LTP-1457AKA LEDディスプレイ データシート - 1.2インチ (30.42mm) マトリクス高 - AlInGaP レッドオレンジ - 2.6V 順方向電圧 - 33mW 電力損失 - 技術文書

1. 製品概要

LTP-1457AKAは、5x7ドットマトリクス構成で構築された1桁の英数字表示モジュールです。その主な機能は、標準的なUSASCIIおよびEBCDICコードセットと互換性のある文字や記号を視覚的に表示することです。中核技術として、不透明なGaAs基板上に形成されたAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）レッドオレンジLEDチップを採用しています。この基板の選択により、デバイスは特徴的なグレーの面と白いドットの外観を実現しています。本ディスプレイは光度に基づいて分類されており、複数ユニットを必要とするアプリケーションでの輝度の一貫性を確保します。

本デバイスは低消費電力で設計されており、ソリッドステートの信頼性を提供します。重要な機械的特徴は積み重ね可能な構造で、複数のユニットを横に並べて配置することで、大きな隙間なく複数桁の表示を形成でき、メッセージボードや簡易な数値表示に最適です。

2. 技術パラメータの詳細解釈

2.1 測光・光学特性

光学性能は、周囲温度（Ta）25°Cの特定の試験条件下で定義されます。1/16デューティサイクルでピーク電流（Ip）80mAで駆動した場合、ドットあたりの平均光度（Iv）の代表値は3800 µcdです。規定の最小値は2100 µcdです。ドット間の光度マッチング比は最大2:1と規定されており、マトリクス全体での輝度の許容変動を定義します。

色特性は波長で定義されます。ピーク発光波長（λp）の代表値は621 nmです。知覚される色により密接に関連する主波長（λd）の代表値は615 nmで、これは明確にレッドオレンジスペクトルに位置します。スペクトル線半値幅（Δλ）の代表値は18 nmで、発光のスペクトル純度または帯域幅を示します。

2.2 電気的特性

任意の単一LEDドットの順方向電圧（VF）は、順方向電流（IF）20mAで測定した場合、最小2.05Vから最大2.6Vの範囲にあり、代表値が提供されています。任意のドットの逆電流（IR）は、逆電圧（VR）5Vを印加した場合、規定の最大値は100 µAです。

2.3 絶対最大定格と熱的考慮事項

これらの定格は、永久的な損傷が発生する可能性のある応力限界を定義します。ドットあたりの平均電力損失は33 mWを超えてはなりません。ドットあたりのピーク順方向電流は90 mAと定格されていますが、これはパルス条件（0.1 msパルス幅、1/10デューティサイクル）でのみ適用されます。ドットあたりの平均順方向電流にはデレーティング係数があり、25°Cでは13 mAで、周囲温度が1°C上昇するごとに0.17 mAずつ直線的に減少します。

本デバイスはドットあたり最大5Vの逆電圧に耐えることができます。動作および保管温度範囲は-35°Cから+85°Cと規定されています。実装時には、部品の実装面から1.6mm（1/16インチ）下の点で測定して、はんだ温度が260°Cを3秒間を超えてはなりません。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、本デバイスが光度で分類されていると明記しています。これは、測定された光出力に基づくビニング（選別）プロセスが行われていることを示します。ユニットはテストされ、特定の光度ビン（例えば、2100-2800 µcd用のビン、2800-3800 µcd用の別のビン）にグループ分けされます。これにより、設計者は用途に応じて一貫した輝度を持つ部品を選択でき、複数のディスプレイを併用する際に目立つ輝度のばらつきを防ぐために重要です。データシートは波長や順方向電圧の別のビンについては指定しておらず、主な選別基準は光度であることを示唆しています。

4. 性能曲線分析

データシートには代表的な電気的・光学的特性曲線のセクションが含まれています。提供されたテキストでは具体的なグラフは詳細に記述されていませんが、このような曲線は通常、主要パラメータ間の関係を示します。この種のデバイスの標準的な曲線には以下が含まれる可能性があります：

• 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）：LEDを流れる電流と両端の電圧の非線形関係を示します。これは電流制限回路を設計する上で重要です。
• 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ます。通常、高電流では発熱効果により準線形以下の挙動を示します。
• 光度 vs. 周囲温度：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ます。AlInGaP LEDは、GaAsPなどの旧技術に比べて一般に熱消光が少ないですが、出力は熱とともに低下します。
• スペクトル分布：相対強度を波長に対してプロットしたグラフで、約621nmでのピークと18nmの半値幅を示します。

これらの曲線は、非標準条件（異なる電流、温度）下でのデバイスの挙動を理解し、効率と寿命のために駆動回路を最適化するために不可欠です。

5. 機械的仕様とパッケージ情報

本デバイスのマトリクス高は1.2インチで、これは30.42 mmに相当します。これは5x7アレイ自体の高さを指します。パッケージ寸法は、すべての測定値がミリメートルで記載された詳細な図面で提供されます。これらの寸法の標準公差は、図面に別段の記載がない限り±0.25 mm（0.01インチ）です。ピン接続図はインターフェースに不可欠です。ディスプレイには、マルチプレックス構成で5列（アノード）と7行（カソード）を制御する14本のピンがあります。具体的なピン配置は以下の通りです：ピン1：カソード行5、ピン2：カソード行7、ピン3：アノード列2、ピン4：アノード列3、ピン5：カソード行4、ピン6：アノード列5、ピン7：カソード行6、ピン8：カソード行3、ピン9：カソード行1、ピン10：アノード列4、ピン11：アノード列3、ピン12：カソード行4、ピン13：アノード列1、ピン14：カソード行2。マルチプレックスディスプレイでは内部配線を最適化するため、このような連続しない順序は一般的です。

内部回路図はマトリクス構造を示しています：5つの共通アノード列と7つの共通カソード行です。各交点が1つのLEDドットを表します。特定のドットを点灯させるには、対応する列ピンをハイ（アノード）に、行ピンをロー（カソード）に駆動する必要があります。

6. はんだ付けと実装ガイドライン

提供されている主な実装制約は、はんだ付け温度プロファイルです。リフローまたはフローはんだ付けプロセス中、部品本体は260°Cを超える温度に3秒間以上さらされてはなりません。これは多くのスルーホールおよび一部の表面実装部品の標準定格です。測定点は実装面から1.6mm下で、通常はリードがパッケージ本体から出る点です。これにより、内部の敏感なLEDチップがリードを通じて伝導される過剰な熱で損傷しないようにします。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、各ピンとの接触時間を最小限に抑える必要があります。半導体デバイスを扱う際は、常に適切なESD（静電気放電）対策手順に従ってください。

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

このディスプレイは、単一の視認性の高い英数字を表示する必要があるアプリケーションに適しています。積み重ね可能な構造により、複数桁表示に最適です。一般的な用途には以下が含まれます：

• 産業用計器盤（設定値、測定値、エラーコードの表示用）。
• 民生用家電（電子レンジ、洗濯機、サーモスタット）。
• 試験・測定機器。
• 自動販売機やキオスクでの簡易情報表示。
• マルチプレックスLED駆動やマイクロコントローラインターフェースを学ぶための教育キット。

7.2 設計上の考慮事項

駆動回路：本ディスプレイは外部のマルチプレックス駆動回路を必要とします。これは、個別のトランジスタ、専用LEDドライバIC（MAX7219など）、または十分な電流供給/吸収能力を持つマイクロコントローラから直接実装できます。ピーク電流定格（1/10デューティで90mA）は遵守する必要があります。一般的な設計では、各列（アノード）に定電流源または電流制限抵抗を使用し、行（カソード）をトランジスタやGPIOピンを通じて電流をシンクします。

電流計算：代表的な光度3800 µcdを達成するには、データシートは1/16デューティサイクルでIp=80mAの条件を指定しています。したがって、ドットあたりの平均電流は80mA / 16 = 5mAです。完全に点灯した文字（35ドットすべてオン）の総平均電流は35 * 5mA = 175mAになりますが、これはマルチプレックスされた列と行に分散されます。

視野角：広視野角機能は、ディスプレイが軸外位置から見られる可能性のあるアプリケーションで有益です。

光学的考慮事項：グレーの面と白いドットは良好なコントラストを提供します。設計者は、コントラストを高めたり製品の美学に合わせたりするために、ディスプレイの前に色付きフィルターや拡散板を追加することを検討してもよいですが、これは全体的な光出力を減少させます。

8. 技術比較

LTP-1457AKAの重要な差別化要因は、AlInGaP LED技術の採用です。標準的なGaAsP（ガリウムヒ素リン）赤色LEDなどの旧技術と比較して、AlInGaPは著しく高い発光効率を提供します。これは、同じ電気量でより多くの光（より高い光度）を生成できる、または同じ輝度をより低い消費電力で達成できることを意味します。AlInGaPは一般に、より優れた温度安定性と長い動作寿命も有します。現代の白色LEDやより小さいピッチのSMDマトリクスディスプレイと比較して、このデバイスはより大きく、スルーホール部品であり、シンプルさ、堅牢性、遠距離からの高い単一文字視認性を提供し、1桁表示アプリケーションではしばしばシステムコストが低くなります。

9. 技術パラメータに基づくよくある質問

Q: 各ドットに定電流DCを流して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が、非常に非効率的であり推奨されません。本ディスプレイはマルチプレックス動作用に設計されています。すべてのドットを連続的に駆動すると、標準的な輝度を達成しようとした場合、平均電力損失定格（ドットあたり33mW）を超え、過熱と急速な故障を引き起こします。

Q: ピーク発光波長と主波長の違いは何ですか？

A: ピーク発光波長は、スペクトルパワー分布が最大となる波長です。主波長は、LEDの知覚される色に一致する単色光の単一波長です。このような比較的狭いスペクトルのLEDでは、これらはしばしば近い値になりますが、色の仕様には主波長がより関連性があります。

Q: ピン配置が連続していないようです。なぜこのように配置されているのですか？

A: ピン配置は、ディスプレイ基板上の内部トレースのレイアウトを最適化し、クロストークを最小限に抑え、LEDマトリクスの接続を簡素化するために設計されています。提供されたピン接続表に正確に従うことが不可欠です。論理的な順序を想定しないでください。

Q: 平均順方向電流デレーティング仕様はどのように解釈すればよいですか？

A: これは、周囲温度が上昇するにつれて、ドットあたりの安全な最大平均電流が減少することを意味します。25°Cでは、最大13 mAの平均電流を使用できます。85°C（最大動作温度）では、許容電流は13 mA - [ (85-25) * 0.17 mA/°C ] = 13 mA - 10.2 mA = 2.8 mAとなります。このデレーティングは、高温環境での信頼性の高い動作に不可欠です。

10. 実用的な使用例

ケース：産業用オーブン向け1桁温度表示器の設計

エンジニアは、制御盤内の周囲温度が最大80°Cで動作するオーブンに設定温度（0-9）を表示する必要があります。視認性と温度範囲からLTP-1457AKAを選択します。高い周囲温度のため、駆動電流をデレートする必要があります。この制御された環境では、低い輝度を目標とすることは許容されます。マイクロコントローラを使用したマルチプレックス回路を設計し、列を電流制限抵抗を通じて、行をNPNトランジスタを通じて駆動します。ファームウェアは高周波数（>100Hz）で行を走査します。長期信頼性を確保するために、80°Cでのドットあたりの平均電流がデレート値の約3mA以下になるように計算します。グレー/ホワイトの外観は、オーブンのダークパネルに対して良好なコントラストを提供します。

11. 動作原理の紹介

LTP-1457AKAは、マルチプレックスLEDマトリクスの原理で動作します。5列7行のグリッドに配置された35個の個別のAlInGaP LED接合を含みます。各LEDは1つの列線（アノード）と1つの行線（カソード）の間に接続されています。特定のパターン（数字や文字など）を点灯させるために、コントローラはすべてのドットを同時に給電しません。代わりに、マルチプレックスまたは走査と呼ばれる技術を使用します。一度に1行（カソード）をグランド（低論理レベル）に接続することでアクティブにします。同時に、その特定の行で点灯する必要がある列線（アノード）のみに電源（高論理レベル）を印加します。このサイクルは7行すべてを高速に繰り返します。残像効果により、人間の目は安定した完全な形の文字として知覚します。この方法により、必要なドライバピン数（35ではなく14）が大幅に減少し、総消費電力が低下します。

12. 技術トレンド

LTP-1457AKAのようなディスプレイは成熟した技術を代表しています。インジケータおよび英数字表示の現在のトレンドは以下の方向に進んでいます：

• 表面実装デバイス（SMD）パッケージ：高密度PCB設計と自動実装のためのより小さなフットプリント。
• 高集積化：内蔵コントローラ、メモリ（フォント用）、シリアルインターフェース（I2C、SPI）を備えたディスプレイにより、ホストマイクロコントローラのタスクが簡素化されます。
• 先進的なLED材料：AlInGaPは赤/オレンジに効率的ですが、InGaNなどの新しい材料により、より明るく効率的な緑、青、白色LEDが可能になり、フルカラーマトリクスディスプレイにつながっています。
• 代替技術：より大きく複雑なディスプレイには、OLED（有機LED）やマイクロLED技術が、優れたコントラスト、視野角、柔軟性を提供します。

しかしながら、このようなスルーホールの1桁ディスプレイは、そのシンプルさ、耐久性、高い単一文字視認性、および1桁または数桁のみが必要なアプリケーション、特にスルーホール実装が好まれる産業用やホビイストの文脈でのコスト効率の良さから、依然として関連性を保っています。