LTP-2857JD LEDディスプレイ仕様書 - 2.0インチ (50.8mm) 高さ - AlInGaP赤色 - 5x7ドットマトリックス - 技術文書

1. 製品概要

LTP-2857JDは、5x7ドットマトリックス構成を中心に構築された1桁の英数字表示モジュールです。その主な機能は、視認可能な文字や記号を生成することで、コンパクトなフォームファクタで明確で読みやすい情報表示を必要とするアプリケーションに適しています。中核技術として、高効率の赤色光出力を生成することで知られるAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）半導体材料を発光ダイオードに採用しています。

本デバイスは、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ており、点灯する赤色LEDに対して高コントラストの背景を提供し、可読性を向上させます。重要な設計上の特徴はその積層性にあり、複数のユニットを水平方向に隙間なく並べて配置することで、単語やより長い数字列を形成する多文字表示を容易に実現できます。

2. 技術仕様詳細

2.1 光学特性

光学性能はディスプレイの機能性の中核です。本デバイスは、不透明なGaAs基板上に成長させたAlInGaP LEDチップを使用しています。特定の試験条件（ピーク電流（Ip）32mA、デューティサイクル1/16）で駆動した場合、ドットあたりの典型的な平均光度（Iv）は1300から3000マイクロカンデラ（µcd）の範囲です。この測定は、CIEの明所視感度曲線を近似するフィルターを使用しており、値が人間の視覚的知覚と相関することを保証しています。

色特性は特定の波長によって定義されます。ピーク発光波長（λp）は典型的に656ナノメートル（nm）、主波長（λd）は640 nmであり、知覚される赤色を定義します。スペクトル線半値幅（Δλ）は22 nmで、発光帯のスペクトル純度または狭さを示しています。

2.2 電気的特性

電気パラメータは、ディスプレイの動作境界と条件を定義します。順電流（If）20mAを印加した場合、単一のLEDドットの順方向電圧（Vf）は通常2.1ボルトから2.6ボルトの間です。逆電圧（Vr）5Vを印加した場合の逆電流（Ir）は最大100マイクロアンペア（µA）と規定されており、オフ状態でのリーク電流を示します。

電流耐量は重要です。絶対最大定格では、ドットあたりの平均消費電力が33ミリワット（mW）と規定されています。ドットあたりのピーク順電流は90mAを超えてはなりません。ドットあたりの平均順電流は25°Cで13mAと定格されており、デレーティング係数は0.17 mA/°Cです。これは、周囲温度が25°Cを超えて上昇すると、過熱を防ぎ長寿命を確保するために許容される連続電流が減少することを意味します。

2.3 熱的・環境定格

本デバイスは、幅広い条件下での堅牢な動作を目的として設計されています。動作温度範囲は-35°Cから+85°Cで、寒冷地から中程度の高温環境までの設置が可能です。保存温度範囲も同様です。組装時には、はんだ温度は260°Cを超えてはならず、最大持続時間は3秒です。これは、部品の実装面から1.6mm（1/16インチ）下の点で測定された値であり、LEDチップやパッケージへの損傷を防ぐための、フローはんだ付けやリフローはんだ付けプロセスにおける標準的なガイドラインです。

3. ビニングシステムの説明

仕様書は、デバイスが光度に基づいて分類されていることを示しています。これは、測定された光出力（例：1300-3000 µcdの範囲）に基づいてユニットを選別するビニングプロセスを意味します。ビニングにより、ロット内の一貫性が確保され、設計者は複数のディスプレイをアレイで使用する際に予測可能な輝度レベルを期待できます。この文書では波長や電圧については明示的に詳細が記載されていませんが、このような分類は、光学特性と電気的特性が密接に一致する部品をグループ化するためのLED製造における一般的な手法です。

4. 性能曲線分析

仕様書は、詳細設計に不可欠な典型的な電気的・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記載されていませんが、そのような曲線には通常以下が含まれます：

• 順電流対順電圧（I-V曲線）：電流と電圧の非線形関係を示し、定電流駆動回路の設計に重要です。
• 光度対順電流（L-I曲線）：光出力が電流とともにどのように増加するかを示し、所望の輝度と効率を得るための駆動電流の最適化に役立ちます。
• 光度対周囲温度：LEDの接合温度が上昇するにつれて光出力がどのように減少するかを示し、アプリケーションにおける熱管理に極めて重要です。
• スペクトル分布：異なる波長にわたって放出される光の相対強度を示すグラフで、主波長とピーク波長を確認します。

これらの曲線により、エンジニアは非標準条件下での性能を予測し、堅牢なシステムを設計することが可能になります。

5. 機械的仕様とパッケージ情報

本ディスプレイのマトリックス高さは2.0インチ（50.80 mm）です。パッケージ寸法図（本文では参照されているが詳細は記載なし）には、正確な長さ、幅、厚さ、リード間隔が示されているはずです。特に指定がない限り、すべての寸法公差は±0.25 mm（0.01インチ）です。ピン接続の詳細は表で提供されており、14本のピンが5x7マトリックスの特定のアノード列とカソード行にマッピングされています。このピン配置は、PCBフットプリントとマルチプレクシング駆動回路の設計に不可欠です。

6. 内部回路図と駆動方法

内部回路図は、35個の個別のLED（5列×7行）の配置を示しています。各LEDのアノードは列線に、カソードは行線に接続されています。この共通マトリックスアーキテクチャにはマルチプレクシング駆動が必要です。ディスプレイは常時点灯しているわけではなく、コントローラが行（または列）を高速で順次切り替え、アクティブな各行カソードに対して適切な列アノードに電力を供給します。試験条件に記載されている1/16デューティサイクルは、典型的なマルチプレクシング比率です。可視フリッカーを回避し均一な輝度を確保するためには、走査周波数の適切な設計が必要です。

7. はんだ付けおよび組立ガイドライン

絶対最大定格に従い、はんだ付けプロセスは注意深く制御する必要があります。許容される最大はんだ温度は260°Cで、リード部での曝露時間は3秒を超えてはなりません。これは、LEDチップへの熱衝撃を防ぐためであり、熱衝撃は半導体材料のクラックやワイヤーボンディングの劣化を引き起こし、早期故障の原因となります。リフローはんだ付け時には、熱応力を最小限に抑えるために予熱段階を使用することが推奨されます。LEDは静電気に敏感であるため、組立時には常に適切なESD（静電気放電）取り扱い手順に従う必要があります。

8. アプリケーション提案

8.1 典型的なアプリケーションシナリオ

このディスプレイは、単一の視認性の高い文字や記号を必要とするアプリケーションに理想的です。一般的な用途は以下の通りです：

• ステータスインジケータ用の産業用制御パネル（例：工程ステップの文字表示）。
• 単位やチャネル識別子を表示するための試験・測定機器。
• シンプルなステータスコードや識別子が必要な民生用機器。
• 複数のユニットを水平に積層して多文字表示を構成するための構成要素として。

8.2 設計上の考慮事項

このディスプレイを使用した設計では、以下のいくつかの要因に注意を払う必要があります：

• 駆動回路：マルチプレクシングが可能なマイクロコントローラまたは専用LEDドライバICが必要です。回路は、アクティブな走査時間中に十分な電流（ピーク定格まで）を供給し、LEDを保護するための電流制限抵抗または定電流源を含める必要があります。
• 電源：供給電圧は、LEDの順方向電圧と駆動回路内の電圧降下を上回るのに十分な高さでなければなりません。適切な電流制限とともに5Vの電圧が一般的に使用されます。
• 熱管理：ディスプレイ自体が過剰な熱を発生することはないかもしれませんが、デレーティング曲線は遵守しなければなりません。周囲温度が高い環境では、平均電流を減らす必要があります。密閉空間ではディスプレイ周囲の良好な気流を確保することが望ましいです。
• ソフトウェア/ファームウェア：コントローラには、文字フォントマップ（記載されているASCIIまたはEBCDIC互換）とマルチプレクシング走査ルーチンを含める必要があります。リフレッシュレートは、知覚可能なフリッカーを防ぐために十分に高く（通常>60 Hz）する必要があります。

9. 技術比較と差別化

仕様書に基づくこの特定のディスプレイの主な差別化要因は、AlInGaP技術の採用と2.0インチの高さです。従来のGaAsPやGaP LEDと比較して、AlInGaPは著しく高い発光効率を提供し、同じ入力電流に対してより明るい出力をもたらします。2.0インチの文字高さは、視認距離が数メートルあるアプリケーションに適しており、より小さな0.5インチや1インチのディスプレイよりも優れた長距離可読性を提供します。グレーフェース/ホワイトドットの設計は、オールブラックやオールグリーンのパッケージと比較してコントラストを向上させます。その積層性は、多桁設計のための実用的な機械的特徴です。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 光度試験条件にある1/16デューティとはどういう意味ですか？

A: 測定中、個々のLEDドットが全走査サイクル時間の1/16の間のみ点灯することを意味します。規定の光度は、全サイクルにわたる平均値です。実際の使用では、定格輝度に達するために、同様またはそれ以上の実効デューティサイクルを達成するようにマルチプレクシングドライバを設計する必要があります。

Q: マルチプレクシングせずに定電流DCでこのディスプレイを駆動できますか？

A: 技術的には可能です。35個の各LEDにそれぞれ電流制限抵抗を接続して電源に接続すればよいです。しかし、これには35チャンネルのドライバが必要となり、部品点数と電力の点で非常に非効率的です。マルチプレクシングが標準的かつ意図された方法であり、必要な制御ピン数を大幅に削減し設計を簡素化します。

Q: ピン接続表には重複があるようです（例：ピン4と11のアノード列3）。これは誤りですか？

A: これはおそらく誤りではなく、内部マトリックス配線の特徴です。特定の列線または行線がパッケージ上の複数のピンに引き出されていることを示している可能性があります。これにより、PCB上でのレイアウトの柔軟性が提供され、設計者が接続に最も便利なピンを選択できるようになります。接続を確認するには常に内部回路図を参照してください。

Q: ドライバ用の適切な電流制限抵抗はどのように計算しますか？

A: 供給電圧（Vs）、LED順方向電圧（Vf、安全のために最大2.6Vを使用）、および所望の順電流（If、動作温度での平均定格13mAを超えない値）を知る必要があります。抵抗値 R = (Vs - Vf) / If です。マルチプレクシング構成では、アクティブ走査時間中のピーク電流は平均電流よりも高くなることに注意してください。ピーク電流が90mAを超えないようにしてください。

11. 設計・使用事例

シナリオ: 工場作業場用の4桁生産カウンターの構築。

4つのLTP-2857JDディスプレイがPCB上に水平に積層されています。低コストの8ビットマイクロコントローラがコントローラとして使用されます。マイクロコントローラには、行（7ピン）と列（桁あたり5ピン、ただし積層されているため、すべての桁の列線は接続され、合計5列ピンのみ必要）を直接駆動するのに十分なI/Oピンがあります。マイクロコントローラは以下のルーチンを実行します：

1. 7本の行線を順次走査し、一度に1行をアクティブにします。
2. アクティブな行に対して、表示する文字（例：数字）に基づいて、4桁それぞれの5本の列線の状態を設定します。
3. この走査を200 Hzのレートで繰り返し、フリッカーを感知できないようにします。
4. カウント値は外部センサー入力によってインクリメントされます。

電流制限抵抗は各列線と直列に配置されます。電源は5Vです。LEDドットあたりの平均電流は、13mA定格より安全マージンを取って10mA未満に保たれ、長期信頼性を確保します。

12. 動作原理の紹介

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。ダイオードの閾値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（AlInGaP層）で再結合します。この再結合により、エネルギーが光子（光粒子）の形で放出されます。AlInGaP合金の特定の組成がバンドギャップエネルギーを決定し、それが今度は放出される光の波長（色）を決定します—この場合は赤色です。5x7マトリックスは、35個のこれらの微細なp-n接合を正確な格子パターンに配置することで形成されます。グレーのフェースプレートは拡散板およびコントラストエンハンサーとして機能し、白いドットは点灯したときに視認可能になるセグメントを定義します。

13. 技術トレンドと背景

LTP-2857JDのようなディスプレイは、文字ベースの情報表示における成熟した信頼性の高い技術を代表しています。現代のグラフィックOLEDやTFT LCDは任意のグラフィックを表示するはるかに大きな柔軟性を提供しますが、5x7および類似のドットマトリックスLEDディスプレイは、特定のニッチにおいて利点を保持しています：極端な環境に対する堅牢性（広い温度範囲）、太陽光下での可読性のための非常に高い輝度、インターフェースの簡素さ、バックライトの故障がない長い動作寿命などです。このデバイスに見られるように、従来のLED材料からAlInGaPへの移行は、効率と輝度を改善した主要なトレンドでした。現在のトレンドとしては、駆動電子回路をディスプレイモジュールにより密接に統合することや、異なる色に対してInGaNのようなさらに効率的な材料を探求することが含まれるかもしれませんが、基本的なマルチプレクシングマトリックスアーキテクチャは、多くの産業および計測アプリケーションにおいて実証済みで効果的なソリューションであり続けています。