LTS-4812SKR-P 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 - 順電圧2.6V - 技術文書

1. 製品概要

LTS-4812SKR-Pは、数字表示用途向けに設計された表面実装デバイス(SMD)です。文字高さ0.39インチ(10.0mm)の単一桁ディスプレイです。コア技術として、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)エピタキシャル層を用いてスーパーレッド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、コントラストと視認性を高めています。コモンアノード構成であり、これはマルチセグメントディスプレイの駆動回路を簡素化するための標準設計です。

1.1 主な特長と利点

• コンパクトサイズと高い視認性：0.39インチの桁高は、部品占有面積と文字の見やすさのバランスに優れ、民生電子機器、計測器、制御パネルに適しています。
• 優れた光学性能：AlInGaP材料系は、赤色スペクトルにおいて高い発光強度と優れた色純度を提供します。連続的で均一なセグメントと広い視野角により、様々な視点から一貫した見た目を確保します。
• 省エネルギー性：低消費電力が特徴で、バッテリー駆動や省エネルギーが重要なアプリケーションに適しています。
• 高い信頼性：固体素子であるため、VFDや白熱電球などの他の表示技術と比較して、高い信頼性と長い動作寿命を提供します。
• 品質保証：デバイスは輝度ごとに分類(ビニング)されており、複数桁ディスプレイでの一貫した明るさのマッチングが可能です。パッケージは鉛フリーでRoHS指令に準拠しています。

2. 技術パラメータと特性

このセクションでは、設計に不可欠な電気的および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。

温度に伴う順電流の直線的な低下は、重要な設計パラメータです。高温下で低下後の電流制限を超えると、光束維持率の急速な低下や寿命の短縮を招く可能性があります。特に複数のセグメントや桁を同時に駆動する場合には、放熱のための適切なPCBレイアウトが推奨されます。

これらは、いかなる条件下でも超えてはならないストレス限界であり、永久損傷を防ぎます。

• セグメントあたりの電力損失：70 mW。これは各LEDセグメントが連続的に処理できる最大電力を制限します。
• セグメントあたりのピーク順電流：90 mA (1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅時)。パルス動作専用です。
• セグメントあたりの連続順電流：25°C時 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、0.28 mA/°Cで直線的に低下します。例えば、85°Cでは、最大許容連続電流は約 25 mA - ((85°C - 25°C) * 0.28 mA/°C) = 8.2 mA となります。
• 動作・保管温度範囲：-35°C から +105°C。
• はんだ付け温度：260°C、3秒間 (アイロン先端は実装面から1/16インチ下)。

2.2 電気的・光学的特性 (Ta=25°C)

これらは、指定された試験条件下での代表的な動作パラメータです。

• 平均光度 (I_V)：I_F=2mA時 3000 µcd (代表値)。最小値は1301 µcd、最大値は8600 µcdで、ビニング範囲を反映しています。
• チップあたりの順電圧 (V_F)：I_F=20mA時 2.6V (代表値)、最大2.6V。このV_Fと電源電圧に基づいて電流制限抵抗を計算する必要があります。
• ピーク発光波長 (λ_p)：639 nm。これは発光強度が最も高い波長です。
• 主波長 (λ_d)：631 nm。これは人間の目が知覚する単一波長であり、色点を定義します。
• スペクトル線半値幅 (Δλ)：20 nm。これはスペクトル純度を示します。値が小さいほど単色光に近いことを意味します。
• 逆電流 (I_R)：V_R=5V時 100 µA (最大)。逆電圧動作は試験目的のみであり、連続使用はできません。
• 光度マッチング比：2:1 (最大)。複数桁ディスプレイにおいて、同様の点灯領域内で最も明るいセグメントが最も暗いセグメントの2倍以上明るくならないことを保証し、均一性を確保します。
• クロストーク：≤ 2.5%。これは、隣接するセグメントが点灯した際に、非駆動セグメントが意図せず点灯する最大の割合を規定します。

2.3 熱に関する考慮事項

The linear derating of forward current with temperature is a critical design parameter. Exceeding the derated current limit at elevated temperatures can lead to accelerated lumen depreciation and reduced lifespan. Proper PCB layout for heat dissipation is recommended, especially when driving multiple segments or digits simultaneously.

3. ビニングシステムの説明

LTS-4812SKR-Pは、一貫性を確保するために光度ビンに分類されています。ビンコード(例: J1, K2, M1)は、そのグループのデバイスが保証する最小および最大強度範囲を示し、I_F=2mA、許容差±15%でマイクロカンデラ(µcd)単位で測定されます。

• 低輝度ビン (J1, J2)：1301-2100 µcd。低輝度が許容される、または省電力が重要なアプリケーションに適しています。
• 中輝度ビン (K1, K2, L1)：2101-4300 µcd。汎用ディスプレイ向けに、輝度と効率のバランスを提供します。
• 高輝度ビン (L2, M1, M2)：4301-8600 µcd。高輝度アプリケーション、または高周囲光条件下での優れた視認性が要求される用途向けに設計されています。

複数ユニット間で均一な外観が要求されるアプリケーションでは、発注時にビンコードを指定することが不可欠です。

4. 性能曲線分析

データシートで特定のグラフが参照されていますが、その意味合いはLEDデバイスにおいて標準的なものです。

• 順電流 vs. 順電圧 (I-V曲線)：指数関数的な関係を示します。20mA時の代表的なV_F=2.6Vが、ドライバ設計の重要な動作点です。
• 光度 vs. 順電流 (I-L曲線)：光度は電流とともに増加しますが、線形ではありません。効率(ルーメン毎ワット)は通常、絶対最大定格よりも低い電流値でピークに達します。
• 光度 vs. 周囲温度：接合温度が上昇すると、光度は一般的に低下します。これは、一貫した輝度を維持するための熱管理の重要性を強調しています。
• スペクトル分布：639 nm(ピーク)を中心とし、半値幅20 nmのプロットで、狭帯域のスーパーレッド発光を確認できます。

5. 機械的仕様とパッケージ情報

5.1 パッケージ外形寸法と公差

本デバイスは標準的なSMD外形に準拠しています。重要な寸法には、全長、全幅、全高、およびリード間隔とサイズが含まれます。特に指定のない限り、主要な寸法の公差は±0.25 mmです。品質上の重要な注意点として、異物、インク汚染、セグメント領域内の気泡、プラスチックピンのバリに関する制限があります。

5.2 ピン配置と回路図

本ディスプレイは10ピン構成です。これはコモンアノードデバイスです。内部回路図は、8つの個別のLEDセグメント(a, b, c, d, e, f, g, dp)を示しており、それらのアノードは内部で2つのコモンアノードピン(ピン3とピン8)に接続されています。各セグメントのカソードは専用のピンを持っています。

ピン配置：

1: カソード E

2: カソード D

3: コモンアノード 1

4: カソード C

5: カソード DP (小数点)

6: カソード B

7: カソード A

8: コモンアノード 2

9: カソード F

10: カソード G

極性識別：コモンアノードピンは、正の電源電圧(適切な電流制限抵抗を介して)に接続する必要があります。個々のセグメントは、そのカソードピンをより低い電圧(通常はグランド)に接続することで点灯します。

5.3 推奨はんだランドパターン

リフロー時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、はんだフィレット不足を防ぐのに役立ちます。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

6.1 リフローはんだ付け手順

本デバイスは、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。サイクル間では、室温まで完全に冷却する必要があります。

• プロファイル：予熱：120-150°C、最大120秒。ピーク温度：最大260°C。
• 手はんだ (はんだごて)：先端温度最大300°C、接合部あたり最大3秒。これは一回限りの修理に限定すべきです。

6.2 湿気感受性と保管方法

部品は防湿包装で出荷されます。保管時は、温度≤30°C、相対湿度(RH)≤60%の環境で保管する必要があります。密封袋を開封すると、部品は環境から湿気を吸収し始めます。

ベーキング要件：部品が指定された限界を超える環境条件にさらされた場合、高温はんだ付けプロセス中のポップコーンクラックやデラミネーションを防ぐために、リフロー前にベーキングする必要があります。

• リール上の部品：60°Cで48時間以上ベーキング。
• バルク部品：100°Cで4時間以上、または125°Cで2時間以上ベーキング。

重要：追加の熱ストレスを避けるため、ベーキングは1回のみ実施してください。

7. 梱包および発注仕様

7.1 テープ＆リール梱包

本デバイスは、エンボス加工されたキャリアテープに載せられリールに巻かれた状態で供給され、自動ピック＆プレース実装に適しています。

• リール寸法：標準的なリール寸法(例：13インチまたは22インチリール)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。寸法はEIA-481-D規格に準拠。重要な仕様には、カンバー公差と10スプロケットホールにわたる累積ピッチ公差が含まれます。
• 梱包数量：13インチリールには通常800個が含まれます。22インチリールのテープ長は44.5メートルです。端数の最小発注数量は200個です。
• 向き：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部とトレーラー部(それぞれ最小400mmおよび40mm)が含まれています。

8. アプリケーション提案と設計上の考慮点

8.1 代表的なアプリケーション例

• 民生電子機器：デジタル時計、電子レンジ、エアコン表示部、オーディオ機器。
• 計測器：パネルメーター、試験装置、医療機器の表示部。
• 産業制御：プロセス制御インジケーター、タイマー表示、カウンター表示。
• 自動車アフターマーケット：高輝度と広視野角が有利な補助表示装置。

8.2 重要な設計上の考慮点

1. 電流制限：各コモンアノード接続(または定電流ドライバを使用する場合は各セグメント)に必ず直列抵抗を使用してください。抵抗値は、電源電圧(V_CC)、代表的な順電圧(V_F~2.6V)、および希望の順電流(I_F)に基づいて計算します。例：V_CC=5V、I_F=10mAの場合、R = (5V - 2.6V) / 0.01A = 240 Ω。
2. マルチプレクシング：複数桁ディスプレイでは、マルチプレックス駆動方式が一般的です。この方式でのピーク電流が絶対最大定格(90mAパルス)を超えないこと、および平均電流がデューティサイクルと温度に基づく低下後の連続電流制限を遵守することを確認してください。
3. 熱管理：特に高輝度または高周囲温度アプリケーションでは、放熱板(存在する場合)またはデバイスリードに接続されたPCB上に十分な銅面積を設け、ヒートシンクとして機能させてください。
4. ESD保護：明示的に敏感とは記載されていませんが、組立時には半導体デバイスに対する標準的なESD取り扱い予防措置を推奨します。
5. 光学インターフェース：オーバーレイやフィルターを選択する際は、グレーの面と白いセグメントの設計を考慮し、最適なコントラストを維持してください。

9. よくあるご質問 (技術パラメータに基づく)

9.1 ピーク波長(639nm)と主波長(631nm)の違いは何ですか？

ピーク波長は、発光スペクトルにおける最高強度点の物理的測定値です。主波長は、人間の目が知覚する色を表す計算値です。この赤色LEDのような単色光源では、目の感度曲線の形状により、近い値ではありますが同一ではありません。

9.2 3.3VマイコンGPIOピンでこのディスプレイを直接駆動できますか？

できません。一般的なGPIOピンは、複数のLEDセグメントを明るく安全に駆動するのに十分な電流(通常ピンあたり最大20-25mA、パッケージ全体で合計制限あり)を供給または吸収できません。さらに、LEDの順電圧(~2.6V)は3.3Vに近く、電流制限抵抗のための余裕がほとんどありません。トランジスタアレイや専用LEDドライバICなどの駆動回路を使用する必要があります。

9.3 リフローサイクルが最大2回に制限されているのはなぜですか？

複数回のリフローサイクルは、プラスチックパッケージと内部ワイヤーボンドに繰り返し熱ストレスを与え、機械的故障、吸湿量の増加、エポキシ材料の劣化を引き起こす可能性があります。この制限は長期信頼性を確保するためのものです。

9.4 適切な輝度ビンをどのように選択すればよいですか？

アプリケーションの周囲光条件と必要な視認性に基づいて選択してください。室内の低周囲光環境では、低輝度ビン(J, K)で十分であり、より省電力です。太陽光下視認性や高周囲光アプリケーションでは、高輝度ビン(L, M)を指定してください。複数桁ディスプレイでは、均一性のために同じビンコードを指定することが極めて重要です。

10. 技術的背景とトレンド

10.1 AlInGaP LED技術

アルミニウムインジウムガリウムリン(AlInGaP)は、赤色、橙色、黄色波長における高効率発光のために特別に設計された半導体材料です。GaAs基板上に成長させ、GaAsPなどの旧来技術と比較して、より高い輝度、優れた温度安定性、長い寿命を提供します。スーパーレッドという名称は、通常、高い発光効率と視覚的に鮮やかな赤色点に最適化された特定の組成を示します。

10.2 SMD LEDディスプレイのトレンド

表示部品のトレンドは、小型化、高信頼性、集積化に向かって進んでいます。LTS-4812SKR-Pのような単一桁SMDディスプレイはセグメント数字表示に不可欠ですが、並行してドットマトリクスSMDディスプレイや組み込みコントローラを内蔵した完全統合型表示モジュールも成長しています。より広い動作温度範囲、低消費電力、鉛フリーおよび高温はんだ付けプロセス(自動車電子機器などに要求されるもの)への適合性への要求が、部品開発を牽引し続けています。