレクトロルミネッセンスの基本原理に基づいて動作します。活性領域はAlInGaPヘテロ構造を使用しています。接合の内蔵電位（約2.6V）を超える順方向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。そこで、それらは放射再結合します—つまり、電子が正孔に落ちる際に放出されるエネルギーが直接光子（光粒子）に変換されます。AlInGaP合金の特定の組成がバンドギャップエネルギーを決定し、それが今度は放出される光子の波長（色）を決定します。この場合、約639-650 nm（赤色）の範囲です。桁の各セグメントは、独立したLEDチップまたは直列/並列に配線されたチップのセットであり、それぞれ独自のカソードピンによって制御されます。

12. 技術トレンドと開発

LED表示器の分野は進化を続けています。LTS-3861JDは成熟した信頼性の高い技術を代表していますが、この製品カテゴリに影響を与えるより広範な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、AlInGaPおよび他の化合物半導体の内部量子効率（IQE）と光取り出し効率を改善することを目指しており、より低い電流でより明るい、またはより長いバッテリー寿命を持つ表示器につながります。
• 小型化：より小さなピクセルピッチとより高い密度への絶え間ない推進力がありますが、標準的な7セグメント表示器では、0.3インチサイズは依然として人気の主力製品です。
• 統合：トレンドには、LED駆動回路（定電流シンク、マルチプレクシングロジック）を表示器モジュールまたはパッケージに直接統合することが含まれ、エンドエンジニアのための外部設計を簡素化します。
• 色域拡大：これは単色赤色表示器ですが、赤色LEDの基礎となる材料科学は、赤、緑、青のマイクロLEDを組み合わせたフルカラーLED表示器およびマイクロLEDアレイの開発を直接サポートします。
• 柔軟で新しいフォームファクタ：柔軟な基板への研究は、最終的には曲げ可能または湾曲した7セグメント表示器につながる可能性がありますが、これは従来のパッケージLEDよりも新しいOLEDまたはマイクロLED技術に関連しています。

LTS-3861JDは、その実績あるAlInGaP技術と明確な仕様により、シンプルで信頼性が高く低電力の数値表示が必要なアプリケーションにおいて、堅牢で効果的なソリューションであり続けます。