LTP-747KY LEDドットマトリクス表示器データシート - 0.7インチ桁高 - AlInGaPアンバーイエロー - 2.6V順電圧 - 25mW消費電力 - 技術文書

1. 製品概要

LTP-747KYは、明確で読みやすい英数字または記号の文字出力を必要とするアプリケーション向けに設計された、コンパクトで高性能な5x7ドットマトリクスLED表示モジュールです。その主な機能は、電子機器における視覚情報の提供です。このデバイスの核心的な利点は、LEDチップに先進的な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ている点にあり、従来の標準GaAsPなどの技術と比較して優れた効率と色純度を提供します。ターゲット市場には、産業用制御パネル、計測器、医療機器、民生電子機器、および信頼性の高い低消費電力の情報表示を必要とするあらゆる組み込みシステムが含まれます。

この表示器は0.7インチ（17.22mm）の桁高を特徴とし、優れた視認性を提供します。連続した均一なセグメントによって特徴付けられ、一貫性のあるプロフェッショナルな文字表示を保証します。データシートで強調されている主なセールスポイントは、低消費電力、高輝度・高コントラスト、広視野角、およびソリッドステートの信頼性であり、これは様々な環境下での長い動作寿命と耐久性に繋がります。

2. 技術仕様詳細

2.1 光電特性

光電性能は、表示器の機能性の中心です。周囲温度（T_A）25°Cで測定された主要パラメータは以下の通りです：

• 平均光度（I_V）：このパラメータは、点灯した各ドットの知覚される明るさを定義します。I_P=32mA、1/16デューティサイクルの試験条件下での代表値は3400 µcd（マイクロカンデラ）です。規定の最小値は1650 µcdです。測定に1/16デューティサイクルを使用することは、マルチプレックス表示器では標準的であり、そのアクティブな時間スライス中のピーク電流を示しています。
• 波長特性：
  • ピーク発光波長（λ_p）：595 nm。これは光出力が最大となる波長であり、可視スペクトルのアンバーイエロー領域に確実に位置します。
  • 主波長（λ_d）：592 nm。これは、人間の目に知覚されるLEDの色に最もよく一致する単一波長であり、ピーク波長よりわずかに低い値です。
  • スペクトル半値幅（Δλ）：15 nm。これはスペクトル純度、またはピーク波長周辺の放射光の広がりを示します。15 nmという値は比較的狭く、飽和した純粋なアンバーイエロー色に寄与します。
• 光度マッチング比（I_V-m）：最大2:1。これは表示均一性のための重要なパラメータです。アレイ内の最も暗いドットの輝度が、最も明るいドットの輝度の半分以上であることを規定しており、文字のすべてのセグメントで一貫した外観を保証します。

2.2 電気的特性

電気的仕様は、安全で信頼性の高い使用のための動作限界と条件を定義します。

• ドットあたり順方向電圧（V_F）：代表値2.6V、順方向電流（I_F）20mAでの最大値2.6V。最小値は2.05Vです。この電圧は比較的低く、低消費電力という主張に寄与しています。
• ドットあたり逆方向電流（I_R）：逆方向電圧（V_R）5Vでの最大100 µA。これはLEDが逆バイアスされたときのリーク電流のレベルを示します。
• 電流定格：
  • ドットあたりピーク順方向電流：60 mA（絶対最大）。
  • ドットあたり平均順方向電流：13 mA（25°Cでの絶対最大）。この定格は25°C以上で0.17 mA/°Cの割合で直線的に低下（デレーティング）します。つまり、過熱を防ぐために、温度が上昇すると許容される連続電流は減少します。
• ドットあたり平均消費電力：25 mW（絶対最大）。これは個々のLEDドットが安全に熱として放散できる最大電力です。

2.3 熱的・環境定格

これらのパラメータは、異なる動作条件下でのデバイスの堅牢性を保証します。

• 動作温度範囲：-35°C から +85°C。この広い範囲により、極寒から高温の産業環境まで、過酷な環境での使用に適しています。
• 保存温度範囲：-35°C から +85°C。
• はんだ付け温度：このデバイスは、シーティングプレーンから1/16インチ（約1.6mm）下の位置で、260°Cのはんだ付け温度を3秒間耐えることができます。これは、フローまたはリフローはんだ付けプロセスの標準仕様です。

3. 機械的・パッケージ情報

3.1 外形寸法

データシートには詳細なパッケージ寸法図が含まれています。特に指定がない限り、すべての寸法は標準公差±0.25mmでミリメートル単位で提供されます。全体サイズ、ピン間隔、セグメントウィンドウの寸法はこの図で定義されており、PCB（プリント基板）レイアウトや製品筐体への機械的統合に不可欠です。

3.2 ピン接続と内部回路

このデバイスは12ピン構成です。ピン配置は以下の通りです：ピン1（アノード列1）、ピン2（カソード行3）、ピン3（アノード列2）、ピン4（カソード行5）、ピン5（カソード行6）、ピン6（カソード行7）、ピン7（アノード列4）、ピン8（アノード列5）、ピン9（カソード行4）、ピン10（アノード列3）、ピン11（カソード行2）、ピン12（カソード行1）。

内部回路図が提供されており、35個のLED（5列x7行）のマトリクス配置を示しています。各列は共通アノード接続、各行は共通カソード接続を持ちます。このマトリクス構造はマルチプレクシングの基本であり、わずか12ピンで35個の個別ドットを制御することを可能にし、必要なマイクロコントローラのI/Oライン数を大幅に削減します。

4. 性能曲線分析

データシートは代表的な電気的/光学的特性曲線を参照しています。提供されたテキストでは具体的なグラフは詳細に記述されていませんが、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：

• 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）：このグラフは、LEDにかかる電圧と結果として生じる電流の非線形関係を示します。電流制限回路の設計に不可欠です。
• 相対光度 vs. 順方向電流：この曲線は、LEDの輝度が駆動電流とともにどのように変化するかを示します。通常、ある範囲では線形ですが、より高い電流では飽和します。
• 相対光度 vs. 周囲温度：このグラフは、光出力の熱的デレーティングを示します。温度が上昇すると、LEDの発光効率は一般的に低下します。
• スペクトル分布：相対強度対波長のプロットで、指定された15 nmの半値幅を持つ、595 nmを中心としたベル型の曲線を示します。

これらの曲線は、エンジニアが特定の動作温度下で所望の輝度、効率、寿命のために駆動条件を最適化するために極めて重要です。

5. アプリケーション提案

5.1 代表的なアプリケーションシナリオ

LTP-747KYは、コンパクトな複数桁の数値または限定的な英数字表示を必要とするアプリケーションに理想的です。例としては：

• 試験・測定機器：デジタルマルチメータ、周波数カウンタ、電源装置の表示。
• 産業用制御：機械上の温度、圧力、流量、またはプロセス変数を表示するパネルメータ。
• 民生電子機器：オーディオ機器（例：チューナー周波数）、キッチン家電、または旧式の電子玩具の表示。
• 医療機器：信頼性が最も重要であるモニターや診断機器上のシンプルなパラメータ表示。

5.2 設計上の考慮点

• 駆動回路：マトリクス構成のため、表示器はマルチプレックス駆動する必要があります。これには、可視フリッカーを避けるために十分に高い周波数（通常>100Hz）で列と行を走査できるマイクロコントローラまたは専用ドライバICが必要です。各列のアノードを順次駆動しながら、適切な行のカソードをLowに引き、所望のドットを点灯させます。
• 電流制限：外部の電流制限抵抗は、各列または各行ライン（駆動トポロジーに依存）に必須であり、特にピーク電流を含め、ドットあたりの順方向電流が絶対最大定格を超えないようにします。計算にはマルチプレクシングのデューティサイクル（例：5列マトリクスの場合は1/5）を考慮する必要があります。
• 消費電力：表示器の総消費電力は、同時に点灯するドットの数、順方向電圧、電流に基づいて計算する必要があります。最大定格付近または高い周囲温度で動作する場合は、適切な熱管理を確保してください。
• 視野角：広い視野角は、表示器が軸外れ位置から見られる可能性のあるアプリケーションで有益です。

6. 技術比較と差別化

LTP-747KYの主な差別化要因は、不透明なGaAs基板上でのAlInGaP LED技術の使用です。従来の赤色GaAsP LEDと比較して、AlInGaPは著しく高い発光効率を提供し、同じ電気入力電力に対してより明るい出力を意味します。アンバーイエロー色（592-595 nm）は優れた視認性を提供し、低照度条件下では純粋な赤色よりも目に優しいとしばしば考えられます。白いドットを持つグレーの表面は、表示器の非アクティブ領域からの反射環境光を減らすことでコントラストを高め、視認性をさらに向上させます。光度の選別（ビニング）は予測可能な最小輝度レベルを保証し、輝度がより広く変動する可能性のある非選別部品に対する利点です。

7. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: なぜ平均順方向電流定格（13mA）は試験条件電流（V_F測定時の20mA）よりも低いのですか？

A: 20mAの試験条件は、順方向電圧などのパラメータを測定するための標準ポイントです。13mAの絶対最大定格は、長期信頼性を確保し、消費電力限界内に収めるために、通常動作条件下で各ドットに許容される最高の連続電流です。マルチプレックスアプリケーションでは、アクティブな時間スライス中の瞬間電流はより高くすることができます（例：I_V試験に従って32mA）が、完全なサイクルにわたる平均は13mAを超えてはなりません。

Q: 光度試験条件の1/16デューティとはどういう意味ですか？

A: これは、表示器がマルチプレックスモードで駆動され、各特定のドットが総走査サイクル時間の1/16の間だけアクティブに電源供給されることを示します。光度はそのアクティブなパルス中に測定されます。これは、マルチプレックス表示器の実際の動作条件を模倣しています。

Q: 2:1の光度マッチング比はどのように解釈すればよいですか？

A: これは品質管理パラメータです。単一の表示ユニット内で、最も暗いドットの輝度が最も明るいドットの輝度の少なくとも半分であることを意味します。より低い比率（1:1に近い）は、より良い均一性を示します。2:1の比率は多くのアプリケーションで許容可能であり、文字が均一に点灯して見えることを保証します。

8. 実践的な設計と使用例

LTP-747KYを使用したシンプルな4桁温度計の設計を考えてみましょう。温度センサを読み取り、その値をBCD（2進化10進数）またはカスタムフォントマップに変換し、表示器を駆動するためにマイクロコントローラが必要になります。LTP-747KYは1桁モジュールであるため、4つのユニットを並べて配置します。マイクロコントローラは、1つの表示器を直接制御するために少なくとも12本のI/Oピンを必要とします。4つの表示器を効率的に制御する（48ピン）ために、マルチプレクシング方式を拡張します：4つの表示器すべての列ラインを並列に接続し、各表示器に対して別々の行制御ラインが必要になるか、またはその逆で、列と桁（モジュール）選択の組み合わせを使用します。あるいは、SPIやI2Cのようなシリアルインターフェースを持つ専用LEDドライバICを使用すると、設計が大幅に簡素化され、マイクロコントローラのピン数とソフトウェアの複雑さが削減されます。電流制限抵抗は、電源電圧、LED順方向電圧、および所望のドットあたり平均電流に基づいて計算する必要があり、マルチプレクシングのデューティサイクル（例：4桁を走査する場合、桁あたりのデューティサイクルは1/4）を考慮に入れます。

9. 動作原理の紹介

LTP-747KY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。ダイオードのしきい値（AlInGaPでは約2V）を超える順方向電圧が印加されると、n型領域からの電子とp型領域からの正孔が活性領域に注入され、そこで再結合します。AlInGaP LEDでは、この再結合により、材料のバンドギャップエネルギーに対応する波長（アンバーイエロー範囲、約595 nmに設計）の光子（光）の形で主にエネルギーが放出されます。5x7マトリクス配置は、文字を形成するための実用的な実装です。このグリッド内の特定のドットを選択的に点灯させることにより、任意の数字、文字、または単純な記号を表示できます。共通アノード、共通カソードのマトリクス構成は、必要な接続ピン数を最小限に抑えるトポロジー設計であり、パッケージを小さくし、インターフェースコストを低減します。

10. 技術トレンドと背景

LTP-747KYのような個別の5x7ドットマトリクス表示器は、特定のコスト重視またはレガシーデザインでは依然として関連性がありますが、表示技術のより広範なトレンドは統合ソリューションへと移行しています。現代のアプリケーションでは、グラフィックOLED、TFT LCD、または完全なグラフィック機能、より広い色域、標準デジタルバスを介したより簡単なインターフェースを提供する、より大きく高密度なLEDマトリクスパネルがよく使用されます。しかしながら、潜在的に過酷な環境下で、シンプルで明るく、非常に信頼性が高く、低消費電力の文字出力のみを必要とするアプリケーションでは、個別のLEDドットマトリクスモジュールは明確な利点を提供します。ここで使用されているAlInGaP技術は、赤、オレンジ、アンバー、黄色のLEDのための成熟した非常に効率的な材料システムを表しています。表示技術の将来の発展は、小型化（マイクロLED）、フレキシブル基板、さらなる高効率化に焦点を当てていますが、マトリクス表示器を駆動するための動作の基本原理と設計上の考慮点は、大部分が一貫しています。