LTS-3403LJG LEDディスプレイ データシート - 0.8インチ桁高 - グリーンAlInGaP - 順電圧2.6V - 技術文書

1. 製品概要

LTS-3403LJGは、様々な電子アプリケーションにおいて明確な数値表示を実現する高性能な単一桁7セグメントディスプレイモジュールです。その主な機能は、高い視認性を備えたデジタル文字出力を提供することにあります。本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ます。この材料システムは、緑から赤のスペクトルにおいて高効率な発光を実現することで知られており、従来技術と比較して優れた輝度と色純度を提供します。表示部はグレーの面に白いセグメントを配した構成となっており、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。低消費電力であり、標準的な集積回路との互換性を備えているため、信頼性の高い低電力の数値表示が必要とされる、民生電子機器、産業用計測器、試験・測定機器、組込みシステムなど、幅広いターゲット市場に適しています。

2. 技術パラメータ詳細

2.1 測光および光学的特性

主要な性能指標は、周囲温度（Ta）25°Cにおける標準試験条件下で定義されています。平均光度（Iv）は、順方向電流（IF）1mAで駆動した場合、最小320 µcd、標準値900 µcd、最大値は規定なしと指定されています。このパラメータは、点灯したセグメントの知覚される明るさを示します。光出力はカテゴリ分けされており、製造ロットごとに輝度レベルの一貫性を確保するため、測定された光度に応じてデバイスがビニング（選別）されます。

色特性は波長によって定義されます。ピーク発光波長（λp）は、IF=20mAにおいて標準571ナノメートル（nm）であり、これは発光が可視スペクトルの緑色領域に確実に位置することを示しています。主波長（λd）は標準572 nmであり、知覚される色を記述する密接に関連した指標です。スペクトル半値幅（Δλ）は標準15 nmであり、比較的狭いスペクトル帯域幅を示しており、純粋で飽和した緑色の発光に寄与します。光度は、CIEの明所視感度曲線に較正されたセンサーとフィルターを用いて測定され、値が人間の視覚的知覚に対応することを保証しています。

2.2 電気的特性

電気的仕様は、動作限界と条件を定義します。セグメントごとの順方向電圧（VF）は、IF=10mAにおいて標準値2.6V、最大値2.6Vです。これは電流制限回路を設計する上で重要なパラメータです。セグメントごとの逆方向電流（IR）は、逆方向電圧（VR）5Vを印加した場合、最大100 µAであり、オフ状態におけるリーク電流を示します。

The絶対最大定格は、安全な動作の境界を設定します。セグメントごとの最大連続順方向電流は25 mAです。25°Cから線形的に0.33 mA/°Cのデレーティングファクターが適用され、周囲温度が25°Cを超えて上昇するにつれて許容連続電流が減少することを意味し、熱的損傷を防止します。セグメントごとの最大逆方向電圧は5Vです。これらの定格を超えると、デバイスに永久損傷が生じる可能性があります。

2.3 熱的特性

熱管理は、連続順方向電流に対するデレーティング仕様を通じて示唆されています。デバイスは、動作温度範囲が-35°Cから+85°C、同じく保存温度範囲も同様に規定されています。はんだ付け温度定格は、ウェーブはんだ付けまたはリフローはんだ付けプロセスにおいて、シーティングプレーンから1/16インチ（約1.6mm）下のポイントで、デバイスが260°Cを3秒間耐えられることを規定しています。このガイドラインを遵守することは、内部LEDチップやワイヤーボンドへの損傷を防ぐために極めて重要です。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、デバイスが光度でカテゴリ分けされていることを明示しています。これは、製造工程において、LEDディスプレイが標準試験電流（通常、Iv仕様に従い1mA）での測定光出力に基づいてテストされ、異なるビンに選別されることを意味します。このビニングプロセスにより、エンドユーザーは一貫した輝度レベルの製品を受け取ることが保証され、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、セグメント強度の目立つばらつきを避けるために不可欠です。文書は特定のビンコードや範囲の詳細は記載していませんが、この慣行により最低限の性能レベル（320 µcd）が保証され、同様の出力特性を持つデバイスがグループ化されます。

4. 性能曲線分析

データシートは標準的な電気的/光学的特性曲線を参照しています。具体的なグラフは抜粋された本文には提供されていませんが、そのような曲線はLED文書では標準的です。通常、以下を含みます：

• 順方向電流（IF）対順方向電圧（VF）曲線：これは電流と電圧の非線形関係を示し、適切な駆動回路を設計するために不可欠です。膝電圧は通常、記載されたVFの2.05-2.6V付近です。
• 光度（Iv）対順方向電流（IF）曲線：このグラフは、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。一定範囲では一般的に線形ですが、より高い電流では熱的および効率的限界により飽和します。
• 光度対周囲温度曲線：これは、LEDの光出力が接合温度の上昇とともに減少する熱消光効果を示しています。これは電流デレーティング仕様の重要性を裏付けます。
• スペクトル分布曲線：相対強度対波長のプロットであり、約571nmでのピークと狭い半値幅を示し、純粋な緑色発光を確認します。

これらの曲線は、設計者に非標準条件下でのデバイスの挙動についてより深い理解を提供し、より堅牢で最適化されたシステム設計を可能にします。

5. 機械的およびパッケージ情報

デバイスには詳細なパッケージ寸法図が提供されています。特に断りのない限り、すべての寸法はミリメートルで規定され、標準公差は±0.25mmです。この図面はPCB（プリント回路基板）レイアウトにとって重要であり、フットプリントと立ち入り禁止領域が正しく設計されることを保証します。このディスプレイは、プリント基板またはソケットへの容易な実装を目的として設計されており、スルーホールはんだ付けまたは互換性のあるソケットへの挿入に適したピンを備えていることを示唆しています。物理的記述では、グレーの面と白いセグメントが記されており、これは美的感覚と視認性に影響を与える重要な機械的特徴です。

6. ピン接続と内部回路

LTS-3403LJGはコモンカソードタイプのディスプレイです。これは、すべてのLEDセグメントのカソード（負極端子）が内部で接続され、共通ピンに引き出されている一方、各セグメントのアノード（正極端子）はそれぞれ専用のピンを持っていることを意味します。ピン接続表には17本のピンがリストされており、いくつかはNO PIN（おそらく未使用または機械的に存在するのみ）とマークされています。有効なピンは、セグメントAからG、2つの小数点（左小数点と右小数点、L.D.PおよびR.D.P）、および5つの共通カソード接続（ピン4、6、12、17、およびコモンカソードの説明から暗示される1本）を制御します。内部回路図は、このコモンカソードアーキテクチャを視覚的に表現し、複数のカソードピンが内部でどのように結線されて電流を分散し、場合によっては放熱を助けているかを示します。

7. はんだ付けおよび組立ガイドライン

提供される主なガイドラインは、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インチ下のポイントで260°C、3秒間。これは、スルーホール部品のウェーブまたはリフローはんだ付けにおける標準的なJEDECプロファイルです。設計者は、熱衝撃（エポキシパッケージのクラックや半導体ダイの損傷を引き起こす可能性がある）を避けるために、組立プロセスがこの制限に準拠していることを確認しなければなりません。一般的な取り扱いは、半導体デバイスに対する標準的なESD（静電気放電）対策に従うべきです。保存条件は、保存温度範囲-35°Cから+85°Cによって定義されます。

8. アプリケーション提案

8.1 典型的なアプリケーションシナリオ

このディスプレイは、単一の、非常に視認性の高い数値桁を必要とするあらゆるアプリケーションに理想的です。一般的な用途には、電圧、電流、または温度用のパネルメーター、デジタル時計およびタイマー、スコアボードユニット、生産カウンター、家電製品や産業機器のステータスインジケータコード、および桁が多重化されるシステムにおけるより大きな多桁ディスプレイの一部としての使用が含まれます。

8.2 設計上の考慮事項

• 電流制限：各セグメントアノードには常に直列の電流制限抵抗を使用してください。抵抗値は、電源電圧（Vcc）、LED順方向電圧（VF、信頼性のために最大2.6Vを使用）、および希望の順方向電流（IF、連続25mA以下に保つ）に基づいて計算されます。式：R = (Vcc - VF) / IF。
• 駆動回路：コモンカソードディスプレイとして、カソードは通常グランドに接続されるか、駆動IC（7セグメントデコーダ/ドライバやシンクとして設定されたマイクロコントローラGPIOピンなど）によってグランドに切り替えられます。アノードは、電流制限抵抗を介してハイレベルで駆動されます。
• 多重化：同様のディスプレイを使用する多桁システムでは、多重化はより少ないI/Oピンで多くのセグメントを制御する一般的な技術です。これは、共有されたアノードラインに対応するセグメントデータを提示しながら、各桁の共通カソードへの電源供給を迅速に循環させることを含みます。LTS-3403LJGの低消費電力と互換性は、多重化アプリケーションに適しています。
• 視野角：データシートは広い視野角を主張していますが、これは機械図面で確認するか、特定のアプリケーションのニーズに対して確認する必要があります。

9. 技術比較と差別化

LTS-3403LJGの主要な差別化要因は、AlInGaP技術の採用と、その特定の0.8インチ桁高です。標準的なGaPやGaAsP LEDなどの古い技術と比較して、AlInGaPは著しく高い発光効率を提供し、同じ電流でより明るい表示、またはより低い電力で同様の明るさを実現します。0.8インチ（20.32mm）の高さは、視認性と基板スペース使用の間の良好なバランスを提供する標準サイズです。グレーの面/白いセグメントの設計は、すべて黒またはすべて緑のパッケージと比較してコントラストを向上させます。そのコモンカソード構成は最も一般的であり、駆動ICやマイクロコントローラライブラリで広くサポートされています。

10. よくある質問（FAQ）

Q: 複数の共通カソードピン（例：ピン4、6、12、17）がある目的は何ですか？

A: 複数のカソードピンは、すべての点灯セグメントからの総帰還電流を分散させ、単一のピンやPCBトレースにおける電流密度を低減するのに役立ちます。これにより信頼性が向上し、LEDチップからの放熱を助ける可能性があります。これらは内部で接続されているため、電気的には同じノードです。

Q: このディスプレイを5Vのマイクロコントローラピンから直接駆動できますか？

A: いいえ。各セグメントには常に直列の電流制限抵抗を使用しなければなりません。5V電源をアノードに直接接続すると（カソードをグランドにした場合）、非常に大きな電流が流れようとし、LEDセグメントを破壊し、マイクロコントローラピンを損傷する可能性があります。

Q: 光度マッチング比（IV-m）2:1とはどういう意味ですか？

A: これは、同じ条件下（IF=1mA）で測定した場合の、単一デバイス内の最も明るいセグメントと最も暗いセグメントの間の最大許容比率を指定します。2:1の比率は、最も明るいセグメントが最も暗いセグメントの2倍を超えないことを意味し、桁全体の均一性を保証します。

Q: 適切な電流制限抵抗はどのように計算しますか？

A: オームの法則を使用します：R = (Vsupply - VF) / IF。例えば、5V電源（Vsupply）、最大VF 2.6V、希望IF 10mA（0.01A）の場合：R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240オーム。標準の220または270オームの抵抗が適しています。

11. 設計および使用事例

0-9.9Vを表示するシンプルなデジタル電圧計を設計することを考えてみましょう。システムは、電圧を測定するためにアナログ-デジタル変換器（ADC）を備えたマイクロコントローラを使用します。マイクロコントローラのファームウェアはADCを読み取り、値を2つのBCD（2進化10進数）桁に変換し、2つのLTS-3403LJGディスプレイを多重化構成で駆動します。一方のディスプレイは10の位（0-9）を表示し、もう一方は1の位と小数点を表示します。各ディスプレイの共通カソードは、オープンドレイン/ロー出力シンクとして設定された別々のマイクロコントローラピンに接続されます。7セグメントアノード（A-G）と右小数点アノードは、個々の220オーム電流制限抵抗を介して他のマイクロコントローラピンに接続され、両方のディスプレイ間で共有されます。ファームウェアは、その特定の桁のセグメントパターンを出力しながら、どのディスプレイのカソードをグランドにするかを迅速に切り替えます。このアプローチでは、セグメント用に8ピン + 桁制御用に2ピン = 合計10 I/Oピンしか使用せず、静的駆動に必要な16+ピンよりも少なくなります。AlInGaP技術により、明るい環境下でも表示が明るく鮮明であることが保証されます。

12. 技術原理紹介

LTS-3403LJGはアルミニウム・インジウム・ガリウム・リン化物（AlInGaP）半導体技術に基づいています。これはIII-V族化合物半導体であり、アルミニウム、インジウム、ガリウム、リンの比率を調整することで、価電子帯と伝導帯の間のエネルギー差であるバンドギャップエネルギーを調整できます。緑色発光のためには、バンドギャップが約2.2-2.3電子ボルト（eV）になるように設計されます。ダイオードのオン電圧を超える順方向電圧が印加されると、電子と正孔が活性領域に注入され、そこで再結合します。この再結合により、エネルギーが光子（光）の形で放出されます。放出される光子の波長（λ）は、バンドギャップエネルギー（Eg）に反比例します（式 λ = hc/Eg、ここでhはプランク定数、cは光速）。特定の組成により、波長約571-572 nmの光子が生成され、人間の目はこれを緑色光として知覚します。不透明なGaAs基板は一部の発光を吸収しますが、設計と材料により、高い効率と輝度が得られます。

13. 技術トレンド

7セグメントディスプレイの進化は、LED技術の進歩を反映しています。初期のディスプレイは効率と色範囲が限られていたGaAsPやGaPを使用していました。1990年代に導入されたAlInGaPは、赤-オレンジ-黄-緑スペクトルにおいて高効率と優れた色飽和度を提供する大きな飛躍を表しました。純粋な緑色と青色については、インジウム・ガリウム・ナイトライド（InGaN）技術が後に主流となり、現在では白色LEDの標準にもなっています。数値表示における現在のトレンドには以下が含まれます：試作や特定の産業ではこのようなスルーホールタイプも人気がありますが、自動組立のための表面実装デバイス（SMD）パッケージへの移行；駆動ICとコントローラをディスプレイモジュールに直接統合したもの（インテリジェントディスプレイ）；多くのアプリケーションで単純な7セグメントユニットに取って代わる、英数字およびドットマトリックス表示のための高密度マトリックスの使用；そして、省エネルギー規制やバッテリー寿命の要求を満たすための効率向上（ルーメン毎ワット）と低動作電圧への継続的な焦点。より新しい技術は存在しますが、LTS-3403LJGのようなAlInGaPベースのディスプレイは、その特定の性能特性が最適である単色緑色数値表示において、費用対効果が高く非常に信頼性の高いソリューションであり続けています。