LTS-4817CKS-P LEDディスプレイ仕様書 - 0.39インチ桁高 - AlInGaPイエロー - 順電圧2.6V - 消費電力70mW - 技術文書

1. 製品概要

LTS-4817CKS-Pは、高性能な表面実装型単一桁LEDディスプレイモジュールです。コンパクトなフォームファクタで、明瞭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ています。本デバイスは、高効率と優れた色純度（特に黄色スペクトル）で知られるGaAs基板上に形成された先進的なAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）LEDチップ技術を採用しています。表示面はグレー地に白セグメントで、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。コモンアノード構成であり、これは多桁アプリケーションにおける駆動回路の簡素化のための標準構成で、右側小数点を含みます。

1.1 主な特長と利点

• コンパクトサイズ:0.39インチ（10.0 mm）の桁高を特徴とし、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。
• 優れた光学性能:高輝度と高コントラスト比を提供し、明るい環境下でも優れた文字表示を保証します。
• 広視野角:広い角度範囲から一貫した視認性を提供します。
• 低消費電力:省エネ動作を考慮して設計されており、セグメントあたりの標準順電流は20mAです。
• 均一なセグメント発光:連続的で均一なセグメントにより、クリーンでプロフェッショナルな外観の数値表示を実現します。
• 高信頼性:ソリッドステート構造により、長い動作寿命と衝撃・振動に対する堅牢性を提供します。
• 品質保証:デバイスは光度に基づいて選別（ビニング）されており、生産ロット間で一貫した輝度レベルを保証します。
• 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。

1.2 対象アプリケーションと市場

このディスプレイは、数値インジケータを必要とする幅広い電子機器に最適です。典型的なアプリケーションには、産業用計器（パネルメータ、タイマー、カウンターなど）、民生家電（電子レンジ、洗濯機、オーディオ機器など）、自動車ダッシュボード（補助表示用）、医療機器、試験・測定機器などが含まれます。そのSMD（表面実装デバイス）パッケージは自動組立プロセスに最適であり、大量生産における製造コストの削減と信頼性の向上に貢献します。

2. 技術パラメータと客観的解釈

このセクションでは、仕様書に定義されたデバイスの電気的・光学的仕様について、詳細かつ客観的な分析を提供します。

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のあるストレスの限界を定義します。通常使用では、これらの限界値付近での動作は推奨されません。

• セグメントあたりの消費電力: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ピーク順電流:60 mA（デューティサイクル1/10、パルス幅0.1ms時）。この定格はパルス動作専用であり、連続DC駆動には使用しないでください。
• セグメントあたりの連続順電流:25°C時 25 mA。周囲温度が25°Cを超えて上昇すると、この電流は0.28 mA/°Cの割合で線形に低下（デレーティング）します。例えば、85°Cでは、許容される最大連続電流は約 25 mA - (0.28 mA/°C * (85°C - 25°C)) = 8.2 mA となります。
• 動作・保管温度範囲:-35°C ～ +105°C。デバイスは産業用温度範囲に対応しています。
• はんだ付け温度:実装面から1/16インチ（約1.6mm）下で260°C、3秒間耐えます。これは鉛フリーリフロー工程の標準です。

2.2 電気的・光学的特性（25°C時 標準値）

これらのパラメータは、通常動作条件下でのデバイスの性能を記述します。

• 光度（I_V）:光出力は電流に依存します。1mAの低電流では、標準光度は650 µcd（マイクロカンデラ）です。標準試験電流10mAでは、8450 µcdに大幅に上昇します。設計者は、必要な輝度と電力予算に基づいて駆動電流を選択する必要があります。
• 順電圧（V_F）:I_F=20mA時、標準値2.6V。このパラメータは電流制限回路の設計に極めて重要です。最小値は2.05Vであり、個々のLED間にある程度のばらつきがあることを示しています。
• ピーク/主波長（λ_p/λ_d）:588 nm（ピーク）および587 nm（主波長）。これは発光が可視スペクトルの黄色領域にあることを確認します。
• スペクトル線半値幅（Δλ）:15 nm。この狭い帯域幅はAlInGaP技術の特徴であり、純粋な色の見え方に寄与します。
• 逆電流（I_R）:V_R=5V時、最大100 µA。このパラメータは試験目的のみであり、連続的な逆バイアス印加は通常の動作条件ではありません。
• 光度マッチング比:同一デバイス内のセグメント間で最大2:1。これは最も暗いセグメントが最も明るいセグメントの少なくとも半分の明るさであることを意味し、均一な外観を保証します。
• クロストーク:≤ 2.5%。これは、隣接する非点灯セグメントからの意図しない光漏れの最大量を規定し、表示の明瞭さにとって重要です。

3. ビニングシステムの説明

仕様書には、デバイスが光度に基づいて選別されていると記載されています。これは、製造後にLEDを測定された光出力（µcd単位、おそらく10mAまたは20mAの試験電流時）に基づいて仕分けるビニングプロセスを意味します。これにより、顧客は一貫した輝度レベルの部品を受け取ることが保証されます。この文書では特定のビンコードは詳細に記載されていませんが、設計者は、特に複数のディスプレイを並べて使用する場合、アプリケーションの一貫性を確保するために、メーカーに利用可能な強度ビンを確認する必要があります。

4. 性能曲線分析

仕様書は標準的な電気的/光学的特性曲線を参照しています。本文中に具体的なグラフは提供されていませんが、このようなデバイスの標準的な曲線には通常以下が含まれます:

• I-V（電流-電圧）曲線:順電圧と順電流の関係を示します。非線形であり、順電圧がダイオードのしきい値（AlInGaPでは約2V）を超えると電流が急激に増加します。
• 光度 vs. 順電流:この曲線は広範囲にわたって一般的に線形です。光度は熱飽和に達するまで、電流に比例して増加します。
• 光度 vs. 周囲温度:接合温度が上昇するにつれて光出力がどのように減少するかを示します。AlInGaP LEDは負の温度係数を示し、温度が上昇すると輝度が低下することを意味します。
• スペクトル分布:波長全体にわたる相対光出力を示すグラフで、指定された15 nmの半値幅を持つ587-588 nmを中心としています。

設計者はこれらの曲線を使用して、駆動条件を最適化し、熱的影響を理解し、異なる動作環境下での性能を予測する必要があります。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

デバイスは表面実装パッケージに収められています。仕様書からの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単位で、一般的な公差は±0.25 mmです。表示面には特定の品質管理が実施されています：セグメント上の異物は≤10ミル、表面のインク汚染は≤20ミル、セグメント内の気泡は≤10ミル、反射板の曲がりはその長さの≤1%です。プラスチックピンのバリは最大0.14 mmに制限されています。これらの仕様は、一貫した物理的外観と確実な実装を保証します。

5.2 ピン接続と極性

内部回路図とピン接続表は、7セグメント桁と小数点のコモンアノード構成を示しています。2つのコモンアノードピン（ピン3と8）は内部で接続されています。セグメントAからGおよび小数点（DP）のカソードは別々のピン（1, 2, 4, 5, 6, 7, 9, 10）にあります。ピン5は右側小数点のカソードとして識別されます。LEDを逆バイアスから保護するため、回路設計において正しい極性の識別は重要です。

5.3 推奨はんだパッドパターン

PCB（プリント回路基板）設計をガイドするためのランドパターン図が提供されています。適切なパッドサイズ、間隔、およびサーマルリリーフ機能を含むこの推奨パターンに従うことは、リフローはんだ付け時に確実なはんだ接合を達成し、接続の機械的完全性を維持するために不可欠です。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

6.1 SMTはんだ付け手順

デバイスはリフローはんだ付け用に設計されています。重要な手順は以下の通りです:

• リフロープロファイル:最大ピーク温度260°C。120-150°Cの予熱段階を最大120秒間行うことが推奨されます。
• プロセス制限:リフロープロセスサイクル数は2回未満でなければなりません。2回目の工程が必要な場合（例：両面基板）、1回目と2回目のはんだ付け工程の間で、基板と部品を完全に常温まで冷却する必要があります。
• 手はんだ:はんだごてを使用する場合、先端温度は300°Cを超えてはならず、接触時間は最大3秒に制限する必要があります。

これらのガイドラインに従うことで、LEDチップ、プラスチックパッケージ、および内部ワイヤボンドへの熱損傷を防止します。

6.2 湿気感受性と保管

SMDディスプレイは防湿包装で出荷されます。30°C以下、相対湿度（RH）60%以下の環境で保管する必要があります。密封袋を開封すると、部品は大気中の湿気を吸収し始めます。部品を直ちに使用せず、制御された乾燥環境（乾燥キャビネットなど）で保管しない場合は、リフローはんだ付け前にベーキング（乾燥）を行う必要があります。これは、高温リフロープロセス中の急速な蒸気膨張によるポップコーン現象や層間剥離を防ぐためです。仕様書には特定のベーキング条件が記載されています：リール上の部品は60°Cで≥48時間、バルク部品は100°Cで≥4時間または125°Cで≥2時間です。ベーキングは1回のみ行うべきです。

7. 包装および発注情報

7.1 包装仕様

デバイスは、自動ピックアンドプレースマシンに適した、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:標準的な13インチおよび22インチのリールサイズが示されています。
• キャリアテープ:寸法が提供されており、EIA-481-C標準に準拠しています。テープ厚は0.40 ±0.05 mmです。
• 包装数量:13インチリールには800個が含まれます。22インチリールには45.5メートルのテープ長が含まれます。残数ロットの最小包装数量は200個です。
• リーダーとトレーラー:テープには、マシンへのローディングを容易にするためのリーダー（最小400mm）とトレーラー（最小40mm）が含まれています。

7.2 部品番号と改訂

基本部品番号はLTS-4817CKS-Pです。-Pサフィックスは特定のバリアントまたは包装タイプを示している可能性があります。仕様書自体には改訂履歴（改訂A、2020年1月11日発効）があり、設計者は常に最新の改訂版を使用して、最新の仕様を確実に入手する必要があります。

8. アプリケーションノートと設計上の考慮事項

8.1 標準アプリケーション回路

LTS-4817CKS-Pのようなコモンアノードディスプレイの場合、アノード（ピン3 & 8）は正の供給電圧（V_CC）に接続されます。各カソードピン（セグメントA-GおよびDP用）は、電流制限抵抗を介してドライバIC（デコーダ/ドライバまたはマイクロコントローラのGPIOピンなど）の出力に接続されます。ドライバはセグメントを点灯させるために電流をグランドにシンクします。電流制限抵抗（R_LIMIT）の値はオームの法則を使用して計算されます：R_LIMIT= (V_CC- V_F) / I_F。ここで、V_FはLEDの順電圧（標準値2.6Vを使用）、I_Fは所望の順電流（例：10mAまたは20mA）です。

8.2 設計上の考慮事項

• 電流駆動:熱暴走と破壊を防ぐため、電流制限機構（抵抗または定電流ドライバ）なしでLEDを電圧源に直接接続しないでください。
• マルチプレクシング:多桁ディスプレイの場合、マルチプレクシング技術が一般的に使用され、少ないドライバピンで多くのセグメントを制御します。これは各桁のコモンアノードへの電源供給を高速で切り替えることを含みます。LTS-4817CKS-Pのピーク電流定格（60mAパルス）により、マルチプレクシング中に所望の平均輝度を達成するために高い瞬間電流を使用することが可能です。
• 熱管理:デバイス自体の消費電力は低いですが、特に高電流駆動時や高周囲温度環境では、PCBレイアウトにおいて放熱を考慮する必要があります。パッド周囲の十分な銅面積が役立ちます。
• ESD保護:LEDは静電気放電（ESD）に敏感です。組立中は標準的なESD取り扱い予防策を遵守する必要があります。

9. 技術比較と差別化

LTS-4817CKS-Pは、黄色発光にAlInGaP技術を使用することで差別化を図っています。GaAsP（ガリウム砒素リン）のような旧来の技術と比較して、AlInGaPは著しく高い発光効率を提供し、同じ駆動電流でより明るい出力、より優れた温度安定性、および優れた色純度（狭いスペクトル幅）を実現します。そのSMDパッケージと0.39インチの桁サイズは、他のSMD数値ディスプレイに対して、視認性と基板スペース節約のバランスを提供する優れたポジションを占めています。輝度ビニングの採用は、均一な外観を必要とするアプリケーションにとって重要な品質差別化要因です。

10. よくある質問（FAQ）

Q1: ピーク波長（λ_p）と主波長（λ_d）の違いは何ですか？

A1: ピーク波長は、発光スペクトルの強度が最大となる波長です。主波長は、LEDの出力の知覚される色に一致する単色光の単一波長です。このような狭帯域LEDの場合、両者は非常に近い値です（587nm対588nm）。

Q2: このLEDを25mAで連続駆動できますか？

A2: はい、ただし周囲温度（T_a）が25°C以下の場合のみです。より高い周囲温度では、最大接合温度を超え信頼性を損なわないように、指定された0.28 mA/°Cのデレーティング係数に従って電流を低下させる必要があります。

Q3: 逆方向で動作させるべきでないなら、なぜ逆電流試験が重要ですか？

A3: I_R試験は品質管理のための測定です。高い逆方向リーク電流は、LEDチップのPN接合の欠陥を示している可能性があります。

Q4: 私の組立プロセスでは2回のリフロー工程が必要です。これは許可されますか？

A4: はい、ただし厳密に最大2回に制限されます。1回目と2回目のリフローサイクルの間で、基板と部品が完全に室温まで冷却されることを確認する必要があります。

11. 実用的なアプリケーション例

シナリオ: シンプルなデジタルタイマーディスプレイの設計

設計者が、分と秒を表示する2桁ディスプレイを持つカウントダウンタイマーを作成しています。彼らは2つのLTS-4817CKS-Pデバイスを使用します。各桁のコモンアノードは、出力として設定されたマイクロコントローラの別々のGPIOピンに接続されます。14本のカソードピン（各桁の7セグメント+DP）は、両方の桁でまとめて接続され（つまり、すべてのAセグメントカソードを接続、すべてのBセグメントカソードを接続、など）、それぞれが電流制限抵抗を介して、必要な電流をシンクできるGPIOピンまたは外部ドライバICに接続されます。マイクロコントローラは時分割マルチプレクシングを使用します：分桁のアノードをオンにし、所望の分数のカソードパターンを設定し、短時間（例：5ms）待機し、次にそのアノードをオフにし、秒桁のアノードをオンにし、秒数のカソードパターンを設定し、待機し、繰り返します。これは人間の目が知覚できるよりも速く行われ、両方の桁が連続して点灯しているかのような錯覚を作り出します。各桁の右側小数点は、分と秒の間の点滅するコロン区切り文字として使用できます。

12. 技術原理の紹介

LTS-4817CKS-Pは、ヒ化ガリウム（GaAs）基板上にエピタキシャル成長させたAlInGaP半導体材料に基づいています。この材料のPN接合に順電圧を印加すると、電子と正孔が活性領域に注入され、そこで再結合します。この再結合プロセスにより、光子（光）の形でエネルギーが放出されます。結晶格子中のアルミニウム、インジウム、ガリウム、およびリン原子の特定の組成がバンドギャップエネルギーを決定し、それが直接放出される光の波長（色）を決定します。このデバイスでは、組成が黄色波長範囲（約587-588 nm）で光子を生成するように調整されています。チップはその後、光出力を成形し環境保護を提供する成形プラスチックレンズでパッケージングされます。

13. 業界動向と発展

LTS-4817CKS-Pのようなディスプレイ技術のトレンドは、さらなる高効率化に向かっており、バッテリー駆動デバイスにとって重要な、低消費電力でより明るいディスプレイを可能にしています。また、視認性を維持または向上させながらの小型化も継続的に進められています。統合も別のトレンドであり、システム設計を簡素化するために、ドライバ電子回路がディスプレイモジュール自体に組み込まれることもあります。さらに、材料とパッケージングの進歩により、LEDの熱性能と長期信頼性が向上し、より過酷な環境での使用が可能になっています。フルカラードットマトリックスやOLEDディスプレイがハイエンドアプリケーションで拡大している一方で、このような単一桁単色LEDディスプレイは、そのシンプルさ、堅牢性、低コスト、および幅広い照明条件下での優れた視認性により、依然として非常に重要な存在です。