LTP-2157AKY LEDディスプレイ データシート - 2.0インチ (50.8mm) マトリクス高 - AlInGaP アンバーイエロー - 2.6V 順方向電圧 - 35mW 電力損失 - 技術文書

1. 製品概要

LTP-2157AKYは、2.0インチ（50.8 mm）の文字高さを持つ5 x 7ドットマトリクスLEDディスプレイモジュールです。このデバイスは、明確で明るい英数字または記号情報の表示を必要とするアプリケーション向けに設計されています。その中核技術は、アンバーイエローの発光を生み出すAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）半導体材料を利用しています。視覚的な表示は、コントラストと可読性を高める白いドットカラーを持つグレーのフェースプレートを特徴としています。このモジュールはコモンカソードアレイとして構成されており、動作には外部のマルチプレクシング駆動回路が必要です。

このディスプレイの主な適用分野は、産業用計測器、民生電子機器インターフェース、POS端末、医療機器ディスプレイ、およびコンパクトで信頼性が高く明るい表示を必要とするあらゆる組み込みシステムを含みます。その固体構造は、真空蛍光管や白熱灯タイプなどの他の表示技術と比較して、高い信頼性と長い動作寿命を保証します。

1.1 中核的利点とターゲット市場

LTP-2157AKYの主な利点は、そのAlInGaP LED技術と周到な設計に由来します。高輝度と高コントラストを提供し、これは明るい室内環境を含む様々な周囲光条件下での可読性にとって重要です。低消費電力要件は、バッテリー駆動またはエネルギーを考慮したアプリケーションに適しています。優れた文字表示は、ASCII文字を明確に表示する標準である精密な5x7ドットマトリクスレイアウトによって実現されています。

ターゲット市場は広く、シンプルでコスト効率が高く堅牢な表示ソリューションを必要とするデバイスに取り組むOEM（オリジナル機器メーカー）および設計エンジニアを含みます。その仕様は、より大きく複雑なグラフィックディスプレイが不要または高価すぎる場合の実行可能な選択肢となります。

2. 詳細な技術パラメータ分析

LTP-2157AKYディスプレイの適切な回路設計と統合には、電気的および光学的パラメータの徹底的な理解が不可欠です。

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応力限界を定義します。これらの限界で、またはその近くでデバイスを連続動作させることは推奨されません。

• ドットあたりの平均電力損失：35 mW。これは、単一のLEDセグメント（ドット）が熱劣化を引き起こすことなく安全に放散できる最大連続電力です。
• ドットあたりのピーク順方向電流：60 mA。これは、パルス動作中に許容される最大瞬間電流であり、通常マルチプレクシング駆動方式で使用されます。
• ドットあたりの平均順方向電流：）：
• 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、LED接合が破壊される可能性があります。
• 動作・保管温度範囲：-35°C から +85°C。この広い範囲により、過酷な環境下での機能性が保証されます。
• はんだ付け温度：最大260°C、最大3秒間（実装面から1.6mm下で測定）。これは、パッケージ損傷を防ぐための標準的なフローまたはリフローはんだ付けのガイドラインです。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、指定された試験条件下で周囲温度（Ta）25°Cで測定された代表的な動作パラメータです。

• 平均光度（I_V):2100 μcd（最小）、3600 μcd（代表）。試験条件：I_p=32mA、1/16デューティサイクル。この高輝度は主要な特徴です。測定には、精度のためにCIE明所視感度曲線に近似するフィルターが使用されます。
• ピーク発光波長（λ_p）：595 nm（代表）。これは光出力が最大となる波長であり、アンバーイエローの色を定義します。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：15 nm（代表）。これはスペクトル純度を示します。幅が狭いほど単色性が高いことを意味します。
• 主波長（λ_d）：592 nm（代表）。これは人間の目が知覚する波長であり、このLEDタイプのピーク波長に近い値です。
• セグメントあたりの順方向電圧（V_F）：2.05V（最小）、2.6V（代表）。試験条件：I_F=20mA。設計者は駆動回路がこの電圧を供給できることを確認する必要があります。
• 逆電流（I_R）：100 μA（最大）。試験条件：V_R=5V。これはLEDが逆バイアスされたときのリーク電流です。
• 光度マッチング比（I_V-m）：2:1（最大）。試験条件：I_F=2mA。このパラメータはディスプレイ全体の均一性を保証します。最も暗いセグメントの輝度は、最も明るいセグメントの輝度の少なくとも半分になります。

3. ビニングシステムの説明

このデータシートは、波長や光束に関する多段階のビニングシステムを明示的には詳細に説明していません。しかし、指定されたパラメータは管理された製造プロセスを示唆しています。主波長（代表592 nm）と光度（2100-3600 μcd）の狭い範囲は、部品がこれらの最小および代表仕様を満たすように選別されていることを示しています。設計者は、最悪ケースの回路設計において、すべてのユニットで表示の視認性と適切な電流制御を保証するために、最小値（I_V最小2100 μcd、V_F最大2.6V）を考慮する必要があります。

4. 性能曲線分析

データシートは代表的な特性曲線を参照しています。本文には記載されていませんが、標準的なLED曲線を推測することができ、設計にとって重要です。

4.1 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）

I-V関係は非線形です。20mAでの代表的なV_F2.6Vが主要な設計ポイントです。曲線は、LEDのバンドギャップ電圧（AlInGaPで約2V）付近で急峻なターンオンを示し、その後電流は電圧に対して指数関数的に増加します。したがって、熱暴走を防ぎ一貫した輝度を確保するために、定電圧源よりも定電流源でLEDを駆動することが強く推奨されます。

4.2 光度 vs. 順方向電流

通常動作範囲（例えば定格平均電流まで）では、光度は順方向電流にほぼ比例します。しかし、非常に高い電流では加熱により効率が低下する可能性があります。32mAパルス動作で指定された強度は、マルチプレクシングディスプレイ向けに最適化されています。

4.3 温度依存性

LED特性は温度に敏感です。順方向電圧（V_F）は、接合温度の上昇に伴って典型的に減少します（負の温度係数）。光度も温度の上昇とともに減少します。電流低下仕様（0.17 mA/°C）は、これらの影響に対する直接的な設計上の保護策であり、過熱と早期の輝度低下を防ぎます。

4.4 スペクトル分布

発光スペクトルは595 nm（アンバーイエロー）を中心とし、代表的な半値幅は15 nmです。これは比較的狭い帯域であり、AlInGaPのような直接遷移型III-V族半導体の特徴であり、良好な色飽和度をもたらします。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 物理寸法

パッケージ図は、ディスプレイモジュールの全体の物理サイズを示しています。特に断りのない限り、すべての寸法はミリメートル単位で、標準公差は±0.25 mmです。この情報は、PCB（プリント回路基板）のフットプリント設計および筐体への取り付けにとって重要です。

5.2 ピン配置と内部回路

LTP-2157AKYは14ピン構成です。内部回路図は、5x7マトリクスのコモンカソード配置を示しています。列（縦線）がカソード、行（横線）がアノードです。特定の注記は内部接続を示しています：ピン4とピン11は接続されています（両方とも列3のカソード）、ピン5とピン12は接続されています（両方とも行4のアノード）。この内部接続は、内部ボンディングワイヤのレイアウトを簡素化するためと思われます。正確な表示動作のためには、ピンアウト表を厳密に従う必要があります。

5.3 極性識別

デバイスはコモンカソード構成を使用しています。カソードピンは列（1-5）用、アノードピンは行（1-7）用です。順方向バイアスを印加するには、目的の行ピンを正電圧（電流制限抵抗またはドライバを介して）に接続し、目的の列ピンをグランド（またはローサイドドライバシンク）に接続する必要があります。

6. はんだ付け・組立ガイドライン

絶対最大定格ははんだ付けプロファイルを指定しています：最大温度260°C、最大持続時間3秒（実装面から1.6mm（1/16インチ）下で測定）。これは標準的な無鉛リフローはんだ付けプロセス（例えば、標準IPC/JEDEC J-STD-020プロファイルに従う）と互換性があります。取り扱い中のピンへの機械的ストレスを避けるように注意する必要があります。保管については、湿気吸収（リフロー中のポップコーン現象を引き起こす可能性あり）および静電気放電損傷を防ぐために、乾燥した静電気防止環境での指定範囲-35°Cから+85°Cが推奨されます。

7. パッケージング・発注情報

型番はLTP-2157AKYです。提供された内容には具体的なパッケージング詳細（リール、トレイ、チューブ）は記載されていませんが、このようなディスプレイは通常、ピンとディスプレイ面を保護するために静電気防止チューブまたはトレイで供給されます。Spec No.: DS-30-99-106およびBNS-OD-FC001/A4は内部文書管理番号です。

8. アプリケーション推奨事項

8.1 代表的なアプリケーション回路

LTP-2157AKYには外部駆動回路が必要です。一般的な設計では、マルチプレクシングソフトウェアを備えたマイクロコントローラを使用します。マイクロコントローラのI/Oポートは、必要な電流を直接供給/吸収するには不十分なことが多いため、行ドライバトランジスタ（例：アノードに電流を供給するためのPNPまたはPチャネルMOSFET）および列ドライバトランジスタまたは専用シンクドライバ（例：カソードから電流を吸収するためのNPN、NチャネルMOSFET、またはULN2003のようなLEDドライバIC）に接続されます。マルチプレクシングルーチンは、各列（1-7）を高速で順次切り替え、その行に対して適切な列カソードをオンにして目的の文字を形成します。試験条件で言及されている1/16デューティサイクルは、代表的なマルチプレクシング比率です（例：可能な7+?フレームのうち1行ずつオン。正確なタイミングはドライバ設計に依存します）。

8.2 設計上の考慮事項

• 電流制限：すべてのLEDセグメントに必須です。抵抗または定電流ドライバを使用します。電源電圧（V_CC）、LED順方向電圧（V_F）、および目的の順方向電流（I_F）に基づいて抵抗値を計算します。マルチプレクシング動作の場合は、ピーク電流（I_p）を使用します。例：V_CC=5V、V_F=2.6V、I_p=32mAの場合、R = (5V - 2.6V) / 0.032A ≈ 75オーム。
• マルチプレクシング周波数：目に見えるちらつきを避けるために十分に高くする必要があります（通常 >60 Hz フレームレート）。残像効果により、高速で切り替わる行が安定した画像として知覚されます。
• 放熱：高温環境では電流低下曲線に従います。密閉空間で使用する場合は十分な換気を確保してください。
• 視野角：指定されていませんが、標準的なLEDマトリクスは広い視野角を持ちます。グレーフェース/ホワイトドット設計は、正面視認時のコントラストを最適化します。

9. 技術比較

そのリリース時期（2002年）に利用可能だった他の現代的な表示技術と比較して、LTP-2157AKYは明確な利点を提供しました：

• 白熱灯または真空蛍光表示管（VFD）との比較：LEDディスプレイははるかに電力効率が良く、発熱が少なく、応答時間が速く、寿命が大幅に長いです。また、壊れやすいフィラメントやガラスエンベロープがないため、機械的に堅牢です。
• 初期のLCDとの比較：LEDディスプレイは自発光式であり、バックライトなしで低照度または直射日光条件下でより高い輝度と優れた視認性を提供します。また、動作温度範囲が広く、寒冷環境での応答遅延の問題もありません。
• 他のLED色（例：GaAsP 赤）との比較：このアンバーイエローLEDで使用されているAlInGaP技術は、古いGaAsP赤色LEDと比較して、より高い発光効率（単位電力あたりの光出力）と優れた長期安定性を提供します。

10. よくある質問（FAQ）

Q1: アノードに一定の5V電源を接続してこのディスプレイを駆動できますか？

A1: いいえ。LEDは電流駆動デバイスです。直列の電流制限抵抗なしで一定電圧を印加すると、過剰な電流が流れ、LEDを破壊する可能性があります。常に電流制限機構を使用してください。

Q2: なぜ列3と行4に2本のピンがあるのですか？

A2: ピン4とピン11は内部でカソード列3に接続されており、ピン5とピン12は内部でアノード行4に接続されています。これは、内部ワイヤボンディングレイアウトの効率化、またはPCB上の配線の便宜のために代替接続点を提供するためと思われます。電気的には同じノードです。

Q3: 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？

A3: LEDが1/16（6.25%）のデューティサイクルでパルス駆動されたことを意味します。ピーク電流（I_p=32mA）は、マルチプレクシングシステムで同じ明るさ知覚を得るための平均DC電流よりも高くなっています。平均電流はI_p* デューティサイクル = 32mA * 0.0625 = 2mAです。このパルス動作は、マルチプレクシングディスプレイの試験標準です。

Q4: 文字Aのような文字を表示するにはどうすればよいですか？

A4: 各文字についてどのドット（行、列の交点）を点灯させるかを定義するフォントマップまたはルックアップテーブルが必要です。5x7マトリクスの場合、これは通常、文字あたり5バイトの配列で、バイト内の各ビットが1列内の行要素を表します。マイクロコントローラソフトウェアは、マルチプレクシングスキャン中にこのマップを使用します。

11. 実践的設計ケーススタディ

3桁のLTP-2157AKYディスプレイを使用したシンプルなデジタル温度計の設計を考えてみましょう。システムには温度センサー、マイクロコントローラ（例：8ビットMCU）、および駆動回路が必要です。マイクロコントローラはセンサーを読み取り、値をBCDまたはカスタムフォントマップに変換し、ディスプレイを駆動します。ピン数が多いため（3ディスプレイ * 14ピン = 直接駆動なら42ピン）、マルチプレクシング方式が必須です。設計には以下が含まれます：1）3つのディスプレイのすべての対応する行ピン（アノード）を一緒に接続する（7本の共通アノードラインを作成）。2）各ディスプレイの列ピン（カソード）を個別に接続する（3ディスプレイ * 5列 = 15本のカソードラインを作成）。3）マイクロコントローラ（7+15=22本のI/Oライン、または外部シフトレジスタやポートエキスパンダでさらに少なく）を使用して、共通行をスキャンし、各桁に対して適切な列を順次高周波でアクティブにする。電流制限抵抗は、共通アノードラインまたは個々のカソードラインのいずれかに配置されます。

12. 動作原理

LTP-2157AKYは、半導体P-N接合のエレクトロルミネッセンス原理に基づいています。順方向バイアスが印加されると、N型AlInGaP層からの電子が活性領域で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。595 nm（アンバーイエロー）の特定の波長は、結晶成長プロセス中に設計されたAlInGaP半導体材料のバンドギャップエネルギーによって決定されます。不透明なGaAs基板は光を上方に反射するのに役立ち、チップ上面からの全体的な光取り出し効率を向上させます。

13. 技術トレンド

このデータシートのリリース（2002年）以来、LEDディスプレイ技術は大きく進歩しました。5x7ドットマトリクスフォーマットはシンプルなディスプレイの主力として残っていますが、基礎となる技術は進化しています。AlInGaP LEDは効率と寿命が向上しています。さらに、新しい表示オプションが普及しています：1)高密度マトリクス：8x8、16x16、およびそれ以上の大きなグラフィックマトリクスが現在一般的で安価です。2)表面実装デバイス（SMD）LED：現代の設計では、マトリクスを形成するためにPCB上に配置された個々のSMD LEDを使用することが多く、設計の柔軟性が高まります。3)有機LED（OLED）ディスプレイ：高コントラスト、広視野角、柔軟な形状を提供しますが、寿命や環境制約が異なる場合があります。4)統合コントローラディスプレイ：現代のモジュールには、インターフェース要件をわずかなデータ線と制御線に簡素化する内蔵コントローラ（文字LCD用のHD44780や専用LEDマトリクスドライバなど）が含まれることが多いです。しかし、LTP-2157AKYについて詳細に説明したマルチプレクシングLEDアレイを駆動するための基本的な設計原則は、多くの現代の個別LEDマトリクスプロジェクトに直接適用可能です。