LTP-15801KD 16セグメント英数字LEDディスプレイ データシート - 1.5インチ桁高 - ハイパーレッド (650nm) - 2.6V順電圧 - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTP-15801KDは、単桁の16セグメント英数字発光ダイオード（LED）表示モジュールです。その主な機能は、電子機器や計測器に対して、明確で視認性の高い数値および限定的なアルファベット文字の出力を提供することです。中核技術として、高効率と高輝度で知られるハイパーレッド発光を実現するAlInGaP（アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン）半導体材料を採用しています。デバイスは白いセグメントマーキングを施した黒い表面を特徴とし、様々な照明条件下でのコントラストと可読性を向上させています。輝度に基づいてカテゴライズされており、外観の均一性が重要なアプリケーションにおいて、生産ロット間で一貫した明るさを確保できます。

2. 技術パラメータ詳細解釈

2.1 測光・光学特性

光学性能は、周囲温度（Ta）25°C、セグメントあたり順電流（IF）20mAの標準テスト条件で定義されています。主要パラメータである平均光度（Iv）の代表値は27.3ミリカンデラ（mcd）です。この値は点灯セグメントの知覚される明るさを表します。デバイスはピーク発光波長（λp）650ナノメートル（nm）で発光し、これは可視スペクトルの深赤色領域に該当します。主波長（λd）は639 nmと規定されています。スペクトル半値幅（Δλ）は20 nmであり、これは発光帯のスペクトル純度または狭さを示しています。光度マッチング比は2:1（最大）と規定されており、単一ユニット内で最も明るいセグメントと最も暗いセグメントの輝度差がこの比率を超えないことを意味し、視覚的な均一性を保証します。

2.2 電気的特性

電気的特性は、信頼性の高い使用のための動作限界と条件を定義します。絶対最大定格は境界を設定します：セグメントあたり最大消費電力70 mW、パルス条件下（1/10デューティサイクル）でのピーク順電流90 mA、25°Cにおけるセグメントあたり最大連続順電流25 mA（この温度以上では0.33 mA/°Cで線形に減額）。セグメントあたりの最大逆電圧（VR）は5Vです。通常動作条件（IF=20mA）下では、セグメントあたりの代表順電圧（VF）は2.6V、最大5.2Vです。逆電流（IR）はVR=5Vで最大100 µAです。これらのパラメータは、電流制限回路の設計と、LEDが早期故障を引き起こす可能性のある条件にさらされないことを保証するために極めて重要です。

2.3 熱・環境仕様

デバイスの動作温度範囲は-35°Cから+85°C、保管温度範囲も同様です。この広い範囲により、民生用および産業用環境の両方での使用に適しています。重要な取り扱い仕様は、部品の実装面から1.6mm（1/16インチ）下の点で測定した、最大260°C、最大3秒間のはんだ付け温度です。このリフローはんだ付けプロファイルを遵守することは、LEDチップ、内部ボンディング、およびプラスチックパッケージへの熱ダメージを防ぐために不可欠です。

3. 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ことを示しています。これは、製造されたユニットを標準テスト電流における測定輝度出力に基づいて選別（ビニング）する生産工程を指します。この文書では具体的なビンコードは詳細に記載されていませんが、このようなシステムにより、設計者は一貫した輝度レベルのディスプレイを調達できることが保証されます。これは、複数桁のディスプレイや複数のユニットを並べて使用する製品において特に重要であり、個々の桁やデバイス間の輝度の目立つばらつきを防ぎます。

4. 性能曲線分析

データシートは、LED部品に標準的な代表的な電気的・光学的特性曲線を参照しています。提供されたテキストには具体的なグラフは再現されていませんが、これらの曲線は通常、順電流（IF）と順電圧（VF）の関係、輝度（Iv）と順電流（IF）の関係、および輝度の周囲温度による変化を示しています。これらの曲線は設計者にとって非常に貴重です。VF-IF曲線は適切な駆動電圧と直列抵抗の選択に役立ちます。Iv-IF曲線は電流の増加に伴う輝度の上昇を示しますが、同時に収穫逓減点と発熱の増加も強調します。Iv-Ta曲線はLEDの負の温度係数を実証し、接合温度が上昇すると光出力が減少することを示し、熱管理の決定に情報を提供します。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 寸法と外形

パッケージはスルーホールタイプ（DIP）のディスプレイです。すべての主要寸法はミリメートル単位で提供され、特に指定がない限り一般的な公差は±0.25 mmです。主要な特徴は1.5インチ（38 mm）の桁高であり、表示される文字の物理的なサイズを定義します。図面には、セグメントレイアウト（A1, A2, B, C, D1, D2, E, F, G1, G2, H, I, J, K, L, M）およびプリント回路基板（PCB）上のデバイスの全体のフットプリントが詳細に示されています。

5.2 ピン配置と極性識別

デバイスは17ピン構成です。ピン1はコモンアノードとして識別されます。これは重要な極性識別子です。他のすべてのピン（2から17）は、個々のセグメントまたは小数点のカソードです。内部回路図はコモンアノード構成を確認しており、すべてのLEDセグメントのアノードが内部で共通ピン（ピン1）に接続されていることを意味します。セグメントを点灯させるには、コモンアノードピンを正電圧（電流制限抵抗を介して）に接続し、対応するカソードピンをグランド（ロジックロー）に落とす必要があります。ピン接続表は、各カソードピン番号と対応するセグメント（例：ピン2 = G1、ピン3 = Eなど）を明示的にマッピングしています。右側の小数点もパッケージに統合されています。

6. はんだ付けと組立ガイドライン

主要な組立指示は、はんだ付けプロセスに関するものです。絶対最大定格に記載されているように、部品は最大260°Cのはんだ（リフロー）温度を3秒間まで耐えることができます。これは、鉛フリーはんだを使用した波はんだ付けまたはリフローはんだ付けプロセスの標準プロファイルです。プラスチックハウジングの歪み、変色、または割れを防ぎ、内部ワイヤボンディングおよび半導体ダイを熱ストレスから保護するために、組立中の時間と温度を制御することが不可欠です。はんだごてによる手はんだ付けも、局所的な過熱を避けるために、迅速かつ制御された熱量で行う必要があります。

7. 梱包と発注情報

具体的な型番はLTP-15801KDです。LTP接頭辞はおそらく製品ファミリー（LEDディスプレイ）を表し、15801は1.5インチサイズと16セグメントタイプを示し、KDは色（ハイパーレッド）およびおそらくコモンアノード構成を示す接尾辞である可能性があります。データシートには、バルク梱包（例：チューブ、トレイ、リール）や最小発注数量の詳細は記載されていません。生産のためには、メーカーまたはディストリビューターの梱包仕様を参照する必要があります。

8. アプリケーション提案

8.1 代表的なアプリケーションシナリオ

このディスプレイは、単一の視認性の高い桁または文字を必要とするアプリケーションに適しています。一般的な用途には、電圧、電流、または温度表示用のパネルメーター、デジタルクロックまたはタイマー、産業用制御パネル、試験・測定機器、および単一パラメータを表示する電子レンジやオーディオアンプなどの民生家電が含まれます。

8.2 設計上の考慮事項

駆動回路：コモンアノードディスプレイには、電流シンク駆動が必要です。各セグメントカソードは、アクティブ時に必要な電流（例：20mA）をシンクできるドライバに接続する必要があります。コモンアノードは通常、電流制限抵抗を介して正電源に接続されます。あるいは、温度に対する輝度の均一性と安定性を向上させるために、定電流ドライバICを使用することもできます。
マルチプレクシング：これは単桁ディスプレイですが、複数桁を使用する場合にも原理は適用されます。すべての桁のセグメントを並列に接続し、各桁のコモンアノードを高周波で順次駆動することができます。これにより、必要なドライバピン数を大幅に削減できます。
電流制限：順電流を設定するために、コモンアノードと直列に外部抵抗が必須です。抵抗値は R = (Vcc - VF) / IF で計算されます。ここで、Vccは電源電圧、VFはLEDの順電圧（安全のために最大値を使用）、IFは所望の順電流（例：20mA）です。
視野角：データシートは広い視野角を謳っており、ディスプレイが軸外位置から見られる可能性のあるアプリケーションに有益です。

9. 技術比較

LTP-15801KDの主な差別化要因は、ハイパーレッド発光にAlInGaP（アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン）技術を使用している点です。従来の標準GaAsP（ガリウム砒素リン）赤色LEDと比較して、AlInGaP LEDは著しく高い発光効率を提供し、同じ電気量に対してより多くの光（高いmcd）を生成します。また、一般的に温度安定性が良く、動作寿命も長い傾向があります。より単純な7セグメントディスプレイとは対照的に、16セグメント設計により、より完全な英数字キャラクタセット（A-Z、0-9、および一部の記号）の表現が可能となり、純粋な数字表示よりも汎用性が高まります。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: ピーク波長（650nm）と主波長（639nm）の違いは何ですか？
A: ピーク波長は、発光スペクトルの強度が最大となる波長です。主波長は、LEDの実際の広帯域スペクトル出力と同じ知覚色を生成する単色光の単一波長です。赤色LEDの場合、主波長はピーク波長よりもわずかに短いことが多いです。

Q: 最大連続電流が25mAなのに、ピークパルス電流が90mAなのはなぜですか？
A: 連続電流は、デバイスの熱放散能力によって制限されます。25mAでは、消費電力（VF * IF）は70mWの制限内です。パルス電流（1/10デューティサイクルで90mA）は、時間平均電力が低いため過熱を防ぎながら、より高い瞬間輝度（輝度は電流にほぼ比例するため）を可能にします。LED接合部はパルス間で冷却する時間があります。

Q: このディスプレイをマイクロコントローラに接続するにはどうすればよいですか？
A: ピン数と電流制限のため、17ピンを標準MCUに直接接続することはできません。外部駆動回路を使用する必要があります。一般的なアプローチは、定電流シンクを備えた専用LEDドライバIC（MAX7219など）またはMCUのGPIOピンで制御されるトランジスタアレイ群（ULN2003など）を使用することです。ドライバはカソードの電流シンクを処理し、コモンアノードは抵抗を介して電源が供給されます。

11. 実用的な使用例

単桁DC電圧計の設計：実用的なアプリケーションとして、0-9.9V電圧計の構築があります。LTP-15801KDは10の位の桁（0-9）を表示できます。これはマイクロコントローラ（例：ArduinoやPIC）によって駆動されます。MCUはADCを介してアナログ電圧を読み取り、スケーリングし、どのセグメントを点灯させて正しい数字を形成するかを決定します。16セグメントにより、数字の明確なレンダリングが可能です。前述の駆動回路は、MCUの低電流デジタル出力をLEDのより高い電流要件にインターフェースします。ハイパーレッド色は優れた視認性を提供します。電流制限抵抗をディスプレイの近くに配置し、アナログ読み取りに影響を与えるノイズを避けるためにクリーンな電源ラインを確保するよう、PCBレイアウトに注意する必要があります。

12. 動作原理の紹介

LEDは半導体ダイオードです。アノードとカソード間に特性順電圧（VF）を超える順電圧が印加されると、n型半導体材料からの電子が活性領域（接合部）でp型材料からの正孔と再結合します。この再結合により、光子（光）の形でエネルギーが放出されます。発光の特定の波長（色）は、半導体材料のエネルギーバンドギャップによって決定されます。AlInGaPは赤/オレンジ/黄色光に対応するバンドギャップを持っています。この16セグメントディスプレイでは、複数の個別のAlInGaP LEDチップがパッケージ内に実装されており、それぞれが文字の1セグメントを形成しています。これらは、駆動を簡素化するためにコモンアノード構成で電気的に接続されています。

13. 技術トレンド

LTP-15801KDのようなスルーホールディスプレイは、試作、ホビイストプロジェクト、および特定の産業用途において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表面実装デバイス（SMD）パッケージに向かっています。SMD LEDはフットプリントが小さく、プロファイルが低く、自動ピックアンドプレース組立により適しており、製造コストを削減します。英数字表示に関しては、ドットマトリックスパネル（グリッド内の多くの小さなLEDを使用）が、グラフィック表示とより広いキャラクタセットの柔軟性を提供するため、より一般的になっています。さらに、有機LED（OLED）ディスプレイは現在、民生電子機器で一般的であり、優れたコントラスト、視野角、薄さを提供しますが、技術とアプリケーションは個別のLEDセグメントディスプレイとは大きく異なります。AlInGaP材料システム自体は、従来のLED材料よりも進歩しており、より高い効率と信頼性を提供します。