LTS-3861JG LEDディスプレイ仕様書 - 0.3インチ桁高 - グリーン (AlInGaP) - 2.6V順方向電圧 - 70mW消費電力 - 技術文書

1. 製品概要

LTS-3861JGは、低消費電力で明瞭で明るい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、コンパクトな1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、高い視認性を備えたデジタル表示を提供することです。中核技術として、発光ダイオード（LED）チップにアルミニウム・インジウム・ガリウム・リン（AlInGaP）半導体材料を採用しています。AlInGaPは、琥珀色から緑色の波長スペクトルにおいて、高い効率と優れた発光性能で知られています。この特定のデバイスは緑色光を発し、視認性と目の快適さの良いバランスを提供します。表示部はグレーのフェイスプレートに白いセグメントマーキングを施しており、セグメントが点灯または消灯している際のコントラストと可読性を高めています。発光強度に基づいて分類されており、製造ロット間で輝度の一貫性を確保するためのビニングが可能です。デバイスはコモンアノード構成で構築されており、マルチプレクシング用途の回路設計を簡素化します。

2. 技術パラメータ詳細分析

2.1 測光および光学特性

光学性能はディスプレイの機能性の中核です。平均発光強度（Iv）は、順方向電流（IF）1 mAにおいて、標準値800 µcd、最小値320 µcdで規定されています。このパラメータは知覚される明るさを定義します。主波長（λd）は572 nmで、可視スペクトルの緑色領域に確実に位置します。ピーク発光波長（λp）は571 nm、スペクトル線半値幅（Δλ）は15 nmであり、スペクトルの広がりが最小限の比較的純粋な色を示しています。セグメント間の発光強度マッチング比は最大2:1で規定されており、数字全体で均一な明るさと一貫した外観を保証します。

2.2 電気的および熱的特性

電気的パラメータは動作限界と電力要件を定義します。絶対最大定格は信頼性の高い動作に不可欠です：セグメントあたりの消費電力は70 mWを超えてはなりません。セグメントあたりの連続順方向電流は、25°Cで25 mAと定格されており、周囲温度が25°Cを超える場合のデレーティング係数は0.33 mA/°Cです。パルス条件下（1/10デューティサイクル、0.1 msパルス幅）では、ピーク順方向電流60 mAが許容されます。セグメントあたりの順方向電圧（VF）は、IF=20 mAにおいて標準値2.6 V、最大値2.6 Vです。逆電圧定格は5 V、逆電流（IR）はVR=5Vにおいて最大100 µAです。デバイスの動作および保管温度範囲は-35°Cから+85°Cです。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、デバイスが発光強度で分類されていると明記しています。これは、製造後のビニングまたは選別プロセスを意味します。LEDは、半導体エピタキシーの微細な違いにより、出力に自然なばらつきがあります。エンドユーザーに一貫性を確保するため、メーカーは各ユニットの発光強度を測定し、事前に定義された強度範囲（例：高輝度ビン、標準ビン）に基づいて異なるビンまたはカテゴリに分類します。これにより、設計者はアプリケーションに必要な保証された最小輝度レベルを持つ部品を選択でき、複数のディスプレイを並べて使用する際の目立つ輝度の不一致を防ぎます。具体的なビンコードはこの文書では詳細に記載されていませんが、この慣行により予測可能な性能が確保されます。

4. 性能曲線分析

提供されたデータシートの抜粋は標準的な電気/光学特性曲線を参照していますが、具体的なグラフは本文には含まれていません。通常、LEDディスプレイのこのような曲線には、いくつかの重要なプロットが含まれます。順方向電流対順方向電圧（I-V）曲線は非線形関係を示し、電流制限回路の設計に不可欠です。相対発光強度対順方向電流曲線は、光出力が電流とともにどのように増加するかを示し、効率低下前の線形領域を示すことが多いです。相対発光強度対周囲温度曲線は、高温での輝度低下を理解し、熱管理の決定に情報を提供するために重要です。スペクトルパワー分布曲線は、主波長とピーク波長を視覚的に確認し、AlInGaP LEDに特徴的な狭い発光帯を示します。

5. 機械的およびパッケージ情報

LTS-3861JGは、詳細なパッケージ寸法図（本文では参照されているが完全には詳細化されていない）とともに提示されています。主要な機械的仕様には、桁高0.3インチ（7.62 mm）が含まれます。全体のパッケージ寸法、リード間隔、シーティングプレーンは、特に断りのない限り標準公差±0.25 mmでミリメートル単位で定義されています。物理的構造は、プラスチックパッケージ内の不透明なガリウムヒ素（GaAs）基板上にAlInGaP LEDチップを収容しています。白いセグメントを持つグレーの面が非点灯時の外観を提供します。10ピンパッケージのピン構成は明確に定義されています。

6. ピン接続と内部回路

デバイスは10ピン構成です。ピン1とピン6は両方ともコモンアノード（COMMON ANODE）に接続されています。このデュアルアノード設計は電流分配を助け、PCBレイアウトに役立ちます。残りのピンは各セグメントの個別のカソードです：ピン2（カソードF）、ピン3（カソードG）、ピン4（カソードE）、ピン5（カソードD）、ピン7（小数点用カソードD.P.）、ピン8（カソードC）、ピン9（カソードB）、ピン10（カソードA）。内部回路図（参照）は、これら10本のピンが、コモンアノードマトリックスに配置された8個のLED（7セグメントプラス1小数点）のアノードとカソードに接続されていることを示します。このレイアウトを理解することは、通常、セグメントドライバーを備えたマイクロコントローラまたは専用の表示ドライバICを含む、正しい駆動回路を設計するために不可欠です。

7. はんだ付けおよび組立ガイドライン

絶対最大定格には、重要なはんだ付け仕様が含まれています：デバイスは、シーティングプレーンの下1.6 mm（1/16インチ）で測定して、最大260°Cのはんだ温度に最大3秒間耐えることができます。これは標準的なリフローはんだ付けプロファイルの制約です。設計者は、ウェーブはんだ付けまたはリフローはんだ付けを問わず、PCB組立プロセスがこの制限を遵守し、内部LEDチップ、ワイヤボンディング、またはプラスチックパッケージへの損傷を防ぐことを確認する必要があります。高温への長時間の曝露は、プラスチックの黄変、エポキシの劣化、または半導体接合の故障を引き起こす可能性があります。LEDは一般に電圧スパイクに敏感であるため、静電気放電（ESD）を避けるための適切な取り扱いも（明示的には述べられていませんが）暗に示されています。

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

LTS-3861JGは、単一の数字表示を必要とする、広範な低電力、ポータブル、および商用電源駆動デバイスに適しています。一般的なアプリケーションには、計器盤（電圧計、電流計、タイマー）、家電製品（電子レンジ、オーブン、コーヒーメーカー）、民生電子機器（オーディオ機器、充電器）、産業用制御装置（設定値表示、カウンターユニット）、医療機器が含まれます。その低電流要件は、バッテリー駆動機器に理想的です。

8.2 設計上の考慮事項

このディスプレイを統合する際には、いくつかの要因を考慮する必要があります。電流制限：順方向電流を安全な値（例：フル輝度で10-20 mA、低電力で1-5 mA）に設定するために、各セグメントカソード（または定電流ドライバ）に外部の電流制限抵抗が必須です。抵抗値は R = (電源電圧 - VF) / IF を使用して計算されます。マルチプレクシング：複数桁システムの場合、このコモンアノードディスプレイは容易にマルチプレクシングできます。マイクロコントローラは、トランジスタスイッチを介して各桁のコモンアノードを順次有効にし、共通のカソードラインにその桁のセグメントパターンを出力します。視野角：広い視野角は有益ですが、最終的な取り付け方向を考慮してください。熱管理：低電力ですが、特に密閉されている場合、周囲温度が仕様内に収まることを確認してください。

9. 技術比較と差別化

LTS-3861JGの主要な差別化された利点は、従来の標準GaP（リン化ガリウム）グリーンLEDなどの技術と比較した、そのAlInGaP技術に由来します。AlInGaPは著しく高い発光効率を提供し、同じ駆動電流でより大きな輝度、またはより低い電流で同等の輝度を実現し、バッテリー寿命を延ばします。色純度（狭いスペクトル幅）も優れています。より大きな桁表示ディスプレイと比較して、0.3インチサイズはコンパクトな占有面積を提供します。コモンアノード設計はより一般的で、電流シンクとして構成された標準的なマイクロコントローラポートとのインターフェースがしばしば容易です。発光強度による分類は、非ビニング部品と比較して輝度の一貫性を保証するという利点を提供します。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 5V電源でセグメントあたり10 mAの場合、どの抵抗値を使用すべきですか？

A: 標準VF 2.6Vを使用： R = (5V - 2.6V) / 0.01A = 240 オーム。220オームまたは270オームの標準抵抗が適しています。

Q: 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: ほとんどのMCUピンは、ピンあたり絶対最大20 mA（連続動作ではそれ以下）に制限されていることが多いため、フルセグメント電流（最大25 mA）を直接ソース/シンクすることは推奨されません。トランジスタまたは専用ドライバIC（例：電流制限抵抗を備えた74HC595シフトレジスタ、または定電流LEDドライバ）を使用してください。

Q: なぜコモンアノードピンが2つ（1と6）あるのですか？

A: これは、コモンアノードに2つの接続点を提供することでPCBレイアウトを助け、特にディスプレイが他の部品の上に配置される場合に、より良い電力分配とより容易な配線パターンのルーティングを可能にします。

Q: 温度は輝度にどのように影響しますか？

A: LEDの発光強度は、一般に接合温度が上昇すると減少します。連続電流のデレーティング（25°C以上で0.33 mA/°C）はその一つの指標です。温度にわたる正確な輝度制御には、フィードバックまたは補償が必要になる場合があります。

11. 実践的な設計と使用例

マイクロコントローラを使用した簡単なデジタルタイマーの設計を考えてみましょう。LTS-3861JGは秒の桁（0-9）を表示します。MCUのI/Oポートは次のように構成されます：コモンアノードをVccに切り替えるPNPトランジスタを制御する1本のピン、およびカソードA-Gに接続された他の7本のピン（各々に220オームの直列抵抗）。ファームウェアには、数字0-9を対応する7セグメントパターン（例：'0' = 0b00111111）に変換するルックアップテーブルが含まれます。アノードを有効にし、パターンを出力し、マルチプレクシング間隔を待ち、その後アノードを無効にします。このアプローチはピン使用量を最小限に抑えます。低消費電力により、タイマーは小さなバッテリーで長時間動作できます。高いコントラストと広い視野角により、様々な位置から時間を読み取ることができます。

12. 技術原理の紹介

LTS-3861JGは、固体照明技術に基づいています。各セグメントには、1つ以上のAlInGaP LEDチップが含まれています。LEDは半導体ダイオードです。順方向バイアス（アノードがカソードに対して正の電圧）がかかると、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、そこで再結合します。AlInGaPでは、この再結合により、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る波長の光子（光）としてエネルギーが放出されます。アルミニウム、インジウム、ガリウム、リンの特定の合金組成は、約572 nmで緑色光を生成するように設計されています。不透明なGaAs基板は下方に発せられる光を吸収し、コントラストを向上させます。光はその後、パッケージのエポキシレンズを通して整形され放出され、認識可能なセグメント形状を形成します。

13. 技術トレンドと背景

AlInGaPは赤、オレンジ、琥珀、緑色LEDにとって重要な進歩でしたが、緑色発光体の状況は進化しています。非常に高効率な緑色光については、窒化インジウムガリウム（InGaN）ベースのLEDが現在主流であり、特に純緑から青色スペクトルでそうです。しかし、AlInGaPはその優れた性能と安定性により、琥珀-緑色領域で依然として高い競争力を維持しています。ディスプレイのトレンドは、高密度、フルカラー機能、統合に向かっています。LTS-3861JGのような1桁7セグメントディスプレイは、数値情報のみが必要なアプリケーションにおいて、成熟した費用対効果の高いソリューションを表しています。その利点は、より複雑なドットマトリックスやグラフィックOLED/LCDモジュールと比較して、シンプルさ、堅牢性、低コスト、および極めて容易なインターフェースです。これらの特性がグラフィカル能力よりも最重要であるアプリケーションで広く使用され続けています。