LTP-1557AKD LEDドットマトリックス表示器 データシート - 1.2インチ (30.42mm) 文字高 - ハイパーレッド (650nm) - 1ドットあたり40mW - 技術文書

1. 製品概要

LTP-1557AKDは、AlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）ハイパーレッド発光ダイオード（LED）の5x7ドットマトリックスを使用して構築された、1桁の英数字表示モジュールです。この構成は、ASCIIおよびEBCDIC文字セットを表示するための標準であり、明確な単一文字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。本デバイスは、視認性を向上させるためにコントラストを高めた、白いドットを持つグレーの表示面を特徴としています。その中核的な設計原理は、共通カソード列と共通アノード行のマトリックスアーキテクチャに基づいており、I/Oピン数を削減しながら個々のLEDを制御する効率的なマルチプレクシングを可能にします。

1.1 中核的利点とターゲット市場

この表示器の主な利点は、ソリッドステートの信頼性、単一平面設計による広い視野角、および低消費電力です。1.2インチ（30.42 mm）の文字高は良好な視認性を提供します。輝度でカテゴライズされており、明るさのビニングが可能です。本デバイスは水平方向に積み重ねることができ、複数文字の表示器を作成することができます。主なターゲット市場は、シンプルで信頼性が高く、低消費電力の文字表示が必要な産業用制御パネル、計器、試験装置、販売時点情報管理（POS）端末、およびその他の組み込みシステムを含みます。

2. 詳細な技術パラメータ分析

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発生する可能性がある限界を定義します。連続動作のためのものではありません。

• 1ドットあたりの平均消費電力：40 mW。これは、個々のLEDチップにかかる連続的な熱負荷を制限します。
• 1ドットあたりのピーク順方向電流：90 mA。これは、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、マルチプレクシング方式でより高い瞬間的な明るさを達成するために使用されます。
• 1ドットあたりの平均順方向電流：基本定格は25°Cで15 mAです。この定格は、周囲温度（Ta）が25°Cを超えて上昇すると、0.2 mA/°Cで線形に低下します。これは熱管理において重要な考慮事項です。
• 1ドットあたりの逆電圧：5 V。これを超えるとLEDのPN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。
• はんだ付け温度：最大260°C、最大3秒間（パッケージの実装面から1.6mm（1/16インチ）下で測定）。

2.2 電気的・光学的特性

これらのパラメータは、周囲温度（Ta）25°Cで測定され、デバイスの典型的な性能を定義します。

• 平均光度（I_V）：800 µcd（最小）から2600 µcd（典型）の範囲。I_p=32mA、デューティサイクル1/16のパルス条件下で測定。広い範囲は、光度カテゴライズ（ビニング）の効果を示しています。
• ピーク発光波長（λ_p）：650 nm（典型）。これは、発光の主要色をハイパーレッドとして定義します。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：20 nm（典型）。これは、発光する赤色光のスペクトル純度または帯域幅を示します。
• 主波長（λ_d）：639 nm（典型）。これは人間の目が知覚する波長であり、ピーク波長とはわずかに異なります。
• 順方向電圧（V_F）任意のドット：
  • I_F=20mAで2.1Vから2.6V（典型的範囲）。
  • I_F=80mA（パルス）で2.3Vから2.8V（典型的範囲）。LEDの正の温度係数と動的抵抗を示します。
• 逆電流（I_R）任意のドット：V_R=5Vで最大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アレイ内の最も明るいLEDと最も暗いLEDの間の許容最大比率を指定し、均一な外観を保証します。

測定注意：光度は、CIE明所視感度曲線に近似したセンサーとフィルターの組み合わせで測定され、値が人間の視覚的知覚と相関することを保証します。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、本デバイスが輝度でカテゴライズされていると明記しています。これは重要なビニングパラメータです。

• 輝度ビニング：典型的なI_V範囲が800-2600 µcdであることは、複数の輝度ビンが存在することを示唆しています。設計者は、アプリケーションの明るさ要件に基づいて適切なビンを選択し、複数の表示器を使用する場合は一貫性を確保する必要があります。
• 波長の一貫性：波長で明示的にビニングされているわけではありませんが、λ_p(650nm) とλ_d(639nm) の厳密な典型的仕様は、優れた製造管理を示しており、デバイス間で一貫した赤色が得られます。
• 順方向電圧：指定されたV_F範囲（例：2.1-2.6V）はばらつきがあることを意味します。多数の表示器を使用する設計や厳格な電力要件がある設計では、メーカーに電圧ビニングのオプションについて相談する必要があるかもしれません。

4. 性能曲線分析

データシートは典型的な電気的／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は提供されていませんが、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）：指数関数的関係を示し、電流制限回路の設計に重要です。この曲線は温度とともにシフトします。
• 相対光度 vs. 順方向電流：非常に高い電流で効率低下が発生する前の通常動作範囲では、光出力が電流に対して比較的線形であることを示します。
• 相対光度 vs. 周囲温度：接合温度が上昇すると光出力が減少することを示し、特に高い平均電流で駆動する場合の熱管理の重要性を強調します。
• スペクトル分布：相対強度 vs. 波長のプロットで、約20nmの半値幅を持つ650nmを中心としており、ハイパーレッド色を確認します。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

本デバイスには、図面で提供される特定の物理的寸法があります（本文では参照されていますが詳細は記述されていません）。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。これには、全高、幅、奥行き、リード間隔、およびグレーの表示面内でのドットマトリックスの位置が含まれます。

5.2 ピン接続と内部回路

本デバイスは14ピン構成を使用しています。内部回路図は、以下のような標準的な5x7マトリックスを示しています：
- 列（1-5）は共通カソードグループです。
- 行（1-7）は共通アノードグループです。
特定のドット（例：行3、列2）を点灯させるには、対応する行のアノードを（電流制限付きで）ハイに駆動し、対応する列のカソードをローにプルダウンする必要があります。ピン配置表は、正しいPCBレイアウトと駆動回路設計に不可欠です。

6. はんだ付け・組立ガイドライン

主要な組立仕様は、はんだ付けプロファイルです。

• リフローはんだ付け：パッケージ本体（実装面から1.6mm下）での許容最大温度は260°Cであり、このピーク温度は3秒を超えて維持してはなりません。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への損傷を防ぐために、この制限内に収まるように標準的な無鉛（SnAgCu）リフロープロファイルを注意深く制御する必要があります。
• 手はんだ付け：必要な場合は、温度制御されたアイロンを使用して素早く行い、長時間にわたって部品リードに直接熱を加えるのではなく、PCBパッドに熱を加えるようにしてください。
• 洗浄：LEDパッケージ材料と互換性のある洗浄剤のみを使用してください。
• 保管条件：湿気吸収や静電気放電による損傷を防ぐために、指定された-35°Cから+85°Cの温度範囲内で、乾燥した静電気防止環境に保管してください。

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

• 産業用表示：機械上の状態インジケータ、エラーコード、または単一値の表示。
• 試験・測定機器：単位（V、A、Hz）、チャネル番号、またはシンプルなコードの表示。
• 民生電子機器：時計表示、家電製品の状態インジケータ（現在ではあまり一般的ではありません）。
• プロトタイピング・教育：マイクロコントローラのインターフェースとマルチプレクシング技術を学ぶのに最適です。

7.2 設計上の考慮事項

• 駆動回路：12ライン（5列 + 7行）をマルチプレクシングできるマイクロコントローラまたは専用駆動ICが必要です。必要な電流を処理するために、トランジスタまたは統合シンク/ソースドライバを使用します。
• 電流制限：すべての行または列ラインに必須です。所望の平均電流（例：ドットあたり10-15mA）、供給電圧、およびLED順方向電圧に基づいて抵抗値を計算します。電流はマルチプレクシングフレーム内の複数のLEDで共有されることを忘れないでください。
• リフレッシュレート：マルチプレクシングの走査レートは、目に見えるちらつきを避けるために十分に高く（通常 >100Hz）する必要があります。仕様で言及されている1/16のデューティサイクルは、16段階のマルチプレクシング方式が適していることを示唆しています。
• 熱管理：最大平均電流付近または高い周囲温度で動作する場合は、十分な換気を確保してください。I_Fに対する0.2 mA/°Cの低下率は、信頼性にとって重要です。
• 視野角：広い視野角は有益ですが、ユーザーに対する取り付け方向を考慮してください。

8. 技術比較と差別化

従来のGaAsPまたはGaP赤色LEDマトリックスと比較して、LTP-1557AKDのAlInGaP技術は、はるかに高い発光効率を提供し、同じ電流でより明るい表示、または同じ明るさでより低い消費電力を実現します。ハイパーレッド（650nm）波長は、標準的な赤色よりも鮮やかで際立っています。最新のグラフィックOLEDやLCDと比較して、このデバイスははるかにシンプルで、堅牢性が高く、低コストで、より広い温度範囲で動作しますが、事前定義された5x7文字に限定されています。そのニッチは、文字表示に対して極端な信頼性、シンプルさ、低コストを要求するアプリケーションにあります。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

• Q: 各ドットに一定のDC電流でこの表示器を駆動できますか？
  A: 技術的には可能ですが、35個の独立したドライバが必要となり、非効率的です。マルチプレクシングが、X-Y選択アーキテクチャを使用した標準的かつ意図された方法です。
• Q: なぜピーク電流（90mA）は平均電流（15mA）よりもずっと高いのですか？
  A: マルチプレクシングでは、各LEDは時間の一部（デューティサイクル）しか電源が供給されません。15mA DCに相当する知覚される平均明るさを達成するために、そのアクティブなタイムスロット中により高いパルス電流が使用されます。90mAの定格は、LEDがこれらの短いパルスを処理できることを保証します。
• Q: 光度マッチング比2:1は、私の設計にとって何を意味しますか？
  A: 同じ駆動条件下で、アレイ内の最も暗いドットが最も明るいドットの半分の明るさになる可能性があることを意味します。均一に見える文字のためには、より厳密なビンからデバイスを選択するか、ドライバが個々のドット制御を許可する場合はソフトウェアによる明るさ補償を実装する必要があるかもしれません。
• Q: この14ピンデバイスを、より少ないI/Oピンを持つマイクロコントローラにどのように接続しますか？
  A: 外部シフトレジスタ（74HC595など）、I/Oエキスパンダ、またはマルチプレクシングをサポートする専用LEDドライバICを使用する必要があります。5x7マトリックスを完全に制御するために必要な制御ラインの数を12未満に減らすことはできません。

10. 実践的な設計ケーススタディ

シナリオ：周囲温度70°Cまで動作する産業用オーブンコントローラ向けの1桁温度表示器の設計。

• 明るさ：潜在的に明るい環境での視認性を確保するために、高輝度側（例：2000+ µcd）の光度ビンを選択します。
• 駆動電流：低下後の平均電流を決定します。Ta=70°Cでは、低下量は (70-25)°C * 0.2 mA/°C = 9 mA です。したがって、ドットあたりの安全な最大連続平均電流は 15 mA - 9 mA = 6 mA です。設計では、必要な明るさを達成しながら、ドットあたりの平均電流を6mA以下に保つために、1/16デューティサイクル内のパルス電流を使用する必要があります。
• 回路：マルチプレクシング信号を生成するためにマイクロコントローラを使用します。列電流をシンクするために低側NチャネルMOSFETを、行電流をソースするために高側PチャネルMOSFETまたはドライバICを使用します。供給電圧（例：5V）、パルス電流時のLED V_F、および効果的な平均明るさを得るために必要な所望のパルス電流値に基づいて、電流制限抵抗を計算します。
• レイアウト：表示器をPCB上の他の発熱部品から離して配置します。組立時のリフローはんだ付けプロファイルが、260°C、3秒の制限に厳密に準拠していることを確認してください。

11. 動作原理

本デバイスは、半導体PN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。個々のLEDセル（アノード行をハイ、カソード列をロー）に、ダイオードのオン電圧（約2.1V）を超える順方向バイアス電圧が印加されると、電子と正孔が活性AlInGaP領域で再結合し、650 nm（赤色光）を中心波長とする光子の形でエネルギーを放出します。5x7マトリックス配置と共通アノード/カソードアーキテクチャにより、適切な行と列のラインを選択することで35個のドットのいずれも個別にアドレス指定でき、マルチプレクシングを通じて文字を形成することが可能になります。

12. 技術トレンド

LTP-1557AKDのような個別LEDドットマトリックス表示器は、特定の過酷でコストに敏感なアプリケーションでは依然として関連性がありますが、より広範なトレンドは統合と先進技術に向かっています。より複雑な表示には、内蔵コントローラを備えた統合キャラクタLCDおよびOLEDモジュールが標準となっています。依然としてLEDを必要とするアプリケーションでは、表面実装デバイス（SMD）LEDアレイや高密度、多色、アドレス可能なRGB LEDマトリックス（例：WS2812BタイプのLEDを使用）が、その柔軟性と使いやすさからますます人気が高まっています。しかし、従来のスルーホールドットマトリックスLEDのシンプルさ、高い信頼性、広い温度範囲、そして鮮明で明るい単色出力は、新しい技術がすべての要件を満たさない可能性がある産業、自動車、過酷環境アプリケーションでの継続的な使用を保証します。