LTS-4801JD LEDディスプレイ仕様書 - 0.39インチ桁高 - AlInGaPハイパーレッド - 2.6V順電圧 - 70mW消費電力 - 技術文書

1. 製品概要

LTS-4801JD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高性能な1桁7セグメント表示モジュールです。その中核機能は、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、信頼性と様々な電子システムへの容易な統合を考慮して設計されています。

1.1 中核的利点とターゲット市場

この表示器は、幅広いアプリケーションに適したいくつかの主要な利点を提供します。主な利点には、連続的で均一なセグメントによる優れた文字表示、明るい環境下でも優れた視認性を実現する高輝度と高コントラスト、様々な位置からの可読性を確保する広い視野角が含まれます。さらに、低消費電力とソリッドステートの信頼性を特徴とし、長い動作寿命とエネルギー効率に貢献します。本デバイスは輝度でカテゴライズされており、輝度レベルの一貫性を提供します。ターゲット市場には、産業用制御パネル、試験・測定機器、民生用家電、自動車ダッシュボード（補助表示）、コンパクトで信頼性の高い数値表示を必要とするあらゆる組込みシステムが含まれます。

2. 技術仕様の詳細

LTS-4801JDの性能は、設計者が適切な実装のために考慮しなければならない一連の精密な電気的・光学的パラメータによって定義されます。

2.1 測光および光学的特性

光学的性能はその機能の中核です。本デバイスはAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）ハイパーレッドLEDチップを採用しています。光出力は、順電流（IF）1mAで駆動した場合の典型的な平均光度（Iv）が200〜650マイクロカンデラ（μcd）であることが特徴です。色は、ピーク発光波長（λp）650ナノメートル（nm）および主波長（λd）639 nmで定義され、いずれもIF=20mAで測定されます。スペクトル線半値幅（Δλ）は20 nmで、比較的純粋な赤色であることを示しています。セグメント間の光度マッチングは最大2:1の比率で規定されており、数字全体で均一な外観を保証します。

2.2 電気的パラメータ

電気的仕様は、安全かつ効果的な動作を保証します。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消費電力は70mW、セグメントあたりのピーク順電流は90mA（1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）、セグメントあたりの連続順電流は25°Cで25mA、0.33 mA/°Cで直線的に減額されます。セグメントあたりの最大逆電圧は5Vです。標準動作条件（Ta=25°C、IF=20mA）下では、セグメントあたりの順電圧（VF）は2.1Vから2.6Vの範囲です。逆電流（IR）は、VR=5Vで最大100 μAです。

2.3 熱的および環境仕様

本デバイスの動作温度範囲は-35°Cから+85°C、保管温度範囲も同様です。この広い範囲により、大きな温度変動のある環境にも適しています。はんだ付け温度定格は、デバイスが実装面から0.116インチ（約2.95mm）下の点で260°Cを3秒間耐えられることを規定しており、これは組立プロセスにおける重要な情報です。

3. ビニングシステムの説明

仕様書は、デバイスが輝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、標準試験条件（IF=1mA）で測定された平均光度（Iv）に基づいてビニングシステムが適用されていることを意味します。ビンは、類似した光出力レベル（例：200-350 μcd、350-500 μcd、500-650 μcd）のデバイスをグループ化します。これにより、設計者は、複数桁表示や輝度マッチングが重要なアプリケーションにおいて、一貫した輝度の部品を選択できます。規定されている最大2:1の光度マッチング比は、単一デバイス内での性能保証であり、ビニングは複数デバイス間の一貫性を保証します。

4. 性能曲線分析

提供された仕様書抜粋は典型的な電気的／光学的特性曲線を参照していますが、このようなデバイスの典型的な曲線は、設計に不可欠な主要な関係を図示するでしょう。

4.1 順電流対順電圧（I-V曲線）

典型的なI-V曲線は、AlInGaP LEDチップの順電流（IF）と順電圧（VF）の間の指数関数的関係を示すでしょう。曲線は約1.8V-2.0V付近で明らかに導通を開始し、通常の動作範囲（例：5-30mA）で比較的急峻な傾斜を示し、20mAでVFが典型的な2.1V-2.6Vまで上昇します。この曲線は、電流制限回路を設計する上で不可欠です。

4.2 光度対順電流

この曲線は輝度制御に極めて重要です。通常、光度（Iv）は順電流（IF）にほぼ比例して増加し、非常に高い電流で飽和する可能性がある範囲を示すでしょう。この線の傾きが効率（ルーメン毎ワットまたはカンデラ毎アンペア）を決定します。設計者はこれを使用して、所望の輝度レベルを達成するために必要な動作電流を選択します。

4.3 光度対周囲温度

LEDの光出力は、接合温度が上昇すると減少します。減額曲線は、周囲温度（Ta）または接合温度（Tj）の関数としての相対光度を示すでしょう。AlInGaP LEDの場合、温度が上昇すると出力が大幅に低下する可能性があり、これは熱管理や高温環境向けの設計で考慮する必要があります。

4.4 スペクトル分布

スペクトルパワー分布グラフは、650 nmのピークを中心に、異なる波長にわたって放射される光の相対強度を示すでしょう。20 nmのスペクトル半値幅は、最大強度の半分におけるこのピークの幅を示し、赤色光の単色性を確認します。

5. 機械的およびパッケージ情報

LTS-4801JDの物理的構造は、機械的統合のために定義されています。

5.1 寸法と外形図

パッケージの桁高は0.39インチ（10.0 mm）です。詳細な寸法図（仕様書で参照）は、パッケージの全長、幅、高さ、セグメントの寸法と間隔、リード（ピン）の間隔と長さ、右側小数点の位置を規定します。特に断りのない限り、すべての寸法はミリメートル単位で、標準公差は±0.25mmです。この図は、PCBフットプリントの作成および筐体内への適切な収まりを確保するために不可欠です。

5.2 ピン配置と極性識別

本デバイスは10ピン構成です。コモンアノード構造を採用しており、すべてのLEDセグメントのアノードが内部で接続され、特定のピンに引き出されています。ピン接続は以下の通りです：ピン3とピン8はコモンアノードです（内部で接続されています）。各セグメントのカソードは個別のピンにあります：ピン1（G）、ピン2（F）、ピン4（E）、ピン5（D）、ピン6（D.P. 小数点）、ピン7（C）、ピン9（B）、ピン10（A）。ピン番号とピン1の位置は機械図から確認する必要があります。Rt. Hand Decimalの記述は、小数点が数字の右側にあることを確認しています。

5.3 内部回路図

参照される内部回路図は、コモンアノード構成を視覚的に表現しています。1つの共通ノード（アノード）が正電源に接続され、各セグメントのLED（AからG、およびDP）のカソードが別々のピンに接続されていることを示すでしょう。セグメントを点灯させるには、対応するカソードピンをロー（電流制限抵抗を介してグランドに接続）に駆動し、コモンアノードをハイに保持する必要があります。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

デバイスの完全性を維持するには、適切な取り扱いが必要です。

6.1 リフローはんだ付けパラメータ

提供される重要なパラメータは、最大はんだ付け温度です：実装面から0.116インチ（2.95mm）下で測定して260°Cを3秒間。これは典型的な無鉛リフロープロファイル（例：IPC/JEDEC J-STD-020）に適合します。プリヒートゾーン、急速な温度上昇、指定時間260°Cを超えないピーク温度ゾーン、制御された冷却ゾーンを含む標準的なリフロープロファイルを使用する必要があります。プロファイルは、パッケージリードの温度が絶対最大値を超えないことを保証しなければなりません。

6.2 注意事項と取り扱い

LEDチップは静電気に敏感であるため、取り扱いおよび組立中は標準的なESD（静電気放電）対策を遵守する必要があります。リードやプラスチックパッケージに機械的ストレスを加えないでください。はんだ付け後の洗浄は、パッケージ材料（おそらくエポキシ）と適合する方法を使用する必要があります。

6.3 保管条件

デバイスは、指定された保管温度範囲-35°Cから+85°C内で保管する必要があります。湿気吸収と静電気損傷を防ぐために、使用準備が整うまで、低湿度環境およびESD保護包装で部品を保管することが推奨されます。

7. アプリケーション推奨事項

7.1 典型的なアプリケーション回路

LTS-4801JDのようなコモンアノード表示器の最も一般的な駆動方法は、特に複数桁を使用する場合のマルチプレクシングです。マイクロコントローラまたは専用の表示ドライバICは、各桁のコモンアノードに順次電源を供給しながら、その桁で点灯すべきセグメントのカソードパターンを出力します。この方法はI/Oピンを節約します。1桁アプリケーションでは、よりシンプルなスタティック駆動を使用できます：コモンアノードピン（3 & 8）を表示器全体の電流制限抵抗を介して正電源電圧（Vcc）に接続し、各カソードピン（A-G、DP）をマイクロコントローラのI/Oピンまたはドライバトランジスタに接続します。各I/Oピンには、対応するセグメント用の直列電流制限抵抗が必要です。

7.2 電流制限抵抗の計算

電流制限抵抗の値は重要です。オームの法則を使用して計算できます：R = (Vcc - VF) / IF。例えば、Vccが5V、典型的なVFが2.6V、所望のIFが20mAの場合：R = (5V - 2.6V) / 0.020A = 120オーム。抵抗の定格電力は少なくともP = (IF)^2 * R = (0.020)^2 * 120 = 0.048Wであるべきなので、標準的な1/8W（0.125W）または1/4W抵抗で十分です。

7.3 設計上の考慮事項

輝度制御：輝度は、指定された範囲内で順電流（IF）を変化させることによって調整できます。抵抗値を変更するか、駆動信号にPWM（パルス幅変調）を使用します。PWMは調光に非常に効果的です。

視野角：広い視野角は有益ですが、最終製品に表示器を配置する際の主要な視認方向を考慮してください。

熱管理：消費電力は低いですが、複数の表示器を使用する場合や高い周囲温度で動作する場合は、輝度低下を防ぎ寿命を延ばすために十分な換気を確保してください。

コントラスト向上：グレーの面と白いセグメントは固有のコントラストを提供します。最適な可読性のためには、表示器周囲に暗色のベゼルやフィルターを使用することで、特に明るい環境光下でコントラストをさらに向上させることができます。

8. 技術比較と差別化

LTS-4801JDは、主にAlInGaP技術の使用と特定の性能特性によって差別化されています。

AlInGaP対その他のLED技術：従来のGaAsPやGaP赤色LEDと比較して、AlInGaP LEDは著しく高い発光効率（単位電力あたりの光出力）、より良い温度安定性、より鮮やかなハイパーレッド色を提供します。フィルターと共に使用される新しい高輝度白色LEDと比較して、このデバイスはよりシンプルで、複雑な駆動電子回路を必要とせず、純粋で効率的な赤色を直接提供します。

7セグメント表示器内での比較：その0.39インチの桁高は、パネル取り付け機器用の一般的なサイズカテゴリーに位置付けられます。列挙されている主要な競争優位点は、連続的で均一なセグメント（クリーンな外観のため）、高輝度と高コントラスト、輝度でのカテゴライズ（一貫性の確保）です。低消費電力は、バッテリー駆動デバイスにとっても利点です。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: 2つのコモンアノードピン（ピン3とピン8）がある目的は何ですか？

A1: 共通接続に2つのピンを使用することで、全点灯セグメントの電流の合計である総アノード電流を分散させることができます。これにより、単一のピンおよびPCBトレースの電流密度が低減され、信頼性が向上します。これらは内部で接続されているため、回路では1つだけを接続する必要がありますが、最高の性能を得るためには両方を接続することが推奨されます。

Q2: この表示器を電流制限抵抗なしで3.3Vマイクロコントローラから直接駆動できますか？

A2: いいえ。各セグメントには常に電流制限抵抗（または定電流源）を使用しなければなりません。順電圧（VF）は通常2.1V-2.6Vです。マイクロコントローラのピンを介して3.3VをLEDに直接接続すると、抵抗はMCUピンとLEDの内部抵抗のみとなり非常に低いため、制御不能で破壊的な可能性のある電流がLEDに流れようとします。

Q3: 連続順電流の25°Cから直線的に減額とはどういう意味ですか？

A3: これは、周囲温度が25°Cを超えて上昇するにつれて、許容される最大連続順電流が減少することを意味します。減額率は0.33 mA/°Cです。例えば、50°C（基準より25°C高い）では、最大電流は25mA - (0.33 mA/°C * 25°C) = 25mA - 8.25mA = 16.75mAとなります。これにより過熱を防ぎ、信頼性を確保します。

Q4: 光度マッチング比2:1はどのように解釈すればよいですか？

A4: これは、単一のLTS-4801JDユニット内で、同じ条件（IF=1mA）で測定した場合、最も暗いセグメントの輝度が最も明るいセグメントの輝度の半分以上になることを意味します。これにより、数字全体で視覚的な均一性が保証されます。

10. 実践的な設計と使用事例

事例：シンプルなデジタル電圧計表示の設計

設計者は、0.0Vから19.9Vを表示するコンパクトなデジタル電圧計を作成しています。明確で低消費電力の表示が必要です。高輝度と0.39インチサイズ（意図された用途で読みやすい）のためにLTS-4801JDを選択します。3桁の表示に3つの表示器を使用します。マイクロコントローラのADCが電圧を読み取り、値を変換し、コモンアノード用のトランジスタアレイとセグメントカソード用のMCUのI/Oピン（直列抵抗付き）を使用したマルチプレクシング方式で表示器を駆動します。中央の桁の右側小数点は、小数第1位を表示するために使用されます。AlInGaPの赤色は、暗いパネルに対して高いコントラストがあるために選択されます。設計者は、5Vシステムで各セグメントを約15mAで駆動するための抵抗値を計算し、室温で25mAの連続定格を十分に下回りながら十分な輝度を提供します。

11. 動作原理の紹介

LTS-4801JDは、半導体材料におけるエレクトロルミネセンスの基本原理に基づいて動作します。AlInGaPチップ構造はp-n接合を形成します。接合のしきい値（約1.8-2.0V）を超える順電圧が印加されると、n型領域からの電子とp型領域からの正孔が活性領域に注入され、そこで再結合します。AlInGaPでは、この再結合によりエネルギーが主に赤色波長範囲（〜650 nm）の光子（光）として放出されます。7つのセグメント（AからG）および小数点（DP）のそれぞれには、パッケージ内に埋め込まれた1つ以上のこれらの微小LEDチップが含まれています。コモンアノード構成により、単一の正電圧源ですべてのセグメントに電力を供給でき、所望のセグメントのカソードをグランドに接続することで個別制御を実現し、外部駆動回路を簡素化します。

12. 技術トレンドと背景

LTS-4801JDのような7セグメントLED表示器は、成熟し高度に最適化された表示技術を代表しています。ドットマトリックスOLEDやTFT LCDなどの新しい技術はより大きな柔軟性（フルグラフィックス、複数色）を提供しますが、7セグメントLEDは特定の分野で強い利点を保持しています：駆動電子回路の極端なシンプルさ、非常に高い輝度とコントラスト、直射日光下での優れた可読性、広い動作温度範囲、バックライトの故障がない卓越した長期信頼性。この分野内でのトレンドは、本デバイスに見られるようにAlInGaPのような先進的な半導体材料を使用したより高い効率（ワットあたりのルーメン数）と、自動組立のための表面実装パッケージに向かっています。コスト効率が高く、頑丈で、非常に読みやすい数値表示が主な要件であるアプリケーションにおいて、依然として頼りになる解決策です。