LTP-1557KF 5x7ドットマトリクスLEDディスプレイ データシート - 1.2インチ高 - 黄橙色 - 20mA駆動電流 - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTP-1557KFは、5x7ドットマトリクス構成で構築された単一桁の英数字表示モジュールです。その主な機能は、個々のLEDドットを選択的に点灯させることで、文字、記号、または単純なグラフィックスを表示することです。中核技術として、AlInGaP（アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン）半導体材料を利用し、黄橙色の発光を実現しています。このデバイスは、視認性を向上させるため、白いドット配色を持つグレーのフェースプレートを特徴としており、コントラストを高めています。低電力動作向けに設計されており、広い視野角を提供するため、明確なモノクロ文字出力が必要とされる様々な表示および情報表示アプリケーションに適しています。

1.1 中核的利点とターゲット市場

このディスプレイの主な利点には、ソリッドステートの信頼性、低電力要件、USASCIIやEBCDICなどの標準文字コードとの互換性が含まれます。単一プレーン設計と広い視野角により、異なる視点からの良好な視認性が確保されています。また、発光強度でカテゴリ分けされており、複数ユニットアプリケーションでの輝度マッチングが可能で、RoHS指令に準拠した鉛フリーパッケージで提供されています。主なターゲット市場には、産業用制御パネル、計測器、POS端末、基本的な情報表示、およびシンプルで信頼性が高く低コストな文字表示が必要な組み込みシステムが含まれます。

2. 詳細な技術パラメータ分析

このセクションでは、データシートに規定された電気的および光学的パラメータについて、設計エンジニアにとっての重要性を説明しながら、詳細かつ客観的な解釈を提供します。

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。通常動作のための値ではありません。

• セグメントあたりの電力損失：最大70 mW。これは、単一のLEDドットにかかる順方向電流（I_F）と順方向電圧（V_F）の複合効果を制限します。
• セグメントあたりのピーク順方向電流：最大60 mA、ただしパルス条件下（1 kHz、10%デューティサイクル）のみです。これは、マルチプレクシングやより高い瞬間輝度を達成するための、短時間の高電流パルスを可能にします。
• セグメントあたりの連続順方向電流：25°Cで最大25 mA。これは、定常状態、非パルス動作のための重要なパラメータです。0.28 mA/°Cのデレーティング係数は、周囲温度（Ta）が25°Cを超えて上昇するにつれて、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らないことを示しています。
• セグメントあたりの逆電圧：最大5 V。これを超えるとLEDのPN接合が破壊される可能性があります。
• 動作・保管温度範囲：-35°C から +105°C。これは、信頼性のある動作および非動作時の保管のための環境限界を定義します。
• はんだ付け条件：実装面から1/16インチ（約1.6mm）下で、260°C、3秒間。これは、波はんだ付けやリフローはんだ付けプロセスにおいて、プラスチックパッケージや内部接合部への熱ダメージを避けるために重要です。

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典型的および保証された性能パラメータです。

• 平均発光強度（I_V）：I_F=20mAで、55 から 170 μcd（最小）、99 から 200 μcd（典型）。この広い範囲は、デバイスがビニング（選別）またはカテゴリ分けされていることを示しています。設計者は、システムの輝度計画においてこのばらつきを考慮する必要があります。試験条件は1mAから20mAに改訂され、仕様がより標準的な駆動電流に合わせられています。
• ピーク発光波長（λ_p）：611 nm（典型）。これは、スペクトル出力が最も強い波長です。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：17 nm（典型）。これは、発光スペクトルの広がりを測定します。値が小さいほど、より単色（純色）の光であることを示します。
• 主波長（λ_d）：605 nm（典型）。これは、人間の目が知覚する単一波長であり、色を黄橙色として定義します。
• ドットあたりの順方向電圧（V_F）：I_F=20mAで、2.05V（最小）、2.6V（典型）。これは、電流制限回路を設計する上で重要です。駆動電源電圧は、電流を適切に制御するためにV_Fよりも高くなければなりません。
• ドットあたりの逆電流（I_R）：V_R=5Vで最大100 μA。低い逆電流が望ましいです。
• 発光強度マッチング比：類似発光領域で最大2:1。これは、アレイ内で最も明るいドットが最も暗いドットの2倍以上明るくならないことを意味し、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、デバイスが発光強度でカテゴリ分けされていることを示しています。これは、ビニングシステムが適用されていることを意味しますが、特定のビンコードはここには記載されていません。

• 発光強度ビニング：指定されたI_V範囲（最小55-170 μcd、典型99-200 μcd）は、20mAでの測定された光出力に基づいて製品がグループに分類されていることを示唆しています。複数ユニットを調達する設計者は、複数桁表示全体で一貫した輝度を確保するために、ビンを指定するか、認識する必要があります。
• 波長/色ビニング：明示的には記載されていませんが、典型的なLED製造には、視覚的一貫性を確保するための主波長（色）のビニングが含まれます。λ_d（605nm）とλ_p（611nm）の厳密な仕様は、管理されたプロセスを示しています。
• 順方向電圧ビニング：ディスプレイではあまり強調されませんが、V_F範囲（2.05-2.6V）は電気的パラメータのばらつきを定義します。

4. 性能曲線分析

データシートは、最終ページの典型的な電気的/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提供されていませんが、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：

• I-V（電流-電圧）曲線：順方向電圧と電流の間の指数関数的関係を示します。ニー電圧は約2Vで、AlInGaP技術と一致しています。
• 発光強度 vs. 順方向電流（I_V vs. I_F）：光出力は、ある点までは電流にほぼ比例して増加し、その後効率が低下することを示すでしょう。
• 発光強度 vs. 周囲温度（I_V vs. T_a）：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、熱管理と電流デレーティングの重要性を強調します。
• スペクトル分布：相対強度 vs. 波長のプロットで、ピーク強度の半分で約611nm付近にピークを持ち、幅が約17nmであることを示します。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法と図面

デバイスは標準的なデュアル・インライン・パッケージ（DIP）フットプリントを持ちます。データシートからの主要な寸法注記：特に指定がない限り、すべての寸法はミリメートル単位で、一般的な公差は±0.25 mmです。特定の注記として、ピン先端シフト公差が±0.4 mmと記載されており、これはPCBの穴配置とはんだ付け歩留まりにとって重要です。

5.2 内部回路図とピン接続

内部回路は標準的な5x7マトリクスです。行（アノード）と列（カソード）はマルチプレクスされています。ピン配置表は、正しいPCBレイアウトと駆動回路設計に不可欠です：

• ピン1, 2, 5, 7, 8, 9, 12, 14はアノード行（1, 2, 3, 4, 5, 6, 7）に接続されます。
• ピン3, 4, 6, 10, 11, 13はカソード列（1, 2, 3, 4, 5）に接続されます。

一部の機能は異なるピンで重複していることに注意してください（例：アノード行4はピン5と12、カソード列3はピン4と11）。これはレイアウトの柔軟性を提供する可能性があります。ピン番号は、ドットマトリクスの表示面に対する特定の向きに従っている可能性があります。

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、はんだ付けの絶対最大定格です：実装面から1.6mm下で、260°C、3秒間。これは標準的な波はんだ付けプロファイルです。リフローはんだ付けには、ピーク温度が260°Cを超えない標準的な鉛フリープロファイルを使用する必要があります。パッケージのひび割れや剥離を防ぐために、過度の熱ストレスを避けることが重要です。デバイスは、特に湿気敏感レベル（MSL）定格がない場合（データシートはMSLを指定していません）、使用するまで元の防湿バッグに保管する必要があります。

7. アプリケーション推奨事項

7.1 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、単一行の英数字文字が必要なアプリケーションに理想的です：産業機器の状態表示（例：エラーコード、設定値）、民生用家電製品、基本的なハンドヘルド試験機器、レガシーシステムのアップグレード、教育用電子キットなど。

7.2 設計上の考慮事項

• 駆動回路：マルチプレクシングドライバ（例：専用の表示ICまたは十分なI/Oを持つマイクロコントローラ）が必要です。各アノード行は順次駆動され、データはカソード列に適用されます。
• 電流制限：各列（カソード）ラインには、I_Fを安全な値（通常は輝度と電力要件に応じて20mA以下）に設定するための外部電流制限抵抗が必須です。抵抗値 R = (電源電圧 - V_F) / I_F。
• 電源：最大V_F（2.6V）に加えて、駆動トランジスタのドロップアウト電圧よりも高い電圧を供給する必要があります。5V電源が一般的です。
• 視野角：広い視野角は有益ですが、ユーザーに対する取り付け位置を考慮してください。
• 輝度一貫性：複数ユニット間の均一性が重要な場合は、強度ビンを指定してください。

8. 技術比較と差別化

従来のGaAsPやGaP LEDマトリクスと比較して、LTP-1557KFのAlInGaP技術は、より高い効率とより良い色純度（より鮮やかな黄橙色）を提供します。現代のサイドグローや高密度SMDマトリクスと比較すると、これはプロトタイピングや修理が容易な、従来型のスルーホールDIPデバイスです。その主な差別化要因は、特定の1.2インチ文字高さ、5x7フォーマット、および黄橙色であり、これはレガシー互換性、特定の視認性要件（黄/橙色は目立つ場合がある）、またはフルカラーやグラフィカル機能が不要なシンプルなアプリケーションでのコスト効率のために選択される可能性があります。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 各ドットに定常DC電流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が、35個の独立した電流源（5x7）が必要になります。これは非常に非効率的です。マルチプレクシング（走査）が標準的かつ意図された方法であり、必要な駆動ピン数と駆動ICの電力損失を劇的に削減します。

Q: なぜピーク順方向電流（60mA）は連続電流（25mA）よりもずっと高いのですか？

A: これは時分割多重化を可能にするためです。ドットは走査サイクルの一部（例：7行走査の場合は1/7）の間だけ点灯します。短いオン時間中に高い電流をパルス駆動することで、LEDチップの平均電力（熱）限界を超えることなく、より高い知覚平均輝度を達成できます。

Q: 発光強度の範囲が非常に広いです（55-200 μcd）。製品で一貫した輝度を確保するにはどうすればよいですか？

A: 以下のいずれかを行う必要があります：1) 単一の製造ロットまたは指定された強度ビンからデバイスを購入する、2) ドライバにソフトウェア輝度キャリブレーションまたは調整を実装する、3) ユニットごとにハードウェア電流調整を使用する（量産には非現実的）。ディストリビューターまたはメーカーとビンコードの入手可能性について相談してください。

Q: ヒートシンクは必要ですか？

A: ドットあたり20mA以下での通常動作および周囲温度範囲内では、ディスプレイ自体にヒートシンクは通常必要ありません。ただし、駆動部品からの放熱のための適切なPCBレイアウトは重要です。高温環境で動作する場合は、電流デレーティング曲線に従ってください。

10. 実践的な設計と使用例

ケーススタディ1: シンプルなマイクロコントローラインターフェース。基本的な8ビットマイクロコントローラは、少なくとも12本のI/Oピン（行用7本、列用5本）があれば、このディスプレイを直接駆動できます。行は電流制限抵抗を介して、電流を供給する出力として設定されたマイクロコントローラピン（アノード）に接続されます。列は、オープンドレインまたはアクティブロー出力として設定されたピン（カソード）に接続されます。ファームウェアは、タイマ割り込みを実装して行を走査し、一度に1行をハイに引きながら、ROMに格納されたフォントテーブルからその行の列パターンを設定します。

ケーススタディ2: 専用表示ドライバICの使用。マイクロコントローラのピンが限られているシステムや、処理をオフロードするために、MAX7219やHT16K33のようなドライバICを使用できます。これらのICは、シンプルなシリアルインターフェース（SPIまたはI2C）を介してすべてのマルチプレクシング、デコード、輝度制御を処理し、ホストコントローラからわずか2-4本のピンしか必要としません。また、桁点滅や複数桁カスケードなどの機能を含むことが多く、これはこのディスプレイの水平方向に積み重ね可能な特徴と一致します。

11. 動作原理の紹介

LTP-1557KFは、5列7行のグリッドに配置された35個の独立したAlInGaP LEDチップのアレイで、35個の開口部（ドット）を持つグレーマスクの後ろに実装されています。各LEDのアノードは共通の行ラインに接続され、そのカソードは共通の列ラインに接続されています。特定のドットを点灯させるには、対応する行ラインを正電圧（電流制限を介して）で駆動し、その列ラインを低い電圧（グランド）に接続します。このマトリクス配置により、必要な接続ピン数が35（ドットあたり1本）から12（7行 + 5列）に削減されます。文字を表示するには、行（1-7）を高速に走査し、各行について、目的の文字形状の一部を形成する適切な列LED（1-5）を点灯させます。この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、安定した完全な文字画像を作り出します。

12. 技術トレンドと背景

LTP-1557KFのようなディスプレイは、成熟した確立され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、自動組立のための表面実装デバイス（SMD）パッケージ、高密度の複数桁モジュール、およびコントローラを表示PCBに直接統合した（インテリジェントな）ディスプレイに向かっています。さらに、フルカラーRGB LEDマトリクスやOLEDディスプレイは、色や優れたコントラストが必要なアプリケーションでよりコスト競争力を持つようになっています。しかし、このようなシンプルなモノクロドットマトリクスLEDは、その極端な信頼性、シンプルさ、低コスト、高輝度、広い動作温度範囲、および長寿命という、産業、自動車、屋外アプリケーションで重要な属性のために、依然として非常に重要です。このデバイスに見られるように、従来の材料からAlInGaPへの移行は、この古典的なフォームファクタ内で効率と色性能を改善するための重要なステップでした。