LTS-315AJD LEDディスプレイ データシート - 0.3インチ桁高 - ハイパーレッド - 順電圧2.6V - 消費電力70mW - 技術文書

1. 製品概要

LTS-315AJDは、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、コンパクトで高性能な単桁7セグメントディスプレイです。その主な機能は、小型フォームファクタで高い視認性と明るい数値文字を提供することです。このデバイスの核心的な利点は、LEDチップに先進的なAlInGaP（リン化アルミニウムインジウムガリウム）半導体技術を採用している点にあり、従来の標準GaAsP LEDなどの技術と比較して優れた効率と色純度を提供します。このため、消費電力、視認性、信頼性が重要な携帯型計器、民生電子機器、産業用制御パネル、試験装置などに特に適しています。本デバイスは輝度でカテゴライズされており、製造ロット間で一貫した輝度レベルが保証されています。

2. 技術仕様詳細

2.1 光学特性

光学性能は、標準環境温度25°Cで測定されたいくつかの主要パラメータによって定義されます。平均光度（Iv）は、順電流（IF）1mAにおいて典型的な値が600 µcdで、指定範囲は200 µcd（最小）以上です。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。発光される光はハイパーレッドとして特徴付けられます。ピーク発光波長（λp）は典型的に650 nmであり、一方で主波長（λd）はIF=20mAにおいて639 nmと規定されています。ピーク波長と主波長の違いは、発光スペクトルの形状に関連します。スペクトル線半値幅（Δλ）は20 nmであり、これは比較的狭い帯域の光が発せられることを示しており、飽和した赤色に寄与します。光度は、CIEの明所視感度曲線に近似したセンサーとフィルターを使用して測定され、値が人間の視覚と相関することを保証します。

2.2 電気的特性

電気的パラメータは動作条件と限界を定義します。セグメントあたりの順方向電圧（VF）は、試験電流20mAにおいて2.1Vから2.6Vの範囲です。これはLEDが導通しているときの両端の電圧降下です。セグメントあたりの逆方向電流（IR）は、逆電圧（VR）5Vが印加されたとき最大100 µAであり、オフ状態でのデバイスのリークを示します。光度マッチング比（Iv-m）は2:1と規定されており、これはIF=1mAにおいて、単一デバイス内の最も暗いセグメントの輝度と最も明るいセグメントの輝度の比がこの比率を超えないことを意味し、均一な外観を保証します。

2.3 絶対最大定格

これらの定格は、永久損傷が発生する可能性のある応力限界を定義します。セグメントあたりの連続順電流は25°Cで25 mAであり、温度が上昇するにつれて0.33 mA/°Cで直線的に減額されます。セグメントあたりのピーク順電流は90 mAですが、これはパルス条件（1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）でのみ適用されます。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。最大逆電圧は5Vです。デバイスは温度範囲-35°Cから+85°C内で動作および保管できます。組立時には、はんだ温度は実装面から1.6mm下の位置で最大3秒間、260°Cを超えてはなりません。

3. ビニングシステムの説明

データシートには、本デバイスが輝度でカテゴライズされていると記載されています。これは、測定された光出力に基づくビニング（選別）プロセスが行われていることを意味します。この文書では具体的なビンコードは詳細に記載されていませんが、一般的な慣行としては、各ユニットを標準電流（例：1mAまたは20mA）でテストし、定義された最小・最大輝度範囲を持つビンにグループ分けします。これにより、お客様は所定の駆動電流に対して一貫した輝度レベルのディスプレイを受け取ることができ、複数桁のディスプレイや複数ユニットを並べて使用する製品においては極めて重要です。設計者は、具体的なビニング構造と利用可能な輝度グレードについてはメーカーに確認する必要があります。

4. 性能曲線分析

データシートは詳細設計に不可欠な典型的な電気的/光学的特性曲線を参照しています。テキスト抜粋では具体的なグラフは提供されていませんが、このようなデバイスの典型的な曲線には以下が含まれます：順電流 vs. 順電圧（I-V曲線）：非線形関係を示し、所定の電源電圧に必要な直列抵抗を決定するのに役立ちます。光度 vs. 順電流（I-Iv曲線）：電流の増加に伴う輝度の増加を示し、動作範囲内では非常に高い電流で効率が低下する前にほぼ線形関係を示すことが多いです。光度 vs. 周囲温度：この曲線は、接合温度の上昇に伴う光出力の減額を示し、高温または高電流アプリケーションにおいて重要です。スペクトル分布：相対強度対波長のプロットで、ピークおよび主波長の値と発光スペクトルの形状を確認します。

5. 機械的・パッケージ情報

LTS-315AJDは、コントラストと視認性を高めるグレーフェースとホワイトセグメントを備えています。パッケージは標準的な14ピンデュアルインチラインパッケージ（DIP）です。桁高は0.3インチ（7.62 mm）です。詳細な寸法図がデータシート（5ページ中2ページ目）に参照されており、特に断りのない限り、すべての寸法はミリメートルで提供され、標準公差は±0.25 mmです。この図はPCBフットプリント設計に不可欠であり、回路基板上でのディスプレイの適切なフィットと位置合わせを保証します。

6. ピン接続と内部回路

このデバイスはカソードコモン構成です。ピン配置は以下の通りです：ピン1：アノードF、ピン2：アノードG、ピン3：未使用、ピン4：コモンカソード、ピン5：未使用、ピン6：アノードE、ピン7：アノードD、ピン8：アノードC、ピン9：アノードRDP（右小数点）、ピン10：未使用、ピン11：未使用、ピン12：コモンカソード、ピン13：アノードB、ピン14：アノードA。ピン4と12は内部で接続されており、コモンカソードを形成します。内部回路図は、各セグメントLED（A-GおよびDP）がそれぞれのアノードピンに接続され、すべてのカソードがコモンカソードピンに接続されていることを示しています。この構成は、複数桁を駆動する際のマルチプレクシングを簡素化します。

7. はんだ付けおよび組立ガイドライン

指定されたはんだ付けプロファイルを遵守することは、熱損傷を防ぐために極めて重要です。許容される最大はんだ温度は260°Cであり、部品はこの温度に3秒を超えてさらされてはなりません。測定点は実装面（通常はPCB表面）から1.6mm下です。これは標準的な鉛フリーリフローはんだ付けプロファイルに適合します。データシートでは湿気感受性レベル（MSL）は規定されていませんが、クリーニングおよび湿気感受性デバイスの取り扱いについては標準的なIPCガイドラインに従うことが推奨されます。LED部品を取り扱う際には、常に適切なESD（静電気放電）対策を講じる必要があります。

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デバイスに理想的です。一般的なアプリケーションには以下が含まれます：電圧、電流、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；民生家電（例：電子レンジ、コーヒーメーカー）の計器表示；産業機器の状態インジケーター；携帯型電子デバイス。

8.2 設計上の考慮事項

電流制限：各セグメントアノード（またはコモンカソード経路）に直列抵抗を使用して、順電流を安全な値（通常、必要な輝度と電力予算に応じて5mAから20mAの間）に制限する必要があります。抵抗値は R = (Vcc - Vf) / If の式で計算されます。ここで、Vccは電源電圧、Vfはセグメントの順電圧（信頼性のために最大値を使用）、Ifは所望の順電流です。マルチプレクシング：複数桁ディスプレイの場合、桁を高速で1つずつ点灯させるマルチプレクシング方式が使用されます。LTS-315AJDのカソードコモン設計はこれに適しています。ピーク定格電流により、マルチプレクシング中により高い知覚輝度を得るために、より高いパルス電流を流すことが可能です。視野角：データシートには広い視野角が記載されており、ユーザーに対するディスプレイの機械的配置を考慮する必要があります。

9. 技術比較と差別化

LTS-315AJDの主な差別化要因は、不透明なGaAs基板上に形成されたAlInGaPの使用です。従来のGaAsP（リン化ガリウムヒ素）赤色LEDと比較して、AlInGaP技術は著しく高い発光効率を提供し、同じ電力入力に対してより多くの光出力を得られます。これが高輝度および低消費電力という特徴につながっています。ハイパーレッド色（主波長～639nm）は、標準的な赤色LEDよりも色飽和度が高く、視覚的にも際立っています。グレーフェース/ホワイトセグメントのデザインはコントラストを高め、優れた文字表示に貢献しています。輝度によるカテゴライズは、基本的なディスプレイでは必ずしも存在しない追加の品質管理レベルを提供します。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 5V電源でセグメントを駆動するにはどの抵抗値を使用すべきですか？

A: 最大VF 2.6V、目標IF 15mAを使用すると：R = (5V - 2.6V) / 0.015A = 160オーム。標準的な150または180オームの抵抗が適しています。選択した電流での輝度は常に確認してください。

Q: PCB上で2つのコモンカソードピンを一緒に接続してもよいですか？

A: はい、ピン4と12は内部で接続されています。抵抗を減らし、電流分布を改善するために、特にすべてのセグメントを同時に駆動する場合には、PCB上で両方を接続することが推奨されます。

Q: ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

A: ピーク波長は、発光スペクトルの強度が最大となる波長です。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波長です。主波長は色の仕様により関連性があります。

Q: 温度は性能にどのように影響しますか？

A: 温度が上昇すると、順電圧（Vf）は通常わずかに減少し、光度はより顕著に減少します。連続電流定格も25°C以上で減額されます。予想される最大動作温度を考慮して設計してください。

11. 実践的な設計と使用例

0-9を表示する簡単な単桁電圧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のI/Oピンを使用して、電流制限抵抗（例：5Vシステムでは180オーム）を介してセグメントアノード（A-G）を駆動できます。コモンカソードピンは、オープンドレイン出力として構成されたマイクロコントローラピン、またはNPNトランジスタを介して、結合されたセグメント電流をシンクするために接続されます。マイクロコントローラは測定された電圧を7セグメントパターンにデコードして出力します。小数点（RDP）はオプションで使用できます。低消費電力の要件は、バッテリー駆動のプロトタイプに適しています。高いコントラストと輝度は、さまざまな照明条件での視認性を保証します。

12. 技術原理の紹介

LTS-315AJDはAlInGaP（リン化アルミニウムインジウムガリウム）半導体材料に基づいています。この材料のp-n接合に順電圧が印加されると、電子と正孔が再結合し、光子（光）の形でエネルギーを放出します。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、それが直接発光の波長（色）を定義します—この場合はハイパーレッド領域です。不透明なGaAs基板の使用は、迷光を吸収し、点灯していないセグメントがかすかに光って見える可能性のある内部反射を防ぐことでコントラストを向上させます。光はチップの上面から、視野角を形成するエポキシレンズを通して放射されます。

13. 業界動向と発展

個別の7セグメントディスプレイは特定のアプリケーションで依然として重要ですが、ディスプレイ技術におけるより広範なトレンドは、統合と小型化に向かっています。これには、英数字およびグラフィック機能を提供するドットマトリックスOLEDおよびLCDディスプレイの普及が含まれます。しかし、極端なシンプルさ、堅牢性、日光下での高輝度、広い温度範囲、低コストを必要とするアプリケーションでは、LTS-315AJDのようなLED 7セグメントディスプレイが引き続き最適な選択肢です。ここで文書化されているGaAsPからAlInGaPへの移行のようなLED材料の進歩は、その効率と信頼性を絶えず向上させています。将来の発展には、さらに高効率な材料や、駆動電子回路のディスプレイパッケージへの直接統合が含まれる可能性があります。