LTA-1000KR LEDディスプレイ データシート - 矩形ライトバー - スーパーレッド - 順電圧2.6V - 消費電力70mW - 技術文書

1. 製品概要

LTA-1000KRは、10セグメントの矩形ライトバーとして設計された固体発光ダイオード（LED）表示モジュールです。連続的な視覚的インジケータや光源を必要とするアプリケーション向けに、大きく、明るく、均一な照明領域を提供することを主な機能としています。先進的な半導体材料を活用し、一貫した性能を発揮するよう設計されており、信頼性と効率性に優れています。

1.1 中核的利点とターゲット市場

本製品の主な利点は、明確な矩形パターンが求められる状態表示灯、パネル照明、バックライト用途に最適な、大きく均一な発光面です。低消費電力で動作し、エネルギー効率の高いシステム設計に貢献します。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。固体構造により、フィラメントの断線やガスの劣化のない、従来の白熱灯や蛍光灯インジケータと比較して優れた信頼性と長寿命を実現しています。発光強度でカテゴライズされており、生産時の輝度マッチングを一貫して行えます。さらに、鉛フリーパッケージ要件（RoHS）に準拠しており、現代の環境規制に適合しています。これらの特徴の組み合わせにより、信頼性の高い明確な視覚的信号が重要な産業用制御盤、計測器、民生電子機器、自動車用ダッシュボードアプリケーションに適しています。

2. 技術仕様の詳細解説

このセクションでは、データシートに定義されたデバイスの電気的、光学的、物理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。

2.1 測光・光学特性

光学性能はデバイスの機能の中核です。使用されているLEDチップは、赤/橙色波長スペクトルで高効率が知られる、不透明なGaAs基板上のAlInGaP（アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン）技術に基づいています。順方向電流（IF）20 mAで駆動した場合の代表的なピーク発光波長（λp）は639 nmで、スーパーレッド色域に位置します。主波長（λd）は631 nmと規定されています。スペクトル線半値幅（Δλ）は20 nmであり、比較的狭い帯域の発光を示し、色純度に寄与しています。

セグメントあたりの平均光度（Iv）は重要なパラメータです。IF=1 mAの試験条件下では、光度は最小200 μcdから代表値675 μcdの範囲です。類似発光領域間の光度マッチング比は最大2:1と規定されており、10セグメントすべてが同時に点灯した際の均一な外観を確保する上で重要です。

2.2 電気的特性と絶対最大定格

電気的限界を理解することは、信頼性の高い回路設計に不可欠です。絶対最大定格は、それを超えると永久損傷が発生する可能性のあるストレス限界を定義します。

• セグメントあたりの消費電力：最大70 mW。これは単一のLEDセグメントが安全に熱として放散できる最大電力です。
• セグメントあたりの連続順方向電流：25°C時で最大25 mA。この定格は、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。設計者は、アプリケーションの最高動作温度における低下後の最大電流を計算する必要があります。
• セグメントあたりのピーク順方向電流：最大90 mA、ただしパルス条件（デューティサイクル1/10、パルス幅0.1 ms）でのみ許容されます。これにより、より高い瞬間輝度を得るための短時間の過駆動が可能になります。
• セグメントあたりの順方向電圧（VF）：IF=20 mA時、代表値2.6 V、最大2.6 V。最小値は2.0 Vです。この電圧降下は、直列電流制限抵抗の値を計算する上で重要です。
• セグメントあたりの逆電圧：最大5 V。これを超えるとLED接合部が損傷する可能性があります。
• セグメントあたりの逆電流（IR）：逆電圧（VR）5 V印加時、最大100 μA。

2.3 熱・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。この広い範囲により、過酷な環境下での機能性が確保されています。温度上昇に伴う順方向電流の低下（0.33 mA/°C）は、LEDの熱特性に直接起因するものです。高温では効率と最大安全動作電流が低下します。規定されているはんだ付け条件は、ウェーブまたはリフロー工程で、パッケージ本体温度が260°Cを3秒間超えないことです（実装面から約1.6 mm下で測定）。このガイドラインは、プラスチックパッケージや内部ワイヤーボンドへの熱損傷を防ぐための組立において重要です。

3. 機械的仕様とパッケージ情報

3.1 外形寸法と構造

本デバイスは矩形ライトバーとして記述されています。パッケージはグレーの表面と白いセグメントを有しており、点灯セグメントに対して暗い背景を提供することでコントラストを向上させていると考えられます。正確な寸法は図面（データシートで参照されていますが、本文では詳細は記載されていません）で提供されています。すべての寸法はミリメートル単位で、特に記載のない限り標準公差は±0.25 mmです。ピン先端シフトの特定公差は±0.4 mmであり、PCBフットプリント設計と自動組立において重要です。

3.2 ピン接続と内部回路

LTA-1000KRは20ピン構成です。ピン配置は明確に定義されています：ピン1から10は、セグメントAからK（注：'I'はスキップされ、JとKが使用されます）のアノードです。ピン11から20は、対応するカソードが逆順（カソードKからカソードA）に配置されています。この配置は、各セグメントに対してコモンカソード方式の接続を示唆していますが、各LEDのアノードとカソードの両方に個別にアクセスできます。これにより、マルチプレクシングや個別セグメント制御のための最大限の柔軟性が提供されます。内部回路図が参照されており、通常は10個の独立したLED素子を示しています。

4. アプリケーションガイドラインと設計上の考慮点

4.1 代表的なアプリケーションシナリオ

このライトバーは、明るいインジケータの線形配列を必要とするアプリケーション向けに設計されています。潜在的な用途は以下の通りです：

• レベルインジケータ：信号強度、音量、圧力、温度計など、点灯長さが値を示すもの。
• プログレスバー：計測器や民生機器において、完了状況を示すもの。
• バックライト：均一な矩形照明が必要なエッジライト式パネルやサインボード用。
• 産業用状態表示：制御盤上で、機械の状態や複数チャネルにわたる警報状態を示すもの。

4.2 回路設計と駆動に関する考慮点

LTA-1000KRを安全かつ効果的に動作させるためには、いくつかの設計ルールに従う必要があります：

1. 電流制限：LEDは電流駆動デバイスです。各セグメントには、順方向電流を安全な値（通常、連続定格25 mA以下）に制限するための直列抵抗（または電流制御駆動回路）を使用する必要があります。抵抗値はオームの法則を用いて計算します：R = (電源電圧 - VF) / IF。ここでVFはLEDの順方向電圧です（最悪ケースの電流計算には最大値を使用）。
2. 熱管理：セグメントあたりの消費電力は低い（最大70 mW）ですが、10セグメント合計では700 mWになります。すべてのセグメントを高電流で連続駆動する場合、特に高い周囲温度環境では、十分なPCBの銅面積やその他の放熱対策が必要になる可能性があります。
3. マルチプレクシング：個別のアノードとカソードへのアクセスにより、本デバイスはマルチプレクシング駆動方式に適しています。これにより、必要なマイクロコントローラのI/Oピン数を削減できます。マルチプレクシングパルス中のピーク電流が90 mA定格を超えないこと、および時間平均電流が連続定格を遵守していることを確認する注意が必要です。
4. 逆電圧保護：逆電圧トランジェントが発生する可能性のある回路では、LED自体の逆電圧定格がわずか5Vであるため、外部保護ダイオードが必要になる場合があります。

4.3 実装と取り扱い

パッケージのクラックや剥離を防ぐため、はんだ付けプロファイル（最大260°C、3秒間）への厳守が必須です。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時には標準的なESD（静電気放電）対策を講じる必要があります。保管は規定の温度・湿度範囲内で行い、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湿気吸収を防ぐ必要があります。

5. 性能分析と技術比較

5.1 主要パラメータの分析

AlInGaP技術の使用は重要な要素です。標準的なGaAsP（ガリウムヒ素リン）赤色LEDなどの旧来技術と比較して、AlInGaPは大幅に高い発光効率を提供し、同じ駆動電流でより高い輝度を実現します。不透明なGaAs基板は、下方への発光を吸収し、内部損失を低減してチップ上面からの有効光出力を向上させるのに役立ちます。規定されている光度マッチング比2:1は、この種の表示器の標準グレードであり、許容できる視覚的均一性を確保します。より厳密な均一性を必要とする設計者は、電気的キャリブレーションを実装するか、利用可能であればビニングされた部品を選択する必要があります。

5.2 代替ソリューションとの比較

個別LEDのクラスターと比較して、この統合型ライトバーは、より均一で機械的に頑丈なソリューションを提供し、組立も簡素化されます（1部品対10部品）。真空蛍光表示器やエレクトロルミネッセンス表示器と比較して、LEDははるかに長い寿命、低い動作電圧、ガス漏れや蛍光体劣化のリスクがないという利点があります。主なトレードオフは、視野角と特定の色度点であり、このモデルでは深赤色スペクトルに固定されています。

6. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 10セグメントすべてを25 mAで同時に駆動できますか？

A: 電気的には可能です。各セグメントは独立しているためです。ただし、総消費電力（最大700 mW）を考慮し、特に上限温度付近で信頼性を維持するために、PCBと周囲環境が発生する熱に対処できることを確認する必要があります。

Q: ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

A: ピーク波長（λp=639nm）は、発光スペクトルの強度が最大となる波長です。主波長（λd=631nm）は、人間の目に同じ色に見える単色光の波長です。この違いは、LEDの発光スペクトルの形状に起因します。

Q: "光度は...CIE視感度曲線で測定"という注記はどのように解釈すればよいですか？

A: この注記は、光度値（マイクロカンデラ、μcd）が、標準的な人間の明所視（昼間順応）視感度曲線で重み付けされた測光単位であることを確認しています。これにより、色に関係なく全光パワーを測定する放射測光単位（ワット）とは対照的に、知覚される輝度を予測する上で意味のある数値となります。

Q: ピン配置は個別のアノードとカソードを示しています。コモンアノードまたはコモンカソード表示器として配線できますか？

A: 物理的なピン配置は固定されています。コモンカソード表示器を模倣するには、すべてのカソードピン（11-20）をPCB上で接続します。コモンアノード表示器を模倣するには、すべてのアノードピン（1-10）を接続します。提供されている構成は、いずれかをハードウェアで実装する柔軟性を提供します。

7. 設計・使用事例

シナリオ: バッテリー充電レベルインジケータの設計

設計者が工具用バッテリーチャージャーを作成しています。充電レベルを0%から100%まで表示する10セグメントバーグラフを求めています。読みやすい矩形セグメント形状と明るい赤色のため、LTA-1000KRが選択されました。

実装：システムマイクロコントローラのI/Oピン数は限られています。設計者はマルチプレクシング方式を使用します。10個のアノード（ピン1-10）を、出力として設定された10個の個別のマイクロコントローラピンに接続します。10個のカソード（ピン11-20）をまとめて接続し、この共通ノードを別のマイクロコントローラピンで制御される単一のNチャネルMOSFETを通じてシンクします。セグメントを点灯させるには、対応するアノードピンを（電流制限抵抗を介して）ハイに設定し、共通カソードMOSFETをオンにします。マイクロコントローラは各セグメントを高速で順次駆動します（例：セグメントあたり1ms）。セグメントあたりのピーク電流は抵抗計算により20 mAに設定されます：R = (5V - 2.6V) / 0.020A = 120 Ω（120Ωまたは150Ωの標準値を使用）。セグメントあたりの平均電流は2 mA（20 mA * 1/10デューティサイクル）であり、連続定格内に十分収まります。残像効果により、表示は均一に点灯しているように見えます。輝度は、マルチプレクシングのデューティサイクルをソフトウェアで変更することで簡単に調整できます。

8. 技術原理の紹介

発光ダイオード（LED）は、半導体p-n接合デバイスです。順方向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領域に注入されます。これらの電荷キャリアが再結合する際にエネルギーが放出されます。AlInGaPのような材料では、このエネルギーは主に光子（光）として放出され、熱ではありません。発光の特定の波長（色）は、半導体材料のバンドギャップエネルギーによって決定され、これは結晶成長プロセス中にアルミニウム、インジウム、ガリウム、リンの比率を調整することで設計されます。不透明な基板は下方への発光を吸収し、内部損失を低減してチップ上面からの光の取り出しを促進することで、全体の効率を向上させます。パッケージのグレーの表面と白いセグメントは、それぞれ反射板と拡散板として機能し、下に実装された個別のLEDチップから均一な矩形の外観を作り出します。

9. 技術トレンドと背景

LTA-1000KRは成熟したLED表示技術を代表するものです。業界全体のトレンドは、より高い効率とより高度な集積化に向かっています。このような個別LEDライトバーは特定の形状係数において依然として重要ですが、新しい技術も登場しています。表面実装デバイス（SMD）LEDアレイはさらに小さなフットプリントを提供し、自動ピックアンドプレース組立により適しています。さらに、有機LED（OLED）やマイクロLEDの開発により、完全アドレス可能で柔軟、超高解像度の表示が可能になっています。しかし、特定のバーフォーマットでシンプルで頑丈、高輝度のインジケータを必要とするアプリケーションでは、AlInGaPベースのLTA-1000KRのような無機LEDアレイが、性能、信頼性、コストの最適なバランスを提供し続けています。本デバイスに見られる鉛フリーパッケージへの移行は、RoHSやREACHなどの世界的な規制によって推進される、環境に持続可能な製造プロセスへの業界全体のシフトを反映しています。