LTS-4301SW LEDディスプレイ データシート - 0.4インチ 桁高 - 白色セグメント - 黒色面 - カソードコモン - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTS-4301SW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、1桁の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、7つの個別のLEDセグメント（AからGまでのラベル）とオプションの小数点（D.P.）を選択的に点灯させることで、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、InGaN（窒化インジウムガリウム）白色LEDチップを使用して構築されており、セグメント化されたマスクの背後に配置されて文字要素を形成します。表示面は黒色で、点灯した白色セグメントに対して高いコントラストの背景を提供し、様々な照明条件下での視認性を大幅に向上させます。この組み合わせは、遠方からの視認性や周囲光下での視認性が重要なアプリケーションにおいて特に効果的です。

このディスプレイの中核的な利点には、連続的で均一なセグメントによって一体感のある数字形状を実現した優れた文字表示が含まれます。標準試験条件下でチップあたり最大28,000 mcdに達する典型的な光度を提供し、明るい環境下でも視認性を確保します。130度（2φ_1/2）の広い視野角により、軸外れ位置からも明確な視認性が得られ、視野角が真正面でない可能性があるパネルメーター、計測器、民生家電、産業用制御パネルなどに適しています。さらに、セグメントあたりの低消費電力は、エネルギー効率の高い設計に貢献します。

1.1 技術パラメータの詳細解釈

1.1.1 測光および光学特性

主要な測光パラメータは平均光度（I_V）です。使用されている白色InGaNチップの場合、順方向電流（I_F）10 mAで駆動したときの典型的な値は28,000ミリカンデラ（mcd）です。規定の最小値は13,700 mcdです。このパラメータは、CIE明所視感度曲線に近似するセンサーとフィルターの組み合わせを使用して測定され、報告される輝度が人間の視覚的知覚と相関することを保証します。130度の広い視野角は、光度がピーク値（軸上）の半分に低下する全角として定義されます。この仕様は、エンドユーザーにとっての有効な視野円錐を決定する上で重要です。

色度座標はx=0.294、y=0.286（I_F=5mAで測定）として与えられています。CIE 1931色度図上のこれらの座標は、発光の白色点を定義します。提供された値は、冷白色の色温度を示唆しています。類似発光領域の光度マッチング比は最大2:1と規定されています。これは、同一駆動条件下での最も暗いセグメント/チップと最も明るいセグメント/チップの間の輝度差が2倍を超えてはならないことを意味し、点灯した数字の均一な外観を保証します。

1.1.2 電気的特性

LEDチップあたりの順方向電圧（V_F）は、典型的に3.15Vで、試験電流5 mA時における範囲は2.70Vから3.15Vです。設計者は、駆動回路を設計する際にこの電圧降下を考慮する必要があります。逆方向電流（I_R）は、逆バイアス5V印加時に最大10 µAと規定されており、LED接合部のリーク特性を示しています。

絶対最大定格は動作限界を定義します。セグメントあたりの連続順方向電流は25°Cで20 mAであり、デレーティング係数は0.25 mA/°Cです。これは、周囲温度（T_a）が25°Cを超えて上昇するにつれて、許容される連続電流が直線的に減少することを意味し、熱損傷を防ぎます。例えば、85°Cでは、最大連続電流は20 mA - ((85-25) * 0.25 mA) = 5 mAとなります。パルス動作（1 kHz、10%デューティサイクル）に適用可能なピーク順方向電流は60 mAです。セグメントあたりの最大電力損失は115 mWです。

1.1.3 熱および環境仕様

本デバイスの動作温度範囲は-35°Cから+105°Cです。保管温度範囲も同様です。これらの広い範囲は、大きな温度変動を受ける環境での使用における堅牢性を示しています。はんだ付け条件は、部品の実装面から1/16インチ（約1.6 mm）下で測定して、260°Cで3秒間と規定されています。このプロファイルへの遵守は、LEDチップやプラスチックパッケージへの過熱による損傷を防ぎながら、信頼性の高いはんだ接合を確保するために、PCB組立工程においてリフローオーブンのコンベヤ速度とゾーン温度を正しく設定する上で重要です。

1.2 機械的およびパッケージ情報

ディスプレイの桁高は0.4インチ（10.0 mm）です。パッケージ寸法はミリメートルで提供されています。主要な機械的注意事項には、特に指定がない限り全ての寸法公差は±0.25 mmであり、ピン先端シフト公差は+0.4 mm（ピン端部の許容位置ずれを指す）が含まれます。本デバイスはカソードコモン構成を使用しています。これは、個々のセグメントLEDのすべてのカソード（負極端子）が内部で1つまたは2つの共通ピン（ピン3と8）に接続され、各セグメントのアノード（正極端子）が専用のピンを持つことを意味します。この構成は、通常、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、ドライバICの選択に影響を与える可能性があります。

1.2.1 ピン接続と内部回路

ピン配置は以下の通りです：ピン1：アノードG、ピン2：アノードF、ピン3：カソードコモン、ピン4：アノードE、ピン5：アノードD、ピン6：アノードD.P.（小数点）、ピン7：アノードC、ピン8：カソードコモン、ピン9：アノードB、ピン10：アノードA。2つのカソードコモンピン（3と8）があり、これらは内部で接続されていることに注意してください。このデュアルピン設計は電流分散に役立ち、信頼性を向上させることができます。内部回路図は、8つのLED（7セグメントと小数点）のそれぞれが、そのアノードが対応するピンに接続され、すべてのカソードがカソードコモンピンにまとめられていることを示しています。

1.3 はんだ付けおよび組立ガイドライン

主要な組立方法はリフローはんだ付けです。データシートには推奨リフロープロファイルが提供されており、ピーク温度260°Cを規定しています。重要なパラメータは、組立中に部品本体の温度が最大定格温度を超えないことです。条件は、実装面から1/16インチ下の点で測定した場合、260°Cで3秒間のはんだ付けを明示的に規定しています。このガイドラインは、プロセスエンジニアがリフローオーブンのコンベヤ速度とゾーン温度を正しく設定し、熱衝撃や材料の劣化を回避しながら、信頼性の高いはんだ接合を確保するために不可欠です。

1.4 アプリケーション提案

1.4.1 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、明確な1桁の数値表示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、電圧、電流、または温度用のパネルメーター、タイマーやカウンター、オーブン、電子レンジ、洗濯機などの家庭用電化製品、試験・計測機器、産業用制御パネル、医療機器などが含まれます。高いコントラストと輝度により、遠方から表示を見る必要がある場合や、周囲光が強い条件下でのアプリケーションに適しています。

1.4.2 設計上の考慮事項

LTS-4301SWを統合する際、設計者は電流制限を考慮する必要があります。各セグメントアノード（または電流制御ドライバ）には、順方向電流を所望のレベル（通常、必要な輝度と熱環境に応じて5〜20 mAの間）に設定するための直列抵抗が必須です。動作周囲温度が高くなると予想される場合は、順方向電流のデレーティング曲線を遵守しなければなりません。カソードコモン構成では、駆動回路が電流をシンク（吸い込み）する必要があります。複数の桁をマルチプレクシングする場合（これは1桁ユニットですが、原理は複数使用するシステムに適用されます）、アノードに電流をソース（供給）し、集約されたカソード電流をシンクできる適切なドライバICが必要です。PCBレイアウトでは、ノイズを最小限に抑えるためにクリーンな電源トレースを確保する必要があります。

1.5 技術比較と差別化

類似の1桁ディスプレイと比較して、LTS-4301SWのInGaN白色LED技術の使用は、赤色GaAsP LEDやフィルター処理された白色光などの古い技術よりも優位性を提供します。InGaN LEDは一般に、より高い効率と輝度を提供します。白色セグメントを備えた黒色面は、灰色または明るい色の面を持つディスプレイとの重要な差別化要因であり、視認性の重要な要素である優れたコントラスト比を提供します。規定された光度マッチング比（2:1）はセグメントの均一性を保証し、これは低コストのディスプレイでは常に保証されているわけではありません。広い動作温度範囲（-35°C〜+105°C）も、より狭い範囲のディスプレイと比較して、産業用または屋外アプリケーションでの堅牢性を高めています。

1.6 技術パラメータに基づくよくある質問

Q: 2つのカソードコモンピン（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、合計カソード電流（点灯しているすべてのセグメントからの電流の合計）を2つのはんだ接合部とPCBトレースに分散させ、電流処理能力、熱性能、および機械的接続の信頼性を向上させることができます。

Q: セグメントの直列抵抗値をどのように計算しますか？

A: オームの法則を使用します：R = (V_電源- V_F) / I_F。例えば、5V電源、典型的なV_F3.15V、所望のI_F10 mAの場合：R = (5 - 3.15) / 0.01 = 185オーム。最も近い標準値（例：180または200オーム）を使用します。常に定格電力を考慮してください：P = I_F²* R。

Q: マイクロコントローラのピンから直接このディスプレイを駆動できますか？

A: MCUのピンの電流供給能力によります。典型的なMCUピンは20〜25 mAを供給できる可能性があり、これは1セグメントを全電流で駆動するには十分です。ただし、複数のセグメントまたはカソードコモン（すべてのセグメント電流の合計をシンクする）を駆動することは、通常、単一ピンの能力を超えます。信頼性と安全性の高い動作のためには、専用のドライバIC（例：電流制限抵抗付きの74HC595シフトレジスタ、または定電流LEDドライバ）の使用を強く推奨します。

Q: "光度でカテゴライズ"とはどういう意味ですか？

A: 製造工程において、LEDチップまたは完成したディスプレイが、測定された光度に基づいて試験および選別（ビニング）される可能性があることを意味します。これにより、顧客は特定の輝度範囲の部品を選択し、特に複数のディスプレイを使用する場合に製品の一貫性を確保できます。

1.7 実践的な設計および使用事例

0〜9°Cの表示を持つシンプルなデジタル温度計を設計することを考えてみましょう。1つのLTS-4301SWが1の位を表示します。温度センサーのデジタル出力はマイクロコントローラによって処理されます。MCUは数字の値（0〜9）を対応するセグメントパターン（例：'5'の場合、セグメントA、F、G、C、DがON）にデコードします。MCUは、ポートエキスパンダまたはシフトレジスタを使用して、電流制限抵抗を介してセグメントアノード（ピン1,2,4,5,6,7,9,10）に電流を供給します。カソードコモン（ピン3 & 8）は、合計電流（例：8セグメント * 10 mA = 80 mA）をシンクできるグランドピンに接続され、トランジスタが必要になる可能性があります。黒色面により、デバイスのパネル上で'5'が容易に読み取れます。

1.8 動作原理の紹介

7セグメントディスプレイは、単純な原理で動作します：それは、8の字型に配置された7つの独立して制御可能なLEDバー（セグメント）の集合体です。これらのセグメントの特定の組み合わせを点灯させることで、10進数のすべての数字（0〜9）を形成できます。例えば、数字'7'を表示するには、セグメントA、B、Cが点灯します。小数点は追加の独立したLEDです。電気的には、各セグメントはアノードとカソードを持つ標準的なLEDです。LTS-4301SWのようなカソードコモンタイプでは、すべてのカソードが共通端子に接続されています。セグメントを点灯させるには、その特定のアノードピンに正の電圧（電流制限抵抗を介して）を印加し、カソードコモンをグランドに接続して回路を完成させます。

1.9 技術トレンドと開発動向

7セグメントディスプレイのトレンドは、より高い効率、輝度、および小型化に向かっています。従来の色付きLED（赤、緑）から蛍光体変換白色LED（このディスプレイのInGaNベースチップなど）への移行により、より多くのアプリケーションに適したニュートラルで高コントラストの外観が可能になっています。また、自動組立のための表面実装デバイス（SMD）パッケージへのトレンドもありますが、このようなスルーホールタイプは、試作、修理、および堅牢な機械的接続を必要とするアプリケーションで依然として人気があります。統合は別のトレンドであり、駆動電子部品や時にはマイクロコントローラが表示モジュール自体と組み合わされ、外部部品点数を削減しています。さらに、材料の進歩により、より広い視野角と拡張された温度範囲での性能向上がもたらされています。