LTS-5325CKR-P LEDディスプレイ データシート - 0.56インチ桁高 - スーパーレッド - 2.6V順電圧 - 70mW消費電力 - 技術文書

1. 製品概要

LTS-5325CKR-Pは、1桁の数値表示を目的とした表面実装デバイス（SMD）です。主な機能は、様々な電子アプリケーションにおいて、明確で視認性の高い数値表示を提供することです。中核技術として、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利用し、スーパーレッド発光を実現しています。この材料系は、比較的低い駆動電流で高い効率と優れた輝度を得られることで知られています。デバイスは、グレーの面と白いセグメントを特徴としており、異なる照明条件下でのコントラストと可読性を向上させます。発光強度でカテゴライズされており、製造ロット間での輝度レベルの一貫性を確保し、RoHS指令に準拠した鉛フリー材料で構成されています。

1.1 主な特長と利点

本ディスプレイは、現代の電子設計への統合において、いくつかの明確な利点を提供します：

• 0.56インチ桁高（14.22 mm）：中程度の距離からも明確な視認性が求められるアプリケーションに適した文字サイズを提供します。
• 連続した均一なセグメント：点灯した文字の一貫性のある途切れのない外観を確保し、プロフェッショナルな印象を与えます。
• 低消費電力：AlInGaP技術により高い発光効率が実現され、明るい出力を維持しながら消費電力を最小限に抑えることができます。
• 高輝度・高コントラスト：グレーの面に対する明るいスーパーレッド発光の組み合わせにより、優れたコントラスト比を実現し、視認性を向上させます。
• 広い視野角：SMDパッケージと光学設計により広い視野角を提供し、様々な角度から効果的な表示が可能です。
• 固体（ソリッドステート）の信頼性：LEDベースのデバイスとして、機械式ディスプレイと比較して長い動作寿命、耐衝撃性、耐振動性を提供します。
• カテゴライズされた発光強度：部品は強度ごとにビニング（選別）されており、設計者はアプリケーションで一貫した輝度を得るために部品を選択できます。

2. 技術仕様の詳細

このセクションでは、データシートに定義されているデバイスの電気的および光学的パラメータについて、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。これらの限界を超えて動作させることは推奨されません。

• 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消費できる最大電力です。
• セグメントあたりのピーク順電流：90 mA。これは過熱を防ぐため、パルス条件（1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）でのみ許容されます。
• セグメントあたりの連続順電流：25°C時で25 mA。この電流は、周囲温度（Ta）が25°Cを超えて上昇するにつれて、0.28 mA/°Cの割合で直線的に低下します。例えば、85°Cでは、最大連続電流は約 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。この広い範囲により、デバイスは産業用および自動車環境に適しています。
• はんだ付け温度：実装面から1/16インチ（約1.6mm）下で、260°Cを3秒間耐えます。

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性能パラメータです。

• 平均発光強度（I_V）：駆動電流に応じて501 µcd（最小）から18000 µcd（代表値）の範囲です。標準試験電流1mAでは、代表的な強度は1700 µcdです。10mAでは18000 µcdに達し、高い効率を示しています。
• ピーク発光波長（λ_p）：639 nm（代表値）。これはスペクトル出力が最も強くなる波長を定義し、可視スペクトルの赤橙色領域に位置付けられます。
• 主波長（λ_d）：631 nm（代表値）。これは人間の目が知覚する単一波長の色であり、ピーク波長よりわずかに短い値です。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：20 nm（代表値）。これはスペクトルの純度を示します。幅が狭いほど、より単色に近い色となります。
• チップあたりの順方向電圧（V_F）：I_F=20mA時で2.0V（最小）、2.6V（代表値）。このパラメータは、駆動回路の設計と消費電力の計算において極めて重要です。
• 逆方向電流（I_R）：V_R=5V時で100 µA（最大）。データシートは、逆電圧は試験目的のみであり、デバイスを連続的な逆バイアス下で動作させてはならないことを明示しています。
• 発光強度マッチング比：2:1（最大）。これは、単一デバイス内で最も明るいセグメントと最も暗いセグメントの間で許容される最大比率を指定し、外観の均一性を確保します。
• クロストーク：≤ 2.5%。これは、電気的なリークや光学的結合により、選択されていないセグメントが意図せず点灯する現象を指します。

2.3 ビニングシステムの説明

データシートは、デバイスが発光強度でカテゴライズされていると述べています。これは、製造されたユニットが標準試験電流（おそらく1mAまたは10mA）での測定された光出力に基づいて選別されるビニングプロセスを意味します。設計者はビンコードを指定することで、組立品内のすべてのディスプレイの輝度を一致させ、不均一な照明を防ぐことができます。具体的なビンコードの範囲とラベルはこの抜粋では詳細に記載されていませんが、通常は発注情報の一部となります。

3. 性能曲線分析

具体的なグラフは本文では再現されていませんが、データシートには代表的な曲線が含まれています。標準的なLEDの動作と提供されたパラメータに基づくと、これらの曲線は通常、以下を示します：

• 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）：指数関数的な関係を示し、膝電圧は約2.0-2.6V付近になります。この曲線は、電流制限抵抗値の選択に役立ちます。
• 発光強度 vs. 順方向電流：光出力が電流とともに増加するが、熱的影響や効率低下により、より高い電流では飽和し始める可能性があることを示します。
• 発光強度 vs. 周囲温度：温度が上昇するにつれて出力が減少することを示し、高温アプリケーションにおける重要な考慮事項です。
• スペクトル分布：波長に対する相対強度をプロットし、約639nmにピークを持ち、約20nmの半値幅を持つことを示します。

4. 機械的・パッケージ情報

4.1 パッケージ寸法

デバイスはSMDパッケージに収められています。主要な寸法上の注意点には以下が含まれます：すべての寸法はミリメートル単位で、一般的な公差は±0.25mmです。異物（≤10ミル）、インク汚染（≤20ミル）、セグメント内の気泡（≤10ミル）、曲がり（リフレクタ長の≤1%）、プラスチックピンのバリ（最大0.14mm）などの制限が、特定の品質管理項目として記載されています。

4.2 ピン接続と回路図

ディスプレイは2つの共通カソードピン（ピン3とピン8）を持つ共通カソード構成です。この構成は、マルチプレックス駆動方式でよく好まれます。ピン配置は以下の通りです：ピン1（アノードE）、ピン2（アノードD）、ピン3（共通カソード）、ピン4（アノードC）、ピン5（アノードDP - 小数点）、ピン6（アノードB）、ピン7（アノードA）、ピン8（共通カソード）、ピン9（アノードF）、ピン10（アノードG）。内部回路図は、10個の個別のLEDセグメント（a, b, c, d, e, f, g、および右側の小数点DP）を示しており、それらのアノードはそれぞれのピンに接続され、カソードは共通カソードピンにまとめられています。

4.3 推奨はんだ付けパターン

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。このパターンに従うことは、信頼性の高いはんだ接合部の形成、適切な位置合わせ、リフロー時の熱管理に不可欠です。

5. はんだ付け・組立ガイドライン

5.1 SMTはんだ付け手順

組立中の損傷を防ぐための重要な指示が提供されています：

• リフローはんだ付け（最大2回）：120-150°Cでの最大120秒間の予熱工程が推奨されます。リフロー中のピーク温度は260°Cを超えてはなりません。2回目のリフローが必要な場合、1回目と2回目のはんだ付け工程の間には、常温への冷却プロセスが必須です。
• 手はんだ付け（はんだごて）：必要な場合、はんだごて先端温度は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。
• 制限の重要性：温度、時間、またはリフローサイクル数を超えると、プラスチックパッケージの損傷、LEDエポキシの劣化、または内部ワイヤボンドの故障を引き起こす可能性があります。

5.2 湿気感受性と保管

デバイス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。密封袋を開封すると、部品は大気中の湿気を吸収し始めます。直ちに使用せず、指定された制限を超える環境条件にさらされた場合、はんだ付け時の急速な蒸気膨張によるポップコーン現象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（乾燥）を行う必要があります。ベーキング条件は指定されています：リール状態では60°Cで≥48時間、バルク状態では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。

6. 包装・発注情報

6.1 包装仕様

デバイスは、自動ピックアンドプレース装置に対応したエンボスキャリアテープおよびリールで供給されます。主要な包装詳細は以下の通りです：

• 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。カンバー（反り）は250mmに対して1mm以内。厚さは0.30±0.05mm。
• リール情報：22インチリールには44.5メートルのテープが巻かれています。13インチリールには700個の部品が含まれます。
• 最小発注数量（MOQ）：残数/リール端数の最小包装数量は200個です。
• リーダー/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。

7. アプリケーション提案と設計上の考慮事項

7.1 代表的なアプリケーションシナリオ

LTS-5325CKR-Pは、コンパクトで信頼性が高く、明るい数値表示を必要とするアプリケーションに適しています。例としては：

• 産業用制御パネルおよび計器（例：タイマー、カウンター、温度表示）。
• 民生用家電（例：電子レンジ、洗濯機、エアコン制御部）。
• 自動車用アフターマーケットアクセサリー（例：電圧モニター、RPMゲージ）。
• 医療機器の表示部。
• 試験・測定機器。

7.2 設計上の考慮事項

• 駆動回路：各セグメントアノードに定電流ドライバまたは適切な電流制限抵抗を使用してください。共通カソード構成はマルチプレクシングを簡素化します。供給電圧（V_CC）、代表的な順方向電圧（V_F~2.6V）、および希望のセグメント電流（I_F）に基づいて抵抗値を計算します。例えば、5V電源の場合：10mA駆動では R = (V_CC- V_F) / I_F= (5V - 2.6V) / 0.01A = 240Ω となります。
• 熱管理：電流低下曲線を遵守してください。高い周囲温度環境では、消費電力制限内に収まり、長期的な信頼性を確保するために、駆動電流をそれに応じて低減してください。
• PCBレイアウト：推奨はんだ付けパターンに従ってください。セグメント電流に対して十分なトレース幅を確保してください。他の発熱部品との相対的な配置を考慮してください。
• 光学的統合：グレーの面/白いセグメントの設計は良好なコントラストを提供します。追加の拡散やカラーフィルタリングを行う場合は、オーバーレイ材料が主波長（~631nm）で高い透過率を持つことを確認してください。

8. 技術比較と差別化

標準的なGaP赤色LEDなどの古い技術と比較して、AlInGaPベースのLTS-5325CKR-Pは著しく高い発光効率を提供し、同じ電流でより明るい出力、またはより低い電力で同等の輝度を実現します。一部の白色LEDバックライト付きLCDと比較して、この直接LEDセグメントディスプレイはより広い視野角、より高いコントラスト、および明るい環境光下での優れた性能を提供します。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容易な自動組立を可能にします。

9. よくある質問（FAQ）

Q1: ピーク波長（639nm）と主波長（631nm）の違いは何ですか？

A1: ピーク波長は、スペクトル発光が最大となる物理的な点です。主波長は、人間の目が知覚する色であり、全スペクトルから計算されます。これらはわずかに異なることがよくあります。

Q2: このディスプレイを3.3VマイクロコントローラのGPIOピンで直接駆動できますか？

A2: 直接はできません。GPIOピンは電流制限抵抗を介して電流を供給する必要があります。3.3V電源とV_Fが2.6Vの場合、抵抗にかかる電圧降下はわずか0.7Vです。10mAの電流を得るには、70Ωの抵抗が必要です（R = 0.7V / 0.01A）。ただし、マイクロコントローラのピンが10mAを連続的に安全に供給できることを確認してください。

Q3: 逆電圧を印加すべきでないなら、なぜ逆電流仕様が重要なのでしょうか？

A3: これは品質とリーク試験のパラメータです。高い逆電流は、LEDチップ接合部の欠陥を示している可能性があります。この仕様はデバイスの完全性を保証します。

Q4: 2:1の発光強度マッチング比はどのように解釈すればよいですか？

A4: これは、同一条件（I_F=1mA）で試験した場合、単一デバイス内で測定された最も明るいセグメントの強度が、最も暗いセグメントの強度の2倍を超え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。

10. 実用的な使用例

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。

タイマーは分と秒（4桁）を表示する必要があります。4つのLTS-5325CKR-Pディスプレイが使用されます。十分なI/Oピンを備えたマイクロコントローラが、マルチプレックス駆動方式で使用されます。4桁すべての同じセグメント文字（例：すべてのAセグメント）のセグメントアノードは一緒に接続され、電流制限抵抗を介して単一のマイクロコントローラピンによって駆動されます。各桁の共通カソードは、桁選択スイッチとして機能する別々のマイクロコントローラピンに接続されます。マイクロコントローラは、一度に1桁ずつ点灯させることを高速で循環させ（例：10msの総サイクルで各桁2.5ms）、残像効果を利用してすべての桁が同時に点灯しているように見せます。この方法により、必要なドライバピン数を40（4桁 * 10ピン）から14（7セグメントアノード + 1 DP + 4共通カソード + 2未使用）に大幅に削減できます。設計では、短い点灯時間中のセグメントあたりのピーク電流が絶対最大定格を超えないこと、および平均電流が希望の輝度を提供することを確保する必要があります。

11. 動作原理

このデバイスは、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。接合の内蔵電位を超える順方向電圧が印加されると、n型AlInGaP層からの電子がp型層からの正孔と再結合します。この再結合イベントにより、エネルギーが光子（光）の形で放出されます。AlInGaP合金の特定の組成がバンドギャップエネルギーを決定し、それが今度は発光の波長（色）を定義します—この場合はスーパーレッドです。光は活性領域から放出され、パッケージのリフレクタカップとエポキシレンズによって成形されて、可視セグメントを形成します。

12. 技術トレンド

AlInGaP技術は、赤色、橙色、黄色LEDのための成熟した非常に効率的なソリューションを表しています。ディスプレイ技術の現在のトレンドには、より広いスペクトルカバレッジのための窒化ガリウム（GaN）ベースの材料など、さらに高効率な材料の開発、および超高解像度直接視認ディスプレイのためのマイクロLEDの統合が含まれます。1桁および小型英数字ディスプレイについては、小型化、高輝度化、低消費電力化、およびRoHS準拠と現代のSMT組立ラインに必要な鉛フリー高温リフロープロセスとの互換性向上に向けたトレンドが続いています。高度なプラスチックおよび封止材料の使用は、湿度や紫外線暴露などの環境要因に対する長期的な信頼性と耐性も向上させています。