LTS-4801JF 0.4インチ 黄橙色LED 7セグメント表示器 データシート - 文字高10mm - 順方向電圧2.6V - 消費電力70mW - 技術文書

1. 製品概要

LTS-4801JFは、明確で明るい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、高性能な単一桁の7セグメント英数字表示モジュールです。その中核機能は、個別にアドレス可能なLEDセグメントを使用して、数字の0〜9および一部の文字を視覚的に表現することです。本デバイスは、信頼性と様々な電子システムへの容易な統合を考慮して設計されています。

この表示器の主な用途は、計器パネル、試験装置、産業用制御機器、民生用家電製品、およびコンパクトで高い視認性を備えた数値表示が必要なあらゆるデバイスです。その設計は明瞭さと長寿命を優先しており、商業環境および産業環境の両方に適しています。

1.1 中核的利点とターゲット市場

本表示器は、市場において差別化されるいくつかの主要な利点を提供します。0.4インチ（10mm）の文字高を特徴とし、サイズと視認性の優れたバランスを実現しています。セグメントは連続的で均一であり、点灯時の一貫性のあるプロフェッショナルな外観を保証します。大きな利点はその低消費電力であり、バッテリー駆動または高効率なデバイスに理想的です。

さらに、高輝度と高コントラストを実現し、明るい環境下でも視認性を確保します。広い視野角により、表示器は様々な位置から鮮明さを大きく損なうことなく読むことができます。ソリッドステートの信頼性で構築されており、最小限のメンテナンスで長い動作寿命を提供します。本デバイスは輝度でカテゴライズされており、製造ロット間で輝度レベルの一貫性を提供します。ターゲット市場には、スペース、消費電力、信頼性が重要な要素となる、携帯機器、パネルメーター、医療機器、自動車用ダッシュボードの設計者が含まれます。

2. 技術仕様の詳細分析

このセクションでは、データシートで定義されているデバイスの技術パラメータについて、詳細かつ客観的な分析を提供します。

2.1 測光および光学的特性

光学的性能は表示器の機能の中核です。本デバイスは、AlInGaP（アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン）半導体材料を使用して黄橙色の発光を生成します。順方向電流（IF）20mAで駆動した場合の代表的なピーク発光波長（λp）は611nmです。知覚される色を定義する主波長（λd）は605nmに指定されています。スペクトル半値幅（Δλ）は17nmであり、スペクトルの広がりが最小限の比較的純粋な色の発光を示しています。

セグメントあたりの平均光度（Iv）は重要なパラメータです。IF=1mAの標準試験条件下では、輝度は最小200μcdから代表値650μcdの範囲です。セグメント間の光度マッチング比は最大2:1に指定されており、一体感のある外観のために桁全体で均一な明るさを保証します。グレーの面と白いセグメントは、LEDがオフのときのコントラストを高め、特徴で言及されている優れた文字表示に貢献します。

2.2 電気的パラメータ

電気的仕様は、デバイスの動作限界と条件を定義します。絶対最大定格を超えてはならず、永久的な損傷を防ぎます。セグメントあたりの最大許容損失は70mWです。セグメントあたりのピーク順方向電流は60mAですが、これはパルス条件下（1/10デューティ比、0.1ms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方向電流定格は、周囲温度25°Cで25mAであり、周囲温度の上昇に伴い0.33mA/°Cのデレーティング係数が適用されます。セグメントあたりの最大逆電圧は5Vです。

代表動作条件下（Ta=25°C、IF=20mA）では、セグメントあたりの順方向電圧（Vf）は2.05Vから2.6Vの範囲です。逆電圧（Vr）5Vが印加されたときの逆電流（Ir）は最大100μAです。これらのパラメータは、適切な電流制限回路を設計し、デバイスの寿命にわたって安定した動作を確保するために重要です。

2.3 熱的および環境仕様

本デバイスの動作温度範囲は-35°Cから+85°C、保存温度範囲は-35°Cから+85°Cに定格されています。この広い範囲により、過酷な環境でのアプリケーションに適しています。温度に伴う連続順方向電流のデレーティング（0.33mA/°C）は、過熱を防止し長寿命を確保するための重要な設計上の考慮事項です。データシートはまた、はんだ付け温度プロファイルを指定しています：デバイスは、実装面から1/16インチ（約1.6mm）下の点で260°Cを3秒間耐えることができます。このガイドラインに従うことは、LEDチップやパッケージへの熱ダメージを避けるために、PCB組立プロセス中に不可欠です。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、本デバイスが輝度でカテゴライズされていると示しています。これは、LED製造における一般的な慣行であるビニングを指します。半導体製造プロセスに内在するばらつきのため、同じ製造ロットのLEDでも、光度、順方向電圧、主波長などの主要パラメータにわずかな違い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、メーカーはこれらのパラメータを測定し、LEDを異なるビンに分類します。LTS-4801JFは特に光度（Iv）でビニングされています。これは、単一の注文またはリール内で、セグメントの明るさが事前に定義された狭い範囲内（2:1のマッチング比が示唆するように）に収まることを意味します。これにより、アプリケーション内の異なるユニット間での明るさの大きなばらつきが排除され、複数桁表示器や視覚的一様性が重要な製品にとって極めて重要です。データシートは最小値/代表値/最大値（200/650μcd）を提供していますが、より厳密なグループ分けのための特定のビンコードは、通常、メーカーに問い合わせることで入手可能です。

4. 性能曲線分析

具体的なグラフは提供されたテキストでは詳細に記述されていませんが、このようなデバイスの代表的な特性曲線は、詳細な設計分析に不可欠です。これらには通常以下が含まれます：

• 相対光度 vs. 順方向電流（I-V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。通常は非線形であり、加熱効果により非常に高い電流では効率が低下します。設計者はこれを使用して、輝度と消費電力、寿命のバランスをとる最適な動作点を選択します。
• 順方向電圧 vs. 順方向電流：この曲線は、駆動回路の設計に不可欠です。与えられた電流に対するLED両端の電圧降下を示し、Vf仕様を確認し、消費電力の計算に役立ちます。
• 相対光度 vs. 周囲温度：このグラフは、LEDの接合温度が上昇するにつれて光出力がどのように減少するかを示します。これは、特に高電流で動作する場合や周囲温度が高い場合の熱管理の重要性を強調しています。
• スペクトル分布：相対強度と波長の関係を示すプロットで、約611nmにピークがあり、発光スペクトルの形状を示し、スペクトル半値幅で示された色純度を確認します。

これらの曲線により、エンジニアは非標準条件下での性能を予測し、信頼性と効率のために設計を最適化することができます。

5. 機械的およびパッケージ情報

デバイスの物理的構造は、そのパッケージ寸法によって定義されます。データシートには詳細な寸法図（特に記載がない限り、すべての寸法はミリメートル単位で一般公差±0.25mm）が含まれます。主要な特徴には、パッケージの全長、幅、高さ、ピン間の間隔、および小数点の位置（部品説明では右側小数点と記載）が含まれます。

ピン接続図は、正しいPCBレイアウトのために重要です。LTS-4801JFはコモンアノードデバイスです。内部回路図は、すべてのセグメントのアノードが内部で2つのピン（ピン3とピン8、これらは共通）に接続されていることを示しています。各セグメント（A、B、C、D、E、F、G、および小数点）のカソードは、個々のピン（それぞれ1、2、4、5、6、7、9、10）に引き出されています。ピン6は特に小数点カソード用です。この構成では、電流シンク型の駆動回路が必要であり、共通アノードを正の供給電圧に接続し、個々のセグメントカソードを電流制限抵抗を介してロー（グランドにシンク）に引き下げて点灯させます。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

組立中の適切な取り扱いは非常に重要です。絶対最大定格ははんだ付け条件を指定しています：デバイスは、実装面から1/16インチ（約1.6mm）下の点で測定して、260°Cの温度を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です。熱衝撃を防ぎ、内部のワイヤーボンディングの損傷、LEDチップの劣化、またはパッケージの剥離を回避するために、このガイドラインに従うことが必須です。

一般的な推奨事項には以下が含まれます：検証済み温度プロファイルを備えた制御されたリフローオーブンの使用；可能であればデバイスピンへの直接手はんだ付けの回避；PCBが清潔で汚染物質がないことの確認；および取り扱い中の標準的なESD（静電気放電）対策の遵守（LEDは静電気に敏感なため）。保管については、乾燥した静電気防止環境で-35°Cから+85°Cの範囲が指定されています。

7. パッケージングおよび注文情報

基本部品番号はLTS-4801JFです。JFサフィックスは、色（黄橙色）やパッケージタイプなどの特定の特性を示している可能性があります。この抜粋では詳細に記述されていませんが、このような部品の典型的なパッケージングは、自動ピックアンドプレース組立機に適した静電気防止テープおよびリール上です。リール数量（例：1000個、2000個）はメーカーによって定義されます。注文時には、エンジニアは完全な部品番号を指定する必要があります。メーカーが光度や順方向電圧に対して異なるビンを提供している場合、追加のビニングコードが部品番号に付加される可能性があります（例：LTS-4801JF-XXX）。完全な注文オプションとパッケージング仕様については、メーカーの完全な製品ガイドまたは販売代理店に相談することが不可欠です。

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-4801JFは、単一の高い視認性を備けた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。一般的な用途には以下が含まれます：電圧、電流、または温度用のパネルメーター；タイマーおよびカウンター表示；スコアボード；家電制御パネル（例：オーブン、電子レンジ）；試験・測定装置；および産業機械の状態表示器。その低消費電力は、携帯型、バッテリー駆動デバイスの候補となります。

8.2 設計上の考慮事項と回路

この表示器を使用して設計する際には、いくつかの要素を考慮する必要があります。まず、所望の順方向電流（例：10-20mA）と供給電圧に基づいて、各セグメント（または均一な明るさが許容される場合は共通アノード上の単一の抵抗）に対して適切な電流制限抵抗を計算する必要があります。式は R = (供給電圧 - LEDのVf) / LED電流 です。最大Vf（2.6V）を使用することで、抵抗が過小評価されないことを保証します。

第二に、駆動回路は、点灯するすべてのセグメントの合計電流をシンクできる能力を持たなければなりません。すべてのセグメントと小数点が点灯している場合（数字8.を表示）、共通アノードピンは最大で 9 * LED電流 を供給する必要があります。駆動IC（マイクロコントローラのGPIOピンや専用の表示ドライバなど）は、カソードピンに対して十分な電流シンク能力を持たなければなりません。単一桁ではマルチプレクシングは必要ありませんが、同様の表示器を使用する複数桁の設計では、より少ないI/Oピンで複数の桁を制御するためにマルチプレクシング方式が必要になります。最大連続電流付近で動作する場合、特に周囲温度が高い環境では、放熱を考慮する必要があります。

9. 技術比較と差別化

白熱灯や真空蛍光表示器（VFD）などの古い技術と比較して、LTS-4801JFは大きな利点を提供します：はるかに低い消費電力、長い寿命（ソリッドステートの信頼性）、高速な応答時間、および衝撃や振動に対する高い耐性。他のLED技術と比較して、AlInGaP材料の使用は、赤、オレンジ、黄色の色に対して高効率と優れた色安定性を提供し、一部の初期のLED材料よりも高温環境での性能が優れていることが多いです。

7セグメント表示器のカテゴリ内では、その主要な差別化要因は、特定の0.4インチの文字高、黄橙色、コモンアノード構成、右側小数点の包含、および輝度一貫性のためのカテゴライズです。設計者は、他のサイズ（0.3インチ、0.5インチ、0.56インチ）、色（赤、緑、青）、構成（コモンカソード）、および輝度グレードと比較して、アプリケーションに最適な部品を選択します。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 2つの共通アノードピン（3と8）の目的は何ですか？

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、合計アノード電流を分散させ、単一ピンでの電流密度を低減し、信頼性を向上させ、電源配線のPCBレイアウトに役立ちます。

Q: この表示器を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。各セグメントカソードと直列に電流制限抵抗を使用する必要があります。直接接続すると、最大順方向電流を超え、LEDセグメントを破壊する可能性があります。供給電圧（例：5V）、LED順方向電圧（約2.6V）、および所望の電流（例：15mA）に基づいて抵抗値を計算してください。

Q: 光度マッチング比2:1とはどういう意味ですか？

A: 同じ試験条件下で、デバイス内の最も暗いセグメントの明るさが、最も明るいセグメントの半分以上であることを意味します。これにより、桁全体で視覚的な均一性が保証されます。

Q: 順方向電流のデレーティングはどのように解釈すればよいですか？

A: 連続順方向電流定格25mAは、周囲温度25°Cで有効です。25°Cを超える摂氏1度ごとに、過熱を防ぐために許容される最大連続電流を0.33mA減らさなければなりません。例えば、周囲温度50°Cでは、最大電流は 25 mA - (0.33 mA/°C * 25°C) = 16.75 mA となります。

11. 実践的な設計と使用例

小数点以下1桁まで温度を表示する、シンプルなバッテリー駆動のデジタル温度計を設計することを考えてみましょう。マイクロコントローラは温度センサを読み取り、データを処理し、整数部分と小数点を表示するために単一桁表示器を駆動する必要があります。LTS-4801JFは適切な選択です。

設計手順には以下が含まれます：1) 各セグメントカソード（A-G）および小数点カソード（DP）にマイクロコントローラのGPIOピンを割り当てる。2) 均一な明るさが許容される場合は、2つの共通アノードピン（3と8）を単一の電流制限抵抗を介して正の供給レール（例：3.3Vまたは5V）に接続するか、精密制御のためにセグメントごとに個別の抵抗を使用する。3) 抵抗値を計算する。供給電圧3.3V、目標電流10mA、Vf 2.6Vの場合：R = (3.3V - 2.6V) / 0.01A = 70オーム。標準的な68または75オームの抵抗が使用されます。4) 温度値（例：25.7）を、数字5を表示し小数点を点灯させるための正しいセグメント活性化パターンに変換するファームウェアを作成する。共通アノードは常に電源が供給され、マイクロコントローラは、数字5（セグメントA、C、D、F、G）を形成するために必要なセグメントとDPカソードに対応するカソードで電流をグランドにシンクします。

12. 技術原理の紹介

LTS-4801JFは、発光ダイオード（LED）技術に基づいています。LEDは半導体p-n接合ダイオードです。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接合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、光子（光）の形でエネルギーを放出します。光の色は、半導体材料のエネルギーバンドギャップによって決まります。

この特定のデバイスは、不透明なヒ化ガリウム（GaAs）基板上に成長させたAlInGaP（アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン）材料を使用しています。AlInGaPは、赤から黄橙色のスペクトルで光を発するのに適したバンドギャップを持っています。不透明な基板は、迷光を吸収することでコントラストを向上させ、特徴で言及されている高コントラスト比に貢献します。数字の各セグメントには、1つまたは複数の微小なAlInGaP LEDチップが含まれています。グレーの面と白いセグメントはプラスチックパッケージの一部であり、拡散板およびレンズとして機能して、最適な視認性と視野角のために光出力を形成します。

13. 技術トレンドと発展

表示技術の分野は絶えず進化しています。LTS-4801JFのような従来の7セグメントLED表示器は、数値表示アプリケーションにおけるシンプルさ、信頼性、コスト効率の高さから依然として非常に重要ですが、より広範なトレンドが明らかです。一般的な傾向として、統合度の向上があります。例えば、マイクロコントローラインターフェースを簡素化し、必要なI/Oピンの数を減らす、内蔵コントローラ（I2CまたはSPIインターフェース）を備えた表示器などです。

材料に関しては、AlInGaPは赤/オレンジ/黄色に優れていますが、InGaN（インジウム・ガリウム・窒化物）などの他の材料が青色および緑色のスペクトルを支配し、白色LEDに使用されています。すべてのLED色において、効率（ルーメン毎ワット）、演色性、寿命の改善に向けた研究が続いています。特に7セグメントアプリケーションでは、IoTデバイスのためのさらなる低消費電力、太陽光下でも読めるアプリケーションのための高輝度、洗練された製品設計のための薄型パッケージの実現に焦点が当てられています。しかしながら、堅牢で理解しやすい人間機械インターフェースとしての個別7セグメント表示器の基本原理と応用は、電子設計において主要な要素であり続けています。