LTP-2257KA 5x7 點陣LED顯示屏規格書 - 1.97吋高度 - AlInGaP紅橙色 - 粵語技術文件

1. 產品概覽

LTP-2257KA 係一款單字元、字母數字顯示模組，專為需要清晰、可靠字符輸出嘅應用而設計。佢嘅核心功能係透過一個由獨立可尋址發光二極管（LED）組成嘅網格，視覺化呈現數據，通常係ASCII或EBCDIC編碼字符。呢款器件專為集成到對低功耗、固態可靠性同寬視角係關鍵性能因素嘅系統中而設計。

呢款元件嘅主要市場包括工業控制面板、儀器儀錶、銷售點終端、基本資訊顯示，以及需要簡單、耐用字符讀數嘅嵌入式系統。佢嘅可堆疊設計允許水平創建多字符顯示，為顯示單詞或數字提供靈活性。

核心技術優勢在於佢採用鋁銦鎵磷（AlInGaP）半導體材料製造LED晶片。呢種材料系統以喺紅色到琥珀橙色光譜範圍內產生高效率發光而聞名，提供良好嘅可見度。顯示屏採用黑色面板，與點亮嘅白色光點形成高對比度，顯著增強咗喺各種環境光照條件下嘅可讀性。

2. 技術規格詳解

本節對規格書中定義嘅關鍵電氣、光學同物理參數提供詳細、客觀嘅分析。

2.1 光度與光學特性

光學性能係顯示屏功能嘅核心。關鍵參數喺標準化測試條件下（Ta=25°C）測量，以確保一致性。

• 平均發光強度（I_V）：範圍從最小2100 µcd到最大5000 µcd，包含一個典型值。呢個強度係喺I_p=32mA、1/16佔空比嘅脈衝驅動條件下，每個光點測量得出。1/16佔空比係多工矩陣驅動嘅典型做法，每行每次只會激活一段時間。所用嘅傳感器近似於CIE明視覺光度函數，確保測量結果與人眼敏感度相關。
• 峰值發射波長（λ_p）：典型值為621納米（nm）。呢個表示光功率輸出最大嘅波長。佢位於可見光譜嘅紅橙色區域。
• 主波長（λ_d）：615 nm。呢個係人眼感知到嘅、與LED輸出顏色相匹配嘅單一波長。佢略低於峰值波長，呢個係由於發射光譜形狀所致，係常見現象。
• 譜線半寬（Δλ）：約18 nm。呢個參數定義咗發射光嘅頻寬，具體係指光譜曲線喺其最大功率一半處嘅寬度。18 nm嘅值表示一個相對窄頻、單色嘅光源，呢個係AlInGaP LED嘅特徵，並產生飽和嘅顏色。
• 發光強度匹配比（I_V-m）：最大2:1。呢個係顯示均勻性嘅關鍵參數。佢規定任何單個光點嘅發光強度唔會超過同一顯示模組內任何其他光點嘅兩倍。呢個確保咗字符所有部分嘅亮度一致。

2.2 電氣特性

電氣參數定義咗器件嘅接口同電源要求。

• 正向電壓（V_F）：每個光點喺測試電流（I_F）為20mA時，範圍從2.05V（最小）到2.6V（最大）。呢個係LED導通時兩端嘅電壓降。設計師必須確保驅動電路能夠提供呢個電壓。典型值未明確說明，但喺呢個範圍內。
• 反向電流（I_R）：喺反向電壓（V_R）為15V時，最大為100 µA。呢個係LED反向偏置時流過嘅小漏電流。喺操作中通常可以忽略，但必須喺電路保護設計中考慮。
• 每個光點嘅平均正向電流：額定平均電流為13 mA。然而，喺25°C以上，需要以0.17 mA/°C嘅線性降額因子降低。呢個意味住隨著環境溫度升高，必須降低最大允許平均電流，以防止過熱同過早失效。例如，喺85°C時，最大平均電流為：13 mA - [0.17 mA/°C * (85-25)°C] = 13 - 10.2 = 2.8 mA。

2.3 絕對最大額定值

呢啲係任何情況下（即使係瞬間）都唔可以超過嘅應力極限。超出呢啲極限操作可能會導致永久損壞。

• 每個光點嘅平均功耗：最大36 mW。呢個係平均正向電流同正向電壓嘅乘積。
• 每個光點嘅峰值正向電流：最大100 mA。呢個係允許嘅最高瞬時電流，通常與多工方案中嘅極短脈衝相關。
• 每個光點嘅反向電壓：最大5 V。超過呢個值可能導致結擊穿。
• 工作與儲存溫度範圍：-35°C 至 +85°C。器件額定用於工業溫度範圍。
• 焊接溫度：最高260°C，最長3秒，測量點位於安裝平面下方1.6毫米（1/16吋）處。呢個對於波峰焊或回流焊工藝至關重要。

3. 分級與分類系統

規格書明確指出器件"按發光強度分類"。呢個表示單元根據其測量嘅光輸出進行分類或"分級"。發光強度範圍（2100-5000 µcd）可能代表咗多個級別嘅分佈。製造商通常將LED分組到更緊湊嘅強度範圍內（例如，2100-3000 µcd、3000-4000 µcd、4000-5000 µcd）。呢個允許客戶根據其特定嘅亮度均勻性要求選擇級別。對於多單元顯示，使用來自同一強度級別嘅LED對於實現均勻外觀至關重要。規格書未指定正向電壓或波長嘅分級，儘管提供嘅V_F同 λ_p嘅最小/最大範圍定義咗總體分佈。

4. 性能曲線分析

規格書參考咗"典型電氣/光學特性曲線"。雖然文本中未提供具體圖表，但我哋可以推斷佢哋嘅標準內容同重要性。

• 相對發光強度 vs. 正向電流（I-V曲線）：呢個圖表會顯示光輸出如何隨驅動電流增加而增加。通常係非線性嘅，由於熱效應，喺極高電流下效率會下降。32mA脈衝測試點可能位於呢條曲線嘅高效、線性部分。
• 正向電壓 vs. 正向電流：呢條曲線顯示二極管嘅I-V特性。電壓隨電流對數增加。指定嘅20mA下嘅V_F係呢條曲線上嘅一個點。
• 相對發光強度 vs. 環境溫度：呢個係理解熱性能嘅關鍵曲線。LED嘅光輸出通常隨著結溫升高而降低。為正向電流指定嘅降額直接與管理呢個熱效應以保持性能同可靠性相關。
• 光譜分佈：相對強度 vs. 波長嘅圖表，顯示峰值約喺621nm，半峰全寬（FWHM）約為18nm。

5. 機械與封裝資料

器件係一款通孔元件，具有標準DIP（雙列直插式封裝）外形，適合PCB安裝。

• 矩陣高度：定義性物理特徵係1.97吋（50.15毫米）字符高度。呢個係一款專為遠距離觀看而設計嘅大尺寸顯示屏。
• 封裝尺寸：規格書包含詳細嘅尺寸圖。所有尺寸均以毫米為單位，標準公差為±0.25毫米，除非另有說明。呢個圖對於PCB封裝設計同確保喺外殼內正確安裝至關重要。
• 引腳連接：器件有12個引腳，單排排列。
  • 引腳1-7：對應陰極行1至7。喺常見矩陣配置中，呢啲會係掃描線。
  • 引腳8-12：對應陽極列5至1（注意順序相反：引腳8係列5，引腳12係列1）。呢啲會係數據線。
• 內部電路圖：提供嘅圖表顯示標準5x7矩陣配置。每個LED（光點）位於陽極列同陰極行嘅交點。要點亮特定光點，必須將其對應嘅陽極線驅動至高電平（正電壓），同時將其陰極線驅動至低電平（接地）。呢種矩陣排列最小化咗所需驅動引腳嘅數量（12個，而非單獨尋址35個光點所需嘅35個）。
• 極性識別：引腳分配表清楚標識咗陽極同陰極連接。封裝可能喺一端有凹口或標記來指示引腳1嘅方向。

6. 焊接與組裝指引

提供嘅關鍵組裝規格係針對焊接過程。

• 回流焊/波峰焊參數：絕對最大額定值規定器件可以承受最高260°C嘅焊接溫度，最長3秒。呢個測量喺安裝平面下方1.6毫米處（即PCB層面）進行，唔係喺元件本體處。呢個係引線元件嘅標準額定值，與典型波峰焊曲線兼容。對於使用無鉛焊料（熔點更高）嘅回流焊，必須仔細控制溫度曲線，以確保元件本體溫度唔會長時間超過最大儲存溫度85°C，即使引腳短暫達到260°C。
• 手動焊接：如果需要手動焊接，應使用溫控烙鐵。每個引腳嘅接觸時間應最小化，理想情況下少於3秒，以防止熱量沿引腳傳導並損壞內部鍵合線或環氧樹脂。
• 清潔：無特定清潔說明。可以使用標準異丙醇或經批准嘅助焊劑去除劑，但應避免使用強力溶劑，因為佢哋可能會損壞塑料面板或標記。
• 儲存條件：器件應儲存喺其指定溫度範圍-35°C至+85°C內，環境乾燥、無冷凝。建議將元件保留喺其原始防潮袋中直至使用，以防止吸濕，吸濕可能導致焊接過程中出現"爆米花"現象。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

• 工業控制面板：顯示設定點、過程值（溫度、壓力、速度）、錯誤代碼或機器狀態。
• 測試與測量設備：顯示萬用錶、電源或信號發生器嘅數值讀數。
• 消費電子產品（舊式）：時鐘、計時器、基本計算器或電器顯示屏。
• 嵌入式系統原型設計：為微控制器（例如Arduino、PIC）提供簡單、直接嘅輸出，以顯示調試信息或用戶提示。
• 堆疊多字符顯示：通過將多個LTP-2257KA模組並排放置，可以為基本信息板或標牌創建單詞、數字或簡單滾動信息。

7.2 設計考量

• 驅動電路：需要專用LED驅動器IC或帶有限流電阻嘅微控制器GPIO引腳。由於矩陣配置，需要多工（掃描）方案。驅動器必須向陽極列提供電流，並從陰極行吸收電流。喺多工時序計算中，必須遵守每個光點嘅峰值電流（100mA）同平均電流降額。
• 電流限制：每個陽極列或陰極行（取決於驅動拓撲）必須使用外部電阻來設定工作電流。電阻值根據電源電壓（V_CC）、LED正向電壓（V_F）同所需電流（I_F）計算。例如，使用5V電源，V_F為2.3V，目標I_F為20mA：R = (5V - 2.3V) / 0.02A = 135歐姆。標準150歐姆電阻會係合適嘅。
• 熱管理：雖然器件功耗低，但喺高環境溫度下必須遵循正向電流嘅降額曲線。如果顯示屏被封閉，請確保足夠嘅氣流。每個光點嘅平均功耗（最大36mW）轉化為整個點亮字符嘅總最大功耗，應喺PCB熱設計中考慮。
• 視角："寬視角"特性有好處，但為咗最佳可讀性，顯示屏應安裝面向主要觀看者。黑色面板/白色光點設計喺大多數角度下提供良好對比度。

8. 技術比較與差異

與其發布時（2000年）可用嘅其他顯示技術相比，LTP-2257KA提供咗特定優勢：

• 對比白熾燈或真空熒光顯示屏（VFD）：LED係固態器件，提供遠更高嘅可靠性、抗衝擊/振動性、更長壽命（通常數萬小時）同更低嘅工作電壓/功耗。佢哋亦唔需要加熱燈絲或高電壓。
• 對比早期LCD：LED係自發光，意味住佢哋自己產生光，使佢哋喺低光或黑暗條件下無需背光即可清晰可見。佢哋具有更寬嘅工作溫度範圍同更快嘅響應時間。然而，佢哋比反射式LCD消耗更多功率，並且唔適合複雜圖形。
• 對比其他LED技術：使用AlInGaP材料，與舊式GaAsP或GaP相比，喺給定驅動電流下提供更高效率同更好嘅色純度（更飽和嘅紅橙色）。特定嘅5x7格式配合1.97吋大高度，針對需要從遠處易於讀取字符嘅應用。

9. 常見問題（基於技術參數）

問：我可以同時用恆定直流電流驅動所有光點嗎？

答：技術上可以，但效率極低，如果所有35個光點都亮起，會超過平均功率額定值。標準同預期方法係多工，其中光點一次點亮一行（或一列），以高頻率進行，創造穩定顯示嘅錯覺，同時大幅降低平均電流。

問：峰值波長同主波長有咩區別？

答：峰值波長係LED發射最多光功率嘅位置。主波長係人眼感知為與LED顏色相匹配嘅單一波長。由於LED發射光譜嘅不對稱性，佢哋通常接近但唔完全相同。主波長對於顏色感知更相關。

問：正向電壓係2.05-2.6V。我可以從3.3V邏輯電源運行嗎？

答：可以，絕對可以。3.3V電源足以正向偏置LED。你需要根據較低嘅電源電壓重新計算限流電阻值（例如，R = (3.3V - 2.3V) / 0.02A = 50歐姆）。

問：發光強度測試條件中"1/16佔空比"係咩意思？

答：意思係LED以32mA電流脈衝驅動，但脈衝只喺總時間段嘅1/16內有效。測量嘅強度係整個時間段內嘅平均值。呢個模擬咗1:16多工驅動方案中嘅條件（例如，7行 + 9空白 = 16個時隙）。

10. 實用設計與使用案例

案例：構建一個簡單嘅4位數電壓錶顯示。一位工程師需要喺面板上顯示0.000至9.999伏特嘅電壓。佢決定使用四個LTP-2257KA模組水平堆疊。

1. 電路設計：帶ADC嘅微控制器讀取電壓。固件將讀數轉換為四個十進制數字。微控制器嘅I/O端口，結合分立晶體管或專用多工驅動器IC（如MAX7219），配置為掃描四個顯示屏。每個顯示屏嘅陰極行並聯連接，而每個數字嘅陽極列則單獨控制。呢個創建咗一個4位數 x 7行嘅矩陣。
2. 電流設定：使用5V電源並旨在實現明亮顯示，佢哋選擇每個光點平均電流為15mA。考慮到跨4位數同7行嘅多工（當所有光點都亮起時，每個光點有效佔空比為1/28），其激活時隙內嘅峰值脈衝電流會更高（例如，15mA * 28 = 420mA），但呢個必須對照100mA峰值電流額定值進行檢查。因此，佢哋需要調整時序或使用更低嘅平均電流，以保持峰值喺規格範圍內。
3. 熱考量：面板預期用於實驗室環境（25°C）。平均電流降額喺呢度唔係問題。然而，佢哋確保PCB有接地層以幫助散發驅動電路嘅熱量。
4. 結果：最終產品顯示清晰、明亮、具有良好視角嘅4位數讀數，滿足枱面儀器嘅要求。

11. 工作原理

LTP-2257KA基於排列喺被動矩陣中嘅發光二極管（LED）嘅基本原理運作。形成5x7網格嘅35個光點中嘅每一個都係一個獨立嘅AlInGaP LED晶片。當喺特定陽極（列）同陰極（行）對之間施加超過二極管結電勢（約2V）嘅正向偏置電壓時，電流流經該交點處嘅LED。呢個電流導致電子同空穴喺半導體嘅有源區內復合，以光子——光——嘅形式釋放能量，其波長係AlInGaP材料（紅橙色）嘅特徵。

矩陣組織係一種巧妙嘅互連方法。唔係用35條獨立電線，而係將垂直列中所有LED嘅陽極連接喺一齊，將水平行中所有LED嘅陰極連接喺一齊。要點亮單個光點，其特定列被驅動為正，其特定行被驅動為地。要顯示圖案（如字符），掃描算法快速順序遍歷各行（或各列），依次為每一行打開適當嘅列驅動器。喺足夠高嘅頻率下（通常>100Hz），視覺暫留使整個字符看起來穩定點亮。

12. 技術趨勢與背景

LTP-2257KA代表咗一種成熟、穩固嘅顯示技術。喺其發布時，點陣LED顯示屏係字母數字輸出嘅主流解決方案。從GaAsP等舊材料轉向AlInGaP係一個重要趨勢，提供咗改進嘅效率同顏色。

隨後嘅趨勢已轉向：

表面貼裝器件（SMD）封裝：現代等效產品幾乎全部係SMD類型，允許更小、自動化嘅組裝。

更高密度同全矩陣顯示屏：基本5x7格式已很大程度上被更大點陣模組（例如8x8、16x16）同全圖形面板所取代，後者可以顯示任意形狀同多種字體嘅文本。

集成控制器：現代LED矩陣模組通常喺單塊板上包含驅動器、存儲器同通信接口（如I2C或SPI），大大簡化咗工程師嘅設計過程。

替代技術：對於許多需要簡單字符輸出嘅應用，低功耗LCD（帶或不帶背光）同OLED顯示屏已變得更常見，特別係喺功耗、厚度或圖形能力係優先考慮因素嘅地方。

儘管有呢啲趨勢，像LTP-2257KA咁樣嘅通孔LED點陣顯示屏喺教育環境、愛好者項目、舊設備維護同特定工業應用中仍然具有相關性，喺呢啲應用中，佢哋嘅簡單性、耐用性、高亮度同寬溫度範圍係決定性優勢。