LTS-10804KF LEDディスプレイ データシート - 1.0インチ 桁高 - 黄橙色 - 順電流25mA - 技術文書

1. 製品概要

LTS-10804KF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桁の英数字7セグメントディスプレイです。その主な機能は、個別に制御可能な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、特徴的な黄橙色の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。この材料選択は、従来のリン化ガリウムなどの技術と比較して、より高い効率と優れた温度安定性を提供するという性能の鍵となります。このディスプレイは、白色のセグメントマーキングを施した黒色のフェースプレートを備えており、様々な照明条件下でのコントラストと視認性を大幅に向上させ、視認性が重要な屋内・屋外アプリケーション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

LTS-10804KFは、産業用および民生用電子機器市場において優位に立ついくつかの明確な利点を提供します。その低消費電力要件は主要な利点であり、輝度を損なうことなく、バッテリー駆動またはエネルギーに敏感なデバイスへの統合を可能にします。一貫性のためにカテゴライズされた高い光度は、生産ロット間で均一な外観を保証し、計器やパネルにおける複数桁表示にとって極めて重要です。LEDの固体信頼性は、長い動作寿命と衝撃・振動への耐性に繋がり、従来の白熱灯や真空蛍光表示を凌駕します。広い視野角は、様々な位置からの視認性を保証し、パネルメーター、試験装置、および状態表示器にとって不可欠です。鉛フリーパッケージは、RoHSなどの世界的な環境規制への適合を保証します。これらの機能の組み合わせにより、本ディスプレイは、耐久性があり、明確で効率的な数値表示が必要とされる、産業用制御パネル、自動車ダッシュボード（アフターマーケットアクセサリー用）、医療機器、試験・測定装置、および民生用家電などのターゲット市場に理想的です。

2. 詳細な技術パラメータ分析

電気的および光学的仕様を十分に理解することは、回路設計と統合を成功させるために極めて重要です。

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。セグメントごとの最大許容損失は134 mWです。セグメントごとのピーク順電流は60 mAと定格されていますが、これは1/10のデューティ比と0.1 msのパルス幅というパルス条件下でのみ許容されます。連続動作の場合、周囲温度25°Cにおけるセグメントごとの最大順電流は25 mAであり、周囲温度の上昇に伴い0.33 mA/°Cで直線的に低下します。この低下は熱管理にとって重要です。所定の温度で連続電流を超えると、過熱、ルーメン減衰の加速、最終的には故障につながる可能性があります。動作および保管温度範囲は-35°Cから+105°Cと規定されており、過酷な環境下での堅牢な性能を示しています。はんだ付け条件では、実装面から1/16インチ（約1.6 mm）下の位置で3秒間、最大温度260°Cと規定されており、PCB組立プロセスに対する明確なガイドラインを提供しています。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、周囲温度Ta=25°Cで測定された代表的な動作パラメータです。順電流（If）1 mAにおけるセグメントごとの平均光度（Iv）は、420 μcd（最小）から1400 μcd（代表値）の範囲です。この低電流での高輝度は、AlInGaP技術の特徴です。ピーク発光波長（λp）は611 nm、主波長（λd）は605 nmであり、黄橙色の色度点を定義します。スペクトル線半値幅（Δλ）は17 nmであり、比較的狭いスペクトル帯域幅を示し、色純度に寄与します。順電流If=20mAにおけるセグメントごとの順方向電圧（Vf）の代表的な範囲は4.20Vから5.20Vです。特に、小数点（DP）はより低い順方向電圧を持ち、括弧内に2.1Vから2.6Vと示されており、これは駆動回路で考慮する必要があり、おそらく異なるチップ技術（標準GaPなど）を使用していることを示しています。逆電流（Ir）は、セグメントに対して逆電圧（Vr）10V、DPに対して5Vで最大100 μAと規定されています。このパラメータはテスト目的のみであり、デバイスは逆バイアス下で動作させるべきではありません。類似の光領域内のセグメント間の光度整合比は、If=10mAで最大2:1と規定され、許容可能な均一性を保証します。セグメント間のクロストークは1.0%未満と規定され、隣接セグメントの不要な発光を最小限に抑えます。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、本デバイスが光度でカテゴライズされていることを示しています。これは、特定のビンコードがここでは詳細に説明されていないものの、ビニングシステムが適用されていることを意味します。実際には、メーカーはしばしば、単一の生産ロットまたは注文内での一貫性を確保するために、光度や順方向電圧などの主要パラメータに基づいてLEDをビンに分類します。設計者は、アプリケーションで複数のディスプレイ間の厳密な光度整合が必要な場合、詳細なビニング情報についてメーカーに確認する必要があります。提供されている代表的な光度範囲（420-1400 μcd）は、可能性のあるばらつきの目安を与えます。

4. 性能曲線分析

PDFは代表的な電気的／光学的特性曲線を参照していますが、具体的なグラフは提供された内容には含まれていません。通常、LEDディスプレイのこのような曲線には以下が含まれます：順電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）：このグラフは、電流と電圧の非線形関係を示します。膝電圧は、LEDが顕著に発光し始めるポイントです。この曲線は、適切な電流制限抵抗の選択または定電流ドライバの設計に役立ちます。光度 vs. 順電流（L-I曲線）：これは、光出力が電流とともにどのように増加するかを示します。一般的にある範囲では線形ですが、熱効果により高電流で飽和します。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低下を示し、熱管理の重要性を強調しています。スペクトルパワー分布：波長に対する相対強度をプロットしたグラフで、約611 nmでのピークと17 nmの半値幅で定義される形状を示します。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法と公差

このディスプレイの桁高は1.0インチ（25.4 mm）です。すべての主要寸法の公差は±0.25 mm（0.01"）です。主要な機械的注意事項には、セグメント内の異物または気泡の制限（≤20ミル）、反射板の曲がり（その長さの≤1%）、表面インク汚染（≤20ミル）が含まれます。ピン先端シフト公差は±0.40 mmです。ピン用の推奨PCB穴径は1.00 mmであり、これはウェーブはんだ付けまたはリフローはんだ付け時の適切な機械的適合性とはんだ接合部の信頼性を確保するために重要です。

5.2 ピン配置と極性

LTS-10804KFはコモンアノードディスプレイです。内部回路図は、すべてのセグメントアノードがコモンアノードピン（ピン4およびピン11）に接続されていることを示しています。各セグメントカソード（A-GおよびDP）は専用のピンを持っています。セグメントを点灯させるには、対応するコモンアノードピンを正電圧（電流制限抵抗またはドライバを介して）に接続し、そのセグメントのカソードピンをロー（グランドにシンク）に引き下げる必要があります。ピン3、7、10、および13は未接続（N/C）と記載されています。ピン配置は以下の通りです：1:E、2:D、3:N/C、4:コモンアノード、5:C、6:DP、7:N/C、8:B、9:A、10:N/C、11:コモンアノード、12:F、13:N/C、14:G。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

絶対最大定格ははんだ付け条件を規定しています：組立中、部品本体温度はその最大定格を超えてはならず、実装面から1/16インチ下で3秒間260°Cというガイドラインがあります。これはウェーブはんだ付けに典型的です。リフローはんだ付けの場合、ピーク温度約260°Cの標準的な鉛フリープロファイルが適用可能ですが、液相線以上の暴露時間は制御する必要があります。設計者は、リードを通じてLEDチップが過熱しないように、PCBレイアウトが十分なサーマルリリーフを提供することを確認しなければなりません。はんだ付け前には、部品は指定された-35°Cから+105°Cの範囲内で乾燥状態で保管し、リフロー中のポップコーン現象を引き起こす可能性のある湿気の吸収を防ぐ必要があります。

7. アプリケーション推奨事項

7.1 代表的なアプリケーション回路

このディスプレイは、各セグメントごとに外部の電流制限抵抗、または専用のLEDドライバICを必要とします。マイクロコントローラを使用した簡単なマルチプレックス設計の場合、コモンアノードピンはPNPトランジスタまたはハイサイドドライバを介して切り替えられ、セグメントカソードは電流シンク能力を持つマイクロコントローラピンまたはシフトレジスタに接続されます。小数点（DP）の異なる順方向電圧は、別個の電流制限抵抗計算を必要とします。温度にわたる正確な輝度制御と安定性を必要とするアプリケーションには、定電流ドライバの使用が推奨されます。

7.2 設計上の考慮事項

• 電流制限：常に直列抵抗または定電流ドライバを使用してください。抵抗値は、電源電圧、LED順方向電圧（安全設計のために最大Vfを使用）、および所望の順電流（25mA連続最大値を大幅に下回る、例えば良好な輝度と寿命のため10-15mA）に基づいて計算します。
• 熱管理：セグメントごとの損失電力は低いですが、複数桁ディスプレイや高い周囲温度では注意が必要です。十分な空気の流れを確保し、低下曲線を考慮してください。ディスプレイを他の熱源の近くに配置しないでください。
• 視野角：広い視野角は有益ですが、最適な視認性のためには、ディスプレイをユーザーの主視線に対して垂直に配置してください。
• ESD保護：LEDは静電気放電に敏感です。組立中は標準的なESD取り扱い手順を実施してください。

8. 技術比較と差別化

従来の赤色GaAsPまたは標準緑色GaP LEDディスプレイと比較して、LTS-10804KFのAlInGaP技術は優れた発光効率を提供し、同じ電流でより明るい出力、またはより低い電力で同等の出力を意味します。黄橙色は優れた視認性を提供し、主観的に赤色よりも明るく知覚されることが多いです。ドットマトリックスディスプレイと比較して、7セグメントデバイスは駆動とデコードがより簡単で、1桁表示に必要なI/Oピンが少なく、数字のみを表示する必要があるアプリケーションでコスト効果が高くなります。その主なトレードオフは、完全なグラフィックスではなく英数字文字に限定されることです。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: なぜ（セグメント用とDP用で）2つの異なる順方向電圧範囲が記載されているのですか？

A: 小数点はおそらく、より低いバンドギャップを持つ異なる半導体材料（例えば赤色用の標準GaP）を使用しており、その結果、より低い順方向電圧になっています。これは駆動回路を設計する際に考慮する必要があります。

Q: このディスプレイを5V電源で駆動できますか？

A: はい、ただし電流制限抵抗の注意深い計算が必要です。20mAでVf(最大)=5.2Vのセグメントの場合、5V電源では順方向電圧を克服するのに不十分です。より低い電流（Vfが低くなる、代表曲線参照）で動作させるか、最大Vfよりも高い、例えば6Vや12Vなどの電源電圧を適切な抵抗と共に使用する必要があります。

Q: 光度整合比2:1とはどういう意味ですか？

A: これは、類似領域（例えばすべてのAセグメント）内で、最も暗いセグメントの測定された光度と最も明るいセグメントの光度の比が1:2より悪くならないことを意味します。同じテスト条件下では、最も明るいセグメントは最も暗いセグメントの2倍を超えて明るくなることはありません。

10. 実用的なアプリケーション例

ケース：デジタル電圧計表示の設計

設計者が3桁のDC電圧計を作成しています。彼らは3つのLTS-10804KFディスプレイを選択します。マイクロコントローラのI/Oが限られているため、マルチプレックス方式を使用します。3つのコモンアノードピン（桁ごとに1つ）は、3つのPNPトランジスタのコレクタに接続され、そのエミッタは12Vレールに接続されています。マイクロコントローラは抵抗を介してトランジスタのベースを駆動し、各桁を順次オンに切り替えます。3つのディスプレイすべてのセグメントカソード（A-G）は、単一のBCD-7セグメントデコーダ／ドライバIC（例：74HC4511）の出力に並列に接続されています。このドライバは、アクティブなセグメントの電流をシンクします。別個の電流制限抵抗がドライバ出力とディスプレイカソードの間に配置されます。中間桁の小数点（ボルトの10分の1を示すため）は、DPのより低いVfに対して計算された専用の抵抗を持つマイクロコントローラピンによって直接駆動されます。マルチプレックスは十分に高速（例えば桁あたり100Hz）であり、人間の目には連続して見えます。この設計は、部品点数を最小限に抑えながら、明確で明るい表示を提供します。

11. 動作原理

7セグメントLEDディスプレイは、8の字型に配置された発光ダイオードの集合体です。7つのセグメント（AからGとラベル付け）のそれぞれは、個別のLEDまたはLEDチップの直列／並列組み合わせです。追加のLEDが小数点（DP）に使用されます。LTS-10804KFのようなコモンアノード構成では、すべてのセグメントのアノードが1つ以上のコモンピンに接続されています。各セグメントのカソードは個別のピンに引き出されています。順方向バイアスが印加されると光が発せられます：コモンアノードがターゲットセグメントのカソードに対して正電圧に設定され、電流がそのセグメントのLEDを流れ、AlInGaP半導体材料におけるエレクトロルミネセンスを介して光子を生成します。異なるセグメントの組み合わせを選択的に励起することにより、数字0-9および一部の文字を形成することができます。

12. 技術トレンド

AlInGaPの使用は、琥珀色、橙色、および赤色LEDのための成熟した効率的な技術を表しています。ディスプレイ技術の現在のトレンドには、複雑なグラフィックスのためのOLEDやマイクロLEDなど、より高密度でフルカラーのソリューションへの移行が含まれます。しかし、シンプルで低コスト、高信頼性、高輝度の数値および英数字表示については、特に産業、自動車、屋外アプリケーションにおいて、セグメントLEDディスプレイは依然として非常に重要です。将来の開発は、さらなる効率向上、さらに広い視野角、オンボードドライバまたはコントローラ（スマートディスプレイ）の統合、および視認性のための桁高を維持または増加させながらの小型化に焦点を当てる可能性があります。IoTおよびスマートデバイスへの推進により、これらのディスプレイがより多くの接続アプリケーションで使用される可能性もありますが、堅牢なヒューマンマシンインターフェースとしての中核機能は変わらないままです。