LTP-2088AKD 8x8 ドットマトリクスLED表示器 データシート - 2.3インチ高 - AlInGaP ハイパーレッド - 2.6V順電圧 - 40mW消費電力 - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTP-2088AKDは、英数字および記号情報の表示を目的とした、単一プレーン型の8x8ドットマトリクスLED表示モジュールです。その主な機能は、電子システムにおいて信頼性の高い低消費電力の視覚出力インターフェースを提供することです。本デバイスの核心的な利点は、性能と効率のバランスに優れたAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）ハイパーレッドLEDチップの採用にあります。表示部はグレーの面に白いセグメントを配し、コントラストと視認性を高めています。輝度でカテゴライズされており、製造ロット間で輝度の一貫性が確保されています。水平方向に積み重ねることが可能で、複雑なインターフェースを必要とせずに、より広いマルチキャラクタ表示器を構築できます。USASCIIやEBCDICなどの標準文字コードとの互換性があり、シンプルなテキスト出力を必要とする様々なデジタルシステムへの統合に柔軟に対応します。

2. 技術仕様詳細

2.1 光学特性

光学性能は周囲温度（T_A）25°Cで定義されています。主要パラメータである平均光度（I_V）は、試験条件I_p=32mA、デューティサイクル1/16において、代表値が3500 µcd（マイクロカンデラ）です。規定の最小値は1650 µcdであり、最大値の制限は記載されていません。これは最低輝度閾値を満たすことに焦点が置かれていることを示唆しています。本デバイスは赤色スペクトルを発光し、ピーク発光波長（λ_p）は650 nm、主波長（λ_d）は639 nm（I_F=20mAで測定）です。スペクトル純度はスペクトル線半値幅（Δλ）20 nmで示されています。マルチドット表示器にとって重要なパラメータは、光度マッチング比（I_V-m）であり、最大2:1と規定されています。これは、同じ動作条件下において、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。

2.2 電気的特性

電気的パラメータもT_A=25°Cで規定されています。単一LEDドットの順方向電圧（V_F）は、I_F=20mAにおいて代表値2.6V、より高いパルス電流I_F=80mAにおいて最大2.8Vです。最小V_Fは20mAで2.1Vです。逆方向電流（I_R）は、逆方向電圧（V_R）5V印加時に最大100 µAに制限されており、良好なダイオード特性を示しています。

2.3 絶対最大定格

これらの定格は、これを超えると永久的な損傷が発生する可能性のある応力限界を定義します。ドットあたりの平均消費電力は40 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。ドットあたりの平均順方向電流は25°Cで15 mAであり、デレーティング係数は0.2 mA/°Cです。これは、周囲温度が25°Cを超えて上昇すると、許容される連続電流が減少することを意味します。ドットあたりの最大逆方向電圧は5Vです。動作温度範囲は-35°Cから+85°C、保管温度範囲も同様です。はんだ付け性は、ウェーブまたはリフロー工程に対して規定されています：デバイスは、パッケージのシーティングプレーンから1/16インチ（約1.59 mm）下の点で、260°C、3秒間耐えることができます。

3. 機械的仕様およびパッケージ情報

表示器のマトリクス高さは2.3インチ（58.42 mm）です。パッケージ寸法は、すべての寸法をミリメートルで示した詳細図面で提供されています。これらの寸法の製造公差は、図面に特に記載がない限り±0.25 mm（または±0.01インチ）です。このレベルの精度は、パネルや筐体への機械的な嵌め合わせにおいて重要です。

4. ピン接続および内部回路

本デバイスはインターフェース用に16ピン構成を採用しています。ピン配置はX-Yマトリクス駆動用に設計されています。ピン1-4および9-12は、それぞれ列1-4および8-5のアノードです。ピン5-8および13-16は、それぞれ行5-8および4-1のカソードです。この特定の配置は、正しい駆動回路を設計する上で極めて重要です。内部回路図は、64個のLED（8行×8列）が行に対してコモンカソード構成で配置されていることを示しています。これは、特定のドットを点灯させるには、対応する列のアノードをハイ（正電圧印加）に駆動し、その行のカソードをロー（グランド）に駆動する必要があることを意味します。パターンを表示するために、行または列を走査するマルチプレクシング技術が使用されます。

5. ビニングシステムの説明

データシートは、本デバイスが輝度でカテゴライズされていると明記しています。これは、製造されたユニットを標準試験条件下で測定された光出力（単位：µcd）に基づいて選別するビニングプロセスを示しています。特定の輝度範囲内に収まるユニットはグループ化されます。これにより、設計者は特定の用途に対して一貫した輝度を持つ表示器を選択でき、製品内の異なるユニット間で目立つばらつきを防ぐことができます。この文書では詳細には触れていませんが、この種の表示器の典型的なビニングでは、いくつかの輝度グレード（例：高輝度、標準輝度）が設定される場合があります。

6. 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。これらのグラフは、通常より完全なデータシートバージョンに含まれており、主要パラメータ間の関係を視覚的に表します。想定される曲線には以下が含まれます：順方向電流対順方向電圧（I-V曲線）は指数関数的関係を示し、ドライバ電圧の計算を可能にします。光度対順方向電流は、光出力が電流とともに増加する様子を示し、高電流ではしばしばサブリニアな傾向を示します。光度対周囲温度は、温度上昇に伴う出力の低下を示します。また、650 nmを中心とする波長全体での相対パワーを示すスペクトル分布曲線も含まれる可能性があります。これらの曲線を分析することは、駆動条件を最適化し、非標準温度下での性能を理解するために不可欠です。

7. 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、はんだ付け温度の絶対最大定格です：パッケージシーティングプレーンから1.59mm（1/16インチ）下の点で測定して、260°C、3秒間。これはウェーブまたはリフローはんだ付け工程の標準的な定格です。設計者は、内部LEDチップ、ワイヤーボンディング、またはプラスチックパッケージへの損傷を防ぐために、はんだ付けプロファイルがこの制限を超えないことを確認する必要があります。手はんだ付けの場合は、温度制御されたはんだごてを使用し、接触時間を最小限に抑えるべきです。LEDは静電気に敏感であるため、組立中は常に適切なESD（静電気放電）取り扱い手順に従う必要があります。

8. アプリケーション提案

8.1 典型的なアプリケーションシナリオ

この8x8ドットマトリクスは、コンパクトで低解像度のテキストまたはシンプルなグラフィックスを必要とするアプリケーションに最適です。一般的な用途には以下が含まれます：ステータスコードやシンプルなメッセージを表示する産業用制御パネル、数値や単位を表示する試験・測定機器、シンプルなスコアボードや情報表示などの民生電子機器、マイクロコントローラインターフェースやマルチプレクシングを学ぶための教育用キット。

8.2 設計上の考慮事項

駆動回路：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ドライバIC（定電流出力付きシフトレジスタなど）が必要です。回路は、8行（または列）を循環するマルチプレクシングを実装する必要があります。
電流制限：順方向電流を設定し、絶対最大定格を超えないようにするために、各アノード列（または設計に応じて各ドット）に抵抗または定電流ドライバが必須です。
消費電力：マルチプレクシング方式では、ドットあたり40mWおよび平均電流15mAの制限を遵守する必要があります。例えば、デューティサイクル1/8のマルチプレクスでは、ドットあたりの瞬時電流は15mAを超えることができますが、*平均*電流は全サイクルにわたって計算し、制限内に収める必要があります。
視野角：広視野角機能は有益ですが、光の正確な角度分布は規定されていません。広視野角を必要とするアプリケーションでは、試作品評価が推奨されます。
積み重ね：水平方向の積み重ね機能により、マルチディジット表示器の作成が簡素化されます。モジュール間の機械的な位置合わせと電気的接続を計画する必要があります。

9. 技術比較および差別化

LTP-2088AKDの主要な差別化要因は、AlInGaPハイパーレッド技術の採用です。標準的なGaAsP（ガリウムヒ素リン）赤色LEDなどの旧来技術と比較して、AlInGaPは著しく高い発光効率を提供します。これは、同じ電気量に対してより多くの光（より高い光度）を生成できることを意味し、その低消費電力機能に直接貢献します。また、一般的に温度や寿命にわたる波長安定性も優れています。グレーの面／白いセグメントの設計は、特に高い周囲光条件下で、全面赤色または全面緑色のパッケージと比較してコントラストを向上させます。明示的な輝度カテゴライズ（ビニング）は、均一性を必要とするアプリケーションにおいて利点となります。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: ピーク発光波長（650nm）と主波長（639nm）の違いは何ですか？
A: ピーク波長は、スペクトル出力における最大パワーの点です。主波長は、LEDの出力と同じ知覚色（色相）を生成する単色光の単一波長です。この違いは、ある幅を持つLEDのスペクトル曲線の形状によるものです。

Q: ドットに必要な直列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_supply- V_F) / I_F。電源5V、代表V_F2.6V、希望I_F20mAの場合：R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 Ω。電流が目標値を決して超えないようにする保守的な設計のためには、最大V_F（2.8V）を使用してください。

Q: 電流制限なしで定電圧で駆動できますか？
A: できません。LEDの順方向電圧には公差があり、温度とともに低下します。V_F付近の定電圧は、熱暴走を引き起こす可能性があります。電流の増加がLEDを加熱し、V_Fを下げ、さらに電流を増加させ、故障に至ります。常に電流制限を使用してください。

Q: 2:1の光度マッチング比は、私の設計にとって何を意味しますか？
A> 視覚的な均一性を保証します。最悪の場合、あるドットが別のドットの2倍明るくなる可能性があります。ほとんどの英数字表示器では、この比率は許容範囲内であり、気を散らすものではありません。正確なグレーレベルを必要とするグラフィックスの場合は、考慮すべき点となる可能性があります。

11. 設計および使用事例

シナリオ：温度コントローラ用の4文字英数字表示器の構築。
設計：4つのLTP-2088AKDモジュールを水平に積み重ねます。単一のマイクロコントローラ（例：ATmega328P）を使用します。I/Oが限られているため、2つの8ビットシリアルイン／パラレルアウトシフトレジスタ（74HC595など）を使用して、32列のアノード（8列×4表示器）を駆動します。8行のカソード（積み重ねにより全表示器で共通）は、オープンドレイン／シンク出力として設定された8つのマイクロコントローラピンによって直接駆動され、それぞれがより高い電流容量のためにトランジスタを備えています。
ソフトウェア：ファームウェアはマルチプレクシングルーチンを実装します。1行分のパターンを設定し（シフトレジスタ経由）、その対応する行カソードのみをアクティブ（グランド）にします。すべての8行を高速に（例：1-2 kHzの走査速度で）循環させます。残像効果により、安定した画像の錯覚が生まれます。
電流計算：1行のすべてのドットを最大輝度で表示する場合、ドットあたりの瞬時電流は25mAに設定される可能性があります。デューティサイクル1/8では、ドットあたりの平均電流は25mA / 8 = 3.125mAとなり、平均定格15mAを大幅に下回ります。1行全体が点灯したときの総供給電流のピークは：8ドット/表示器 * 4表示器 * 25mA = 800mAです。電源および行駆動トランジスタはこれに応じてサイズを決定する必要があります。

12. 動作原理

LTP-2088AKDは、半導体p-n接合におけるエレクトロルミネッセンスの原理に基づいています。AlInGaP材料系は直接遷移型半導体です。順方向バイアス（アノードがカソードに対して正電圧）が印加されると、n型領域からの電子とp型領域からの正孔が活性領域に注入されます。これらの電荷キャリアが再結合すると、光子（光）の形でエネルギーを放出します。アルミニウム、インジウム、ガリウム、リンの特定の組成がバンドギャップエネルギーを決定し、それが今度は発光の波長（色）を決定します—この場合、約650 nmの赤色です。不透明なGaAs基板は光を上方に反射するのに役立ち、チップ上面からの外部光取り出し効率を向上させます。8x8マトリクスは、単一パッケージ内に64個のこれらの微小LEDチップを行列グリッドパターンで個別に配線することで形成されています。

13. 技術トレンド

LTP-2088AKDのような個別のドットマトリクス表示器は、成熟した技術を代表しています。現在の表示技術のトレンドは、より高い集積度と異なるフォームファクタに向かっています。内蔵コントローラ（I2CまたはSPIインターフェース）を備えた統合型LEDドットマトリクスモジュールがより一般的になりつつあり、エンドユーザーの設計作業を簡素化しています。小さな英数字表示を必要とする新しい設計では、セグメントLCDやOLEDが、多くの場合、より低い消費電力とより柔軟なフォーマットを提供します。しかし、従来のLEDドットマトリクスは、特定のニッチにおいて利点を保持しています：屋外または高周囲光下での視認性のための極めて高い輝度、広い動作温度範囲、長寿命、過酷な産業環境での堅牢性。基礎となるAlInGaP LEDチップ技術は継続的に改善されており、効率（ルーメン毎ワット）の向上と色純度の改善に向けた研究が進行中であり、これはマトリクス表示器を含むすべての赤色LEDアプリケーションに利益をもたらします。