LTS-4812CKS-PM LEDディスプレイ データシート - 0.39インチ 桁高 - イエロー - 2.05V 標準 - 技術文書

1. 製品概要

LTS-4812CKS-PMは、1桁の数字表示用に設計された表面実装デバイス（SMD）です。GaAs基板上に成長させたAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）半導体技術を採用し、黄色の発光を実現しています。グレーの面に白いセグメントを配し、高いコントラストで文字の視認性を確保しています。主な用途は、計器盤、民生電子機器、産業用制御装置など、小型で信頼性が高く明るい数字表示を必要とする電子機器です。

1.1 主な特長と利点

• 小型サイズ：標準桁高0.39インチ（10.0 mm）を特徴とし、スペースに制約のあるアプリケーションに適しています。
• 光学品質：連続的で均一なセグメント、優れた文字表示、高輝度、広い視野角を提供し、様々な位置から最適な視認性を実現します。
• 省エネルギー性：低消費電力で設計されており、システム全体の省エネルギーに貢献します。
• 高信頼性：ソリッドステート構造により、長寿命、耐衝撃性、耐振動性を確保しています。
• 標準化された出力：デバイスは光束と主波長に基づいて分類（ビニング）されており、量産において一貫した性能を発揮します。
• 環境適合性：パッケージは鉛フリーであり、RoHS（有害物質使用制限）指令に準拠しています。

2. 技術仕様の詳細

2.1 絶対最大定格

デバイスに永久的な損傷を与えないため、いかなる条件下でも以下の限界値を超えてはなりません。すべての値は周囲温度（Ta）25°Cで規定されています。

• セグメントあたりの電力損失：最大70 mW。
• セグメントあたりのピーク順方向電流：90 mA（パルス条件時：デューティ比1/10、パルス幅0.1 ms）。
• セグメントあたりの連続順方向電流：25 mA。この定格は、25°Cを超える温度では0.28 mA/°Cで直線的に低下します。
• 動作・保管温度範囲：-35°C ～ +105°C。
• はんだ付け温度：実装面から1/16インチ下で測定し、260°Cで3秒間のはんだごてによるはんだ付けに耐えます。

2.2 電気的・光学的特性

代表的な性能パラメータはTa=25°Cで測定されます。これらはディスプレイの標準的な動作特性を定義します。

• 平均光束（Iv）：順方向電流（IF）=1 mA時、1301～5400 µcdの範囲です。IF=10 mA時、代表的な強度は30250 µcdです。
• チップあたりの順方向電圧（VF）：代表値2.05V、IF=20 mA時、範囲は1.6V（最小）～2.6V（最大）です。
• ピーク発光波長（λp）：IF=20 mA時、588 nm。
• 主波長（λd）：IF=20 mA時、582.1 nm ～ 590 nmの範囲です。
• スペクトル半値幅（Δλ）：IF=20 mA時、15 nm。
• セグメントあたりの逆方向電流（IR）：逆方向電圧（VR）=5V時、最大100 µA。注：これは試験条件であり、デバイスは連続的な逆バイアス動作を意図していません。
• 光束マッチング比：IF=1 mA時、類似の光領域内で最も明るいセグメントと最も暗いセグメントの比率は最大2:1であり、均一な外観を確保します。
• クロストーク：≤ 2.5%と規定されており、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

生産における色と明るさの一貫性を確保するため、デバイスは測定されたパラメータに基づいてビンに分類されます。

3.1 光束ビン範囲

デバイスは、1 mAで測定された光束に基づいて3つのビン（J、K、L）に分類されます。ビン割り当ての許容差は±15%です。

• ビン J：1301 – 2100 µcd
• ビン K：2101 – 3400 µcd
• ビン L：3401 – 5400 µcd

3.2 色調（主波長）範囲

デバイスはまた、主波長に基づいて4つの色調グループ（0、1、2、3）にビニングされ、許容差は±1 nmです。

• 色調 0：582.1 – 584.0 nm
• 色調 1：584.1 – 586.0 nm
• 色調 2：586.1 – 588.0 nm
• 色調 3：588.1 – 590.0 nm

ビンを指定することで、設計者は複数のディスプレイ間で色や明るさの均一性を必要とするアプリケーション向けに、厳密に管理された光学特性を持つ部品を選択できます。

4. 性能曲線分析

データシートでは特定のグラフ曲線が参照されていますが、これらは通常、設計に不可欠な以下の関係を示しています：

• 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）：非線形関係を示し、電流制限抵抗値と電力損失の計算に不可欠です。
• 光束 vs. 順方向電流：光出力が電流とともにどのように増加するかを示し、輝度の最適化と効率計算に役立ちます。
• 光束 vs. 周囲温度：温度上昇に伴う光出力の低下を示し、高温環境で動作するシステムの設計に不可欠です。
• スペクトル分布：波長全体にわたる相対的な発光パワーを描き、この黄色LEDのピーク波長588 nmを中心としています。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

デバイスは標準的なSMD外形に準拠しています。主な寸法上の注意点は以下の通りです：

• すべての寸法はミリメートル（mm）です。
• 特に指定がない限り、標準公差は±0.25 mmです。
• 異物、インク汚染、セグメント内の気泡、反射板の曲がり、プラスチックピンのバリについて、一貫した製造性と外観を確保するための特定の品質基準が定義されています。

5.2 ピン配置と回路図

ディスプレイは10ピン構成で、コモンアノード回路トポロジーを使用しています。内部回路図は、セグメント用に共有されたアノード接続を示し、各セグメント（A-GおよびDP）は独自のカソードピンを持ちます。この構成は複数桁のマルチプレクシングで一般的です。ピンアウトは以下の通りです：ピン3とピン8はコモンアノードです。ピン1、2、4、5、6、7、9、10は、それぞれセグメントE、D、C、DP、B、A、F、Gのカソードです。

5.3 推奨はんだパッドパターン

リフロー工程中に信頼性の高いはんだ接合を形成するために、ランドパターン設計が提供されています。このパターンに従うことで、トゥームストーニング、位置ずれ、はんだ接合不良を防ぐのに役立ちます。

6. はんだ付け・実装ガイドライン

6.1 リフローはんだ付け手順

デバイスは、以下の重要な制約条件でリフローはんだ付けに適しています：

• 最大リフローサイクル数：部品はリフローはんだ付けを2回までとします。
• 冷却要件：1回目と2回目のはんだ付け工程の間、デバイスは通常の周囲温度まで冷却されなければなりません。
• プロファイル：推奨される熱プロファイルには、120～150°Cでの最大120秒間の予熱段階が含まれ、ピーク温度は260°Cを超えてはなりません。

6.2 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合は、はんだごて温度300°C以下、接合部あたり最大3秒のはんだ付け時間で、1回のみに限定してください。

7. 梱包と取り扱い

7.1 テープ＆リール仕様

部品は自動実装用に、エンボス加工されたキャリアテープに巻かれたリールで供給されます。主な仕様は以下の通りです：

• キャリアテープ材質は黒色導電性ポリスチレン合金です。
• 寸法はEIA-481-D規格に準拠しています。
• 梱包長さは22インチリールあたり44.5メートルです。
• 部品数量は13インチリールあたり800個です。
• 残数ロットの最小梱包数量は200個と定義されています。
• リールには、機械給送用のリーダー部とトレーラー部が含まれています。

7.2 湿気感受性と保管

表面実装デバイスとして、湿気吸収に敏感です。

• 出荷：デバイスは防湿包装で出荷されます。
• 保管：未開封の袋は、温度≤30°C、相対湿度≤60%で保管してください。
• ベーキング：袋が開封された場合、または部品が長時間湿潤環境（>60% RH）にさらされた場合は、リフロー前にポップコーン現象や層間剥離を防ぐためにベーキングが必要です。推奨されるベーキング条件は以下の通りです：リール内の部品は60°Cで48時間以上、バルクの部品は100°Cで4時間以上／125°Cで2時間以上。

8. アプリケーションノートと設計上の考慮事項

8.1 代表的なアプリケーション回路

このコモンアノードディスプレイの駆動回路を設計する際には、各カソードピン（セグメント）に直列に電流制限抵抗を接続する必要があります。抵抗値は、R = (Vcc - VF) / IF の式を使用して計算されます。ここで、Vccは電源電圧、VFはLEDの順方向電圧（代表値2.05V）、IFは所望の順方向電流です。複数桁を駆動するマルチプレクスアプリケーションでは、アノード側に適切なスイッチングトランジスタまたはドライバICが必要です。

8.2 輝度と電流の選択

光束は順方向電流に大きく依存します。設計者は、Iv vs. IFの特性曲線を参照して、必要な輝度を満たし、連続電流と電力損失の絶対最大定格内に収まる動作電流を選択できます。高周囲温度での電流のディレーティングは、信頼性のために重要です。

8.3 熱管理

セグメントあたりの電力損失は低いですが、桁全体の総電力とPCB上の密度を考慮する必要があります。特に高電流または高温環境で動作する場合、LEDパッドに十分なPCB銅面積を確保することで放熱に役立ちます。

9. よくある質問（FAQ）

9.1 ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

ピーク波長（λp）は、発光パワーが最大となる波長です（このデバイスでは588 nm）。主波長（λd）は、LED光の知覚される色に一致する単色光の単一波長であり、色調ビニングに使用されるパラメータです（582.1-590 nm）。

9.2 電流制限抵抗なしでこのディスプレイを駆動できますか？

できません。LEDは電流駆動デバイスです。電流制限なしで電圧源から直接動作させると、過剰な電流が流れ、絶対最大定格を超えてLEDセグメントを破損する可能性があります。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。

9.3 リフローサイクル数が2回に制限されているのはなぜですか？

この制限は、パッケージ材料、内部ワイヤーボンディング、およびLEDダイ自体にかかる熱ストレスによるものです。複数回の高温サイクルは材料を劣化させ、層間剥離のリスクを高め、はんだ接合を弱め、長期信頼性に影響を与える可能性があります。

9.4 発注時にビンコード（例：J、K、L）をどのように解釈すればよいですか？

ビンコードは、保証される光束の範囲を指定します。製品内のすべての桁で一貫した明るさを得るには、発注書に必要なビン（例：最高輝度の場合はビンL）を指定する必要があります。メーカーはその特定のビンから部品を供給します。

10. 技術と原理の紹介

LTS-4812CKS-PMは、GaAs（ガリウムヒ素）基板上に成長させたAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）半導体材料に基づいています。この材料系は、スペクトルの黄色、オレンジ、赤色領域で光を生成するのに非常に効率的です。p-n接合に順方向電圧が印加されると、電子と正孔が再結合し、光子の形でエネルギーを放出します。AlInGaP層の特定の組成が、バンドギャップエネルギー、したがって発光の波長（色）を決定します。SMDパッケージには、LEDチップ、ワイヤーボンディング、および光出力を整形し環境保護を提供する成形エポキシレンズが収められています。