LTP-2157AKA 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) 高さ - スーパーオレンジ色 - 5x7配列 - 技術文書

1. 製品概要

LTP-2157AKAは、英数字キャラクター表示を目的とした単一プレーン、5x7ドットマトリクスLED表示モジュールです。主な機能は、USASCIIやEBCDICなどの標準コードセットからの文字を表示することです。このデバイスの核心的な利点は、スーパーオレンジ発光を実現するAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）半導体技術をLEDチップに採用している点にあります。表示部はグレーの面と白いドットカラーを特徴とし、コントラストを高めて視認性を向上させています。デバイスは光度でカテゴライズされており、ユニット間の輝度の一貫性が確保されています。そのソリッドステート構造は高い信頼性を提供し、低消費電力の要件から様々な電子アプリケーションに適しています。

1.1 主要機能とターゲットアプリケーション

この製品を定義する主な機能には、遠方からも良好な視認性を提供する2.0インチ（50.8 mm）のマトリクス文字高さが含まれます。単一プレーンで動作し、広い視野角を提供するため、様々な位置から表示情報を確認できます。XY選択アーキテクチャを備えた5x7配列は、効率的なマルチプレクシング制御を可能にします。重要な機能はその水平方向のスタッキング性であり、複数のユニットを横に並べることでマルチキャラクター表示を構築できます。デバイスは標準的な文字コードと直接互換性があります。これらの特性から、LTP-2157AKAは産業用計器盤、POS端末、基本情報表示、試験装置の表示、信頼性が求められる低～中程度の複雑さの英数字出力を必要とするその他の組み込みシステムなどのアプリケーションに理想的です。

2. 技術仕様と客観的解釈

このセクションでは、データシートに定義されたデバイスの電気的、光学的、物理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。

2.1 絶対最大定格

絶対最大定格は、デバイスに永久的な損傷が生じる可能性のある応力限界を定義します。これらは通常動作条件ではありません。

• ドットあたりの平均消費電力：33 mW。これは単一のLEDドットが安全に放散できる最大連続電力です。
• ドットあたりのピーク順方向電流：90 mA。これは1つのドットが扱える最大瞬間電流パルスであり、通常はマルチプレクス駆動方式に関連します。
• ドットあたりの平均順方向電流：25°C時 13 mA、0.17 mA/°Cで線形デレーティング。これは連続DC動作のための重要なパラメータです。デレーティング係数は熱管理において重要です。周囲温度（Ta）が上昇すると、過熱を防ぐために許容される最大連続電流を減らさなければなりません。
• ドットあたりの逆電圧：5 V。逆バイアスでこの電圧を超えるとLED接合部が損傷する可能性があります。
• 動作・保管温度範囲：-35°C ～ +85°C。デバイスは産業用温度範囲に対応しています。
• はんだ付け温度：最大260°C、3秒間（実装面から1.6mm下での測定）。これはリフローはんだ付けプロファイルの制約を定義します。

2.2 電気的・光学的特性

これらのパラメータは指定された試験条件（通常Ta=25°C）下で測定され、代表的な性能を示します。

• 平均光度（I_V）：2100 μcd（最小）、4600 μcd（代表値）、試験条件：I_p=32mA、デューティサイクル1/16。これはマルチプレクス構成で駆動された場合の各LEDドットの明るさを示します。広い範囲は、光度によるビニング（選別）プロセスが行われていることを示唆しています。
• ピーク発光波長（λ_p）：621 nm（代表値）。これは光出力が最大となる波長であり、スーパーオレンジ色を定義します。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：18 nm（代表値）。これはスペクトル純度を測定するもので、値が小さいほどより単色光に近いことを示します。
• 主波長（λ_d）：615 nm（代表値）。これは人間の目が知覚する単一波長であり、色度点と密接に関連しています。
• 順方向電圧（V_F）任意のドット：2.05V（最小）、2.6V（代表値） I_F=20mA時； 2.3V（最小）、2.8V（代表値） I_F=80mA時。これは駆動回路設計において重要であり、LEDが点灯時の両端の電圧降下を規定します。
• 逆電流（I_R）任意のドット：100 μA（最大） V_R=5V時。これはLEDが逆バイアスされたときのリーク電流です。
• 光度マッチング比（I_V-m）：2:1（代表値）。これはアレイ内で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指定し、均一な外観を保証します。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、デバイスが光度でカテゴライズされていることを示しています。これは製造後のビニングまたは選別プロセスが行われていることを意味します。特定のビンコードは記載されていませんが、このような表示器の典型的なカテゴライゼーションには、標準試験条件下で測定された光度に基づいてユニットをグループ化することが含まれます。これにより、複数の表示器を一緒に使用する場合、それらの間の輝度変動が最小限に抑えられ、一貫した視覚出力が提供されます。設計者は、一致した輝度を必要とする重要なアプリケーションでは、サプライヤーから入手可能な光度ビンを確認する必要があります。

4. 性能曲線分析

データシートは代表的な電気的／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、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_F-V_F曲線）：指数関数的関係を示し、所定の電流に必要な駆動電圧を決定する上で重要です。
• 光度 vs. 順方向電流（I_V-I_F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、通常は動作範囲内でほぼ線形関係にあります。
• 光度 vs. 周囲温度：温度上昇に伴う光出力のデレーティングを示し、熱設計において重要です。
• スペクトル分布：相対強度と波長の関係をプロットしたもので、約621nmでのピークとスペクトル幅を示します。

これらの曲線により、設計者は非標準条件下での性能を予測し、駆動回路を最適化することができます。

5. 機械的およびパッケージ情報

デバイスのパッケージ寸法はミリメートル単位で提供され、一般公差は±0.25 mmです。具体的な図面は参照されていますが、本文では詳細には記載されていません。主要な機械的側面には、全体のフットプリント、高さ、14本のピンの間隔が含まれます。ピン配置は、プリント回路基板（PCB）へのスルーホール実装用に設計されています。グレーの面と白いドットカラーは、コントラストを向上させるためのパッケージデザインの一部です。

5.1 ピン接続と内部回路

この表示器は14本のピンを持ちます。内部回路図は、LEDのアノードが行で、カソードが列で接続されたマトリクス構成（またはピン配置表に従ってその逆）を示しています。これは、必要な制御ピン数を最小限に抑える（5行+7列=12制御線、5*7=35ではなく）一般的なコモンアノードまたはコモンカソードマトリクスアーキテクチャです。ピン配置表は各ピンの機能を指定しています：

• ピンはアノード行1-7およびカソード列1-5に接続されます。
• 重要な注意事項：ピン4と11は内部で接続されています。ピン5と12は内部で接続されています。この内部ブリッジは、PCBレイアウトおよび駆動設計時に考慮し、短絡を避ける必要があります。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

提供されている主なガイドラインははんだ付けプロセスに関するものです：デバイスは、実装面から1.6mm（1/16インチ）下で測定して、最大260°C、最大3秒間のはんだ付け温度に耐えることができます。これは標準的なリフロープロファイルの制約です。フローはんだ付けについては、スルーホール部品の標準的な手法に従う必要があります。このLED製品については明示されていませんが、静電気に敏感なデバイス（ESD）に対する一般的な取り扱い上の注意を守る必要があります。保管は、指定された温度範囲-35°C～+85°Cの乾燥環境で行うべきです。

7. アプリケーション提案と設計上の考慮事項

7.1 代表的なアプリケーション回路

LTP-2157AKAは外部駆動回路を必要とします。そのマトリクス構造のため、マルチプレクシングが標準的な駆動方法です。これには、一度に1行（または1列）を順次アクティブにしながら、列（または行）に適切なデータ信号を供給することが含まれます。十分なI/Oピンを備えたマイクロコントローラ、または専用のLED表示器駆動IC（MAX7219など）が一般的に使用されます。駆動回路は、ピークおよび平均電流定格を尊重して正しい電流を供給しなければなりません。順方向電流（I_F）を設定するために、各列または各行ラインに電流制限抵抗が必須です。抵抗値は次の式で計算されます： R = (V_電源- V_F- V_{ドライバ飽和}) / I_F.

7.2 設計上の考慮事項

• マルチプレクシング周波数：目に見えるちらつきを避けるために十分に高くする必要があります（通常 >60 Hz）。
• 電流計算：DC計算には平均電流定格（25°C時最大13mA）を使用します。N行のマルチプレクスモードでは、ドットあたりのピーク電流は最大 N * I_平均 まで可能ですが、90mAのピーク定格を超えてはなりません。
• 熱管理：高い周囲温度で動作する場合、順方向電流は0.17 mA/°Cの係数に従ってデレーティングする必要があります。
• 電源電圧：動作条件下での最高のV_Fおよび駆動回路内の電圧降下を考慮する必要があります。
• PCBレイアウト：接続表に従って正しいピンマッピングを確保してください。内部接続されたピン（4-11および5-12）に注意し、レイアウトエラーを避けてください。

8. 技術比較と差別化

標準的なGaAsPやGaP LEDなどの旧来の技術と比較して、LTP-2157AKAのAlInGaP技術は著しく高い発光効率を提供し、同じ電流でより明るい出力と、より良い色純度を実現します。単純な7セグメント表示器と比較して、5x7ドットマトリクス形式は真の英数字表示能力を提供し、文字、数字、および単純な記号の表示を可能にします。2.0インチの高さは多くの一般的な文字表示器よりも大きく、優れた視認性を提供します。水平方向のスタッキング性は、固定されたマルチキャラクターモジュールを持つ表示器との重要な差別化要因であり、設計の柔軟性を提供します。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: すべてのドットに同時に定常DC電流を流してこの表示器を駆動できますか？
A: 理論的には可能ですが非現実的です。35の独立した電流制限チャネルが必要になります。マルチプレクシングが標準的で効率的な方法です。

Q2: ピーク発光波長と主波長の違いは何ですか？
A: ピーク波長は最も多くの光パワーが放出される波長です。主波長は人間の目が知覚する単一波長相当です。これらはしばしば近い値ですが、特にスペクトルが広い場合は同一ではありません。

Q3: 光度試験条件の1/16デューティサイクルはどのように解釈すればよいですか？
A: 光度は、LEDが1/16デューティサイクルの波形で32mA電流でパルス駆動されたときに測定されます。これは、各行が総サイクル時間の1/16の間アクティブになるマルチプレクス駆動方式をシミュレートしています。報告される光度値は時間平均値です。

Q4: なぜピン4と11、および5と12は内部で接続されているのですか？
A: これはおそらく、チップボンディングや基板配線を簡素化するためのマトリクスの内部レイアウトによるものです。電気的には、これらのピンペアが短絡されていることを意味します。回路では、これらを同じノードに接続する必要があります。

10. 実用的な使用例

シナリオ: 産業用オーブンのためのシンプルな4桁温度表示器の設計
システムは温度センサーを備えたマイクロコントローラを使用します。4つのLTP-2157AKA表示器が水平にスタックされます。マイクロコントローラのファームウェアには、数字0-9、度記号、'C'のフォントマップが含まれています。マルチプレクシングルーチンを使用して、4つの表示器（4組の行/列として機能）を順次巡回し、表示する現在の桁に基づいて各行の適切な列データを計算します。電流制限抵抗は列ラインに配置されます。リフレッシュレートはちらつきを除去するために100 Hzに設定されます。高い輝度と広い視野角により、工場フロアの様々な位置から温度を読み取ることができます。表示器の産業用温度定格は、オーブン付近の高温環境での信頼性の高い動作を保証します。

11. 動作原理の紹介

LTP-2157AKAは半導体エレクトロルミネセンスに基づいています。AlInGaPチップ構造はp-n接合を形成します。接合部の閾値を超える順方向電圧が印加されると、電子と正孔が活性領域で再結合し、光子の形でエネルギーを放出します。AlInGaPの特定の合金組成がバンドギャップエネルギーを決定し、それが直接放出されるオレンジ色の光の波長（約621 nm）に対応します。5x7マトリクスは、基板上の行および列導体の交差点に配置された個別にアドレス可能なLEDダイによって形成されます。特定の行と列に選択的に電圧を印加することにより、その交差点にあるLEDのみが順方向バイアスされ点灯します。

12. 技術トレンドと背景

AlInGaP技術は、赤、オレンジ、黄色の可視LEDの効率において大きな進歩を表しています。これはGaAsPなどの旧来の技術に取って代わっています。表示技術の現在のトレンドは、高密度マトリクス（例：8x8、16x16）およびフルカラーRGBマトリクスに向かっています。しかし、5x7のような単色、低解像度のドットマトリクス表示器は、シンプルな英数字情報で十分な、コストに敏感で信頼性が重要なアプリケーションにおいて依然として非常に重要です。その利点には、シンプルさ、堅牢性、低消費電力、優れた長寿命が含まれます。マトリクスアドレッシングの原理は、OLEDやマイクロLEDディスプレイを含む、より大きく複雑な表示技術の基礎として基本的なものです。