LTS-4730AJD 0.4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10.16mm - 順方向電圧2.6V - 消費電力70mW

1. 製品概要

LTS-4730AJD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、コンパクトな単体桁7セグメント表示モジュールです。その主な機能は、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AlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）半導体技術を用いて設計されており、特にハイパーレッド色を採用しています。これは、標準的な赤色LEDと比較して、特定の照明条件下での視認性と効率性において明確な利点を提供します。

この部品の主な市場は、産業用制御パネル、計測器、試験・測定機器、民生用機器、およびシンプルで信頼性が高く低電力の数値インジケータが必要なあらゆる組み込みシステムを含みます。その設計は、様々な動作環境における可読性と長寿命を優先しています。

1.1 中核的な利点と特徴

データシートは、製品の価値提案を定義するいくつかの主要な特徴を強調しています：

• 文字高：0.4インチ（10.16 mm）の文字高を特徴とし、パネル実装アプリケーションにおいてサイズと可読性の良いバランスを提供します。
• 光学品質：連続的で均一なセグメント、優れた文字外観、高輝度、高コントラスト、広い視野角を提供します。これらの特性により、表示される数字は様々な角度から明確で読みやすくなります。
• 効率性と信頼性：低消費電力要件向けに設計されており、ソリッドステートの信頼性を提供します。これは、可動部がなく、衝撃や振動に対する高い耐性があることを意味します。
• 一貫性：光度はカテゴリ分け（ビニング）されており、設計者は複数桁表示器用に一致した輝度レベルの部品を選択でき、均一な外観を確保できます。
• 美的外観：本デバイスはグレーの面に白いセグメントを備えており、LEDがオフの時のコントラストを高め、中立的でプロフェッショナルな外観を提供します。

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重要なパラメータの客観的な分析を提供します。

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発生する可能性がある限界を定義します。通常動作の条件ではありません。

• セグメントあたりの消費電力：70 mW。これは、個々のLEDセグメントが連続的に処理できる最大電力です。
• セグメントあたりのピーク順方向電流：90 mA、ただしパルス条件下（1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）でのみ有効です。これは、マルチプレクシングや輝度向上のための短時間のオーバードライブに有用です。
• セグメントあたりの連続順方向電流：25°Cで25 mA。この電流は25°C以上で0.33 mA/°Cの割合で線形に低下します。例えば、85°Cでは、最大許容連続電流は約 25 mA - ((85°C - 25°C) * 0.33 mA/°C) = 5.2 mA となります。この低下は熱管理において極めて重要です。
• セグメントあたりの逆電圧：5 V。逆バイアスでこの電圧を超えると、LED接合部が損傷する可能性があります。
• 動作・保管温度範囲：-35°C から +85°C。本デバイスは産業用温度範囲に対応しています。
• はんだ付け温度：最大260°C、最大3秒間（実装面から1.6mm下で測定）。これは、フローはんだ付けやリフローはんだ付けプロセスにおける標準的なガイドラインです。

2.2 電気的・光学的特性（T_A=25°C時）

これらは、指定された試験条件下での代表的な性能パラメータです。

• 平均光度（I_V）：順方向電流（I_F）1 mA時に200-650 µcd（マイクロカンデラ）。広い範囲はビニングプロセスを示しており、設計者は最小強度を指定できます。
• ピーク発光波長（λ_p）：650 nm（ナノメートル）。これはLEDが最も多くの光パワーを発する波長であり、そのハイパーレッド色を定義します。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：20 nm。このパラメータは、発光のスペクトル純度または帯域幅を表します。20 nmという値はAlInGaP赤色LEDでは典型的です。
• 主波長（λ_d）：639 nm。これは人間の目が知覚する単一波長であり、ピーク波長とはわずかに異なる場合があります。
• セグメントあたりの順方向電圧（V_F）：I_F=20 mA時に2.1V（最小）、2.6V（代表値）。これは電流制限回路を設計する上で重要です。各セグメントの電圧降下は電源設計で考慮する必要があります。
• セグメントあたりの逆電流（I_R）：V_R=5V時に100 µA（最大）。これはLEDが逆バイアスされた時のわずかなリーク電流です。
• 光度マッチング比（I_V-m）：2:1（最大）。これは、単一デバイス内で最も明るいセグメントと最も暗いセグメントの間で許容される最大比率を指定し、視覚的な均一性を確保します。

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指します。

• 光度ビニング：半導体製造プロセスの自然なばらつきのため、LEDは標準電流（例：1mA）での測定された光出力に基づいて試験され、異なるビンに選別されます。LTS-4730AJDは最小強度200 µcd、典型的には最大650 µcdで入手可能です。複数桁にわたって一貫した輝度を必要とするアプリケーションでは、同じまたは隣接する強度ビンからの部品を指定することが不可欠です。
• 波長/色ビニング：複数のコードで明示的に詳細化されていませんが、ハイパーレッドの指定と与えられた主波長/ピーク波長（639nm、650nm）は、厳密に制御された色度点を暗示しています。この製品では、主なビニングは光度に焦点が当てられているようです。

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います。具体的なグラフは本文に提供されていませんが、その標準的な内容と重要性を推測できます。

• 相対光度 vs. 順方向電流（I-V曲線）：このグラフは、光出力が順方向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、加熱により非常に高い電流では効率が低下します。20mAの試験点は一般的な動作条件です。
• 順方向電圧 vs. 順方向電流：この曲線は、LED接合部の電圧と電流の関係を示します。本質的に指数関数的です。指定されたV_F=2.6V（20mA時）は、この曲線上の一点です。
• 相対光度 vs. 周囲温度：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、高温環境での性能を理解するために不可欠であり、電流低下の仕様と一致します。
• 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、650nmでのピークと20nmの半値幅を示し、ハイパーレッド色の特性を確認します。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法と図面

本デバイスは標準的なスルーホールDIP（デュアルインラインパッケージ）フットプリントを有します。寸法図は、PCB（プリント基板）レイアウトのためのすべての重要な寸法を提供します。これには以下が含まれます：

• 全高、全幅、全奥行き。
• ピン間隔（例：標準的な0.1インチ / 2.54mmの列間隔が典型的）。
• 数字ウィンドウの位置とサイズ。
• 実装面とリード線の寸法。
• 特に記載がない限り、公差は±0.25 mmと指定されており、この種の部品では標準的です。

5.2 ピン接続と内部回路図

この表示器はコモンアノード構成です。内部回路図は、セグメントが個々のLEDであることを示しています。ピン配置表は正しい配線のために不可欠です：

• コモンアノードピン：ピン1と3は、セグメントG、H、J（右側の垂直セグメントと中央の水平セグメント）のアノードとして接続されています。ピン14は、セグメントB、C、および小数点（D.P.）のアノードです。
• カソードピン：ピン7（H & J）、8（G）、9（D.P.）、10（C）、11（B）は、個々のセグメントまたはセグメントペアのカソードです。セグメントを点灯させるには、対応するカソードをより低い電圧（グランド）に接続し、関連するコモンアノードに電流制限抵抗を介して正電圧を供給する必要があります。
• 未接続ピン：ピン2、4、5、6、12、13はNO PINまたはNO CONNECTIONとマークされており、機械的安定性のために物理的に存在しますが、電気的機能はありません。

6. はんだ付けと組立ガイドライン

提供されている主要なガイドラインは、はんだ付け温度仕様です：最大260°C、最大3秒間（実装面から1.6mm下で測定）。これは、LEDチップ、エポキシレンズ、内部ワイヤボンドへの熱損傷を防ぐために重要です。

• プロセス：このパラメータはフローはんだ付けとリフローはんだ付けの両方のプロセスに適していますが、全体の組立プロファイルが限界内に収まるように注意する必要があります。
• 手はんだ付け：手はんだ付けが必要な場合は、温度制御されたはんだごてを使用し、ピンとの接触時間を最小限に抑えるべきです。
• 保管：指定されていませんが、標準的なESD（静電気放電）対策を講じるべきです。部品を静電気防止袋に入れ、涼しく乾燥した環境で保管することをお勧めします。

7. アプリケーション提案

7.1 代表的なアプリケーション回路

LTS-4730AJDのようなコモンアノード7セグメント表示器を駆動するには、通常、マイクロコントローラまたは専用の表示ドライバIC（例：電流制限抵抗付き74HC595シフトレジスタ、またはMAX7219）を使用します。回路は以下を行う必要があります：

1. コモンアノードピン（1/3および14）に正電圧を供給する。
2. 個々のカソードピンから電流制限抵抗を介してグランドに電流を流す。抵抗値はオームの法則を使用して計算されます：R = (V_電源- V_F) / I_F。5V電源で、目標I_F=10mA、V_F=2.6Vの場合：R = (5 - 2.6) / 0.01 = 240 Ω。

7.2 設計上の考慮事項

• 電流制限：各セグメントまたは共通カソードラインには、常に外部の電流制限抵抗を使用してください。マイクロコントローラのピン電流制限に依存することは安全でも信頼性もありません。
• マルチプレクシング：複数桁表示器の場合、桁を高速に1つずつ点灯させるマルチプレクシング技術が使用されます。ピーク電流定格（1/10デューティで90mA）により、短時間のより高い電流が許容され、減少したデューティサイクルを補償して知覚される輝度を維持できます。
• 視野角：広い視野角は有益ですが、最終的な筐体を考慮してください。グレーの面はオフ状態でのコントラストを良くします。
• 熱管理：高温環境では電流低下曲線に従ってください。複数の表示器を使用する場合は、十分な換気を確保してください。

8. 技術比較と差別化

LTS-4730AJDの主な差別化要因は、AlInGaP技術とハイパーレッド color.

• の使用です。 標準的なGaAsP/GaP赤色LEDとの比較：AlInGaP LEDは、一般的に高い効率、より良い輝度、温度および駆動電流に対するより安定した波長を提供します。ハイパーレッド（650nm）は標準的な赤色（〜630nm）よりも深く、より飽和しており、特定のインジケータや高周囲光条件下で有利です。
• より大きい/小さい表示器との比較：0.4インチの桁は一般的なサイズであり、良い妥協点を提供します。より小さい桁はスペースを節約しますが、遠くからは読みにくくなります。より大きい桁は視認性が高いですが、より多くのパネル面積と電力を消費します。
• 低効率表示器との比較：低消費電力要件と高輝度は、良好な発光効率を示しており、バッテリー駆動デバイスや発熱が懸念されるアプリケーションに適しています。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: ピーク波長（650nm）と主波長（639nm）の違いは何ですか？
A: ピーク波長はスペクトル出力の物理的なピークです。主波長は、人間の目が色として知覚する単一波長であり、全スペクトルから計算されます。両方とも色を指定するために使用され、視覚的アプリケーションでは主波長の方がより関連性が高いことが多いです。

Q: この表示器を5V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: 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。出力をLowに設定したマイクロコントローラピンは電流を流すことができますが、正しい電流を設定し、LEDとマイクロコントローラの両方を保護するために抵抗は必須です。

Q: 最大連続電流は25mAですが、V_Fの試験条件は20mAです。設計にはどちらを使用すべきですか？
A: 20mAは標準的な試験条件であり、一般的で信頼性の高い動作点です。これは良好な輝度を提供しながら、25mAの絶対最大定格を十分に下回り、安全マージンを確保します。輝度と電力要件に応じて、10-20mAで設計できます。

Q: 光度でカテゴリ分けされているとは、注文時に何を意味しますか？
A: これは、LEDが製造後に輝度で選別されることを意味します。注文時には、最小光度ビン（例：400 µcd min）を指定して、プロジェクト内のすべての表示器が同様の輝度を持つようにすることができます。利用可能なビンコードについては、販売代理店または製造元にご相談ください。

10. 実用的な使用例

シナリオ：シンプルなデジタル電圧計の表示を設計する。
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が電圧を測定します。ファームウェアはこの値を10進数に変換します。LTS-4730AJDに表示するために、マイクロコントローラは以下を行います：

1. 各数字0-9に対してどのセグメント（a-g、dp）を点灯させる必要があるかを決定するためにルックアップテーブルを使用する。
2. 複数桁を使用する場合はマルチプレクシングルーチンを採用する。単体桁の場合は、適切な電流制限抵抗を各カソードラインに配置し、トランジスタスイッチを介してコモンアノードピンをHighに保ちながら、正しいカソードピンをLowに設定するだけです。
3. ハイパーレッド色は明確な視認性を提供します。低消費電力は、メーターがポータブルである場合に有益です。広い視野角により、横からでも読み取りが可能です。

11. 技術原理の紹介

LTS-4730AJDは、AlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）半導体材料に基づいており、これは不透明なGaAs（ガリウムヒ素）基板上に成長されています。この材料のp-n接合に順方向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合金の特定の組成は、バンドギャップエネルギーを決定し、これは直接発光の波長（色）に対応します。このデバイスでは、組成はスペクトルのハイパーレッド領域（〜650nm）で光を生成するように調整されています。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るのに役立ちます。数字の各セグメントは、別々のLEDチップまたはチップの一部であり、内部で対応するピンに配線されています。

12. 技術トレンド

7セグメント表示器は基本的なものですが、インジケータ技術のトレンドには以下が含まれます：

• 統合：統合ドライバIC（I2C、SPIインターフェース）を備えた表示器への移行により、マイクロコントローラ設計が簡素化され、部品点数が削減されます。
• 材料：InGaN（青色/緑色/白色用）などのLED材料や、より高い効率と広い色域を実現する改良されたAlInGaPの継続的な開発。
• 形状：自動組立のための表面実装デバイス（SMD）パッケージの採用が増加していますが、このようなスルーホール表示器は、試作、修理、および特定の産業用途で依然として人気があります。
• 代替技術：より複雑な情報については、OLEDやTFT LCDモジュールがコスト競争力を高めつつありますが、シンプルで明るく、低電力、かつ非常に信頼性の高い数値表示には、LTS-4730AJDのようなLED 7セグメント表示器が堅牢で最適なソリューションであり続けます。