LTP-2257KA 5x7点阵LED显示屏规格书 - 1.97英寸字符高度 - AlInGaP红橙色 - 中文技术文档

1. 产品概述

LTP-2257KA是一款单字符、字母数字显示模块，专为需要清晰、可靠字符输出的应用而设计。其核心功能是通过一个由独立可寻址发光二极管（LED）组成的点阵网格，直观地呈现数据，通常是ASCII或EBCDIC编码的字符。该器件专为集成到对低功耗、固态可靠性及宽视角等关键性能因素有严格要求的系统中而设计。

该元件的主要市场包括工业控制面板、仪器仪表、销售点终端、基础信息显示屏以及需要简单、坚固字符读数的嵌入式系统。其可堆叠设计允许水平方向创建多字符显示屏，为显示单词或数字提供了灵活性。

其核心技术优势在于使用了铝铟镓磷（AlInGaP）半导体材料作为LED芯片。这种材料体系以在红至琥珀橙色光谱范围内产生高效率发光而闻名，能提供良好的可见度。显示屏采用黑色面板，与点亮的白色光点形成高对比度，显著增强了在各种环境光照条件下的可读性。

2. 技术规格详解

本节对规格书中定义的关键电气、光学和物理参数进行详细、客观的分析。

2.1 光度与光学特性

光学性能是显示屏功能的核心。关键参数在标准化测试条件（Ta=25°C）下测量，以确保一致性。

• 平均发光强度（I_V）：范围从最小值2100 µcd到最大值5000 µcd，并隐含典型值。该强度是在I_p=32mA、占空比为1/16的脉冲驱动条件下，针对每个光点测量的。1/16占空比是多路复用矩阵驱动的典型值，其中每一行仅在部分时间内激活。所使用的传感器近似于CIE明视觉光度函数，确保测量结果与人眼灵敏度相关。
• 峰值发射波长（λ_p）：典型值为621纳米（nm）。这表示光功率输出最大的波长。它位于可见光谱的红橙色区域。
• 主波长（λ_d）：615 nm。这是人眼感知到的、与LED输出颜色相匹配的单一波长。它略低于峰值波长，由于发射光谱的形状，这是常见现象。
• 光谱线半宽（Δλ）：约18 nm。此参数定义了发射光的带宽，具体指光谱曲线在其最大功率一半处的宽度。18 nm的值表明这是一个相对窄带的单色光源，这是AlInGaP LED的特性，并产生饱和的颜色。
• 发光强度匹配比（I_V-m）：最大2:1。这是显示均匀性的关键参数。它规定任何单个光点的发光强度不会超过同一显示模块内任何其他光点的两倍。这确保了字符所有笔段亮度的一致性。

2.2 电气特性

电气参数定义了器件的接口和电源要求。

• 正向电压（V_F）：在测试电流（I_F）为20mA时，每个光点的范围从2.05V（最小）到2.6V（最大）。这是LED导通时两端的电压降。设计者必须确保驱动电路能够提供此电压。典型值未说明，但在此范围内。
• 反向电流（I_R）：在反向电压（V_R）为15V时，最大为100 µA。这是LED反向偏置时流过的小漏电流。在操作中通常可以忽略不计，但在电路保护设计中必须予以考虑。
• 每光点平均正向电流：额定平均电流为13 mA。然而，在高于25°C时，需线性应用0.17 mA/°C的降额系数。这意味着随着环境温度升高，必须降低允许的最大平均电流，以防止过热和过早失效。例如，在85°C时，最大平均电流为：13 mA - [0.17 mA/°C * (85-25)°C] = 13 - 10.2 = 2.8 mA。

2.3 绝对最大额定值

这些是应力极限，在任何条件下（即使是瞬间）都不得超过。超出这些极限运行可能导致永久性损坏。

• 每光点平均功耗：最大36 mW。这是平均正向电流和正向电压的乘积。
• 每光点峰值正向电流：最大100 mA。这是允许的最高瞬时电流，通常与多路复用方案中非常短的脉冲相关。
• 每光点反向电压：最大5 V。超过此值可能导致结击穿。
• 工作与存储温度范围：-35°C 至 +85°C。该器件额定适用于工业温度范围。
• 焊接温度：最高260°C，最长3秒，测量位置在安装平面下方1.6mm（1/16英寸）处。这对于波峰焊或回流焊工艺至关重要。

3. 分档与分类系统

规格书明确指出该器件“按发光强度分类”。这表明单元是根据其测量的光输出进行分选或“分档”的。发光强度范围（2100-5000 µcd）可能代表了多个分档的分布。制造商通常将LED分组到更紧密的强度范围（例如，2100-3000 µcd、3000-4000 µcd、4000-5000 µcd）。这使得客户可以根据其特定的亮度均匀性要求选择分档。对于多单元显示屏，使用来自相同强度分档的LED对于实现外观均匀性至关重要。规格书未指定正向电压或波长的分档，但提供的V_F和λ_p的最小/最大值范围定义了总分布。

4. 性能曲线分析

规格书引用了“典型电气/光学特性曲线”。虽然文本中未提供具体图表，但我们可以推断其标准内容和意义。

• 相对发光强度 vs. 正向电流（I-V曲线）：此图表将显示光输出如何随驱动电流增加。它通常是非线性的，在极高电流下由于热效应效率会下降。32mA脉冲测试点很可能位于该曲线的有效线性部分。
• 正向电压 vs. 正向电流：此曲线显示二极管的I-V特性。电压随电流呈对数增长。指定的20mA下的V_F是此曲线上的一个点。
• 相对发光强度 vs. 环境温度：这是理解热性能的关键曲线。LED的光输出通常随着结温升高而降低。为正向电流指定的降额系数直接与管理这种热效应以维持性能和可靠性相关。
• 光谱分布：相对强度 vs. 波长的曲线图，显示峰值约在621nm，半峰全宽（FWHM）约18nm。

5. 机械与封装信息

该器件是一款通孔元件，采用标准的DIP（双列直插式封装）外形，适用于PCB安装。

• 点阵高度：定义性的物理特征是1.97英寸（50.15毫米）的字符高度。这是一种专为远距离观看而设计的大尺寸显示屏。
• 封装尺寸：规格书包含详细的尺寸图。所有尺寸均以毫米为单位，标准公差为±0.25毫米，除非另有说明。此图纸对于PCB焊盘设计和确保在机壳内的正确安装至关重要。
• 引脚连接：该器件有12个引脚，排成单列。
  • 引脚1-7：对应阴极行1至7。在常见的矩阵配置中，这些将是扫描线。
  • 引脚8-12：对应阳极列5至1（注意反向顺序：引脚8是列5，引脚12是列1）。这些将是数据线。
• 内部电路图：提供的图表显示了标准的5x7矩阵配置。每个LED（光点）位于阳极列和阴极行的交叉点。要照亮特定光点，必须将其对应的阳极线驱动为高电平（正电压），同时将其阴极线驱动为低电平（地）。这种矩阵排列最大限度地减少了所需的驱动引脚数量（12个，而不是单独寻址光点所需的35个）。
• 极性标识：引脚定义表清楚地标识了阳极和阴极连接。封装的一端可能有凹口或标记来指示引脚1的方向。

6. 焊接与组装指南

提供的关键组装规范是针对焊接过程的。

• 回流焊/波峰焊参数：绝对最大额定值规定器件可承受最高260°C的焊接温度，最长3秒。此测量是在安装平面下方1.6mm处（即PCB层面）进行的，而不是在元件本体上。这是有引脚元件的标准额定值，与典型的波峰焊曲线兼容。对于使用无铅焊料（熔点更高）的回流焊，必须仔细控制温度曲线，以确保元件本体温度不会长时间超过最大存储温度85°C，即使引脚短暂达到260°C。
• 手工焊接：如果必须进行手工焊接，应使用温控烙铁。每个引脚的接触时间应最小化，理想情况下少于3秒，以防止热量沿引脚传导并损坏内部引线键合或环氧树脂。
• 清洁：未给出具体的清洁说明。可以使用标准异丙醇或经批准的助焊剂去除剂，但应避免使用强效溶剂，因为它们可能损坏塑料面板或标记。
• 存储条件：器件应在-35°C至+85°C的指定温度范围内，在干燥、无冷凝的环境中存储。建议在使用前将元件保存在其原始的防潮袋中，以防止吸湿，吸湿可能导致焊接过程中的“爆米花”现象。

7. 应用建议

7.1 典型应用场景

• 工业控制面板：显示设定点、过程值（温度、压力、速度）、错误代码或机器状态。
• 测试与测量设备：显示万用表、电源或信号发生器的数值读数。
• 消费电子产品（传统）：时钟、计时器、基础计算器或家电显示屏。
• 嵌入式系统原型开发：为微控制器（如Arduino、PIC）提供简单、直接的输出，以显示调试信息或用户提示。
• 堆叠多字符显示屏：通过将多个LTP-2257KA模块并排放置，可以为基本信息板或标牌创建单词、数字或简单的滚动信息。

7.2 设计考量

• 驱动电路：需要专用的LED驱动IC或带有限流电阻的微控制器GPIO引脚。由于矩阵配置，必须采用多路复用（扫描）方案。驱动器必须向阳极列提供电流，并从阴极行吸收电流。在多路复用时序计算中，必须遵守每光点的峰值电流（100mA）和平均电流降额。
• 电流限制：每个阳极列或阴极行（取决于驱动拓扑）必须使用外部电阻来设置工作电流。其值根据电源电压（V_CC）、LED正向电压（V_F）和所需电流（I_F）计算。例如，使用5V电源，V_F为2.3V，目标I_F为20mA：R = (5V - 2.3V) / 0.02A = 135欧姆。标准的150欧姆电阻将是合适的。
• 热管理：虽然该器件功耗较低，但在高环境温度下必须遵循正向电流的降额曲线。如果显示屏是封闭的，请确保有足够的气流。每光点的平均功耗（最大36mW）转换为整个点亮字符的总最大功耗，这应在PCB热设计中予以考虑。
• 视角：“宽视角”特性是有益的，但为了获得最佳可读性，显示屏应面向主要观看者安装。黑色面板/白色光点设计在大多数角度都能提供良好的对比度。

8. 技术对比与差异化

与其发布时（2000年）可用的其他显示技术相比，LTP-2257KA提供了特定的优势：

• 对比白炽灯或真空荧光显示屏（VFD）：LED是固态的，提供更高的可靠性、抗冲击/振动能力、更长的寿命（通常数万小时）以及更低的工作电压/功耗。它们也不需要加热灯丝或高电压。
• 对比早期LCD：LED是自发光器件，意味着它们自己产生光，使其在低光或黑暗条件下无需背光即可清晰可见。它们具有更宽的工作温度范围和更快的响应时间。然而，它们比反射式LCD消耗更多功率，并且不适合复杂的图形。
• 对比其他LED技术：与较旧的GaAsP或GaP相比，使用AlInGaP材料在给定的驱动电流下提供了更高的效率和更好的色纯度（更饱和的红橙色）。特定的5x7格式和1.97英寸的大高度，针对需要从远处轻松读取字符的应用。

9. 常见问题解答（基于技术参数）

问：我可以用恒定的直流电流同时驱动所有光点吗？

答：技术上可以，但效率极低，如果所有35个光点都点亮，将超过平均功率额定值。标准且推荐的方法是采用多路复用，即光点一次点亮一行（或一列），以高频进行，在显著降低平均电流的同时，创造出稳定显示的视觉假象。

问：峰值波长和主波长有什么区别？

答：峰值波长是LED发射光功率最大的位置。主波长是人眼感知到的、与LED颜色相匹配的单一波长。由于LED发射光谱的不对称性，它们通常接近但不完全相同。主波长与颜色感知更相关。

问：正向电压是2.05-2.6V。我可以用3.3V逻辑电源运行它吗？

答：是的，完全可以。3.3V电源足以正向偏置LED。您需要根据较低的电源电压重新计算限流电阻值（例如，R = (3.3V - 2.3V) / 0.02A = 50欧姆）。

问：发光强度测试条件中的“1/16占空比”是什么意思？

答：这意味着LED以32mA电流脉冲驱动，但脉冲仅在总时间周期的1/16内激活。测量的强度是整个周期内的平均值。这模拟了1:16多路复用驱动方案中的条件（例如，7行 + 9个空白 = 16个时隙）。

10. 实际设计与使用案例

案例：构建一个简单的4位电压表显示屏。一位工程师需要在面板上显示0.000至9.999伏的电压。他们决定使用四个水平堆叠的LTP-2257KA模块。

1. 电路设计：一个带有ADC的微控制器读取电压。固件将读数转换为四个十进制数字。微控制器的I/O端口，结合分立晶体管或专用的多路复用驱动IC（如MAX7219），被配置为扫描这四个显示屏。每个显示屏的阴极行并联连接，而每个数字的阳极列则单独控制。这就创建了一个4位 x 7行的矩阵。
2. 电流设置：使用5V电源并希望获得明亮的显示，他们选择每光点平均电流为15mA。考虑到跨4位和7行的多路复用（当所有光点亮时，每个光点的有效占空比为1/28），其活动时隙内的峰值脉冲电流会更高（例如，15mA * 28 = 420mA），但这必须对照100mA的峰值电流额定值进行检查。因此，他们需要调整时序或使用更低的平均电流，以使峰值电流保持在规格范围内。
3. 热考量：该面板用于实验室环境（25°C）。此处无需担心平均电流降额。然而，他们确保PCB有接地层以帮助散发驱动电路的热量。
4. 结果：最终产品显示清晰、明亮、视角良好的4位读数，满足台式仪器的要求。

11. 工作原理

LTP-2257KA基于排列在无源矩阵中的发光二极管（LED）的基本原理工作。构成5x7网格的35个光点中的每一个都是一个独立的AlInGaP LED芯片。当在特定的阳极（列）和阴极（行）对之间施加超过二极管结电位（约2V）的正向偏置电压时，电流流过该交叉点的LED。该电流导致电子和空穴在半导体有源区内复合，以光子的形式释放能量——即光，其波长是AlInGaP材料（红橙色）的特征。

矩阵组织是一种巧妙的互连方法。不是使用35根单独的导线，而是将垂直列中所有LED的阳极连接在一起，将水平行中所有LED的阴极连接在一起。要点亮单个光点，其特定的列被驱动为正，其特定的行被驱动为地。要显示一个图案（如字符），扫描算法会快速遍历各行（或各列），依次为每一行打开相应的列驱动器。在足够高的频率下（通常>100Hz），视觉暂留使整个字符看起来稳定地发光。

12. 技术趋势与背景

LTP-2257KA代表了一种成熟、完善的显示技术。在其发布时，点阵LED显示屏是字母数字输出的主流解决方案。从GaAsP等旧材料转向AlInGaP是一个重要趋势，提供了更高的效率和更好的颜色。

随后的趋势已转向：

表面贴装器件（SMD）封装：现代同类产品几乎都是SMD类型，允许更小、自动化的组装。

更高密度和全矩阵显示屏：基本的5x7格式已在很大程度上被更大的点阵模块（例如8x8、16x16）和可以显示任意形状和多种字体文本的全图形面板所取代。

集成控制器：现代LED矩阵模块通常将驱动器、存储器和通信接口（如I2C或SPI）集成在一块板上，极大地简化了工程师的设计过程。

替代技术：对于许多需要简单字符输出的应用，低功耗LCD（带或不带背光）和OLED显示屏已变得更加普遍，尤其是在功耗、厚度或图形能力是优先考虑因素的情况下。

尽管存在这些趋势，像LTP-2257KA这样的通孔LED点阵显示屏在教育环境、爱好者项目、旧设备维护以及其简单性、坚固性、高亮度和宽温度范围是决定性优势的特定工业应用中仍然具有相关性。