LTS-4812CKR-PM LEDディスプレイ データシート - 0.39インチ 桁高 - スーパーレッド色 - 順電圧2.6V - 技術文書

1. 製品概要

LTS-4812CKR-PMは、1桁の数値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先進的な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、スーパーレッド色を発光します。表示部はグレーの面に白いセグメントを配し、最適な視認性を実現する高いコントラストを提供します。主な用途は、コンパクトで信頼性が高く明るい数値表示が必要な、民生用電子機器、産業用計器、制御パネルなどです。

1.1 主な特長

• 桁高：0.39インチ（10.0 mm）で、明確で見やすい文字サイズを提供します。
• セグメント均一性：すべてのセグメントで連続的かつ均一な発光を実現し、一貫した外観を保ちます。
• 電力効率：低消費電力であり、バッテリー駆動機器に適しています。
• 光学性能：高輝度と高コントラスト比により、様々な照明条件下でも優れた視認性を確保します。
• 視野角：広い視野角により、異なる視点からでも読み取りが可能です。
• 信頼性：ソリッドステート構造により、長い動作寿命と衝撃・振動に対する耐性を確保します。
• ビニング：光度で分類されており、多桁表示アプリケーションでの輝度の一致を保証します。
• 環境適合性：RoHS（有害物質使用制限）指令に準拠した無鉛パッケージです。

1.2 デバイス構成

このデバイスはコモンアノード表示として構成されています。具体的な型番LTS-4812CKR-PMは、右側小数点構成を示します。コモンアノード設計は、電流を供給するマイクロコントローラやドライバICとのインターフェース設計を簡素化します。

2. 技術仕様の詳細

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がある限界を定義します。動作は常にこれらの限界内で維持する必要があります。

• 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電流：90 mA（パルス条件時：デューティサイクル1/10、パルス幅0.1ms）。
• セグメントあたりの連続順電流：25°C時で25 mA。この定格は、周囲温度が25°Cを超えて上昇するにつれて、0.28 mA/°Cで直線的に低下します。
• 動作温度範囲：-35°C ～ +105°C。
• 保存温度範囲：-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

代表的な性能は、周囲温度（Ta）25°Cで測定されます。

• 平均光度（Iv）：順電流（IF）1 mA時で、最小201 µcdから代表値650 µcdの範囲です。10 mA時では、代表的な強度は8250 µcdです。
• ピーク発光波長（λp）：639 nmで、スーパーレッドスペクトル内の主な色点を定義します。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：20 nmで、発光のスペクトル純度を示します。
• 主波長（λd）：631 nm。
• チップあたりの順電圧（VF）：IF=20mA時、代表値2.6V、最大2.6Vです。最小値は2.0Vです。
• セグメントあたりの逆電流（IR）：逆電圧（VR）5V時、最大100 µA。注：この条件は試験目的のみであり、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。
• 光度マッチング比：IF=1mA時、類似の発光領域内のセグメント間で最大2:1であり、均一な輝度を保証します。
• クロストーク：≤ 2.5%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

LTS-4812CKR-PMの光度は、一貫性を保証するためにビンに分類されます。ビンコード（E, F, G, H, J）は、マイクロカンデラ（µcd）で測定された特定の光度範囲に対応します。各ビンの許容差は+/-15%です。

• ビン E：201 - 320 µcd
• ビン F：321 - 500 µcd
• ビン G：501 - 800 µcd
• ビン H：801 - 1300 µcd
• ビン J：1301 - 2100 µcd

このシステムにより、設計者は多桁表示用に輝度が密接に一致する部品を選択でき、不均一な照明を防ぎます。

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、その基本的な関係は設計にとって重要です。

• 順電流対順電圧（I-V曲線）：AlInGaP技術は、20mA時で代表値約2.6Vという特徴的な順電圧を示します。設計者は、電圧降下を考慮し、駆動回路が十分な電圧を供給できることを確認する必要があります。
• 光度対順電流：光度は電流とともに増加しますが、線形ではありません。推奨される10-20mA範囲で動作させることで、最適な輝度と効率が得られます。
• 温度依存性：すべてのLEDと同様に、接合温度が上昇すると発光出力は減少します。連続電流の低下率（25°C以上で0.28 mA/°C）は、高温環境での熱管理において重要です。
• スペクトル分布：639nm付近の狭い半値幅（20nm）は、飽和した純粋な赤色を示しており、他の一部のLED技術と比較して、電流や温度によるシフトの影響を受けにくい特性を持ちます。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

本デバイスは標準的なSMDフットプリントに準拠しています。重要な寸法に関する注意事項として、特に指定がない限り公差は±0.25mmです。品質管理基準は、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（最大0.1 mm）について定義されています。

5.2 ピン接続と回路図

このディスプレイは10ピン構成です。内部回路図は、すべてのセグメントのコモンアノード接続を示しています。ピン配置は以下の通りです：ピン3とピン8はコモンアノードです。残りのピン（1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 10）は、それぞれセグメントE、D、C、DP（小数点）、B、A、F、Gのカソードです。ピン5は特に右側小数点（DP）専用です。

5.3 推奨はんだパターン

リフロー工程中に信頼性の高いはんだ接合部の形成を確保し、適切な自己位置決めと熱的・電気的接続を促進するために、ランドパターン設計が提供されています。

6. はんだ付け・組立ガイドライン

6.1 SMTはんだ付け手順

このデバイスは、最大2回のリフローはんだ付けサイクルに耐える定格です。1回目と2回目のサイクルの間には、必ず常温まで完全に冷却する必要があります。

• リフローはんだ付けプロファイル：
  • 予熱：120-150°C
  • 予熱時間：最大120秒
  • ピーク温度：最大260°C
  • 液相線以上の時間：最大5秒
• 手はんだ付け（はんだごて）：先端温度最大300°Cで、接合部あたり最大3秒間。

6.2 湿気感受性と保管

SMDパッケージは湿気に敏感です。デバイスは乾燥剤入りの防湿包装で出荷されます。保管は、温度≤30°C、相対湿度≤60%の環境で行う必要があります。密封袋を開封すると、部品は環境から湿気を吸収し始めます。

ベーキング要件（暴露した場合）：袋開封後、部品を乾燥キャビネットに保管しない場合は、はんだ付け中のポップコーン現象や内部剥離を防ぐために、リフロー前にベーキングを行う必要があります。

• リール状態：60°Cで≥48時間。
• バルク状態：100°Cで≥4時間、または125°Cで≥2時間。

重要：プラスチックパッケージの劣化を避けるため、ベーキングは1回のみ行うべきです。

7. 包装・発注情報

7.1 包装仕様

本デバイスは、自動実装機と互換性のある、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。

• リール寸法：部品キャリアと全体のリール（例：13インチまたは22インチリール）の両方について、標準的なリール寸法が提供されています。
• キャリアテープ：黒色導電性ポリスチレン合金製です。寸法はEIA-481-D規格に準拠しています。主な仕様には、カンバー（250mmに対して1mm以内）と厚さ（0.40±0.05mm）が含まれます。
• 包装数量：
  • 13インチリールあたりの部品数：800個。
  • 22インチリールあたりの包装長さ：44.5メートル。
  • 端数品の最小発注数量：200個。
• リーダーおよびトレーラーテープ：リールには、機械取り扱い用のリーダー（最小400mm）とトレーラー（最小40mm）が含まれています。

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シナリオ

• 民生用電子機器：デジタル時計、電子レンジの表示、オーディオ機器の表示。
• 産業用制御機器：パネルメーター、プロセスインジケーター、タイマー表示。
• 自動車アフターマーケット：計器類および補助表示（自動車環境向けの追加認定が必要な場合があります）。
• 医療機器：非重要監視機器上のシンプルな数値表示。

8.2 設計上の考慮事項

• 電流制限：各セグメントに直列の電流制限抵抗、または専用の定電流LEDドライバICを必ず使用してください。電源電圧（Vcc）、LED順電圧（Vf ~2.6V）、および希望の順電流（例：10-20mA）に基づいて抵抗値を計算します。
• マルチプレクシング：多桁表示の場合、マルチプレクス駆動方式が一般的です。コモンアノード設計はこれに適しています。マルチプレクス動作時のピーク電流が絶対最大定格を超えないことを確認し、平均電流が連続定格内に収まるように計算してください。
• 熱管理：電力損失は低いですが、特に高温環境アプリケーションや高電流で駆動する場合には、熱を放散するための適切なPCBレイアウトを確保してください。25°C以上の電流低下曲線に従ってください。
• ESD保護：すべての半導体デバイスと同様に、取り扱いおよび組立中は標準的なESD対策を講じる必要があります。

9. 技術比較と差別化

LTS-4812CKR-PMは、スーパーレッド色にAlInGaP技術を使用することで差別化を図っています。

• 従来のGaAsP/GaP赤色LEDとの比較：AlInGaPは、同じ電流レベルで著しく高い発光効率と輝度を提供します。また、より優れた温度安定性と長寿命を実現します。
• 高効率赤色LEDとの比較：絶対的に最高の効率ではありませんが、標準的な数値表示アプリケーションにおいて、性能、コスト、信頼性の優れたバランスを提供します。
• 主な利点：高輝度、良好なコントラスト（グレー面/白セグメント）、広い視野角、信頼性の高いSMDパッケージングを0.39インチの桁サイズで組み合わせており、多くのアプリケーションで汎用的な選択肢となります。

10. よくある質問（FAQ）

10.1 ビニングシステムの目的は何ですか？

ビニングシステムは、異なる製造ロット間および多桁表示内での輝度の均一性を保証します。ビンコード（例：ビンG）を指定することで、1mA時にすべてのセグメントの光度が501-800 µcdの範囲内にあることを保証し、ある桁が他の桁より明るくまたは暗く見えるのを防ぎます。

10.2 このディスプレイを電流制限抵抗なしで駆動できますか？

No.LEDは電流駆動デバイスです。電圧源に直接接続すると、電流が制御不能に上昇し、すぐに最大定格を超えてLEDを破壊します。直列抵抗または定電流ドライバは必須です。

10.3 リフローサイクル数に制限があるのはなぜですか？

プラスチックパッケージと内部材料は湿気を吸収する可能性があります。リフロー中にこの湿気が蒸気に変わり、内部クラックや剥離（ポップコーン現象）を引き起こす可能性があります。必要に応じた適切なベーキングを伴う2サイクルの制限は、パッケージの完全性が安全限界内に保たれるように設定されています。

10.4 コモンアノードは私の回路設計にとって何を意味しますか？

コモンアノードディスプレイでは、LEDセグメントのすべてのアノード（正側）が内部で接続されています。セグメントを点灯させるには、そのカソードピンを低電圧（グランド）に接続し、コモンアノードピンに正電圧を印加します。これは、電流をシンクするドライバIC（多くのマルチプレクシングドライバなど）を使用する場合に便利です。

11. 実践的な設計例

シナリオ：LTS-4812CKR-PMを使用した4桁時計表示を、I/Oピンが限られた5Vマイクロコントローラで駆動する設計。

解決策：専用LEDドライバIC（例：MAX7219または類似のマルチプレクシングシフトレジスタ）を使用したマルチプレクシング方式を採用します。

1. 接続：4つのコモンアノードピン（各桁のピン3と8を接続）を、電流源として構成された4つの独立したドライバ出力に接続します。
2. セグメントライン：4桁すべての対応するセグメントカソード（A, B, C, D, E, F, G, DP）を並列に接続し、ドライバのセグメントシンク出力に接続します。
3. 電流設定：ドライバの定電流を、セグメントあたり15mAなどの値に設定します。これは連続定格内であり、良好な輝度を提供します。
4. マルチプレクシング：ドライバは、各桁を1つずつ高速に順番に点灯させます。残像効果により、4桁すべてが同時に点灯しているように見えます。ちらつきが見えないように、リフレッシュレートが十分に高い（通常>100Hz）ことを確認してください。
5. 抵抗：定電流ドライバを使用することで、各セグメントに個別の直列抵抗は不要になります。

このアプローチは、マイクロコントローラのI/O使用を最小限に抑えながら、安定した均一な照明を提供します。

12. 動作原理

LTS-4812CKR-PMは発光ダイオード（LED）ディスプレイです。各セグメントは、1つ以上のAlInGaP半導体チップで構成されています。順バイアス電圧（チップの順電圧~2.6Vを超える）が印加されると、半導体の活性領域で電子と正孔が再結合し、光子（光）の形でエネルギーを放出します。AlInGaP層の特定の組成が、この場合はスーパーレッドスペクトル（ピーク~639nm）における発光の波長を決定します。グレーの面と白いセグメントは、それぞれ拡散板と反射板として機能し、光出力を認識可能な数字キャラクタに形成します。

13. 技術トレンド

赤/オレンジ/黄色LEDへのAlInGaPの使用は、高効率と高信頼性を提供する成熟した安定した技術です。現在の表示技術のトレンドは以下の点に焦点を当てています：

• 小型化：より高い解像度の表示のため、さらに小さな桁高とピクセルピッチ。
• 効率向上：ワットあたりのルーメン（lm/W）を高め、消費電力を削減するための材料科学の継続的な改善。
• 統合：LEDアレイ、駆動回路、場合によってはマイクロコントローラを単一のスマート表示モジュールに組み合わせること。
• フレキシブル基板：新しい形状因子のためのフレキシブル回路上のLEDに関する研究（ただし、これは従来のセグメント表示よりも新しいOLEDやマイクロLED技術に関連します）。

標準的でコスト効率の高い1桁数値表示については、LTS-4812CKR-PMのようなAlInGaPベースのSMD部品が主流で信頼性の高いソリューションであり続けています。