LTP-2058AKD LED表示器データシート - 2.3インチ (58.42mm) 文字高 - 5x8ドットマトリックス - ハイパーレッド (650nm) - 技術文書

1. 製品概要

LTP-2058AKDは、明確で読みやす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。その中核機能は、個別にアドレス可能な発光ダイオード（LED）のグリッドを通じて、ASCIIまたはEBCDICコード化された文字を視覚的に表現することです。

中核的利点とターゲット市場：本デバイスの主な利点は、優れた視認性を提供する実質的な2.3インチ（58.42 mm）の文字高、単一平面設計による広い視野角、およびLED技術に固有のソリッドステート信頼性です。低消費電力要件と標準文字コードとの互換性により、産業用制御パネル、計測器、POS端末、その他耐久性が高くメンテナンスが少なく読みやすい表示が必要な組み込みシステムに適しています。

2. 技術仕様の詳細分析

このセクションでは、データシートで定義されているデバイスの主要な性能パラメータについて客観的な分析を提供します。

2.1 測光・光学特性

光学性能は表示器の機能の中核です。本デバイスは、LEDチップにAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）半導体材料を採用しており、これは不透明なGaAs基板上に形成されています。この技術は、赤橙色スペクトルにおける高い効率で知られています。

• 光度（I_V）：ドットあたりの平均光度は、試験条件I_p=32mA、デューティサイクル1/16において、最小1650 µcd、標準3500 µcdと規定されています。このパラメータは、個々のLEDドットの明るさを定義します。
• 波長特性：
  • ピーク発光波長（λ_p）：650 nm（ナノメートル）。これはLEDが最大の光パワーを発する波長です。
  • 主波長（λ_d）：639 nm。これは人間の目が知覚する単一波長であり、色をハイパーレッドと定義します。
  • スペクトル線半値幅（Δλ）：20 nm。これは発光の波長の広がりを示し、値が小さいほどより純粋で飽和した色を表します。
• 光度整合比（I_V-m）：最大2:1。これは表示の均一性に関する重要なパラメータであり、同じ駆動条件下で、アレイ内の最も暗いドットの明るさが最も明るいドットの明るさの半分以上になることを規定しています。

2.2 電気的パラメータ

電気的限界と動作点を理解することは、信頼性の高い回路設計に不可欠です。

• 絶対最大定格：これらは、一瞬たりとも超えてはならないストレス限界です。
  • ドットあたりの平均消費電力：40 mW。
  • ドットあたりのピーク順電流：90 mA。
  • ドットあたりの平均順電流：25°Cで15 mA、0.2 mA/°Cで直線的に減額します。
  • ドットあたりの逆電圧：5 V。これを超えるとLED接合部が損傷する可能性があります。
• 電気的・光学的特性（T_A=25°C）：これらは標準的な動作パラメータです。
  • 順電圧（V_F）：電流に応じて2.1V（最小）から2.8V（最大）の範囲。20mAで2.6V、80mAで2.8Vが標準値です。
  • 逆電流（I_R）：V_R=5Vで最大100 µA。

2.3 熱特性

熱管理は、減額仕様と温度範囲を通じて示唆されています。

• 動作温度範囲：-35°C から +85°C。デバイスはこの周囲温度範囲内で機能するように設計されています。
• 保存温度範囲：-35°C から +85°C。
• 電流減額：平均順電流定格は、25°Cを超えるごとに1°Cあたり0.2 mA直線的に減少します。これは過熱を防ぐための直接的な熱制限です。
• はんだ付け温度：組立時、実装面から1/16インチ（約1.6mm）下で、3秒間260°Cに耐えます。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、デバイスが光度で分類されていることを示しています。これは、製造されたユニットが測定された光度に基づいて選別（ビニング）されるプロセスを指します。これにより、設計者はアプリケーションに適した一貫した明るさレベルの部品を選択でき、均一な外観が求められる多桁表示において重要です。この文書には特定のビンコードは記載されていませんが、典型的なビンは、類似したI_V values.

4. 性能曲線分析

データシートは標準的な電気的・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、そのような曲線には通常以下が含まれます：

• I-V（電流-電圧）曲線：順電圧（V_F）と順電流（I_F）の関係を示します。非線形であり、しきい電圧（AlInGaP赤色で約1.8-2.0V）を下回るとほとんど電流が流れません。
• 光度 vs. 順電流：光出力が電流とともにどのように増加するかを示し、非常に高い電流で効率が低下する前の推奨動作範囲内ではほぼ線形関係にあります。
• 温度依存性：順電圧が低下し、波長が接合温度の上昇に伴ってわずかにシフトする様子を示す曲線。

これらの曲線は、効率的な定電流ドライバの設計や、様々な熱条件下での性能を理解するために不可欠です。

5. 機械的・パッケージ情報

物理的構造は、フォームファクタと組立インターフェースを定義します。

• パッケージタイプ：14ピンのスルーホールパッケージ。
• マトリックス説明：5列×8行のLEDドットで構成され、すべての英数字といくつかの記号を形成可能なグリッドを形成します。
• 視覚デザイン：グレーの表面（おそらくパッケージエポキシ）と白いセグメント（発光ドット領域）を特徴とし、消灯時には良好なコントラストを、点灯時にはクリーンな外観を提供します。
• スタッキング性：デバイスは水平方向に積み重ねられるように設計されており、ユニットを並べて配置することで多文字表示を作成できます。
• 寸法：すべての寸法はミリメートル単位で、特に指定がない限り一般公差は±0.25 mmです。正確な寸法図はデータシートで参照されています。

5.1 ピン接続と極性

14ピンインターフェースは、マトリックスアドレッシングのためにマルチプレックスされたアノード列とカソード行の方式を使用しており、必要なドライバピンを40（5x8）から13（5+8）に削減します。

ピン配置：ピン1: カソード行6 ピン2: カソード行8 ピン3: アノード列2 ピン4: アノード列3 ピン5: カソード行5 ピン6: アノード列5 ピン7: カソード行7 ピン8: カソード行3 ピン9: カソード行1 ピン10: アノード列4 ピン11: アノード列3 (注: ピン4と重複機能、タイプミスまたは特定の内部接続の可能性) ピン12: カソード行4 ピン13: アノード列1 ピン14: カソード行2

内部回路：内部図は、各LEDドットがアノード列線とカソード行線の交差点で形成される一般的なマトリックス構成を示しています。特定のドットを点灯させるには、対応するアノードピンを（電流制限付きで）ハイに駆動し、対応するカソードピンをローに駆動する必要があります。

6. はんだ付け・組立ガイドライン

提供されている主要な組立仕様は、はんだ付け温度プロファイルです：デバイスは、実装面から1/16インチ（1.6mm）下で測定した場合、3秒間のピーク温度260°Cに耐えることができます。これは標準的な波はんだ付けまたはリフローはんだ付け条件です。設計者は、パッケージの損傷やLEDの劣化を防ぐために、PCB組立プロセスがこの限界に準拠していることを確認する必要があります。

保存条件：部品は、指定された保存温度範囲-35°Cから+85°C内の乾燥環境で保存する必要があり、必要に応じて通常は湿気敏感デバイス（MSD）バッグに入れます。

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

• 産業用HMI：機械の状態表示、PLCオペレータパネル。
• 試験・計測機器：マルチメータ、周波数カウンタ、電源装置のデジタル表示。
• 小売・ホスピタリティ：価格表示、待ち行列管理システム、簡易情報ボード。
• 組み込みシステム：シンプルで堅牢、低消費電力の文字出力が必要な場合。

7.2 設計上の考慮事項

• ドライバ回路：十分なGPIOピンと電流供給・吸収能力を持つマトリックス走査ドライバICまたはマイクロコントローラが必要です。一貫した明るさのため、定電流駆動が推奨されます。
• 電流制限：各LEDセグメントを流れる電流を規定された平均およびピーク限界内に制限するために、外部抵抗または定電流ドライバが必須です。
• マルチプレクシング：マトリックス表示であるため、マルチプレクシング（走査）の原理で動作します。ちらつきを防ぐため、リフレッシュレートは十分に高く（通常>60Hz）なければなりません。デューティサイクルは知覚される明るさとピーク電流要件に影響します。
• 視野角：広い視野角は、オペレータが表示器の真正面にいない可能性のあるアプリケーションに有益です。
• 電源：供給電圧が、LED順電圧（V_F）に加え、電流制限部品およびドライバ回路の電圧降下を克服するのに十分であることを確認してください。

8. 技術比較と差別化

白熱灯や真空蛍光表示管（VFD）などの旧来の技術と比較して、このLEDマトリックスは以下を提供します：

• 優れた信頼性と寿命：フィラメントやガラスエンベロープのないソリッドステート構造により、はるかに長い動作寿命と振動耐性を実現。
• 低消費電力：特に低輝度レベルで。
• 高速応答時間：瞬時オン/オフ機能。
• 広い動作温度範囲：過酷な環境に適しています。

最新のグラフィックOLEDやTFTモジュールと比較して、以下です：

• インターフェースがよりシンプル：必要な制御ラインが少なく、ソフトウェアもシンプル。
• より堅牢でコスト効率が高いシンプルな文字のみのアプリケーション向け。
• 高い可読性高いコントラストと自発光性により、高周囲光条件下でも。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: 単一ドットの適切な電流制限抵抗はどのように計算しますか？A: オームの法則を使用します：R = (V_電源- V_F) / I_F。例えば、5V電源、20mAでの標準V_F2.6Vの場合：R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 Ω。電流が限界を超えないようにするため、保守的な設計にはデータシートの最大V_Fを使用してください。

Q2: 光度の試験条件にある1/16 DUTYとはどういう意味ですか？A: これは、LEDが全走査サイクル時間の1/16の間パルス点灯された状態で測定が行われたことを意味します。マルチプレックスされた5x8マトリックスでは、一般的な走査方式は一度に1行をアクティブにします。8行すべてを走査する場合、各行のデューティサイクルは1/8です。1/16デューティは、異なる走査パターン、またはピークパルス電流が高く平均電力が限界内に保たれる測定条件を示唆しています。実際の動作デューティサイクルはドライバ設計に依存します。

Q3: これらの表示器を並列接続して多桁ユニットを作成できますか？A: これらは水平方向に積み重ねられるように設計されています。つまり、複数のユニットをPCB上で隣り合わせに配置します。各ユニットに完全な5x8マトリックスが含まれているため、単純にピンを並列接続することはできません。各表示器には独自の列ドライバセットが必要ですが、行ドライバは多桁設計においてすべてのユニット間で共有されることが多く、走査回路を簡素化します。

Q4: 主波長（639nm）がピーク波長（650nm）と異なるのはなぜですか？A: これは人間の目の分光感度特性によるものです。LEDは650nm（ピーク）を中心とする波長範囲で光を発します。しかし、人間の目は555nm（緑）付近の波長により敏感で、深紅にはあまり敏感ではありません。主波長は、標準的な人間の観察者にとってLEDの広いスペクトル出力と同じ色に見える純粋な単色光の単一波長を見つけることによって計算されます。これは知覚される色点です。

10. 動作原理の紹介

LTP-2058AKDはアクティブマトリックスLED表示器です。その基本原理は、半導体P-N接合からのエレクトロルミネセンスです。アノード（列）とカソード（行）間にダイオードのしきい値を超える順電圧が印加されると、電子と正孔が活性AlInGaP層で再結合し、材料のバンドギャップによって決定される波長で光子（光）としてエネルギーを放出します。5x8マトリックス配置により、1つの列（電源）と1つの行（グランドパス）の正しい組み合わせを選択することで、40個のドットのいずれも個別にアドレス可能です。マルチプレクシングは行を高速に走査し、各行に必要な列を点灯させることで、安定した完全に点灯した文字の錯覚を作り出します。

11. 技術トレンド

LTP-2058AKDのような個別LEDドットマトリックス表示器は、特定の堅牢性やコスト重視のアプリケーションでは依然として関連性がありますが、表示技術のより広範なトレンドは、より高い集積度と機能性に向かっています。表面実装デバイス（SMD）LEDアレイや統合LEDドライバモジュールがより一般的になりつつあります。さらに、グラフィックスやより複雑な文字が必要なアプリケーションでは、セグメントLED表示器、OLED、小型TFT LCDがより大きな柔軟性を提供します。マトリックスアドレッシングの原理は基本的なままですが、実装はチップオンボード（COB）設計やI2CやSPIなどのインターフェースに向かっており、直接GPIOマトリックス駆動と比較して部品点数を減らし、システム設計を簡素化しています。