LTP-2157AKY-01 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 - アンバーイエロー - 5x7ドットアレイ - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTP-2157AKY-01は、2.0インチ（50.8 mm）のマトリクス高さを持つ5x7ドットマトリクス英数字表示モジュールです。数値または限定的な英数字出力を必要とするアプリケーション向けに、明確で高コントラストな文字表示を提供するように設計されています。本デバイスは、GaAs基板上に成長させた先進的なAS-AlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）LEDチップを採用しており、高効率と優れた輝度で知られています。表示面は黒地に白ドットのデザインで、様々な照明条件下でのコントラストと視認性を向上させています。主な用途は、コンパクトで信頼性が高く、低消費電力の表示ソリューションが必要な産業用計器、民生電子機器、その他のデバイスです。

1.1 中核的な利点

• 高輝度 & 高コントラスト:AlInGaP技術と黒地/白ドットデザインの組み合わせにより、優れた視認性を実現します。
• 低消費電力:効率的な動作のために設計されており、バッテリー駆動または省エネルギーを重視するアプリケーションに適しています。
• 固体信頼性:LEDは、他の表示技術と比較して、長い動作寿命、耐衝撃性、一貫した性能を提供します。
• 優れた文字表示:5x7ドットマトリクスフォーマットにより、明確で容易に認識可能な文字を提供します。
• X-Y選択アーキテクチャ:マトリクスは行（アノード）と列（カソード）の構成で編成されており、駆動ピン数を削減しながら効率的なマルチプレクシングと制御を可能にします。

2. 技術パラメータ詳細解説

このセクションでは、データシートに規定されている主要な電気的および光学的パラメータについて、詳細かつ客観的な分析を提供します。これらの値を理解することは、適切な回路設計と長期信頼性の確保に不可欠です。

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ストレスの限界を定義します。これらの限界を超えて動作させることは推奨されません。

• ドットあたりの平均消費電力:35 mW。この制限は熱管理にとって極めて重要です。これを超えると、過熱、発光出力の低下、LEDチップの加速劣化を引き起こす可能性があります。
• ドットあたりのピーク順電流:60 mA（1 kHz、25%デューティサイクル時）。この定格はパルス動作用です。この条件下での平均電流は15 mA（60 mA * 0.25）であり、これは依然として平均電流定格を下回っている必要があります。
• ドットあたりの平均順電流:基本定格は25°Cで13 mAです。重要なことに、0.17 mA/°Cでデレーティングします。例えば、周囲温度（Ta）が85°Cの場合、許容される最大平均電流は次のようになります： 13 mA - [0.17 mA/°C * (85°C - 25°C)] = 13 mA - 10.2 mA =2.8 mA。この強いデレーティングは、高温環境での注意深い熱設計の必要性を強調しています。
• ドットあたりの逆電圧:5 V。これより大きい逆バイアス電圧を印加すると、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:-35°C ～ +85°C。本デバイスは産業用温度範囲に対応しています。
• はんだ付け条件:260°Cで3秒間、はんだごて先端は実装面から少なくとも1/16インチ（約1.6 mm）下に配置すること。これにより、リード線を伝わって内部のLEDチップを損傷する過度の熱を防ぎます。

2.2 電気的・光学的特性（Ta = 25°C）

これらは、指定された試験条件下での代表的な性能パラメータです。

• ドットあたりの平均光度（I_V）:1650（最小）、3600（代表値）µcd。ピーク電流（I_p）32 mA、1/16デューティサイクルで試験。実際の平均電流は2 mAです。この広い範囲は、輝度によるビニングの可能性を示唆しています。
• ピーク発光波長（λ_p）:595 nm（代表値）。これはスペクトル出力が最大となる波長を定義し、可視スペクトルのアンバーイエロー領域に位置付けられます。
• 主波長（λ_d）:592 nm（代表値）。これは人間の目が知覚する単一波長であり、ピーク波長に近い値です。
• スペクトル線半値幅（Δλ）:15 nm（代表値）。これはスペクトル純度を示します。幅が狭いほど、より飽和した純粋な色を意味します。
• セグメントあたりの順方向電圧（V_F）:
  • 2.05V（最小）、2.6V（代表値） I_F= 20 mA時。
  • 2.3V（最小）、2.8V（代表値） I_F= 80 mA時。電流増加に伴う電圧上昇は、ダイオードの直列抵抗によるものです。
• 逆電流（I_R）:100 µA（最大） V_R= 5V時。低い逆電流が望ましいです。
• 光度マッチング比（I_V-m）:2:1（最大）。これはアレイ内の最も明るいドットと最も暗いドットとの間の最大許容比率を規定し、均一な外観を保証します。

3. ビニングシステムの説明

提供されたデータシートには正式な商業用ビニング構造の詳細は記載されていませんが、指定されたパラメータ範囲は固有のばらつきを暗示しています。設計者は、ユニット間または製造ロット間で以下の潜在的なばらつきを認識する必要があります：

• 波長/色ビン:代表的な主波長は592 nmです。ユニットによってこの値の周りでわずかに変動し、アンバーイエローの正確な色合いに影響を与える可能性があります。
• 光度（輝度）ビン:光度は最小1650 µcd、代表値3600 µcdです。この広い分布は、厳密な輝度マッチングを必要とするアプリケーションでは、組立レベルでの選別またはビニングが必要になる可能性があることを示唆しています。
• 順方向電圧ビン:順方向電圧範囲（20mA時で2.05Vから2.6V）はばらつきを示しています。これは、より高いV_F dots.

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。これらのグラフは、提供されたテキストには表示されていませんが、非標準条件下でのデバイス動作を理解するために不可欠です。

4.1 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）

この曲線は、ダイオードに典型的な指数関数的関係を示すでしょう。指定されたV_Fの20mAと80mAの点は2つのデータポイントを与えます。この曲線は、所定の電流に必要な駆動電圧を決定し、消費電力（V_F* I_F）の計算を可能にします。

4.2 光度 vs. 順方向電流

このグラフは、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。LEDの場合、関係は一般的にある範囲で線形ですが、熱的および効率低下により非常に高い電流で飽和します。代表的な電流（32mAピーク、1/16デューティ仕様から導出）付近で動作させることで、最適な効率と長寿命を確保します。

4.3 光度 vs. 周囲温度

LEDの光出力は、接合温度が上昇すると減少します。この特性は、強い電流デレーティング（0.17 mA/°C）と相まって、一貫した輝度と信頼性を維持するためにデバイスの動作温度を管理することが極めて重要であることを強調しています。

4.4 スペクトル分布

相対強度対波長のグラフは、約595 nmにピークを持ち、代表的な半値幅が15 nmであることを示し、アンバーイエローの色点を確認します。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

表示モジュールには特定の物理的寸法（元のデータシートの図に提供）があります。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。設計者はこれらの寸法を製品筐体およびPCBレイアウトに組み込む必要があります。

5.2 ピン接続と極性識別

本デバイスは14ピン構成です。ピン配置は以下の通りです： 1. アノード行5 2. アノード行7 3. カソード列2 4. カソード列3 5. アノード行4 6. カソード列5 7. アノード行6 8. アノード行3 9. アノード行1 10. カソード列4 11. カソード列3（注：ピン4もカソード列3です；これは原文の誤記の可能性があります。ピン11はおそらくカソード列6または別の列です。内部回路図を参照して明確にする必要があります。） 12. アノード行4（ピン5の重複；文書の誤りの可能性） 13. カソード列1 14. アノード行2

重要注意:提供されたピンリストには明らかな重複（列3のピン4と11、行4のピン5と12）が含まれています。データシートで参照されている内部回路図が、正しいピンとセグメントのマッピングの権威ある情報源であり、設計にはこれを使用する必要があります。表示は、カソード列とアノード行の説明に従い、共通カソードグループ構成を使用しています。

5.3 内部回路図

回路図は、35個のLED（5列x7行）の電気的相互接続を示しています。各LEDのアノードは行線に接続され、そのカソードは列線に接続されています。特定のドットを点灯させるには、対応する行線をハイ（アノード）に駆動し、列線をロー（カソード）に駆動する必要があります。このマトリクス構造により、わずか12本のライン（5行+7列）で35個のドットを制御でき、効率的なマルチプレクシングを可能にします。

6. はんだ付け・組立ガイドライン

• リフローはんだ付け:指定された条件に従ってください：260°Cで3秒間。熱衝撃を避けるために制御された熱プロファイルを使用します。
• 手はんだ付け:必要な場合は、温度制御されたはんだごてを使用してください。パッケージ本体ではなくピンに熱を加え、熱が表示部に伝わらないよう接触時間を制限します。
• 洗浄:表示部の材料（おそらくエポキシとプラスチック）と適合する適切な溶剤を使用してください。内部の結合を損傷する可能性のある超音波洗浄は避けてください。
• 保管条件:指定された温度範囲（-35°C ～ +85°C）内の乾燥した静電気防止環境で保管してください。

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

• 産業用パネルメーター:電圧、電流、温度、圧力などの数値表示。
• 試験・測定機器:マルチメーター、オシロスコープ（設定または基本表示用）、信号発生器の表示。
• 民生家電:タイマー、はかり、オーディオ機器の表示。
• 医療機器:信頼性が重要なモニターや診断ツール上のシンプルな数値表示。
• 小売機器:価格表示、基本的な取引端末。

7.2 設計上の考慮事項

• 駆動回路:十分なGPIOピンを備えたマイクロコントローラ、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が必要です。ドライバは、アノード行のソース電流とカソード列のシンク電流を供給できる必要があります。順電流を設定するために、各行または各列線に電流制限抵抗が必須です。
• 電流計算:マルチプレクシングにより、LEDあたりの瞬間（ピーク）電流は所望の平均電流よりも高くなります。N行マルチプレクスの場合、ピーク電流は所望の平均電流の約N倍にする必要があります。このピーク電流が絶対最大定格60 mAを超えないようにしてください。
• 熱管理:電流デレーティング曲線に従ってください。高い周囲温度では、駆動電流を減らすか、通気性を改善してください。黒い表示面は周囲の熱をより多く吸収する可能性があります。
• 視野角:意図した視聴位置を考慮してください。LEDドットマトリクスディスプレイは、最適な視野角が限られていることがよくあります。
• ESD保護:特に表示部がユーザーがアクセス可能な場合は、制御ラインに標準的なESD保護を実装してください。

8. 技術比較と差別化

同時代の他の表示技術（真空蛍光表示管（VFD）や小型LCDなど）と比較して、LTP-2157AKY-01は明確な利点を提供します：

• VFDとの比較:低い動作電圧、フィラメントや高電圧ドライバが不要、より頑丈、長寿命、低温環境での性能が優れています。
• LCDとの比較:はるかに高い輝度とコントラスト、自発光（バックライト不要）、広い動作温度範囲、高速な応答時間。トレードオフは、消費電力が高く、複雑なグラフィックスの表示能力が限られることです。
• 標準GaPまたはGaAsP LEDとの比較:AlInGaP技術の使用により、著しく高い発光効率と輝度が得られ、明るい照明条件下での視認性が向上します。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: この表示器をドットあたり一定の20mAで駆動できますか？

A: すべてのドットを同時に静的モードで直接駆動することはできません。これは平均消費電力制限（35 mW/ドット * 35ドット = 1.225W、および20mA * 2.6V = 52mW/ドット）を超えるためです。マルチプレクシングを使用する必要があります。1/7デューティサイクルマルチプレクス（一度に1行を点灯）では、20mAの平均を達成するためにドットあたりのピーク電流は約140mAになる可能性があり、これは60mAのピーク定格を超えます。したがって、平均とピークの両方の制限内に収まるように、マルチプレクシング方式とピーク電流を注意深く設計する必要があります。

Q2: リストに重複するピン割り当てがあるのはなぜですか？

A: 提供された内容のテキストピンリストには、文書の誤りが含まれている可能性があります。決定的な参照先は、元のデータシートの内部回路図です。PCB設計には常に回路図を使用してください。

Q3: 必要な電流制限抵抗はどのように計算しますか？

A: 定電圧電源（V_CC）の場合、オームの法則を使用します： R = (V_CC- V_F- V_CE(sat)) / I_F。ここで、V_FはLED順方向電圧（安全のために最大値を使用、例：2.8V）、V_CE(sat)は列ドライバトランジスタの飽和電圧（使用する場合）、I_Fは所望の順方向電流です。マルチプレクス設計の場合、I_Fはピーク current.

Q4: ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

A: ピーク波長（λ_p）は、スペクトル放射が最大となる物理的な点です。主波長（λ_d）は心理物理学的相関量であり、知覚される色に一致する単一波長を表します。単色LEDの場合、これらは非常に近い値になることが多いです。

10. 実践的設計ケーススタディ

シナリオ:LTP-2157AKY-01を使用したシンプルなデジタル電圧計表示を、最大50°Cの環境で5Vマイクロコントローラシステムによって駆動する設計。

1. ドライバ選択:少なくとも12個の空きGPIOピンを備えたマイクロコントローラを選択するか、より小さなMCUと、行/列駆動用のシリアル-パラレルシフトレジスタおよびトランジスタアレイを組み合わせます。
2. 電流制限:50°Cでのドットあたりの最大平均電流を決定： 13 mA - [0.17 mA/°C * (50-25)] = 13 mA - 4.25 mA =8.75 mA.
3. マルチプレクシング方式:1:7行マルチプレクシングを使用。8.75 mAの平均を達成するには、アクティブ行時間中のピーク電流は約61.25 mA（8.75 * 7）である必要があります。これは60 mAのピーク定格をわずかに超えています。したがって、目標平均を約8.5 mAに減らし、ピークを59.5 mAとします。
4. 抵抗計算:列ドライバV_CE(sat)を0.2V、V_F(max)を2.8Vと仮定。アノードを駆動する5V電源の場合： R = (5V - 2.8V - 0.2V) / 0.0595 A ≈ 33.6Ω。標準の33Ω抵抗を使用。定格電力： P = I²* R = (0.0595)²* 33 ≈ 0.117W。1/4W抵抗で十分です。
5. ソフトウェア:タイマー割り込みを実装して7行を順番に切り替え、文字フォントマップに基づいて各行の適切な列ドライバをオンにします。

11. 動作原理

本デバイスは、半導体p-n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（アノード行が正、カソード列が負）にダイオードのオン電圧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、材料のバンドギャップによって決まる波長（約592-595 nm、アンバーイエロー）で光子の形でエネルギーを放出します。5x7マトリクスは、一度に1行（アノード）を選択的にアクティブにし、その行で点灯すべきドットに対して列（カソード）にシンク経路を提供することでアドレス指定されます。このプロセス（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行われ、すべての所望のドットの安定した画像を作り出します。

12. 技術トレンド

英数字表示の場合、OLED（有機LED）技術は、同様の自発光の利点を提供し、潜在的に薄型フォームファクターと広い視野角を実現しますが、歴史的に異なる寿命とコストの考慮事項があります。

• 小型化:ドットマトリクスディスプレイは、はるかに小さなピクセルピッチとパッケージサイズで利用可能です。
• フルカラーRGBマトリクス:現代のディスプレイは、各ピクセルに赤、緑、青のLEDを統合し、フルカラーグラフィックスを可能にすることが多いです。
• 統合ドライバ:新しいモジュールは、ドライバICとコントローラをオンボードに搭載し、シリアルインターフェース（I2C、SPI）を介して通信することが多く、直接GPIOマルチプレクシングと比較してホストシステム設計を大幅に簡素化します。
• 高効率材料:AlInGaPから、特定の色に対してInGaNなどのさらに効率的な材料への移行、および内部量子効率と光取り出し効率の継続的な改善。
• 代替技術:For alphanumeric displays, OLED (Organic LED) technology offers similar self-emissive benefits with potentially thinner form factors and wider viewing angles, though historically with different lifetime and cost considerations.

LTP-2157AKY-01は、その特定のサイズ、色、シンプルさ、信頼性の組み合わせが設計要件を満たすアプリケーションにおいて、堅牢で実績のあるソリューションを表しています。