LTP-1057AHR LEDディスプレイ データシート - 1.24インチ (31.5mm) マトリクス高 - 5x7ドットマトリクス - レッドオレンジ色 - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTP-1057AHR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）の配列を通じて、通常はASCIIまたはEBCDICコード化された文字であるデータを視覚的に表現することです。

1.1 中核的特徴と利点

本デバイスは、電子システムへの統合において、以下の主要な利点を提供します：

• 大きな文字サイズ：1.24インチ（31.5 mm）のマトリクス高を特徴とし、遠距離や様々な照明条件下でも優れた視認性を確保します。
• 低消費電力：効率的な動作のために設計されており、バッテリー駆動や省エネルギーを重視するアプリケーションに適しています。
• 優れた可読性：赤い面と赤いドットによる高コントラストを実現した、単一平面の広視野角ディスプレイを提供します。
• 高い信頼性：固体素子であるため、機械式ディスプレイと比較して長い動作寿命と、衝撃や振動に対する堅牢性を備えています。
• 標準インターフェース：XY（行-列）選択アーキテクチャを採用した5x7配列は、一般的なマイクロコントローラやドライバICのインターフェースと互換性があります。
• 設計の柔軟性：モジュールは水平方向に積み重ねることが可能で、複数桁のディスプレイを作成できます。
• 品質保証：デバイスは輝度に基づいてカテゴリ分け（ビニング）されており、組立時に複数のユニット間で輝度の一貫性が保証されます。
• 環境適合性：パッケージは鉛フリーであり、RoHS（有害物質使用制限）指令に準拠しています。

1.2 対象アプリケーションと市場

本ディスプレイは、様々な分野の一般的な電子機器での使用を意図しています。典型的な応用分野には、以下が含まれますが、これらに限定されません：

• オフィス機器：計器盤、プリンタ、コピー機、ファクシミリの状態表示器。
• 通信機器：チャンネル表示、信号強度インジケータ、状態表示。
• 産業制御機器：プロセスパラメータ表示、機械状態、タイマー表示。
• 試験・測定機器：マルチメータ、周波数カウンタ、電源装置のデジタル表示。
• 民生電子機器：オーディオ機器、家電製品、ホビイストプロジェクト用の表示。

重要な注意点として、本ディスプレイは、事前の協議と特定の認定なしに、故障が直接的に生命や健康を脅かす可能性のあるアプリケーション（例：航空、医療生命維持装置、重要な輸送制御）には設計されていません。

2. 技術仕様と客観的解釈

このセクションでは、デバイスの電気的および光学的性能パラメータについて、詳細かつ客観的な分析を提供します。

2.1 絶対最大定格

これらは、いかなる条件下でも、一瞬たりとも超えてはならない応力限界です。これらの限界を超えて動作させると、永久損傷を引き起こす可能性があります。

• セグメントあたりの電力損失：75 mW。これは順方向電流（I_F）と順方向電圧（V_F）の複合効果を制限します。
• セグメントあたりのピーク順方向電流：60 mA、ただしパルス条件下（1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）でのみ有効です。これはマルチプレクシング方式用です。
• セグメントあたりの連続順方向電流：25°Cで25 mA。この定格は、周囲温度（T_a）が25°Cを超えて上昇するにつれて、0.33 mA/°Cで線形に低下します。例えば、65°Cでは、最大連続電流は約 25 mA - [ (65°C - 25°C) * 0.33 mA/°C ] = 25 mA - 13.2 mA = 11.8 mA となります。
• 温度範囲：動作温度および保管温度は、-35°C から +85°C で規定されています。
• はんだ付け温度：最大260°C、最大3秒間。測定はデバイスの装着面から1.6mm（1/16インチ）下の位置で行います。これはフローはんだ付けやリフローはんだ付けプロセスにおいて重要です。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、周囲温度（T_a）25°Cの指定された試験条件下で測定された、典型的な性能パラメータです。

• 平均光度（I_V）：パルス電流（I_p）80 mA、1/16デューティサイクルで駆動した場合、1780 µcd（最小）から4000 µcd（標準）の範囲です。この高いパルス電流により、マルチプレクスアプリケーションにおいて明るい知覚が可能になります。
• 波長特性：
  • ピーク発光波長（λ_p）：630 nm（レッドオレンジスペクトル）。I_F=20mAで測定。
  • スペクトル線半値幅（Δλ）：40 nm。これは発光の波長の広がりを示します。
  • 主波長（λ_d）：621 nm。これは、人間の目が発光の色に一致すると知覚する単一波長です。
• セグメントあたりの順方向電圧（V_F）：I_F=20mAで、2.0 V（最小）から2.6 V（標準）の範囲です。回路設計では、一貫した電流駆動を確保するためにこの範囲を考慮する必要があります。
• セグメントあたりの逆方向電流（I_R）：逆方向電圧（V_R）5Vを印加した場合、最大100 µA。データシートは、この逆方向電圧条件は試験目的のみであり、デバイスを逆バイアス下で連続動作させるべきではないと明示的に警告しています。
• 光度マッチング比（I_V-m）：I_F=10mAで駆動した場合、セグメント間で最大2:1。これは、同一表示ユニット内の異なるセグメント（ドット）間で許容される最大の輝度変動を規定します。

光度測定に関する重要な注意：光度は、CIEの明所視感度曲線に近似するセンサとフィルタの組み合わせを使用して測定され、値が人間の明るさ知覚と相関することを保証します。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、デバイスが光度でカテゴリ分けされていると示しています。これはビニングまたは選別プロセスを指します。

• 光度ビニング：製造後、LEDは標準試験電流での測定光度に基づいて異なるグループ（ビン）にテストおよび選別されます。これにより、設計者が同じビンコードから部品を選択した場合、ディスプレイの輝度レベルが非常に類似することが保証されます。これは、複数のディスプレイを並べて組み立てる際に、目立つ輝度差（ホットスポットやディムスポット）を避けるために重要です。データシートは、複数ユニットのアプリケーションでは同じビンからのディスプレイを使用することを推奨しています。
• 波長/色ビニング：提供された抜粋では明示的に詳細は述べられていませんが、LEDメーカーが色の一貫性を確保するために、主波長（λ_d）または色度座標に基づいてデバイスをビニングすることも一般的な慣行です。指定されたλ_d 621 nmは、この製品の中心的な目標値である可能性が高いです。

4. 性能曲線分析

データシートは典型的な電気的/光学的特性曲線を参照しています。これらのグラフ表現は、非標準条件下でのデバイスの動作を理解するために不可欠です。具体的な曲線は本文では提供されていませんが、通常は以下を含みます：

• 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）：電流と電圧の非線形関係を示します。この曲線はターンオン電圧と、V_FがI_Fとともにどのように増加するかを示します。これは電流制限回路を設計する上で重要です。
• 光度 vs. 順方向電流（I-L曲線）：光出力が駆動電流とともにどのように増加するかを示します。一般的にある範囲では線形ですが、非常に高い電流では飽和します。これは、所望の輝度と効率、寿命のバランスを取るために駆動電流を最適化するのに役立ちます。
• 光度 vs. 周囲温度：LEDの接合温度が上昇するにつれて光出力がどのように減少するかを示します。この低下曲線は、高温環境で動作するアプリケーションにおいて重要です。
• スペクトル分布：相対強度と波長の関係を示すプロットで、約630 nmにピークがあり、40 nmの半値幅を示します。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

デバイスは定義された物理的外形を持ちます。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標準公差は±0.25 mm（0.01インチ）です。正確な寸法図はデータシートで参照されています。

5.2 ピン接続と内部回路

本ディスプレイは14ピン構成で、ピン11と12はピンなし（NC）です。内部回路図は、行が共通カソード、列が個別のアノードというアーキテクチャを示しており、5x7マトリクスを形成しています。ピン配置は以下の通りです：

• ピン 1: カソード行 5
• ピン 2: カソード行 7
• 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 4
• ピン 6: アノード列 5
• ピン 7: カソード行 6
• 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: 接続なし
• ピン 12: 接続なし
• ピン 13: アノード列 1
• ピン 14: カソード行 2

正しい表示動作のためには、このピン配置を注意深く守る必要があります。共通カソード設計は、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（電流制限付き）で駆動し、その行のカソードをローにプルダウンしなければならないことを意味します。

6. はんだ付け、組立、および保管ガイドライン

6.1 はんだ付けプロセス

絶対最大定格は、はんだ付け温度プロファイルを規定しています：最大260°C、最大3秒間。測定はパッケージ本体から1.6mm下の点で行います。これはスルーホール部品のフローはんだ付けのための標準定格です。SMDバリアント（保管で言及）のリフローはんだ付けでは、パッケージの湿気感受性レベル（MSL）に準拠した特定のプロファイルが必要となります。

6.2 保管条件

適切な保管は、ピンの酸化を防止し、はんだ付け性を確保するために不可欠です。

• スルーホールディスプレイ（LTP-1057AHR）の場合：元の包装で、5°Cから30°C、相対湿度（RH）60%以下で保管してください。長期保管は推奨されません。
• SMD LEDディスプレイ（参照）の場合：
  • 密封袋内：5°Cから30°C、相対湿度60%以下。
  • 開封後：5°Cから30°C、相対湿度60%以下で、MSLがレベル3の場合は最大168時間（7日間）。この期間後は、はんだ付け前に60°Cで24時間のベーキング（乾燥）を行い、吸収した湿気を除去し、リフロー中のポップコーン現象による損傷を防止することを推奨します。
• 一般的な推奨事項：在庫は迅速に消費し、大量の長期在庫は避けてください。

7. アプリケーション設計の推奨事項と注意点

データシートは、信頼性の高い回路設計と使用のための重要なガイダンスを提供します。

• 駆動方法：LEDの順方向電圧には公差があり、温度によって変化するため、一貫した光度と長寿命を確保するために、定電圧駆動よりも定電流駆動を強く推奨します。
• 回路保護：駆動回路は、電源投入/遮断時の逆方向電圧や過渡電圧スパイクから保護する必要があります。逆バイアスは金属マイグレーションや故障を引き起こす可能性があるためです。
• 電流制限：安全な動作電流は、最大周囲温度を考慮し、絶対最大定格からの低下率を適用して選択する必要があります。
• 熱管理：推奨温度より高い温度での動作は避けてください。これは光出力の劣化（ルーメン維持率の低下）を加速し、早期故障につながる可能性があります。
• 環境に関する考慮事項：高湿度環境での急激な温度変化は避け、ディスプレイ上の結露を防止してください。
• 機械的取り扱い：組立中にディスプレイ本体に異常な力を加えないでください。前面カバーフィルムを使用する場合は、接着剤が原因でフィルムがずれる可能性があるため、ディスプレイ表面に強く押し付けないようにしてください。
• 複数ディスプレイの一貫性：2つ以上のディスプレイを使用するアプリケーションでは、不均一な輝度（色むら）を避けるために、同じ光度ビンからのユニットを選択してください。

8. 動作原理

LTP-1057AHRはドットマトリクスLEDディスプレイです。これは、長方形のグリッドに配置された35個の個別のLED素子（5列 x 7行）で構成されています。各LED（ドット）は、順方向バイアスが印加されるとレッドオレンジ光を発する半導体p-n接合です。この現象はエレクトロルミネセンスと呼ばれます。特定の色は、使用される半導体材料（記載されているGaAsP/GaPまたはAlInGaP/GaAs）のバンドギャップエネルギーによって決定されます。ディスプレイはマルチプレクス駆動されます：一度に1つの行カソードを（電流をグランドにシンクして）順次アクティブにし、その行に対応する適切な列アノードに順方向電流を印加することにより、文字全体を表示できます。この走査は人間の目が知覚できるよりも速く行われ、35個のLEDを個別に駆動する場合と比較して必要なドライバピンの数を大幅に削減しながら、安定した画像を作り出します。

9. よくある設計上の質問と回答

Q: 光度の1/16デューティサイクル定格の目的は何ですか？

A: 本ディスプレイはマルチプレクス動作用に設計されています。低デューティサイクル（例：1/16）での80mAパルス電流は、高い瞬間的な明るさを提供します。時間平均され、残像効果と組み合わさることで、LEDあたりの平均電力と発熱を安全限界内に保ちながら、明るく安定したディスプレイとして知覚されます。

Q: なぜ逆バイアスはこのLEDディスプレイにとって非常に危険なのですか？

A: 非常に低い最大値（5VでのI_R試験で示唆される）を超える逆方向電圧を印加すると、半導体接合の破壊を引き起こす可能性があります。より陰湿なことに、時間の経過とともに低い逆方向電圧でも、チップ内の金属原子の電気マイグレーションを引き起こし、リーク電流の増加や直接的な短絡を引き起こし、セグメントを永久に損傷する可能性があります。

Q: セグメントに必要な電流制限抵抗をどのように計算しますか？

A: データシートから最悪ケースの順方向電圧（V_F max = 2.6V）を使用します。定電圧電源（V_supply）の場合、抵抗値 R = (V_supply - V_F) / I_F です。I_Fは所望の輝度に基づいて選択し、動作温度での低下後の連続電流制限値を下回ることを確認してください。例えば、5V電源、V_F=2.6V、I_F=15mAの場合： R = (5 - 2.6) / 0.015 = 160 オーム。定電流ドライバ回路はより堅牢な解決策です。

Q: このディスプレイを屋外で使用できますか？

A: 動作温度範囲（-35°C から +85°C）は、多くの屋外条件を許容します。ただし、デバイスは本質的に防水や防塵・防湿仕様ではありません。屋外使用では、要素から保護し、結露を管理し、直射日光下でのコントラストを維持するためにサンシールドを含む可能性のある、適切な定格の筐体に収める必要があります。