LTP-22801JF 17セグメント英数字LED表示器 データシート - 2.24インチ 桁高 - AlInGaP イエローオレンジ - 5.2V 順方向電圧 - 技術文書

1. 製品概要

LTP-22801JFは、明確で明るく信頼性の高い文字表示を必要とするアプリケーション向けに設計された、高性能な単一桁英数字表示モジュールです。その主な機能は、従来の7セグメント表示器よりも高い柔軟性を提供する17セグメント構成を用いて、英数字（A-Zのアルファベット、0-9の数字、および一部の記号）を表示することです。

このデバイスの核心的な利点は、LEDチップにアルミニウム・インジウム・ガリウム・リン（AlInGaP）半導体材料、特にイエローオレンジ色を採用している点にあります。AlInGaP技術は、その高い発光効率と、アンバーから赤色スペクトルにおける優れた性能で知られています。表示器は黒い面に白いセグメントを備えており、様々な環境光条件下でも最適な視認性を実現する高いコントラスト比を提供します。本デバイスは光度で分類されており、生産ロット間で一貫した輝度レベルが保証されています。

ターゲット市場には、産業用制御パネル、試験・計測機器、医療機器、計器、および状態表示、データ読み出し、ユーザーインターフェースフィードバックのために単一の高い視認性を持つ桁を必要とするあらゆる組込みシステムが含まれます。

2. 技術仕様の詳細

2.1 測光・光学特性

光学性能は表示器の機能の中心です。セグメントあたりの標準試験電流20mA、周囲温度25℃において、本デバイスは典型的な平均光度41.6ミリカンデラ（mcd）を提供します。より高い電流40mAで駆動した場合、この値は典型的に72.8 mcdまで増加し、電流に対する光出力の良好な直線性を示します。

色特性は特定の波長によって定義されます。ピーク発光波長（λp）は典型的に611ナノメートル（nm）であり、可視スペクトルの黄色-橙色領域に確実に位置します。知覚される色により密接に関連する主波長（λd）は、典型的に605 nmです。スペクトル線半値幅（Δλ）は17 nmであり、スペクトルの広がりが最小限の、比較的純粋で飽和した色を示しています。セグメント間の光度マッチングは最大2:1の比率で規定されており、文字全体にわたる均一な外観を保証します。

2.2 電気的特性

電気的特性は、表示器の動作限界と条件を定義します。絶対最大定格は、永久的な損傷が発生する可能性のある限界値を提供します。セグメントあたりの最大連続順方向電流は24 mAで、25℃以上では0.31 mA/℃の線形デレーティング係数が適用されます。デューティ比1/10、パルス幅1.0msのパルス動作では、セグメントあたりのピーク順方向電流は60 mAに達することができます。連続動作時のセグメントあたりの最大電力損失は134 mWです。

典型的な動作条件（IF=20mA）下では、セグメントあたりの順方向電圧（VF）は最小4.1Vから最大5.2Vの範囲にあり、典型的な値はこの範囲内で期待されます。この比較的高い順方向電圧はAlInGaP LEDの特徴です。セグメントあたりに印加可能な最大逆電圧（VR）は10Vで、その条件下での最大逆電流（IR）は100 μAです。

2.3 熱的・環境仕様

本デバイスの動作温度範囲は-35℃から+85℃に定格されており、産業用冷蔵庫から熱源付近の機器まで、多様な環境に適しています。保存温度範囲も同様です。組み立てにおける重要なパラメータははんだ付け温度定格です：本デバイスは、パッケージの実装面から1.6mm（1/16インチ）下の点で測定して、最大260℃の最高はんだ付け温度を最大3秒間耐えることができます。この情報は、PCB組立時のリフローはんだ付けプロファイルを定義する上で極めて重要です。

3. 機械的・パッケージ情報

3.1 物理的寸法と外形

表示器の桁高は2.24インチ（57.0 mm）で、遠方からも明確に見える大型表示器に分類されます。パッケージ寸法は詳細な図面で提供されています。特に指定のない限り、すべての重要な寸法はミリメートルで規定され、標準公差は±0.25 mmです。エンジニアは正確なPCBフットプリント設計のためにこの図面を参照し、適切なクリアランスと位置合わせを確保する必要があります。

3.2 ピン構成と回路図

LTP-22801JFはコモンアノードデバイスです。シングルロー構成で19ピンを備えています。内部回路図から、17のセグメント（A1, A2, B, C, D1, D2, E, F, G1, G2, H, I, J, K, L, M）と小数点（DP）が個々のLEDであることがわかります。コモンアノードピン（ピン1とピン11）は内部で接続されており、正の供給電圧を接続するための2点を提供します。これは電流分配とPCBレイアウトに役立ちます。各セグメントのカソードは専用のピン（ピン2-10, 12-19）を持っています。この構成により、各セグメントを個別にマルチプレックス制御することが可能です。

4. アプリケーションガイドラインと設計上の考慮事項

4.1 表示器の駆動

コモンアノード表示器として、アノード（ピン1 & 11）は電流制限方式を介して正の供給電圧に接続する必要があります。各カソードピンは、通常マイクロコントローラのポートピンまたは専用のドライバIC（シフトレジスタやセグメントドライバなど）によって個別に駆動されなければなりません。ドライバは、アクティブ時（カソードがローにプルされたとき）に必要なセグメント電流をシンクできる能力が必要です。順方向電圧（4.1V-5.2V）は、ロジック電圧レベルとドライバICを選択する際に考慮する必要があります。5Vシステムが一般的に使用されます。

電流制限：外部の電流制限抵抗は、各セグメントごと、またはより一般的にはマルチプレクシングを行う場合は各コモンアノードノードごとに必須です。抵抗値（R）はオームの法則を用いて計算できます：R = (Vcc - VF) / IF。ここで、Vccは供給電圧、VFはLEDの順方向電圧（安全のために最大値を使用）、IFは所望の順方向電流（例：20mA）です。最大VFを使用することで、デバイスのばらつきがあっても輝度の一貫性を確保できます。

4.2 マルチプレクシングに関する考慮事項

複数桁アプリケーションやマイクロコントローラのピン数を削減するために、この単一桁表示器をマルチプレックス配列に統合することができます。マルチプレックス構成では、複数桁のコモンアノードが一緒に接続され（桁1のアノード、桁2のアノードなど）、対応するセグメントのカソードも一緒に接続されます（すべての'A'セグメント、すべての'B'セグメントなど）。桁は高速に順番に点灯されます。マルチプレクシング時には、ピークパルス電流定格（デューティ比1/10で60mA）が関連してきます。平均電流は連続定格を超えてはならないため、パルス電流はより高くすることができます。例えば、デューティ比1/4で40mAで駆動すると、平均電流は10mAになります。

4.3 熱管理とPCBレイアウト

個々のセグメントの電力損失は低いですが、完全に点灯した桁（すべての17セグメント + DPが20mA、約4.5V）の総電力は1.5Wに近づく可能性があります。特に高い周囲温度やより高い電流で駆動する場合には、十分なPCBの銅面積と、場合によってはパッケージ下の熱ビアが放熱のために必要になるかもしれません。すべてのピンで良好なはんだ接合を確保することも、LEDチップからの熱伝導にとって極めて重要です。

5. 性能分析と特性曲線

データシートは、非標準条件下でのデバイス挙動を理解するために不可欠な、典型的な電気的・光学的特性曲線を参照しています。提供されたテキストでは具体的なグラフは詳細に記述されていませんが、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：

• 相対光度 vs. 順方向電流（I-V曲線）：このグラフは、光出力が電流とともにどのように増加するかを示します。低電流では一般的に線形ですが、熱効果により高電流では飽和する可能性があります。
• 順方向電圧 vs. 順方向電流：指数関数的関係を示し、表で規定されたVF範囲を確認します。
• 相対光度 vs. 周囲温度：AlInGaP LEDの場合、光度は接合温度が上昇するにつれて典型的に減少します。この曲線は、全温度範囲で動作するアプリケーションにとって重要です。
• スペクトル分布：強度対波長のプロットで、約611nmでのピークと半値幅を示します。

設計者は、これらの曲線を使用して、温度や駆動電流変動の影響を考慮し、特定のアプリケーションにおける性能を予測する必要があります。

6. 比較と技術的背景

6.1 AlInGaP対その他のLED技術

不透明なGaAs基板上でのAlInGaPの使用は、重要な差別化要因です。従来のGaAsPやGaP技術と比較して、AlInGaPはアンバー-赤色範囲で著しく高い発光効率と優れた温度安定性を提供します。一部の表示器で使用される蛍光体変換白色LEDと比較して、AlInGaPは蛍光体変換の複雑さや効率損失なしに純粋で飽和した色を提供し、より高いコントラストと潜在的に長い寿命をもたらします。

6.2 17セグメント対7セグメントおよびドットマトリックス

17セグメント表示器（スターバースト表示器と呼ばれることもあります）は、7セグメント表示器と完全なドットマトリックス表示器の中間に位置します。7セグメント表示器よりもはるかに広範囲の英数字をより明確に表示でき（例：'S'と'5'を区別、'M'、'W'、'K'を適切に表示）、高解像度のドットマトリックスパネルよりもはるかに少ない制御線で済み、駆動も簡単です。LTP-22801JFは、アプリケーションが単一の大型桁で限られた明確で区別しやすい文字セットを必要とする場合の最適なソリューションです。

7. よくある質問（FAQ）

Q: この表示器を3.3Vのマイクロコントローラから直接駆動できますか？

A: いいえ、直接はできません。典型的な順方向電圧（4.1V-5.2V）は3.3Vより高いです。LED側には少なくとも5Vの供給電圧が必要です。3.3Vマイクロコントローラからカソードドライバへの制御信号は、ドライバが5Vのロジックハイ入力を必要とする場合はレベルシフトする必要があります。または、3.3Vロジック互換のドライバを使用する必要があります。

Q: なぜコモンアノードピンが2つあるのですか？

A: 内部で接続された2つのアノードピン（1と11）は、PCB配線の柔軟性を可能にし、すべてのセグメントが点灯したときに大きくなる可能性のある総アノード電流を分配するのに役立ちます。両方を電源に接続することが推奨されます。

Q: 光度マッチング比率の目的は何ですか？

A: この比率（最大2:1）は、同じ条件下で、デバイス内の最も暗いセグメントが最も明るいセグメントの半分以上の明るさであることを保証します。これにより、文字全体にわたる視覚的な均一性が確保され、一部のセグメントが他よりも明らかに暗く見えるのを防ぎます。

Q: 文字はどのように作成しますか？

A: マイクロコントローラコード内に文字マップまたはフォントテーブルが必要です。これは、表示したい各英数字文字について、コモンアノードがハイのときに、17セグメント（およびDP）のどの組み合わせをON（カソードをローに駆動）にする必要があるかを定義するルックアップテーブルです。

8. 実用的なアプリケーション例

シナリオ: デジタルタイマー表示単一のLTP-22801JFは、大型カウントダウンタイマーの秒の桁を表示するために使用できます。マイクロコントローラは、数字9から0までを順に表示するようにサイクルします。設計には以下が含まれます：1) 安定した5V電源の供給。2) コモンアノードライン（ピン1 & 11）に単一の電流制限抵抗を配置。3) 18本のカソードピン（17セグメント + DP）のそれぞれをマイクロコントローラの個々のピンに、またはより効率的にはI/Oピンを節約するために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の出力に接続。4) 数字0-9のセグメントパターン、およびDPを使用したコロンやその他の記号をマイクロコントローラにプログラミング。高い輝度と大きな桁サイズにより、時間が遠方からも見やすくなります。