LTP-1557AKR 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 スーパーレッド - 5x7 ドットアレイ - 技術文書

1. 製品概要

LTP-1557AKRは、明確で信頼性の高い文字出力を必要とするアプリケーション向けに設計された、1桁の英数字表示モジュールです。その中核となる構成要素は、5列×7行（5x7）の配列を持つ発光ダイオード（LED）であり、ASCIIおよびEBCDIC文字を表示するための標準的な解像度を提供します。物理的な表示エリアは1.2インチ（30.42 mm）のマトリクス高を特徴とし、良好な視認性を提供します。デバイスはグレーの表面と白いドットの配色で構成されており、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。

発光の背後にある主要な技術は、AlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）スーパーレッドLEDチップです。これらのチップは、不透明なガリウムヒ素（GaAs）基板上に作製されています。AlInGaP技術は、赤-橙-黄スペクトルにおける高効率と優れた色純度で知られており、鮮やかな赤色出力が求められるアプリケーションに適しています。

重要な動作特徴は、そのX-Y選択アーキテクチャです。35個の各ドットを個別にアドレス指定する代わりに、このディスプレイはアノードを行に、カソードを列に接続したマトリクス構成（またはその逆）を使用します。これにより、必要な駆動ピン数を35本から12本（5行+7列）に大幅に削減し、インターフェース回路とコントローラの要件を簡素化します。また、このデバイスは水平方向に積み重ね可能に設計されており、複数のユニットを並べることで複数桁の表示を作成することができます。

1.1 中核的利点とターゲット市場

このディスプレイは、システム設計者にいくつかの明確な利点を提供します。その低消費電力は、バッテリー駆動または省エネルギーを意識したデバイスに適しています。LEDのソリッドステート信頼性（可動部がなく、衝撃や振動に対する耐性が高い）は、長い動作寿命を保証します。広い視野角と単一平面設計は、異なる視点から一貫した視認性を提供します。さらに、このデバイスは光度でカテゴライズされており、製造されたユニットは標準条件下で測定された光出力に基づいてテストされ、グループに分類されます。これにより、顧客は保証された最低輝度を持つ部品を選択したり、製品内のすべてのディスプレイ間で一貫性を確保したりすることができ、複数ユニット構成においてある文字が他よりも明らかに暗く見えることを防ぎます。

このディスプレイの主なターゲット市場には、産業用計器、試験・測定機器、POS端末、レガシーコンピュータインターフェース、およびシンプルで耐久性があり明るい文字表示を必要とするあらゆる組み込みシステムが含まれます。標準的な文字コードとの互換性により、マイクロコントローラやデジタルシステムとの容易な統合が可能です。

2. 技術パラメータの詳細な客観的解釈

2.1 測光および光学特性

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。主要なパラメータは平均光度（I_V)であり、ピーク電流（I_p）80mA、デューティサイクル1/16で駆動した場合、代表値は3800 µcd（マイクロカンデラ）、最小値は2100 µcdです。この測定はCIE明所視応答曲線を近似しており、知覚される明るさと相関する値を保証します。

色特性は波長によって定義されます。ピーク発光波長（λ_p)は代表値で639 nmであり、スペクトルの明るい赤色部分に位置します。主波長（λ_d)は代表値で631 nmです。ピーク波長と主波長の差はLEDでは正常であり、発光スペクトルの形状に関連しています。スペクトル線半値幅（Δλ）は代表値で20 nmであり、スペクトル純度またはピーク周辺で発せられる波長の範囲を示します。

均一な外観を保証するための重要な仕様は光度マッチング比（I_V-m)であり、最大2:1です。これは、同じ駆動条件下で、アレイ内の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、文字の視認性にとって許容可能な範囲です。

2.2 電気的特性

任意の単一LEDドットの順方向電圧（V_F）は、順方向電流（I_F）20mAで測定した場合、最小2.0Vから最大2.6Vの範囲にあり、代表値はこの範囲内にあります。これはLEDが点灯時の電圧降下です。逆電流（I_R）は、逆電圧（V_R）5Vを印加した場合、最大100 µAと規定されており、オフ状態でのデバイスのリーク特性を示しています。

2.3 絶対最大定格と熱に関する考慮事項

これらの定格は、それを超えると永久的な損傷が発生する可能性がある限界を定義します。ドットあたりの平均消費電力は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、これは特定のパルス条件下（デューティサイクル1/10、パルス幅0.1 ms）のみです。ドットあたりの平均順方向電流は、25°Cで13 mAの基本定格を持ち、温度が25°Cを超えて上昇するにつれて0.17 mA/°Cの割合で直線的に低下します。このデレーティングは熱管理と長期信頼性にとって重要です。

最大ドットあたりの逆電圧は5Vです。デバイスの動作温度範囲は-35°Cから+85°C、同様の保存温度範囲に定格されています。実装時には、部品の実装面から1.6mm下の点で測定して、はんだ温度が260°Cを3秒間以上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、このデバイスが光度でカテゴライズされていることを明示しています。これは、製造されたユニットを標準条件下で測定された光出力に基づいてテストし、グループに分類するビニングプロセスです。これにより、顧客は保証された最低輝度を持つ部品を選択したり、製品内のすべてのディスプレイ間で一貫性を確保したりすることができ、複数ユニット構成においてある文字が他よりも明らかに暗く見えることを防ぎます。データシートは全範囲（2100-3800 µcd 最小/代表）を提供していますが、注文される部品は通常、より狭い指定されたビンに分類されます。

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。特定の曲線は提供されたテキストでは詳細に説明されていませんが、LEDデータシートにおけるそのよう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）：電流と電圧の非線形関係を示し、電流制限回路の設計に不可欠です。
• 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、通常は非常に高い電流で効率が低下する前の線形領域にあります。
• 光度 vs. 周囲温度（I_V-T_a曲線）：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、熱管理の重要性を強調します。
• スペクトル分布曲線：波長に対する相対強度をプロットしたグラフで、ピーク（λ_p）と半値幅（Δλ）を視覚的に定義します。

これらの曲線は、非標準条件下でのデバイスの挙動を理解し、特定のアプリケーション要件に合わせて駆動パラメータを最適化するために不可欠です。

5. 機械的およびパッケージ情報

デバイスは標準的なLEDディスプレイパッケージで提供されます。パッケージ寸法図面はすべての重要な機械的輪郭を提供しますが、正確な寸法は本文には記載されていません。特に指定がない限り、公差は一般的に±0.25 mmです。図面には全長、全幅、全高、リード間隔、および表示ウィンドウの位置が含まれます。

5.1 ピン接続と内部回路

ディスプレイは14ピンインターフェースを持ちます。ピン配置は以下の通りです：ピン1：アノード行5；ピン2：アノード行7；ピン3：カソード列2；ピン4：カソード列3；ピン5：アノード行4；ピン6：カソード列5；ピン7：アノード行6；ピン8：アノード行3；ピン9：アノード行1；ピン10：カソード列4；ピン11：カソード列3（注：列3はピン4と11の2か所に現れており、内部接続されているか、確認が必要なドキュメントエラーの可能性があります）；ピン12：アノード行4（注：行4はピン5と12に現れています）；ピン13：カソード列1；ピン14：アノード行2。

内部回路図は5x7マトリクスを視覚的に表現し、5本の行アノードと7本の列カソードが35個の個別のLEDドットをどのように相互接続しているかを示します。この図はマルチプレキシング駆動シーケンスを理解するために不可欠です。内部回路図

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

主要な実装仕様ははんだ付けプロファイルです。デバイスは最大はんだ温度260°Cを最大3秒間耐えることができます。この測定は、パッケージ本体の実装面から1.6mm（1/16インチ）下の点で行われます。このガイドラインは、波はんだ付けまたはリフロー工程において、LEDチップや内部ボンドへの熱損傷を防ぐために重要です。取り扱い時には標準的なESD（静電気放電）対策を講じる必要があります。保存時には、乾燥環境で指定された範囲-35°Cから+85°Cを維持する必要があります。

7. アプリケーション提案

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、単一の明るい英数字表示を必要とするあらゆるアプリケーションに理想的です。例としては、電圧、電流、または温度用のデジタルパネルメーター；産業用コントローラの設定表示；ネットワークまたは通信機器のステータスインジケーター；スコアボードやタイマー；医療機器や試験機器の診断表示などがあります。

7.2 設計上の考慮事項

• 駆動回路：マルチプレキシングを実行するには、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ディスプレイドライバIC（MAX7219など）が必要です。ドライバは必要なピーク電流（ドットあたり最大80mAパルス）をシンク/ソースできなければなりませんが、平均電流はデューティサイクルのためはるかに低くなります。
• 電流制限：順方向電流を設定しLEDを保護するために、各アノード行またはカソード列（駆動構成に依存）に外部の電流制限抵抗が必須です。
• マルチプレキシングタイミング：リフレッシュレートとデューティサイクルは、目に見えるちらつきを避けるために十分に高くなければなりません。試験条件で使用されている1/16デューティサイクルが一般的です。ピーク電流は、ドットあたりの平均電流と消費電力が制限内に収まるように調整する必要があります。
• 熱管理：動作周囲温度が25°Cを大幅に超えることが予想される場合は、平均電流が適切にデレーティングされていることを確認してください。十分なPCBの銅面積または気流が必要になる場合があります。
• 光学インターフェース：最終製品の設計において、フィルター、拡散板、または保護ウィンドウの必要性を考慮してください。

8. 技術比較と差別化

白熱灯や真空蛍光表示管（VFD）などの古い技術と比較して、このLEDディスプレイは優れた耐衝撃/耐振動性、低い動作電圧、高速な応答時間、そして潜在的に長い寿命を提供します。最新のグラフィックOLEDやLCDと比較すると、よりシンプルで過酷な環境下での堅牢性が高く、優れた輝度と視野角を提供し、複雑な制御電子機器を必要としませんが、事前定義された文字形状に限定されます。

LEDディスプレイファミリー内では、AlInGaPスーパーレッド技術の使用により、標準的なGaAsPやGaP赤色LEDと差別化され、より高い効率と優れた色飽和度を提供します。特定の1.2インチ高さと5x7フォーマットは、多くのレガシーシステムにおける標準的な代替部品となっています。

9. 技術パラメータに基づくよくある質問

Q: 各ドットに一定の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個の独立したドライバが必要となり、非現実的です。マトリクス設計は、ピン数を最小限に抑えるためのマルチプレックス（X-Y）駆動を意図しています。

Q: なぜピーク電流（90mA）は平均電流定格（13mA）よりもずっと高いのですか？

A: ディスプレイはマルチプレックスされているため、各ドットは時間の一部（デューティサイクル）しか電源が供給されません。短いオン時間中のピーク電流は、所望の輝度を達成するために高くすることができますが、時間平均した平均電流が過熱を防ぐために13mAの制限内に収まる限りです。

Q: 2:1の強度マッチング比は、私のアプリケーションにとって何を意味しますか？

A: ドットの輝度に多少のばらつきがあるのは正常であることを意味します。文字表示の場合、このわずかなばらつきは通常目で感知できず、視認性に影響しません。完全な均一性を必要とするアプリケーションでは、より厳密なビンから部品を選択するか、光学拡散板を使用する必要があるかもしれません。

Q: 必要な電流制限抵抗値をどのように計算しますか？

A: 電源電圧（V_CC）、所望の順方向電流（I_F）、およびLED順方向電圧（V_F）が必要です。オームの法則を使用します：R = (V_CC- V_F) / I_F。ここでのI_Fは、マルチプレックスサイクルにおけるドットのアクティブ時間中のピーク電流であることを忘れないでください。

10. 実用的な使用例

シンプルなデジタル温度計の設計を考えてみましょう。マイクロコントローラが温度センサを読み取り、計算を実行し、3桁の値（例：23.5）を表示する必要があります。3つのLTP-1557AKRディスプレイを水平に積み重ねることができます。マイクロコントローラは、ディスプレイドライバICを使用して3つのディスプレイをマルチプレックスします。数値を数字、小数点、度記号に対応する5x7フォントパターンに変換します。ドライバICは、各ディスプレイに対して正しい行と列を高速で順次アクティブにし、安定した連続点灯表示の錯覚を作り出します。AlInGaP赤色LEDは、明るい環境下でも読み取りが明確に視認できることを保証します。

11. 動作原理の紹介

このディスプレイはLEDマトリクスマルチプレキシングの原理で動作します。内部では、35個の個別のLEDがグリッド状に配置されています。特定の行にあるすべてのLEDアノードは一緒に接続され、特定の列にあるすべてのカソードは一緒に接続されています。行Xと列Yの交点にある特定のドットを点灯させるには、行Xに正電圧を印加し、列Yをグランドに接続します（ピン配置に基づくと、このデバイスはコモンカソード構成のようです）。各行を高速で走査し、その行のパターンに適切な列をアクティブにすることにより、所望の文字形状のすべてのドットを、人間の目が安定した画像として知覚する順序で点灯させることができます。この方法により、制御線の数が35本から12本に削減されます。

12. 技術トレンドと背景

LTP-1557AKRのようなディスプレイは、成熟した信頼性の高い技術を代表しています。高解像度ドットマトリクスやグラフィックOLED/LCDディスプレイが現代のユーザーインターフェースを支配していますが、個別のLED文字ディスプレイは特定のニッチで関連性を保っています。その利点は揺るぎません：極端な耐久性、広い動作温度範囲、高輝度、シンプルなタスクに対する低コスト、そしてインターフェースの簡素さです。このニッチ内でのトレンドは、より高効率なLED（ここで使用されているAlInGaPなど）、自動実装のための表面実装パッケージ、そしてよりシンプルなコントローラインターフェース（例：I2CやSPI）との統合に向かっています。グラフィカルな柔軟性よりも、環境に対する堅牢性と過酷な条件下での長期信頼性が主な懸念事項であるアプリケーションでは、これらが置き換えられる可能性は低いでしょう。