LTP-1457AKD LEDドットマトリクス表示器 データシート - 1.2インチ (30.42mm) 高さ - AlInGaP ハイパーレッド - 5x7配列 - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTP-1457AKDは、明確で信頼性の高い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、1桁の英数字表示モジュールです。その中核機能は、個別にアドレス可能な発光ダイオード（LED）の格子を通じて、通常はASCIIまたはEBCDICコード化された文字であるデータを視覚的に表現することです。

本デバイスは、5列×7行（5x7）のAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）ハイパーレッドLEDチップアレイを中心に構築されています。この半導体材料は、非透明なヒ化ガリウム（GaAs）基板上に成長されており、その光学的性能に寄与しています。視覚的表現は、白いドットを持つグレーのフェースプレートを特徴とし、点灯する赤色要素に対して高いコントラストを提供します。この部品の主な設計目標は、低消費電力、ソリッドステートの信頼性、および単一平面構造によって実現される広い視野角です。これは光度に基づいて分類されており、複数桁アプリケーションでの輝度マッチングを可能にし、水平方向に積み重ねて複数文字表示を形成することができます。

2. 技術パラメータ詳細解説

2.1 絶対最大定格

これらのパラメータは、デバイスに永久的な損傷が発生する可能性のあるストレスの限界を定義します。この限界以下または限界での動作は保証されません。

• ドットあたりの平均消費電力：40 mW。これは、各LEDセグメントが過熱することなく連続的に処理できる最大電力です。
• ドットあたりのピーク順方向電流：90 mA。これは、熱的過負荷を避けるために、1/10のデューティサイクルと0.1 msのパルス幅を持つパルス条件下でのみ許容されます。
• ドットあたりの平均順方向電流：25°C時で15 mA。この電流は25°C以上で0.2 mA/°Cの割合で直線的に低下します。例えば、85°Cでは、最大許容平均電流は約15 mA - ((85°C - 25°C) * 0.2 mA/°C) = 3 mAとなります。
• ドットあたりの逆電圧：5 V。逆バイアスでこの電圧を超えると、接合部の破壊を引き起こす可能性があります。
• 動作・保管温度範囲：-35°C から +85°C。
• はんだ付け温度：パッケージの実装面から1.6mm（1/16インチ）下の位置で測定し、最大3秒間260°Cに耐えます。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、周囲温度（Ta）25°Cの指定試験条件下での保証性能パラメータです。

• 平均光度（I_V）：800 μcd（最小）から2600 μcd（標準）の範囲。ピーク電流（I_p）32 mA、デューティサイクル1/16で試験。光度は、明所視（CIE）人間の目の応答曲線に近似するフィルターを使用して測定されます。
• ピーク発光波長（λ_p）：順方向電流（I_F）20 mAで駆動した場合、標準的に650 nm。これは光出力が最大となる波長です。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：標準的に20 nm（I_F=20mA）。これは、ピーク周辺での発光波長の広がりを示します。
• 主波長（λ_d）：標準的に639 nm（I_F=20mA）。これは人間の目が知覚する単一波長であり、ピーク波長とはわずかに異なる場合があります。
• ドットあたりの順方向電圧（V_F）：電流に応じて2.1Vから2.8Vの範囲。I_F=20mA時：2.1V（最小）、2.6V（標準）。I_F=80mA時：2.3V（最小）、2.8V（標準）。
• ドットあたりの逆電流（I_R）：逆電圧（V_R）5V印加時、最大100 μA。
• 光度マッチング比（I_V-m）：最大2:1。これは、同じ駆動条件下での同一デバイス上の任意の2つのドット（またはセグメント）間の輝度差が2倍を超えないことを規定します。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、デバイスが光度で分類されていることを示しています。これは、製造後のビニングまたは選別プロセスを意味します。半導体エピタキシャル成長およびチッププロセスの固有のばらつきにより、同じ製造ロットのLEDでも光出力がわずかに異なる場合があります。特に均一な輝度が重要な複数桁表示アプリケーションでの一貫性を確保するために、製造されたユニットは測定された光度に基づいて異なるビンにテストおよび選別されます。設計者は、注文時にビンコードを指定することで、組立品内のすべてのユニットが狭い輝度範囲内に収まり、一部の文字が他よりも暗くまたは明るく表示されるのを防ぐことができます。このデータシートでは特定のビンコードや強度範囲は記載されていませんが、この手法は視覚的品質を確保するための標準的な慣行です。

4. 性能曲線分析

データシートの最終ページは標準的な電気的・光学的特性曲線に充てられています。これらのグラフは、表に記載された単一点の仕様を超えたデバイスの挙動を理解する上で非常に貴重です。提供されたテキストでは具体的な曲線は詳細に説明されていませんが、このようなデバイスの典型的なプロットには以下が含まれます：

• 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）：LED接合部を横切る電流と電圧の非線形関係を示します。電流制限回路の設計に役立ちます。
• 光度 vs. 順方向電流：光出力が電流とともにどのように増加するかを示し、通常、高電流では加熱と効率低下により準線形の傾向を示します。
• 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、広い温度範囲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：相対強度対波長のプロットで、発光する赤色光スペクトルの形状と幅を示します。

これらの曲線により、エンジニアは標準試験条件とは異なる可能性のある特定の動作条件下での性能を予測することができます。

5. 機械的・パッケージ情報

LTP-1457AKDの物理的構造は、そのパッケージ寸法と内部回路によって定義されます。

5.1 パッケージ寸法

本デバイスのマトリクス高さは1.2インチ（30.42 mm）です。詳細な寸法図はデータシートの2ページ目に提供されています。すべての寸法はミリメートルで指定されており、特定の機能が異なる公差を要求しない限り、一般的な公差は±0.25 mm（±0.01インチ）です。この図はPCB（プリント基板）フットプリント設計に不可欠であり、部品が正しく適合し、基板のソルダーパッドと整列することを保証します。

5.2 内部回路とピン配置

この表示器は、行に対してカソードコモン構成を使用しています。内部回路図は、各LED（ドット）がアノード（列）ラインとカソード（行）ラインの交差点に形成される5x7マトリクスを示しています。特定のドットを点灯させるには、対応する列アノードをハイ（適切な電流制限付き）で駆動し、その行カソードをローにプルダウンする必要があります。

インターフェースにはピン接続表が重要です：

- ピン1, 2, 5, 7, 8, 9, 12, 14はカソード行（1-7）に接続。

- ピン3, 4, 6, 10, 11, 13はアノード列（1-5）に接続。

注：提供されたリストには、ピン11がANODE COLUMN 3、ピン4もANODE COLUMN 3と記載されている不一致があります。12ピン（未使用の可能性のある2ピンを含む14ピン）の標準的な5x7マトリクスでは、これはおそらくドキュメントの誤りです。一方は列1、2、3、4、または5であるべきです。正しく明確なマッピングについては、実際のデータシート図を参照する必要があります。ゴーストを発生させずに文字を形成するために、行と列を順次アクティブ化する適切なマルチプレクシング駆動回路が必要です。

6. はんだ付け・組立ガイドライン

提供される主要な組立仕様は、はんだ付け温度プロファイルです。本デバイスは、最大3秒間、ピーク温度260°Cに耐えることができます。これは、パッケージ本体の実装面から1.6mm下の点で測定され、これはほぼPCB表面またははんだ接合部自体に対応します。この定格は、標準的な鉛フリー（SnAgCu）リフローはんだ付けプロセスと互換性があります。設計者は、LEDチップ、内部ワイヤーボンディング、またはプラスチックパッケージ材料への損傷を防ぐために、リフローオーブンのプロファイルがこの時間-温度限界を超えないことを確認する必要があります。取り扱い時には標準的な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 典型的なアプリケーションシナリオ

この表示器は、単一の非常に読みやすい文字または記号を必要とするアプリケーションに適しています。その積み重ね可能な性質により、複数文字セットアップで使用することができます。一般的な用途は以下の通りです：

- 計器パネル（電圧計、マルチメータ、周波数カウンタ）。

- 産業用制御システムの状態インジケータ。

- 販売時点情報管理（POS）端末の表示。

- 複数ユニットを組み合わせた場合の簡易メッセージボードまたはスコアボード。

- ステータスコードまたは1桁出力用の組み込みシステムユーザーインターフェース。

7.2 設計上の考慮事項

• 駆動回路：マルチプレクシングには、十分なI/Oピンを備えたマイクロコントローラまたは専用のLED表示器駆動IC（MAX7219など）が必要です。各ピンは複数のLEDの電流をシンクまたはソースするため、MCUまたはドライバのピンあたりの電流制限を超えないようにしてください。
• 電流制限：順方向電流（I_F）を安全な値（通常、連続動作では温度による低下を考慮して10-20 mAの間）に設定するために、各アノード列に外部の電流制限抵抗（または定電流ドライバ）が必須です。
• 消費電力：特に複数のドットが同時に点灯する場合の総消費電力を計算してください。デバイスおよびPCBの熱的限界内に収まることを確認してください。
• 視野角：広い視野角は、表示器を横から見る可能性のあるアプリケーションに有益です。
• 輝度の一貫性：複数ユニットアプリケーションでは、視覚的な均一性を確保するために、注文時に光度ビンを指定してください。

8. 技術比較と差別化

LTP-1457AKDの主な差別化要因は、AlInGaPハイパーレッド技術の使用と、その特定の機械的・電気的フォーマットです。

• 標準的なGaAsPまたはGaP赤色LEDとの比較：AlInGaP LEDは、一般的に、より高い発光効率、より良い温度安定性、およびより鮮やかで純粋な赤色（主波長〜639nm）を提供し、よりオレンジ色に見える可能性のある古い技術と比較して優れています。
• より大きいまたは小さいドットマトリクス表示器との比較：1.2インチの高さと5x7フォーマットは、特定のサイズと解像度のトレードオフを表し、適度な距離で良好な可読性を提供します。より小さいフォーマットはスペースを節約しますが、可読性を低下させます。より大きいフォーマットは遠くからより見やすくなりますが、より多くの電力と基板面積を消費します。
• 統合コントローラ付き表示器との比較：これは生のLEDアレイです。統合コントローラ（I2C、SPI）を備えた表示器はマイクロコントローラインターフェースを簡素化しますが、柔軟性が低いか、より高価になる可能性があります。LTP-1457AKDは、より複雑な駆動回路を犠牲にして直接制御を提供します。

9. よくある質問（パラメータに基づく）

Q: この表示器を5Vマイクロコントローラで直接駆動できますか？

A: 可能ですが、注意が必要です。標準的なV_Fは2.1-2.8Vです。5VのMCUピンはアノードに5Vを印加し、電流制限抵抗なしではLEDを破壊します。直列抵抗を使用する必要があります。計算式は：R = (V_supply- V_F) / I_Fです。5V電源、V_F=2.6V、I_F=20mAの場合、R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 Ωです。また、MCUが必要なマルチプレクシング電流をシンク/ソースできることを確認してください。

Q: 光度の試験条件における1/16デューティサイクルとはどういう意味ですか？

A: LEDが総サイクル時間の1/16の間パルス点灯することを意味します。マルチプレクシング表示器では、これは一般的な駆動方法です。オン時間中のピーク電流（試験では32 mA）は、より低いDC電流と同等の知覚輝度を達成するために、DC動作で使用できる値よりも高くなります。平均電流は（ピーク電流 * デューティサイクル）= 32mA * (1/16) = 2 mAです。

Q: 文字や数字のようなキャラクタをどのように作成しますか？

A: ソフトウェア内にフォントテーブルまたはキャラクタジェネレータが必要です。これは、各ASCIIまたはEBCDICコードに対してどのドット（アノード/列、カソード/行の組み合わせ）を点灯させるかを定義するルックアップテーブルです。例えば、文字Aは、5列7行にわたる特定のパターンにマッピングされます。

10. 設計および使用事例研究

シナリオ: モーターコントローラ用の1桁RPMインジケータの設計。

表示器は、速度範囲を表す0〜9の数字を表示する必要があります。12本のI/Oピンを備えた低コストのマイクロコントローラが選択されました。

実装：7本のピンはカソード行を駆動するためにオープンドレイン出力として設定されます（電流シンク）。5本のピンは電流制限抵抗を介してアノード列を駆動するためにデジタル出力として設定されます（電流ソース）。ファームウェアには数字0〜9の5x7フォントマップが含まれています。タイマ割り込みを実行し、各カソードピンをローにプルダウンすることで各行（1-7）を順次アクティブ化します。アクティブな行に対して、ファームウェアは、その特定の行に表示される数字のフォントパターンに従って5本のアノードピンをハイに設定します。このマルチプレクシングは人間の目が知覚できるよりも速く（例：>100 Hz）行われ、安定したちらつきのない画像を作成します。LEDあたりの平均電流は、消費電力限界内での長期信頼性を確保するために、10 mA（デューティサイクルに合わせて調整されたピーク電流）に保たれます。

11. 動作原理

基本原理は、半導体p-n接合におけるエレクトロルミネセンスです。AlInGaP材料は直接遷移型のバンドギャップを持っています。順方向バイアス（アノードがカソードに対して正の電圧）が印加されると、電子がn型領域から伝導帯に注入され、正孔がp型領域から価電子帯に注入されます。これらの電荷キャリアは接合部付近の活性領域で再結合します。AlInGaPのような直接遷移型材料では、これらの再結合の大部分が放射的であり、光子（光）の形でエネルギーを放出することを意味します。この光の波長（色）は、半導体材料のバンドギャップエネルギー（E_g）によって決定され、式λ ≈ hc/E_gに従います。赤色光に調整されたAlInGaPの場合、これは約650 nmの波長を持つ光子になります。5x7マトリクス配置は、これらの個々のp-n接合LEDのグリッドにすぎず、それらのアノードとカソードは交差パターンで接続され、必要な駆動ピンの数を最小限に抑えています。

12. 技術トレンド

LTP-1457AKDは成熟した信頼性の高い技術を代表していますが、表示技術のより広い分野は進化を続けています。このタイプの個別LEDドットマトリクス表示器は、より小型で高解像度を提供できる表面実装デバイス（SMD）LEDを使用した統合モジュールからの競争に直面しています。さらに、有機LED（OLED）およびマイクロLED技術が進歩しており、より薄く、より効率的で、より高コントラストの表示器が期待されています。シンプルで頑丈な単一文字または低解像度の複数文字表示という特定のニッチにおいては、AlInGaPおよび類似のIII-V族半導体LEDは、その実証済みの信頼性、広い動作温度範囲、高輝度、および産業・計装アプリケーションにおけるコスト効率の良さから、依然として非常に重要です。このセグメントのトレンドは、より高い効率（ワットあたりのより多くの光）と、色と輝度の一貫性のためのより厳密なビニングに向かっています。