LTS-10804JD-02J LEDディスプレイ データシート - 1.0インチ 桁高 - ハイパーレッド (650nm) - 順電流25mA - 技術文書

1. 製品概要

LTS-10804JD-02Jは、明確で視認性の高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、1桁の7セグメント英数字ディスプレイです。その主な機能は、電気信号を可視の数字（0-9）および一部の文字に変換することです。本デバイスは、特徴的なハイパーレッド発光を実現するために、ヒ化ガリウム（GaAs）基板上に成長させた先進的なアルミニウムインジウムガリウムリン（AlInGaP）半導体技術を採用しています。この技術は、従来のLED材料と比較して効率と光度において優位性を提供します。ディスプレイは、白色のセグメント拡散板を備えたグレーのフェースプレートを特徴としており、様々な照明条件下で最適な視認性を提供する高いコントラストを実現します。低電流デバイスに分類されるため、エネルギー消費の最小化が重要なバッテリー駆動または電力に敏感なアプリケーションに適しています。

1.1 主要な特徴と利点

本ディスプレイは、その性能と適用範囲を定義するいくつかの主要な特徴を備えています：

• 1.0インチ（25.4 mm）桁高：この大きな文字サイズは、遠方からの優れた視認性を保証し、パネルメーター、計測器、および産業用制御ディスプレイに理想的です。
• 連続的で均一なセグメント：セグメントは、その全面にわたって均一に光を放射するように設計されており、ホットスポットを排除し、プロフェッショナルで一貫した外観を創り出します。
• 低電力要件：セグメントあたりの典型的な順電流20mAで動作するため、消費電力が最小限に抑えられ、携帯機器のバッテリー寿命を延ばします。
• 高輝度および高コントラスト：明るいAlInGaP LEDとグレーフェース/ホワイトセグメント設計の組み合わせにより、優れた輝度とコントラスト比を実現し、薄暗い環境から明るい環境まで視認性を確保します。
• 広い視野角：光学設計により、広範囲の角度から明確な文字認識が可能となり、使いやすさが向上します。
• 光度による選別：ユニットは、一貫した光出力レベルを確保するためにビニングまたはテストされており、均一性が求められる複数ディスプレイを使用するアプリケーションにおいて重要です。
• 無鉛パッケージ（RoHS準拠）：構造は有害物質使用制限指令に準拠しており、厳しい環境規制のある市場で販売される製品での使用に適しています。

1.2 デバイス識別と構成

型番LTS-10804JD-02Jは、デバイスに関する具体的な情報を提供します。これはコモンアノード構成を示しており、すべてのLEDセグメントのアノードが内部で接続され、共通ピンに引き出されていることを意味します。この構成は、複数桁ディスプレイでのマルチプレクシングを簡素化します。\"Rt. Hand Decimal\"は、右側小数点（DP）セグメントを含むことを示します。AlInGaPハイパーレッドチップの使用により、可視スペクトルの深赤色部分にある約639nmの主波長が得られます。

2. 技術パラメータ：詳細な客観的解釈

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電気的および光学的特性について、詳細かつ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生じる可能性のある応力限界を定義します。通常動作を意図したものではありません。

• セグメントあたりの電力損失：70 mW。この制限を超えると、LEDチップの過熱や加速劣化を引き起こす可能性があります。
• セグメントあたりのピーク順電流：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）のみ。この定格は、短時間の高輝度フラッシュアプリケーションに関連します。
• セグメントあたりの連続順電流：25°Cで25 mA。この電流は、周囲温度（Ta）が25°Cを超えて上昇するにつれて、0.33 mA/°Cで直線的に低下します。例えば、85°Cでは、最大許容連続電流は約：25 mA - [0.33 mA/°C * (85°C - 25°C)] = 5.2 mAとなります。
• セグメントあたりの逆電圧：5 V。これより高い逆バイアス電圧を印加すると、接合部の破壊を引き起こす可能性があります。
• 動作および保管温度範囲：-35°C から +105°C。デバイスは、極端な温度での性能は指定された典型的なパラメータの範囲外になりますが、永久的な損傷なしにこれらの極端な温度に耐えることができます。

2.2 電気的および光学的特性（Ta=25°C）

これらのパラメータは、通常の動作条件下でのデバイスの性能を定義します。

• 平均光度（Iv）：IF=1mAで2000-3300 ucd（マイクロカンデラ）。これは人間の目で知覚される明るさの尺度です。広い範囲は典型的なばらつきを示しています。正確なマッチングには、ビニング情報を参照してください。
• ピーク発光波長（λp）：650 nm。これはスペクトルパワー出力が最も高い波長です。
• 主波長（λd）：639 nm。これは、発光色に最もよく一致すると人間の目に知覚される単一波長であり、深く鮮やかな赤色です。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：20 nm。これはスペクトル純度を示します。幅が狭いほど、より単色（純色）の出力を意味します。
• チップあたりの順方向電圧（VF）：IF=20mAで2.10Vから2.60V。これは動作時のLED両端の電圧降下です。回路設計は、一貫した電流駆動を確保するためにこの範囲を考慮する必要があります。
• セグメントあたりの逆電流（IR）：VR=5Vで最大100 µA。これはテスト目的のみのリーク電流仕様です。デバイスは連続逆バイアス動作を意図していません。
• 光度マッチング比：類似の光領域内のセグメントで最大2:1。これは、同じ条件下で最も暗いセグメントが最も明るいセグメントの半分以上明るくなることを意味し、文字の均一性を確保します。
• クロストーク：仕様は2.50%未満です。これは、意図的に消灯しているセグメントからの、隣接する通電セグメントからの電気的または光学的リークによって引き起こされる不要な発光を指します。

3. 機械的およびパッケージ情報

3.1 パッケージ寸法と公差

ディスプレイの物理的外形は、PCBレイアウトおよび機械的統合にとって重要です。データシートからの主要な寸法上の注意点は以下の通りです：

• 特に指定がない限り、すべての主要寸法の公差は±0.25mmです。
• ピン先端シフト公差は±0.4 mmで、PCB穴配置を考慮する必要があります。
• ピン用の推奨PCB穴径は1.40 mmで、はんだ付けのための適切な嵌め合いを確保します。
• 視覚的欠陥に対する品質管理基準が定義されています：セグメント上の異物（≤10ミル）、セグメント材料内の気泡（≤10ミル）、反射板の曲がり（長さの≤1%）、表面インク汚染（≤20ミル）。

3.2 ピン接続と内部回路

デバイスは14ピン構成です。内部回路図はコモンアノード構造を示しています。ピン配置は以下の通りです：

• ピン4および11：コモンアノード（CA）。これらは内部で接続されています。
• セグメントカソード：ピン1（E）、ピン2（D）、ピン5（C）、ピン6（DP）、ピン8（B）、ピン9（A）、ピン12（F）、ピン14（G）。
• 無接続（NC）：ピン3、7、10、13。これらのピンは物理的に存在しますが、内部電気接続はありません。

このピン配置は、多くの1桁コモンアノードディスプレイで標準的であり、設計の移植性を助けます。2つのコモンアノードピン（4および11）により、より柔軟なPCB配線が可能になり、電流分布のバランスを取るのに役立ちます。

4. はんだ付けおよび組立ガイドライン

4.1 はんだ付けプロファイルと条件

適切なはんだ付けは、熱損傷を防ぐために不可欠です。データシートは2つの方法を指定しています：

• 自動（ウェーブ）はんだ付け：デバイスは、シーティングプレーンから1/16インチ（≈1.6mm）下のはんだ温度に、260°Cで最大5秒間さらすことができます。このプロセス中、デバイス本体自体の温度はその最大定格温度を超えてはなりません。
• 手動はんだ付け：手はんだ付けの場合、はんだごて先端をシーティングプレーンから1/16インチ下に、350°C ±30°Cで最大5秒間適用する必要があります。より高い温度での短時間は、過熱を避けるために慎重なオペレーター技能を必要とします。

主なリスクは、リードフレームを伝わって過剰な熱が移動し、エポキシパッケージまたはLEDチップをピンに接続する内部ワイヤーボンドを損傷することです。

5. 信頼性および環境試験

デバイスは、長期性能と耐久性を確保するために、一連の標準化された試験を受けます。試験条件は、確立された軍事（MIL-STD）、日本工業規格（JIS）、および内部規格を参照しています。

• 動作寿命（RTOL）：室温下で最大定格電流で1000時間の連続動作。性能は、劣化を監視するために間隔を置いて（0、168、500、800、1000時間）チェックされます。
• 環境ストレステスト：これらには、高温高湿保管（65°C、90-95% RH、500h）、高温保管（105°C、1000h）、低温保管（-35°C、1000h）、温度サイクル（-35°Cと105°Cの間で30サイクル）、および熱衝撃（-35°Cと105°Cの間で30サイクル）が含まれます。
• はんだ付け性試験：耐はんだ性（260°Cで10秒）およびはんだ付け性（245°Cで5秒）は、ピンが組立プロセスに耐え、適切なはんだ接合を形成できることを確認します。

これらの試験は、何年もの現場動作と過酷な保管条件をシミュレートし、コンポーネントの堅牢性に対する信頼性を提供します。

6. アプリケーション提案および設計上の考慮事項

6.1 典型的なアプリケーションシナリオ

その大きな桁サイズ、高いコントラスト、および低消費電力のため、LTS-10804JD-02Jは以下に適しています：

• 試験および測定機器：デジタルマルチメーター、周波数カウンター、電源装置。
• 産業用制御：プロセス変数表示（温度、圧力、流量）、タイマー表示、カウンター表示。
• 民生用電子機器：ビンテージスタイルの時計、オーディオ機器表示（例：アンプ出力レベル）、家電制御パネル。
• 自動車アフターマーケット：高い視認性が求められる計器および表示。

6.2 重要な設計上の考慮事項

データシートには、設計エンジニア向けの重要な注意事項が含まれています：

• 駆動電流と温度：推奨される連続順電流または動作温度を超えると、光出力の劣化（ルーメン減衰）が加速され、早期故障を引き起こす可能性があります。電流対温度の低下曲線は厳密に従う必要があります。
• 回路保護：駆動回路は、電源投入時またはシャットダウンシーケンス中に発生する可能性のある逆電圧および電圧トランジェントに対する保護を組み込む必要があります。単純な直列抵抗ではトランジェント保護には不十分です。ダイオードまたはより複雑な回路が必要になる場合があります。
• 定電流駆動：一貫した輝度を確保し、ユニット間および温度による順方向電圧（VF）変動の影響を軽減するために、単純な電流制限抵抗よりも定電流ドライバーの使用を強く推奨します。これにより、VFのシフトに関係なく、各セグメントが意図した電流を受け取ることが保証されます。
• 順方向電圧範囲：電源またはドライバー回路は、すべての条件下で目標駆動電流を供給できるように、VFの全範囲（20mAで2.10Vから2.60V）に対応するように設計する必要があります。直列抵抗を伴う電圧源を使用する場合、供給電圧は最大VFと抵抗降下を克服するのに十分高くなければなりません。

7. 性能曲線分析および技術比較

7.1 典型的な曲線の解釈

具体的なグラフは提供されたテキストには詳細に記載されていませんが、このようなデバイスの典型的なデータシートには以下が含まれます：

• 相対光度対順電流（I_V対 I_F）：この曲線は、低電流では通常線形ですが、高電流では飽和または準線形の挙動を示す可能性があり、効率のために指定範囲内で動作する必要性を強調します。
• 順方向電圧対順電流（V_F対 I_F）：これはダイオードの指数関数的関係特性を示します。曲線は温度とともにシフトします。与えられた電流に対して、温度が上昇するとV_Fは減少します。
• 相対光度対周囲温度（I_V対 T_a）：光出力は一般に周囲温度が上昇すると減少します。この曲線は、高温環境で動作するアプリケーションにとって重要です。
• スペクトル分布：波長全体にわたる光強度を示すグラフで、650nmを中心とし、典型的な半値幅20nmで、ハイパーレッド色を確認します。

7.2 他の技術との違い

他の一般的な7セグメントディスプレイ技術と比較して：

• 標準赤色GaAsP/GaP LEDとの比較：AlInGaPは、著しく高い発光効率（mAあたりの光出力が多い）と優れた高温性能を提供し、より明るいディスプレイを低消費電力または長寿命で実現します。
• LCDとの比較：LEDは自発光（自身の光を生成する）であるため、バックライトなしで暗闇でも明確に見えます。また、はるかに広い視野角と高速な応答時間を持ちます。ただし、一般的に反射型LCDよりも多くの電力を消費します。
• VFD（真空蛍光表示管）との比較：LEDは固体であり、より頑丈で、より低い動作電圧を必要とし、より長い動作寿命を持ちます。VFDは異なる美的感覚（しばしば青緑色）と非常に広い視野角を提供できます。

8. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: このディスプレイを5V電源と抵抗で駆動できますか？

A: はい、ただし注意深い計算が必要です。20mAのセグメント電流と典型的なV_F2.4Vの場合、直列抵抗値はR = (5V - 2.4V) / 0.02A = 130オームとなります。最悪の条件下でも20mAに達するのに十分な電圧が利用できるように、最大V_F(2.6V)を使用する必要があります：R_min = (5V - 2.6V) / 0.02A = 120オーム。120オームの抵抗は少なくとも20mAを供給します。ただし、輝度はV_F.

Q: なぜ2つのコモンアノードピン（4と11）があるのですか？

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機械的安定性が得られ、PCB配線を両側から行ってトレース抵抗を減らすことができ、すべての点灯セグメントの電流の合計が流れるコモンアノード接続からの放熱に役立ちます。

Q: \"無接続\"ピンの目的は何ですか？

A> それらは、標準的な14ピンDIP（デュアルインラインパッケージ）フットプリントを維持するためのプレースホルダーです。これにより、ディスプレイは、他の14ピンデバイスまたは異なる内部構成（例：コモンカソード）を持つディスプレイ用に設計されたソケットおよびPCBレイアウトと物理的に互換性を持つことができます。

Q: 小数点はどのように制御しますか？

A> 小数点（DP）は単なる別のLEDセグメントであり、独自のカソード（ピン6）によって制御されます。点灯させるには、他のセグメント（A-G）と同様に、コモンアノード（ピン4/11）を正電圧に接続し、適切な電流制限抵抗またはドライバーを介してピン6からグランドに電流を流します。