LTS-2807CKD-P LEDディスプレイ データシート - 0.2インチ桁高 - ハイパーレッド - 2.6V順電圧 - 70mW電力損失 - 技術文書

1. 製品概要

LTS-2807CKD-Pは、1桁の数値表示器として設計された表面実装デバイス（SMD）です。その中核機能は、自動組立プロセスに適したコンパクトでモダンなパッケージにおいて、明確で信頼性の高い数値表示を提供することです。本デバイスは、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）エピタキシャル層を利用し、特徴的なハイパーレッド発光を実現しています。この材料技術は、高輝度の赤色光を効率的かつ安定的に生成するために選択されています。視覚的なデザインは、白色のセグメントマーキングを施したグレーのフェースプレートを特徴としており、様々な照明条件下でのコントラストと視認性を最大化するために設計された組み合わせです。これにより、スペースが限られており、視認性が重要な民生用電子機器、計器パネル、産業用制御インターフェースなどに適しています。

1.1 主な特長と利点

本製品は、小型ディスプレイ市場において差別化を図るいくつかの主要な性能と信頼性の特徴によって定義されています。

• コンパクトなフォームファクタ:桁高0.2インチ（5.08 mm）により、数値の大きさを犠牲にすることなく、高密度実装のプリント基板に組み込むことが可能です。
• 光学性能:AlInGaPチップとグレー・オン・ホワイトのデザインにより、高輝度と優れたコントラストを提供します。広い視野角により、様々な位置からの視認性を確保しています。
• セグメント均一性:セグメントは、連続的で均一な照明を実現するように設計されており、文字の見た目を損なう可能性のあるホットスポットや暗い領域を防止します。
• 省エネルギー性:低い電力要件を有しており、システム全体の消費電力の低減に貢献します。
• 品質と信頼性:本デバイスは、ソリッドステートの信頼性を特徴とし、光度でカテゴライズされています。これは、一貫した輝度を得るためにユニットがビニングされていることを意味します。また、RoHS環境指令に準拠した無鉛パッケージとして構築されています。

2. 技術仕様の詳細

このセクションでは、規定条件下におけるデバイスの動作限界と性能特性について、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。これらの限界以下または限界での動作は保証されません。

• セグメントあたりの電力損失:最大70 mW。これを超えると過熱や致命的な故障を引き起こす可能性があります。
• セグメントあたりのピーク順電流:60 mA（ただし、パルス条件：1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅でのみ）。これは、短時間の高強度フラッシュ用です。
• セグメントあたりの連続順電流:25°Cで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で線形に低下します。例えば、85°Cでは、最大連続電流は約 25 mA - (0.28 mA/°C * 60°C) = 8.2 mA となります。
• 温度範囲:動作および保管温度範囲は -35°C から +105°C です。
• はんだ付け耐性:本デバイスは、はんだごて先端を実装面から少なくとも1/16インチ下に配置した状態で、260°Cで3秒間のはんだごてはんだ付けに耐えることができます。

2.2 電気的および光学的特性

これらは、Ta=25°Cで測定された代表的な性能パラメータであり、通常の動作条件下での期待される動作を表します。

• 光度（Iv）:光出力は電流に依存します。順電流（I_F）が1 mAの場合、光度は201から650 µcd（マイクロカンデラ）の範囲です。10 mAでは、代表値は8250 µcdに上昇します。これらの測定値には±15%の許容差が適用されます。
• 波長特性:本デバイスはハイパーレッドスペクトルで発光します。ピーク発光波長（λ_p）は650 nmです。主波長（λ_d）は639 nmで、許容差は±1 nmです。スペクトル線半値幅（Δλ）は20 nmで、発光の波長の広がりを示しています。
• 順電圧（V_F）:I_F=20 mAで代表値2.6V、許容差±0.1V。規定の最小値は2.05Vです。
• 逆電流（I_R）:逆電圧（V_R）5Vで最大100 µA。このパラメータはテスト目的のみであり、デバイスは連続的な逆バイアス動作用に設計されていません。
• 光度マッチング比:I_F=1 mAで、類似の光領域内のセグメント間の最大比は2:1です。これは、セグメント間で許容される最大の輝度変動を規定します。
• クロストーク:隣接するセグメントが駆動されたときに、非選択セグメントが意図せず発光する現象を指し、≤ 2.5%と規定されています。

3. ビニングおよびグレーディングシステム

データシートは、製品が光度でカテゴライズされていると示しており、これはビニングプロセスを意味します。

• 光度ビニング:デバイスは、標準テスト電流（例：1 mAまたは10 mA）での測定された光出力に基づいてテストされ、ビンに仕分けられます。これにより、設計者は均一な表示外観を得るために、一貫した輝度レベルのLEDを受け取ることができます。
• 波長ビニング:明示的にビニングされているとは記載されていませんが、主波長の厳しい許容差（±1 nm）は厳密なプロセス制御を示しており、すべてのユニット間で非常に一貫した色出力をもたらします。
• 順電圧選別:規定されたV_Fの許容差±0.1Vは、部品がこの電気的パラメータを満たすようにスクリーニングされている可能性が高く、一貫した駆動回路の動作に寄与します。

4. 性能曲線分析

提供されたPDF抜粋は代表的な曲線を参照していますが表示していませんが、このようなデバイスの標準的な分析には以下が含まれます:

• I-V（電流-電圧）曲線:順電圧と電流の間の指数関数的関係を示し、AlInGaP赤色LEDの場合、膝電圧は約2.0-2.2V付近になります。
• 光度 vs. 順電流（I_v-I_F）:低電流ではほぼ線形であると予想され、高電流では熱的および効率低下により飽和効果を示す可能性があります。
• 光度 vs. 周囲温度:接合温度が上昇するにつれて光出力が減少することを示し、設計の信頼性にとって重要な要素です。
• スペクトル分布:強度対波長のプロットで、650 nm（ピーク）を中心とし、20 nmの半値幅を持ち、ハイパーレッドの色度点を確認します。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

本デバイスは定義されたSMDフットプリントを持ちます。主要な寸法上の注意点には以下が含まれます：特に指定がない限り、すべての寸法はミリメートル単位で、一般的な許容差は±0.25 mmです。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など、特定の品質管理が記載されています。パッケージのサイズが小さいため、部品マーキングは2807CKD-Pと省略されています（LTS接頭辞は省略）。

5.2 内部回路とピン配置

本デバイスはコモンアノード構成です。内部回路図は、以下の接続に対応する10本のピンを示しています：2本のピンはコモンアノード専用（ピン3および8）です。残りのピンは、セグメントA、B、C、D、E、F、G、および小数点（DP）の個別のカソードです。ピン1は接続なしと記載されています。この構成では、セグメントを点灯させるために、コモンアノードピンに電流を供給するソースと、個々のカソードピンに電流を吸い込むシンクが必要です。

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

本デバイスはリフローはんだ付けプロセス用に設計されています。重要な制限は、リフロープロセスサイクル数が2回未満でなければならないことです。2回目のリフローが必要な場合（例：両面実装の場合）、最初のプロセスと2回目のプロセスの間で基板を常温まで冷却する必要があります。

• リフロープロファイル（最大2サイクル）:120-150°Cまで最大120秒間予熱します。ピーク温度は260°Cを超えてはなりません。
• 手はんだ（最大1サイクル）: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。

6.2 推奨はんだパターン

PCB設計用のランドパターン（フットプリント）が提供されています。信頼性の高いはんだ接合の形成、適切な位置合わせ、およびリフロー中の熱管理のために、このパターンに従うことが不可欠です。

6.3 湿気感受性と保管

部品は防湿包装で出荷されます。保管は温度≤30°C、相対湿度（RH）≤60%で行う必要があります。密封バッグを開封すると、部品は環境から湿気を吸収し始めます。すぐに使用せず、乾燥キャビネット（典型的には<10% RH）に保管しない場合は、リフローはんだ付け前にベーキングを行い、急速な蒸気膨張によるポップコーン現象や層間剥離の損傷を防止する必要があります。

• ベーキング条件:部品がリール上の場合：60°Cで≥48時間。部品がバルクの場合：100°Cで≥4時間、または125°Cで≥2時間。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

本デバイスは、自動ピックアンドプレース組立用にテープアンドリールで供給されます。

• リール寸法:部品キャリアテープおよび全体のリール（例：13インチおよび22インチリールオプションが示されています）の両方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。テープ厚さは0.30 ±0.05 mmです。
• 包装数量:標準13インチリールには1000個が含まれます。22インチリールには56.5メートルのテープ長が含まれます。残数リールの最小発注数量は250個です。
• リーダーおよびトレーラーテープ:リールには、機械給送用のリーダー（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および設計上の考慮事項

8.1 意図された用途と制限

本ディスプレイは、オフィス、通信、家庭用アプリケーションにおける一般的な電子機器用に設計されています。事前の協議および適格性評価なしに、故障が生命や健康を危険にさらす可能性のある安全クリティカルまたは高信頼性アプリケーション（例：航空、医療システム）には定格されていません。

8.2 重要な設計ルール

• 駆動回路保護:駆動回路は、逆電圧および電圧トランジェントに対する保護を含める必要があります。これらはLED接合を瞬時に損傷する可能性があるためです。
• 電流制限:常に直列の電流制限抵抗または定電流ドライバを使用してください。LEDを電圧源に直接接続しないでください。電源電圧（V_supply）、LED順電圧（V_F~2.6V）、および希望の順電流（I_F）に基づいて抵抗値を計算します。計算式: R = (V_supply- V_F) / I_F.
• 熱管理:電力損失と電流の定格低下ルールを遵守してください。推奨限界を超える電流または周囲温度で動作すると、光出力の低下（光束減衰）が加速され、早期故障を引き起こす可能性があります。最大定格付近で動作する場合は、十分なPCB銅面積またはスルーホールビアを確保してください。
• マルチプレクシング:マルチプレクシングを使用する多桁ディスプレイの場合、パルスモードでのピーク電流が60 mAの絶対最大定格を超えないことを確認し、平均電流が連続電流定格内に収まるように計算してください。

9. 技術比較と差別化

GaAsP（ガリウムヒ素リン）赤色LEDなどの古い技術と比較して、LTS-2807CKD-PのAlInGaP技術は、同じ入力電流に対して大幅に高い発光効率を提供し、より大きな輝度を実現します。また、一般的に温度および寿命にわたってより優れた波長安定性を提供します。青色/白色LEDの上にカラーフィルターを使用する一部の白色セグメントディスプレイと比較して、単色のAlInGaPチップは純粋な色飽和度と、ターゲットの赤色に対して潜在的に高い効率を提供します。そのSMDパッケージは、スルーホールLEDディスプレイと比較して、より優れた機械的堅牢性と大量自動製造への適合性を提供します。

10. よくある質問（FAQ）

10.1 技術パラメータに基づく

Q: 5V電源で使用する場合、どの抵抗値を使用すべきですか？

A: 代表的な順電圧2.6V、希望電流10 mAの場合、計算は次の通りです：R = (5V - 2.6V) / 0.01A = 240 オーム。最も近い標準値（例：240Ωまたは220Ω）を使用してください。回路内の実際の電流を常に確認してください。

Q: 20 mAで連続駆動できますか？

A: はい、20 mAは25°Cでの最大25 mAを下回ります。ただし、周囲温度を確認する必要があります。動作環境が25°Cを超える場合は、電流を定格低下させる必要があります。70°Cでは、最大電流は 25 mA - (0.28 mA/°C * 45°C) ≈ 12.4 mA となります。

Q: 逆動作すべきでないのに、なぜ逆電流定格が重要ですか？

A: これは品質とリーク電流の指標です。高い逆電流は欠陥のある接合を示す可能性があります。この定格は、必要な保護レベルも示しています。5Vを超える、または100 µAを超える電流を引き起こす逆バイアス事象は損傷を引き起こします。

Q: 私の設計にとって2:1光度マッチング比は何を意味しますか？

A: 同じテスト条件下で、桁内の最も暗いセグメントの輝度が、最も明るいセグメントの半分未満であってはならないことを意味します。これにより視覚的な均一性が確保されます。クリティカルなアプリケーションでは、より厳しいビンから選択することができます。

11. 実用的なアプリケーション例

シナリオ: 民生用機器用の1桁温度表示器の設計。

LTS-2807CKD-Pは理想的な選択肢です。マイクロコントローラ（MCU）のポートピンは電流を吸い込むことができます（セグメントカソードに接続）。単一のPNPトランジスタまたは専用ドライバICがコモンアノードピンに電流を供給できます。MCUファームウェアは、7セグメントデコーダと、複数桁を使用する場合のマルチプレクシングタイマーを実装します。グレーのフェースと白色のセグメントは、機器のベゼルに対して優れたコントラストを提供します。低消費電力は省エネルギー目標に合致します。設計者は、PCBレイアウトに推奨されるはんだパッドパターンを含め、各カソードと直列に電流制限抵抗を配置する（または定電流ドライバICを使用する）、製造中にリフロープロファイルガイドラインに従うことを確実にする必要があります。部品はリールを開封した後、組立日まで乾燥環境で保管する必要があります。

12. 動作原理

本デバイスは、半導体P-N接合におけるエレクトロルミネセンスの原理に基づいて動作します。接合の内蔵電位（AlInGaPの場合約2.0-2.2V）を超える順電圧が印加されると、N型材料からの電子とP型材料からの正孔が接合を横切って注入されます。それらは活性領域（AlInGaP量子井戸層）で再結合します。この再結合エネルギーの一部は光子（光）として放出されます。エピタキシャル層中のアルミニウム、インジウム、ガリウム、リンの特定の組成がバンドギャップエネルギーを決定し、これが直接発光の波長（色）を定義します—この場合、約650 nmのハイパーレッドです。コモンアノード構成は、すべてのLEDセグメントのアノードを内部で接続し、桁ごとに1つの電流供給ノードのみを必要とすることで駆動回路を簡素化します。

13. 技術トレンド

赤色および琥珀色LEDへのAlInGaPの使用は、成熟し高度に最適化された技術を表しています。ディスプレイLEDの現在のトレンドは、いくつかの分野に焦点を当てています：1)効率向上:高電流での効率低下を低減し、チップパッケージからの光取り出し効率を向上させるための継続的な研究が行われています。2)小型化:0.2インチは標準的ですが、超コンパクトデバイスではより小さな桁高の需要があります。3)統合:LEDディスプレイとドライバICおよびコントローラをマルチチップモジュールまたはシステムインパッケージ（SiP）ソリューションで組み合わせることで、最終製品の設計を簡素化するトレンドがあります。4)信頼性の向上:パッケージ材料とダイ取り付け技術の改善により、無鉛はんだ付けに必要なより高温のリフロープロファイルに対する動作寿命と耐性が継続的に向上しています。