LTP-2057AKA LEDドットマトリクス表示器 データシート - 2.0インチ (50.8mm) 文字高 - スーパーオレンジ (621nm) - 1ドットあたり33mW - 技術文書

1. 製品概要

LTP-2057AKAは、5x7ドットマトリクス構成を用いた1桁の英数字表示モジュールです。その主な機能は、文字や記号を視覚的に表示することで、様々な電子機器における状態表示、簡易表示、情報パネルなどに一般的に使用されます。このデバイスの核心的な利点は、発光素子にAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）LED技術、特にスーパーオレンジ色を採用している点にあります。この材料系は、従来技術と比較して効率と色安定性の面で優位性を提供します。表示部はグレーのフェースプレートと白いドットを特徴としており、発光された光に対して高コントラストの背景を提供し、視認性を向上させます。本デバイスは、中サイズで信頼性が高く、低消費電力の文字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。

2. 詳細技術パラメータ分析

2.1 光学特性

光学性能は表示器の機能の中心です。主要パラメータである平均光度（Iv）は、1/16デューティサイクル、32mAのパルス順電流（Ip）という試験条件下で、最小2100μcd、標準値4600μcd、最大値は制限なしと規定されています。このパルス駆動方式は、消費電力と発熱を管理しながら知覚される輝度を達成するための、マルチプレックス表示器の標準的な方法です。色は、ピーク発光波長（λp）が621ナノメートル（nm）と定義され、スペクトルのオレンジ～赤色領域に位置します。スペクトル半値幅（Δλ）は18nmであり、これは発光帯のスペクトル純度、すなわち狭さを示しています。主波長（λd）は615nmであり、これは人間の目が知覚する波長で、ピーク波長とはわずかに異なる場合があります。光度マッチング比は2:1と規定されており、アレイ内の最も明るいセグメントと最も暗いセグメント間の輝度変動がこの比率を超えないことを意味し、均一な外観を保証します。

2.2 電気的特性

電気的パラメータは、表示器の動作限界と条件を定義します。絶対最大定格は安全な動作の境界を設定します：1ドットあたりの平均消費電力は33ミリワット（mW）、1ドットあたりのピーク順電流は90mA、1ドットあたりの平均順電流は25°Cで13mAから0.17mA/°Cで直線的に低下します。このデレーティングは、周囲温度が上昇した際の熱管理において極めて重要です。1ドットあたりの最大逆電圧は5ボルト（V）です。単一のLEDドットの順方向電圧（Vf）は、20mAで標準2.6V、より高い試験電流80mAで最大2.8Vです。逆電流（Ir）は、完全な5V逆バイアスで最大100マイクロアンペア（μA）です。

2.3 熱・環境仕様

本デバイスの動作温度範囲は-35°Cから+85°C、保管温度範囲も同様です。この広い範囲により、極端な温度にさらされる産業用や車載環境にも適しています。重要な実装パラメータとして、部品の実装面から1.6mm（1/16インチ）下の点で測定した、最大はんだ付け温度260°C、最大持続時間3秒があります。このガイドラインは、リフローはんだ付け工程における熱ダメージを防止するために不可欠です。

3. 機械的・パッケージ情報

表示器のマトリクス高さは2.0インチ（50.8 mm）と記載されています。提供されるパッケージ寸法図（データシート参照）には、正確な物理的外形、ピン位置、全体サイズが詳細に記載されています。これらの寸法の公差は、特に記載がない限り通常±0.25 mmです。デバイスは回路基板への実装のための標準的なピン接続インターフェースを使用します。

4. ピン接続と内部回路

LTP-2057AKAは14ピンのインターフェースを有します。ピン配列はX-Y（マトリクス）アドレッシングのために特別に配置されています：ピンは列のアノードまたは行のカソードとして指定されます。例えば、ピン1は行5のカソード、ピン3は列2のアノードなどです。この配置により、マイクロコントローラは対応する列（アノード）と行（カソード）ラインをアクティブにすることで、5x7グリッド内の任意の単一ドットを選択的に点灯させることができます。内部回路図（データシート参照）は、このマトリクス構造を視覚的に描き、35個の個別のLED（5列x7行）が、そのアノードが列グループで、カソードが行グループで接続されている様子を示します。

5. 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参照されています。これらのグラフは設計エンジニアにとって非常に貴重です。通常、単一LED素子の順電流対順電圧（I-V曲線）などのプロットが含まれ、非線形関係とターンオン電圧を示します。光度対順電流曲線は、光出力が電流とともにどのように増加するかを示し、飽和効果を示す可能性もあります。また、光度または順電圧が周囲温度とともにどのように変化するかを示す曲線もあり、指定された温度範囲で安定した回路を設計する上で重要です。これらの曲線を分析することで、所望の輝度に対する駆動電流を最適化し、性能に対する熱影響を理解することが可能になります。

6. はんだ付けと実装ガイドライン

絶対最大定格で述べたように、主要な実装制約ははんだ付け温度プロファイルです。本デバイスは、リフローはんだ付け中に最大260°Cのピーク温度を最大3秒間耐えることができます。内部のワイヤーボンディング、LEDチップ、またはプラスチックパッケージへの損傷を防ぐために、パッケージリードで測定された温度がこの限界を超えないことを確認することが極めて重要です。鉛フリーはんだ付け用の標準的な産業用リフロープロファイル（ピークは約240-250°C）は一般的に互換性がありますが、プロファイルは確認する必要があります。はんだごてによる手はんだ付けは、熱を局所化するために迅速かつ注意深い温度管理で行うべきです。LED部品では常に適切なESD（静電気放電）取り扱い手順に従う必要があります。

7. アプリケーション提案と設計上の考慮点

7.1 代表的なアプリケーションシナリオ

この5x7ドットマトリクス表示器は、単一の明確な英数字文字を必要とするアプリケーションに理想的です。一般的な用途には、電圧、電流、または温度表示用のパネルメーター、産業機器の状態表示（エラーコードやモードインジケータの表示）、電子レンジや洗濯機などの民生用機器、試験・計測機器などが含まれます。標準的なASCIIおよびEBCDIC文字コードとの互換性により、マイクロコントローラを用いたプログラミングが簡素化されます。

7.2 設計上の考慮点

駆動回路：本表示器にはマルチプレックス駆動電子回路が必要です。行と列を順次走査するために、十分なI/Oピンを有するマイクロコントローラ、または外部ドライバIC（シフトレジスタや専用LEDドライバチップなど）と組み合わせた回路が必要です。データシートの試験条件（32mAパルス電流、1/16デューティサイクル）は、必要な電流制限抵抗を計算するための出発点を提供します。LEDあたりの平均電流ははるかに低くなります（例えば、1つのドットのみが点灯している場合、32mA / 16 = 2mA平均ですが、これは1行で同時に点灯するドットの数に応じてスケールします）。
電源：順方向電圧が約2.6Vであるため、駆動電圧はこれよりも高くなければならず、通常3.3Vまたは5Vシステムが使用されます。電源は、マルチプレキシング中のピーク電流要求に対応できる必要があります。
視野角：データシートには広い視野角と記載されており、これはLEDチップと拡散レンズ設計の特性です。最適な配置のためには、エンドユーザーの主な視認方向を考慮してください。
スタッキング：水平方向にスタッキング可能という機能は、複数のユニットを並べて配置し、複数文字表示を形成できることを意味します。モジュール間の機械的な位置合わせと電気的な相互接続を設計する必要があります。

8. 技術比較と差別化

LTP-2057AKAの主要な差別化要因は、オレンジ色にAlInGaP LED技術を使用している点です。標準的なGaAsP（ガリウムヒ素リン）赤/オレンジLEDなどの従来技術と比較して、AlInGaPは著しく高い発光効率（単位電力あたりの光出力が多い）と高温での性能維持性の向上を提供します。スーパーオレンジの621nm波長は、鮮やかで視認性の高い色を提供します。電源オフ時のグレーフェースとホワイトドットは、プロフェッショナルで高コントラストな外観を提供し、これは全黒または全赤の表示器に対する設計上の利点となり得ます。2.0インチの文字高さは、視認距離の要件に基づいて、より小さい（例：0.8インチ）またはより大きい表示器よりも選択される特定のサイズです。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: この表示器の電流制限抵抗値をどのように計算しますか？
A: 平均電流ではなく、パルス（ピーク）電流に対して設計する必要があります。試験条件（Vf標準2.6V、32mA）を参考にし、5V駆動電源を仮定すると：R = (V_電源 - Vf) / I_ピーク = (5V - 2.6V) / 0.032A = 75オーム。より安全で暗めの計算には最大Vf（2.8V）を使用します：R = (5V - 2.8V) / 0.032A = 約68オーム。標準の68または75オームの抵抗が適しています。抵抗の電力定格は、ピークではなく平均電流に基づいて計算する必要があります。

Q: この表示器を駆動する際の1/16デューティサイクルとはどういう意味ですか？
A: マルチプレックスされた5x7マトリクスでは、一般的な走査方法の一つは、一度に1行（カソード）をアクティブにし、その行の5列（アノード）にデータを供給することです。7行ある場合、各行が順番に均等にアクティブになると、単一LEDのデューティサイクルは1/7になります。データシートの1/16デューティサイクルは、ブランキング期間を含むなど、異なる、またはより保守的なマルチプレキシング方式を示唆しています。駆動回路は、定格の平均光度を達成するために、指定されたピーク電流（例：32mA）でLEDを割り当てられた時間スライス分パルス駆動する必要があります。

Q: マルチプレキシングではなく、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、非常に非効率的であり推奨されません。たとえ5mAのような低電流でも35個すべてのドットを同時に駆動すると、合計175mAの電流が必要となり、パッケージの消費電力限界を超える可能性のある大きな熱を発生します。マルチプレキシングが標準的かつ意図された動作方法です。

10. 実践的な設計・使用例

0から99度までの温度値を表示するシンプルな温度表示器を設計することを考えてみましょう。これには、水平にスタッキングされた2つのLTP-2057AKA表示器が必要です。マイクロコントローラ（例：ATmega328P）は、各表示器の14ピン（合計28 I/Oピン）に接続されます。I/Oを節約するために、両方の表示器の列（アノード）ラインを並列に接続（5本の共有ライン）し、行（カソード）ラインは各表示器ごとに個別に制御（7+7=14ライン）することができます。これにより19本のI/Oピンを使用します。あるいは、外部の8ビットシフトレジスタを使用して、マイクロコントローラのI/O要求を大幅に削減することも可能です。ソフトウェアにはフォントマップが含まれ、数字0-9を5x7グリッド用の対応する点灯パターンに変換します。その後、各表示器について7行を走査し、表示する文字の行に対して適切な列データを送信します。走査は、目に見えるちらつきを避けるために十分に高速（通常>60Hz）でなければなりません。

11. 動作原理の紹介

LTP-2057AKAは、パッシブマトリクスLEDアレイ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個の独立したAlInGaP半導体LED接合を含んでいます。各LEDは、列アノードラインと行カソードラインの交点に形成されています。特定の列（正）と特定の行（負）の間に、ダイオードのターンオン電圧（約2.6V）を超える順方向電圧が印加されると、電流がその単一のLEDを流れ、約621 nm（オレンジ色）の波長で光子（光）を放出させます。どの行がグランド（カソードがアクティブ）され、どの列に電流が供給されるか（アノードがアクティブ）を高速に順次切り替えることにより、異なるドットパターンを点灯させ、文字や記号を形成することができます。人間の目の残像効果により、これらの高速な点滅が安定した画像として知覚されます。

12. 技術トレンドと背景

LTP-2057AKAのような表示器は、オプトエレクトロニクスの成熟した信頼性の高い分野を代表しています。有機LED（OLED）や高解像度LCDなどの新しい技術が複雑なグラフィカル表示を支配していますが、シンプルなLEDドットマトリクスモジュールは、堅牢性、長寿命、広い温度動作範囲、高輝度、および文字あたりの低コストを必要とするアプリケーションにおいて依然として非常に重要です。この分野内でのトレンドは、より高い効率のLED材料（ここで使用されているAlInGaPや青色/緑色/白色用のInGaNなど）に向かっており、これにより低消費電力または高輝度が可能になります。また、駆動電子回路が表示モジュール自体に組み込まれた統合ソリューションへのトレンドもあり、エンドエンジニアのシステム設計を簡素化しています。しかしながら、そのシンプルさと低コストのため、基本的なパッシブマトリクスアーキテクチャは、産業、車載、民生の文脈における単一および複数文字の数値・英数字表示の主力であり続けています。