LTP-747KA LEDドットマトリクス表示器 データシート - 0.7インチ (17.22mm) 桁高 - レッドオレンジ色 - AlInGaP技術 - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTP-747KAは、単一桁の5x7ドットマトリクス英数字表示モジュールです。主な機能は、様々な電子アプリケーションにおいて、文字や記号を明確で明るく視覚的に出力することです。この表示器のコアコンポーネントは、発光ダイオード（LED）チップに高度なアルミニウム・インジウム・ガリウム・リン（AlInGaP）半導体材料を使用しており、特徴的なレッドオレンジ色の光出力を生成します。この材料技術は、高効率と優れた性能特性で知られています。

本デバイスはグレー色のフェースプレートで構成され、白いドットまたはセグメントを特徴としており、点灯した要素と背景とのコントラストと可読性を高めています。表示器はその光度に基づいて分類されており、均一な輝度を必要とするアプリケーション向けに、測定された光出力に応じてユニットがビニング（選別）またはソートされ、指定範囲内での一貫性が確保されています。

2. 技術仕様の詳細解説

このセクションでは、データシートに規定されている主要な技術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 光学的特性

光学的性能は表示器の機能の中心です。主要なパラメータは、通常、周囲温度（T_A）が25°Cという特定の試験条件下で測定されます。

• 平均光度（I_V）：これは、単一ドットから放射される光の知覚されるパワーを測定したものです。1/16デューティサイクルでピーク電流（I_P）32mAで駆動した場合の標準値は3400マイクロカンデラ（µcd）、最小値は1650 µcdです。1/16デューティサイクルは、ドットマトリクス表示器で一般的なマルチプレクシング方式で、電力と熱を管理するために各行が1/16の時間だけアクティブになります。
• ピーク発光波長（λ_p）：LEDの発光スペクトルが最大強度となる波長です。LTP-747KAの場合、これは標準で621ナノメートル（nm）であり、可視光スペクトルのレッドオレンジ領域に確実に位置します。
• 主波長（λ_d）：これは615 nmで、人間の目が知覚する色を最もよく表す単一波長です。LEDの発光スペクトルの形状により、ピーク波長とはわずかに異なります。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：このパラメータは標準で18 nmで、発光スペクトルの最大強度の半分の幅を示します。半値幅が狭いほど、スペクトル的に純粋で飽和した色であることを示します。
• 光度マッチング比（I_V-m）：最大2:1と規定されており、この比率は表示器上の最も明るいドットと最も暗いドットの間の輝度の許容変動を定義します。比率が低いほど均一性が優れていることを示します。

2.2 電気的特性

電気的挙動を理解することは、適切な回路設計と長期信頼性の確保に不可欠です。

• ドットあたりの順方向電圧（V_F）：LEDが電流を導通しているときの両端の電圧降下です。順方向電流（I_F）20mAにおける標準値は2.6V、最大値も2.6Vです。最小値は2.05Vと記載されています。この範囲は、電流制限回路を設計する際に考慮する必要があります。
• ドットあたりの逆方向電流（I_R）：逆方向電圧が印加されたときに流れるわずかな電流です。逆方向電圧（V_R）5Vにおいて最大100 µAと規定されています。絶対最大逆方向電圧を超えると損傷を引き起こす可能性があります。
• ドットあたりの平均順方向電流：信頼性のある動作のために推奨される最大連続DC電流は13 mAです。これは、マルチプレクス動作で使用されるピーク電流とは異なります。
• ドットあたりのピーク順方向電流：ドットが扱える最大瞬間電流で、90 mAと規定されています。マルチプレクスアプリケーションでは、瞬間電流は平均電流よりも高くなることがありますが、このピーク定格を超えてはなりません。

2.3 絶対最大定格と熱的考慮事項

これらの定格は、デバイスに永久的な損傷が発生する可能性がある限界を定義します。これらは通常動作の条件ではありません。

• ドットあたりの平均消費電力：単一のLEDドットが連続的に消費できる最大電力は33 mWです。これを超えると過熱や寿命の短縮につながる可能性があります。
• 動作および保管温度範囲：本デバイスは、周囲温度-35°Cから+85°Cで動作するように定格されています。また、この同じ温度範囲内で保管することもできます。
• 電流のディレーティング：平均順方向電流は、25°Cを超えると摂氏1度あたり0.17 mAの割合で直線的に低減する必要があります。これは、より高い周囲温度での熱暴走を防ぐための重要な設計ルールです。
• はんだ付け温度：フローはんだ付けまたはリフローはんだ付け中、パッケージのシーティングプレーンから1/16インチ（約1.6mm）下の点の温度が260°Cを3秒間超えてはなりません。これは内部ダイとワイヤボンドへの損傷を防ぎます。

3. ビニングとカテゴリ分類システム

データシートは、本デバイスが光度でカテゴリ分類されていると明記しています。これはビニングプロセスを意味します。

• 光度ビニング：製造後、個々の表示器はテストされ、測定された光出力に基づいて異なるビンに選別されます。これにより、顧客は一貫した輝度レベルの製品を受け取ることができます。データシートには最小/標準/最大値（1650/3400 µcd）が記載されていますが、この抜粋では特定のビンコードやカテゴリは詳細に説明されていません。実際には、発注情報で希望する強度ビンが指定されます。
• 波長/色ビニング：このシートでは波長については明示的に言及されていませんが、LEDメーカーがデバイスを主波長またはピーク波長でビニングして色の一貫性を確保することは一般的な慣行です。特に複数ユニットの表示器では重要です。λ_p（621 nm）とλ_d（615 nm）の厳しい標準値は、AlInGaP材料による本質的に優れた色の均一性を示唆しています。

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。具体的なグラフは本文に提供されていませんが、その標準的な内容と重要性を推測することができます。

• 順方向電流 vs. 順方向電圧（I_F-V_F）曲線：このグラフは、LEDを流れる電流とその両端の電圧との間の非線形関係を示しています。これは正しい駆動回路を設計するために不可欠です。この曲線は、典型的な2.6V付近の膝電圧を示し、その後は電圧がわずかに増加するだけで電流が急速に増加します。
• 光度 vs. 順方向電流（I_V-I_F）曲線：このプロットは、光出力が駆動電流とともにどのように増加するかを示しています。通常、ある範囲では線形ですが、非常に高い電流では飽和します。これは、所望の輝度を得るための動作点を決定するのに役立ちます。
• 光度 vs. 周囲温度（I_V-T_A）曲線：これは、LEDの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ています。熱的ディレーティング効果を定量化し、高温で動作するアプリケーションにとって重要です。
• スペクトル分布曲線：相対強度と波長の関係を示すプロットで、中心が621 nm、半値幅が18 nmのベル型の曲線を示しています。

5. 機械的仕様とパッケージ情報

5.1 外形寸法

表示器の桁高は0.7インチで、これは17.22ミリメートルに相当します。パッケージ寸法図（本文では参照のみで図示なし）には、全長、全幅、高さ、リード間隔、セグメント配置が詳細に記載されています。特に断りのない限り、すべての寸法の公差は±0.25 mm（0.01インチ）と規定されています。このレベルの精度は、プリント基板（PCB）上での機械的フィッティングにとって重要です。

5.2 ピン接続と内部回路

本デバイスは12ピンを持ちます。ピン配置は明確に定義されています： ピン1：カラム1のアノード、ピン2：ロウ3のカソード、ピン3：カラム2のアノード、など。内部回路図は、ロウに対してコモンカソード構成であることを示しています。これは、7本のロウラインのそれぞれが、そのロウ内の5つのLEDすべてのカソードに接続されていることを意味します。5本のカラムラインは、各カラム内のLEDのアノードに接続されています。このマトリクス配置により、マルチプレクシング技術を用いて、わずか12ピン（5+7）で35個の個別のドット（5x7）を制御することが可能です。

5.3 極性の識別

本文では明示的に示されていませんが、ピン番号と内部回路図が極性に関する必要な情報を提供します。ピン配置表は、アノードとカソードを正しく接続するための確定的なガイドです。誤った極性接続（カソードに順方向バイアスを印加すること）はLEDを点灯させず、電圧が逆方向電圧定格（5V）を超える場合は損傷する可能性があります。

6. はんだ付けと組立ガイドライン

提供されている主要なガイドラインは、はんだ付け温度プロファイルです：パッケージ本体から1.6mm下で測定した温度は、260°Cを3秒間超えてはなりません。これはフローはんだ付けまたはリフローはんだ付けプロセスの標準的なガイドラインです。手はんだ付けの場合は、温度制御されたはんだごてを使用し、リードとの接触時間を最小限に抑えて、熱がリードを伝わって内部チップを損傷するのを防ぐ必要があります。取り扱いと組立中は、半導体接合への損傷を防ぐために、適切なESD（静電気放電）対策を講じる必要があります。

7. アプリケーション提案

7.1 代表的なアプリケーションシナリオ

英数字文字の生成に理想的な5x7ドットマトリクスフォーマットのため、LTP-747KAは、明確な単一桁の読み取り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表示。
• 試験・測定機器。
• 電子レンジ、洗濯機、オーディオ機器などの民生用家電。
• POS端末および基本情報表示。
• マイクロコントローラとマルチプレクス表示について学ぶための教育キット。

7.2 設計上の考慮点

• 駆動回路：ロウとカラムをマルチプレクスするために、マイクロコントローラまたは専用の表示駆動ICが必要です。駆動器は、それぞれカラムとロウに対して必要なピーク電流（試験条件によればドットあたり最大32mAですが、設計では絶対最大定格を参照すべきです）をソース/シンクできる能力を持っている必要があります。
• 電流制限：順方向電流を設定しLEDを保護するために、各アノード（カラム）ラインに外部の電流制限抵抗が必須です。抵抗値は R = (V_電源- V_F) / I_F を使用して計算されます。マルチプレクシング計算におけるピーク電流（I_P）の使用を考慮する必要があります。
• 熱管理：高い周囲温度環境または高輝度アプリケーションでは、平均電流が規定通り（25°C以上で0.17 mA/°C）ディレーティングされることを確認してください。PCB上の十分な間隔は、自然対流冷却に役立ちます。
• 視野角：データシートは広い視野角を謳っており、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に有益です。

8. 技術比較と差別化

他の型番との直接比較は提供されていませんが、データシートに基づくLTP-747KAの主な差別化要因は以下の通りです：

• 材料技術（AlInGaP）：従来のGaAsPやGaP LEDと比較して、AlInGaPはより高い効率、優れた温度安定性、および優れた輝度を提供し、高輝度・高コントラストという主張につながっています。
• ドットマトリクス vs. セグメント表示：5x7ドットマトリクスは、標準的な7セグメント表示器よりもはるかに高い柔軟性を提供します。数字といくつかの文字だけでなく、完全なASCII文字セット、記号、および簡単なグラフィックスを表示できるためです。
• 強度カテゴリ分類：光度のビニングは、複数ユニット間での均一性を必要とするアプリケーションに対する付加価値機能です。
• コントラスト向上：白いドットを持つグレーのフェースは、LEDがオフのときのコントラストを向上させ、様々な照明条件下で表示器をよりプロフェッショナルで読みやすく見せることを目的とした設計上の選択です。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

9.1 ピーク順電流（90mA）と試験条件電流（32mA）の違いは何ですか？

ピーク順電流（90mA）は絶対最大定格であり、LEDが即座に損傷することなく耐えられる最高の瞬間電流です。光度試験で使用される32mAは、マルチプレクス（1/16デューティサイクル）システムでの測定における代表的な動作条件です。その場合の平均電流ははるかに低くなります（32mA / 16 = 2mA）。設計では、瞬間電流が90mA未満に保たれ、ドットあたりの平均電流が13mA（温度によるディレーティング後）未満に保たれることを確認する必要があります。

9.2 1/16デューティサイクル仕様はどのように解釈すればよいですか？

これは標準的なマルチプレクシング駆動方式を示しています。5カラムで7ロウを制御するために、一般的な技術は一度に1ロウをアクティブにし、すべての7ロウを高速で循環させることです。各ロウが等しい時間オンになる場合、それは時間の1/7だけアクティブになります。1/16デューティは、保守的で標準化された試験条件であり、実際のアプリケーションでのマルチプレクシング方式が1/7または1/8デューティであっても、異なる表示器間の比較を可能にします。

9.3 順方向電圧が範囲（最小2.05V、標準/最大2.6V）で与えられているのはなぜですか？

順方向電圧（V_F）は、半導体材料の製造公差により自然な変動があります。回路設計はこの範囲に対応する必要があります。電流制限抵抗は、最大 V_F値（2.6V）を使用して計算すべきです。これにより、高いV_Fを持つデバイスでも、点灯し所望の電流を得るのに十分な電圧が確保されます。標準値を使用して計算すると、一部のユニットが駆動不足になるリスクがあります。

10. 設計と使用事例

シナリオ：最大50°Cの環境で動作する産業用コントローラ向けの単一桁温度表示の設計。

1. 文字セット：5x7マトリクスは、数字0-9および摂氏を示すCなどの文字を表示できます。
2. 駆動器の選択：少なくとも12本のI/Oピンを持つマイクロコントローラ、または専用の表示駆動IC（MAX7219など）を使用して、マルチプレクシングのタイミングを処理します。
3. 電流計算：良好な輝度を得るための平均ドット電流を目標とします。平均8mAを選択したと仮定します。50°Cではディレーティングが適用されます：ディレーティング量 = (50°C - 25°C) * 0.17 mA/°C = 4.25 mA。50°Cでの許容最大平均電流 = 13 mA - 4.25 mA = 8.75 mA。我々の目標である8mAは安全です。
4. 抵抗計算：1/7マルチプレクス（7ロウ）の場合、平均8mAを達成するには、ドットあたりのピーク電流が 8mA * 7 = 56mA である必要があります。これは90mAのピーク定格を下回ります。5V電源と V_F(最大)=2.6V を使用すると、電流制限抵抗は R = (5V - 2.6V) / 0.056A ≈ 42.9Ω となります。標準の43Ω抵抗が使用されます。
5. PCBレイアウト：表示器のフットプリントは寸法図と一致します。パッケージの周囲には、空気の流れのために十分なスペースを残します。

11. 動作原理

LTP-747KAは、半導体p-n接合におけるエレクトロルミネッセンスの原理に基づいて動作します。ダイオードの内蔵電位を超える順方向電圧が印加されると（アノードがカソードに対して正）、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は、光子（光）の形でエネルギーを放出します。AlInGaP合金（アルミニウム、インジウム、ガリウム、リン）の特定の組成は、半導体の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—この場合は約621 nmのレッドオレンジ色です。チップは不透明なガリウムヒ素（GaAs）基板上に実装されており、これは光を上方に反射させ、デバイス上面からの全体的な光取り出し効率を向上させるのに役立ちます。5x7マトリクスは、このグリッドパターンに配置された個別にアドレス可能なLEDによって形成され、ロウとカラムを通じて電力を高速に順次供給することで、安定した完全に点灯した文字の錯覚を作り出す外部マルチプレクシング回路によって制御されます。

12. 技術トレンドと背景

LTP-747KAで使用されているAlInGaP LED技術は、GaAsPなどの初期のLED材料に比べて大きな進歩を表していました。より高い輝度、改善された効率、および優れた温度安定性を可能にし、LEDをより広範なインジケータおよび表示アプリケーションに実用的にしました。表示技術のトレンドはその後、高密度ドットマトリクス、フルカラーRGBマトリクス、および高解像度スクリーン向けの有機LED（OLED）およびマイクロLEDディスプレイの広範な採用へと移行しています。しかし、完全なグラフィカル機能が必要とされない産業、家電、計器の文脈において、コスト効率が高く、信頼性が高く、容易に読み取れるインターフェースとして、5x7フォーマットのような単一および複数桁の英数字ドットマトリクス表示器は依然として非常に重要です。基礎となる駆動原理—マルチプレクシングと電流制御—は、規模や技術に関係なく、LED表示設計の基本であり続けています。