LTS-547AKS LEDディスプレイ データシート - 0.52インチ 桁高 - 黄色 - 順電圧2.6V - 技術文書

1. 製品概要

LTS-547AKSは、明確で明るく信頼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高性能単桁数値表示モジュールです。その主な機能は、1桁の10進数（0-9）と小数点を視覚的に表示することです。本デバイスは、明るい黄色光を発光するように特別に設計された先進的なAS-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製造されています。この材料システムはGaAs（砒化ガリウム）基板上に成長させられており、黄橙色スペクトルにおいて高い効率と優れた色純度で知られています。表示部は、グレー色のフェースプレートと白色のセグメントという特徴的な外観を備えており、様々な照明条件下でのコントラストと視認性を高めています。また、発光強度でカテゴライズされており、製造ロット間での輝度の一貫性が確保されています。

1.1 中核的利点とターゲット市場

LTS-547AKSは、幅広い産業、商業、民生用途に適したいくつかの重要な利点を提供します。低消費電力は大きな利点であり、バッテリー駆動または高効率システムへの統合を可能にします。高輝度と高コントラスト比により、明るい環境下でも優れた視認性を確保します。広い視野角は、実装とユーザーの位置設定に柔軟性をもたらします。LED技術のソリッドステート信頼性は、白熱灯や真空蛍光表示管（VFD）などの旧来の表示技術と比較して、長い動作寿命、耐衝撃性、最小限のメンテナンスに繋がります。本デバイスはまた、RoHS（有害物質の使用制限）などの現代の環境規制に準拠した、鉛フリーパッケージで提供されています。典型的なターゲット市場には、単一の明確な数値インジケータが必要な計器盤、試験・測定機器、産業用制御装置、医療機器、民生家電、自動車のダッシュボード表示などが含まれます。

2. 技術パラメータの詳細かつ客観的解釈

このセクションでは、データシートに規定されている主要な電気的および光学的パラメータについて、詳細かつ客観的な分析を提供します。これらのパラメータを理解することは、適切な回路設計と最適な表示性能の確保に極めて重要です。

2.1 測光および光学特性

主要な光学特性は、平均光度（Iv）です。順電流（IF）1 mAで測定された代表値は1400 µcd（マイクロカンデラ）であり、規定最小値は500 µcdです。このパラメータは、各点灯セグメントの知覚される明るさを定義します。光度マッチング比（IV-m）は最大2:1と規定されています。この比率は、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との間で許容される最大の輝度変動を示し、全てのセグメントが点灯した際の均一な外観を保証します。色特性は波長によって定義されます。ピーク発光波長（λp）は、IF=20mAにおいて代表値588 nm（ナノメートル）です。主波長（λd）は、知覚される色により密接に関連しており、584 nmから594 nmの範囲を持ちます。スペクトル線半値幅（Δλ）は代表値15 nmであり、発せられる黄色光のスペクトル純度を表しています。

2.2 電気的パラメータ

主要な電気的パラメータは、セグメントあたりの順電圧（VF）です。順電流20 mAにおいて、代表VFは2.6ボルト、最小値は2.05ボルトです。これは、LEDが電流を流し発光しているときの両端の電圧降下です。設計者は駆動回路がこの電圧を供給できることを確認しなければなりません。逆電流（IR）は、逆電圧（VR）5Vにおいて最大10 µAと規定されており、LEDが逆バイアスされたときの非常に小さなリーク電流を示しています。逆電圧の絶対最大定格（5V）を超えるとデバイスが損傷する可能性があります。

2.3 絶対最大定格と熱的考慮事項

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限界を定義します。通常動作のための値ではありません。セグメントあたりの連続順電流は、25°Cにおいて25 mAです。0.33 mA/°Cのデレーティング係数が提供されており、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電流が減少することを意味します。例えば、85°Cでは、最大電流は約 25 mA - (0.33 mA/°C * 60°C) = 5.2 mA となります。ピーク順電流は60 mAですが、これはパルス条件下（1 kHz、25%デューティサイクル）でのみ許容されます。セグメントあたりの電力損失は70 mWです。動作および保管温度範囲は-35°Cから+85°Cと規定されており、デバイスが耐えられる環境条件を定義しています。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、本製品が発光強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、製造工程で行われるビニングまたは選別プロセスを指します。半導体エピタキシャル成長およびウェハー処理における固有のばらつきにより、同じ製造ロットのLEDでも、発光強度や順電圧などの主要パラメータにわずかな差が生じることがあります。エンドユーザーに一貫性を保証するため、メーカーは各デバイスをテストし、測定された性能に基づいて異なるビンまたはカテゴリに分類します。LTS-547AKSは特に発光強度（Iv）でビニングされており、顧客は特定の強度範囲（ビン）からデバイスを選択することで、多桁表示アプリケーションにおいて全ての桁で均一な輝度を保証することができます。データシートには最小値（500 µcd）と代表値（1400 µcd）が記載されていますが、特定のビンコードとそれに対応する強度範囲は、通常、別のビニング文書に詳細が記載されているか、要求に応じて入手可能です。

4. 性能曲線分析

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性能曲線は、設計において非常に貴重な洞察を提供します。これらの曲線は、主要パラメータ間の関係をグラフィカルに表しています。

4.1 順電流対順電圧（I-V曲線）

この曲線は、LEDを流れる電流とその両端電圧との非線形関係を示します。AlInGaPの場合のターンオン電圧（約2.0-2.1V）と、順電圧が電流とともにわずかに増加する様子を示しています。この情報は、単純な抵抗器を使用する場合でも定電流ドライバを使用する場合でも、電流制限回路を設計する上で極めて重要です。

4.2 光度対順電流

このプロットは、光出力（µcdまたはmcd）が順電流とともにどのように増加するかを示しています。一般的にある範囲では線形ですが、非常に高い電流では飽和する可能性があります。これは、設計者が、電力損失限界を超えたりルーメン減衰を加速させたりすることなく、必要な輝度を提供する動作電流を選択するのに役立ちます。

4.3 温度特性

順電圧と光度が周囲温度（Ta）または接合温度（Tj）とともにどのように変化するかを示す曲線は不可欠です。一般的に、順電圧は温度の上昇とともに減少し（負の温度係数）、光度も温度の上昇とともに減少します。これらの傾向を理解することは、広い温度変動を受けるアプリケーションにおいて安定した性能を確保するために極めて重要です。

5. 機械的およびパッケージ情報

LTS-547AKSの桁高は0.52インチ（13.2 mm）です。パッケージ寸法は、全ての寸法がミリメートルで、特に断りのない限り標準公差±0.25 mmの図面で提供されます。この図面はPCB（プリント回路基板）レイアウトにおいて、フットプリントと穴パターンが正しく設計されていることを確認するために重要です。本デバイスはデュアルインチラインパッケージ構成で10本のピンを有しています。

5.1 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E、ピン2：アノードD、ピン3：コモンカソード、ピン4：アノードC、ピン5：アノードD.P.（小数点）、ピン6：アノードB、ピン7：アノードA、ピン8：コモンカソード、ピン9：アノードF、ピン10：アノードG。本デバイスはコモンカソード構成を使用しています。これは、全てのLEDセグメント（A-GおよびDP）のカソード（負極端子）が内部で接続され、2本のピン（3と8、これらは接続されています）に引き出されていることを意味します。特定のセグメントを点灯させるには、対応するアノードピンを（電流制限抵抗またはドライバを介して）正電圧で駆動し、コモンカソードピンをグランドに接続する必要があります。内部回路図は、全てのセグメントに対するこのコモンカソード接続を示すことでしょう。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

データシートは重要なはんだ付けパラメータを規定しています：許容される最大はんだ温度は260°Cであり、この温度は最大3秒間のみ適用可能です。この測定は、PCB上の部品の実装面から1.6 mm（1/16インチ）下の点で行われます。このガイドラインは、フローはんだ付けまたはリフローはんだ付けプロセスにおいて不可欠です。これらの時間/温度制限を超えると、LEDチップ、エポキシ封止材、または内部ワイヤーボンドに熱損傷を引き起こし、即時故障または長期信頼性の低下につながる可能性があります。LED組装には標準的なIPCガイドラインに従うことが推奨されます。保管については、湿気吸収（リフローはんだ付け時のポップコーン現象の原因となる）を防ぐため、乾燥環境で-35°Cから+85°Cの範囲が規定されています。

7. アプリケーション提案

7.1 典型的なアプリケーションシナリオ

LTS-547AKSは、単一の高度に視認性の高い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以下が含まれます：デジタルマルチメータおよびクランプメータ、周波数カウンタ、卓上電源装置、プロセスタイマーおよびカウンタ、医療監視装置（例：単一パラメータ表示）、家庭用電化製品（電子レンジ、オーブン、コーヒーメーカー）、自動車用アフターマーケット計器（電圧、温度）、産業用制御盤インジケータ。

7.2 設計上の考慮事項

• 電流制限：LEDは電流駆動デバイスです。順電流を所望の値（例：最大輝度のための10-20 mA）に設定するために、各アノードに直列に電流制限抵抗を接続する（または定電流ドライバを使用する）必要があります。抵抗値は R = (Vcc - Vf) / If を用いて計算されます。ここで、Vccは電源電圧、VfはLED順電圧、Ifは所望の順電流です。
• マルチプレクシング：複数の桁を駆動する場合、桁をまたいで同じ種類のセグメントを接続し、各桁のコモンカソードを高周波で順次オンにするマルチプレクシング技術がよく使用されます。これにより、マイクロコントローラのI/Oピンを節約できます。
• 視野角：広い視野角により柔軟な実装が可能ですが、最適な視認性のためには、表示面に対する主要ユーザーの視線を考慮してください。
• ESD保護：明示的には記載されていませんが、AlInGaP LEDは静電気放電（ESD）に敏感である可能性があります。組立時には標準的なESD取り扱い予防策を遵守すべきです。

8. 技術比較

他の単桁表示技術と比較して、LTS-547AKS（AlInGaP 黄色）は明確な利点を提供します。旧来の赤色GaAsPまたはGaP LEDと比較して、AlInGaPは黄橙赤スペクトルの色において大幅に高い輝度と効率を提供します。7セグメントLCDと比較して、低照度条件下での優れた視認性、より広い動作温度範囲、バックライトを必要としない点が利点です。真空蛍光表示管（VFD）と比較して、より頑丈で、動作電圧が低く、消費電力も少ないですが、VFDは異なる色（しばしば青緑色）と非常に広い視野角を提供する場合があります。黄色の選択は、その高い発光効率と、一般的な赤色や緑色の表示とは異なる、明確で注意を引く外観のためにしばしば選ばれます。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: 2つのコモンカソードピン（3と8）の目的は何ですか？

A1: それらは内部で接続されています。2本のピンを持つことで、機械的な対称性、より良い電流分布、LEDチップのカソード側からの放熱性向上が得られます。PCBレイアウトでは、両方をグランドに接続すべきです。

Q2: この表示器を5Vマイクロコントローラピンから直接駆動できますか？

A2: いいえ、直接はできません。代表順電圧は2.6Vであり、5Vを出力するマイクロコントローラピンは過剰な電流を流し、LEDセグメントを破壊します。直列に電流制限抵抗を使用しなければなりません。5V電源で目標電流20 mAの場合、抵抗値は約 (5V - 2.6V) / 0.02A = 120オームとなります。安全性と長寿命のため、やや高い値（例：150オーム）がよく使用されます。

Q3: 私の設計において発光強度でカテゴライズとはどういう意味ですか？

A3: 特定の輝度ビンからデバイスを発注できることを意味します。複数ユニットの製品や多桁表示器を構築する場合、全ての表示器に同じビンコードを指定することで、全てが非常に類似した輝度を持つことが保証され、均一でプロフェッショナルな外観が得られます。異なるビンを混在させると、一部の桁が他よりも明るくまたは暗く見える可能性があります。

Q4: 順電流のデレーティング係数はどのように解釈すればよいですか？

A4: 0.33 mA/°Cのデレーティング係数は、周囲温度が25°Cを超えて1°C上昇するごとに、最大連続順電流を0.33 mA減少させなければならないことを意味します。これは、LEDの接合温度が安全限界を超えるのを防ぎ、寿命を劇的に縮めることを回避するために必要です。高温環境では、信頼性を維持するために表示器をより低い電流で動作させる必要があるかもしれません。

10. 実践的設計事例

シナリオ：0-9.9Vを表示するシンプルなバッテリー駆動デジタル電圧計の設計。

実装：電圧を測定するためにアナログ-デジタル変換器（ADC）を備えたマイクロコントローラを使用します。マイクロコントローラは、LTS-547AKSの7セグメントと小数点を駆動するために少なくとも8本のI/Oピンを必要とします。各アノードラインには電流制限抵抗（例：3.3V-5Vシステムでは180-220オーム）が必要です。2つのコモンカソードピンはグランドに接続します。マイクロコントローラのファームウェアはADC値を読み取り、10進数に変換し、適切なアノードピンをハイに設定することで対応するセグメントを点灯させます。小数第1位（9.9の9）を表示するには、2桁目が必要となり、マルチプレクシングを使用して、同じ8本のセグメントラインから両方の桁を駆動し、各桁のコモンカソードを制御するために別々のI/Oピンを使用します。

11. 動作原理の紹介

LTS-547AKSは、半導体ダイオードにおけるエレクトロルミネセンスの原理に基づいて動作します。各セグメントの中心は、GaAs基板上に成長させたAlInGaP層で作られた微小なチップです。この構造はp-n接合を形成します。接合の内蔵電位（約2.0-2.1V）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接合部を横切って注入されます。これらの電荷キャリアが半導体の活性領域で再結合すると、エネルギーが光子（光）の形で放出されます。AlInGaP合金の特定の組成が半導体のバンドギャップエネルギーを決定し、それが今度は発せられる光の波長（色）を決定します—この場合は黄色（約588 nm）です。グレーのフェースと白色のセグメントは、それぞれ拡散板とコントラストエンハンサーとして機能し、最適な視認性のために光を整形・指向させます。

12. 技術トレンド

表示技術の開発は継続しています。LTS-547AKSのような個別LED数値表示器において、トレンドはいくつかの分野に焦点を当てています。効率向上：継続的な材料科学研究は、AlInGaPやその他の化合物半導体の内部量子効率（IQE）と光取り出し効率を改善し、より低い電流でより明るい表示器を生み出すことを目指しており、これは携帯機器にとって重要です。小型化：0.52インチは標準サイズですが、コンパクトなデバイス向けのより小さな桁と、長距離視認向けのより大きく明るい桁の両方に対する需要があります。統合化：統合ドライバ（I2C、SPI）またはマイクロコントローラを内蔵した表示器へのトレンドがあり、システム設計者にとってインターフェースを簡素化しています。カラーオプション：黄色は非常に効率的ですが、青色InGaN LEDと蛍光体変換の進歩により、フルカラーRGB表示器や白色表示器がより身近になっていますが、多くの場合、異なるコスト/性能ポイントにあります。LEDの中核的利点—信頼性、長寿命、ソリッドステートの頑健性—は、これらの属性が最も重要である多くの数値表示アプリケーションにおいて、LEDが主要な選択肢であり続けることを保証します。