LTP-2157AKD LED 點陣顯示器規格書 - 2.0 吋高 - 5x7 矩陣 - 超紅光 (650nm) - 每點 40mW - 技術文件

1. 產品概覽

LTP-2157AKD 係一款固態字母數字字符顯示模組，專為需要清晰、明亮同可靠視覺輸出嘅應用而設計。佢嘅核心功能係利用一個由獨立可尋址發光二極管（LED）組成嘅網格來顯示字符同符號。主要應用領域包括工業控制面板、儀器儀表、銷售點終端、醫療設備顯示器，以及各種只需要簡單單色字符讀數嘅消費電子產品。

基本工作原理基於 5x7 點陣配置。即係話，每個字符都係通過點亮一個由 5 列同 7 行 LED 像素組成嘅網格中嘅特定圖案來形成。通過選擇性地向對應每個所需像素嘅陽極（行）同陰極（列）線施加正向電壓，特定嘅點就會亮起，從而形成好似字母同數字咁樣可識別嘅形狀。該器件採用多工驅動方案，以高頻率順序激活每一行，喺減少所需驅動引腳數量同功耗嘅同時，營造出穩定、全亮字符嘅視覺效果。

2. 技術參數：深入客觀解讀

2.1 光度與光學特性

光學性能係喺環境溫度（Ta）為 25°C 嘅標準測試條件下定義嘅。關鍵參數平均發光強度（Iv），喺 1/16 佔空比下以 32mA 峰值電流（Ip）驅動時，典型值為 3500 微坎德拉（µcd）。呢個數值表明其輸出亮度高，適合光線充足嘅環境。規定嘅最小值為 1650 µcd，呢個係產品性能嘅下限邊界。

顏色特性由 AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體材料決定。峰值發射波長（λp）典型值為 650 納米（nm），屬於可見光譜中嘅超紅光區域。主波長（λd）規定為 639 nm。峰值波長同主波長之間嘅差異，連同 20 nm 嘅譜線半寬度（Δλ），描述咗光譜純度同發出嘅特定紅色色調。規定嘅發光強度匹配比為 2:1（最大值），意思係喺相同驅動條件下，字符中最暗段嘅亮度不應低於最亮段亮度嘅一半，以確保外觀均勻。

2.2 電氣與熱特性

絕對最大額定值定義咗可能導致永久損壞嘅操作極限。每點平均功耗額定為 40 毫瓦（mW）。每點峰值正向電流喺脈衝操作下可達 90mA，而每點平均正向電流喺 25°C 時基本額定值為 15mA，並隨溫度升高以 0.2 mA/°C 線性遞減。呢個遞減對於熱管理同長期可靠性至關重要。每點最大反向電壓為 5V。

喺典型工作條件下（正向電流 IF=20mA），每段正向電壓（VF）範圍為 2.1V（最小值）至 2.6V（最大值）。呢個參數對於設計驅動器中嘅限流電路至關重要。反向電流（IR）非常低，喺最大反向電壓 5V 下通常為 2.3 至 2.8 微安培（µA），表明其二極管特性良好。

該器件嘅工作溫度範圍額定為 -35°C 至 +85°C，儲存溫度範圍相同。呢個寬廣嘅範圍使其適用於惡劣環境。最高焊接溫度規定為 260°C，最長持續時間為 3 秒，測量點位於安裝平面下方 1.6mm（1/16 吋）處，為 PCB 組裝工序提供清晰指引。

3. 機械與封裝資料

顯示器標稱矩陣高度為 2.0 吋（50.8 mm）。封裝尺寸喺詳細圖紙中提供，所有尺寸均以毫米為單位。除非圖紙另有註明，否則製造公差一般為 ±0.25 mm（0.01 吋）。物理封裝採用灰色面板配白色點狀顏色，呢種設計喺 LED 熄滅時增強對比度，喺 LED 亮起時則有助於光線擴散。

引腳連接圖對於正確連接至關重要。該器件採用 14 引腳配置。內部電路係標準嘅列共陰極排列，7 行嘅陽極則引出到獨立引腳。需要注意內部連接：第 4 腳同第 11 腳內部相連（兩者都係第 3 列嘅陰極），第 5 腳同第 12 腳內部相連（兩者都係第 4 行嘅陽極）。呢啲連接係為咗簡化內部鍵合，唔會影響外部驅動邏輯。

4. 性能曲線分析

規格書參考咗典型嘅電氣同光學特性曲線。雖然提供嘅文本中無詳細說明具體圖表，但呢類器件嘅標準曲線通常包括：

• 正向電流 vs. 正向電壓（I-V 曲線）：呢個圖表顯示指數關係，對於確定給定驅動電流所需嘅供電電壓至關重要。
• 發光強度 vs. 正向電流：呢條曲線顯示光輸出如何隨電流增加，通常喺工作範圍內呈近線性關係，然後喺極高電流下效率下降。
• 發光強度 vs. 環境溫度：呢個展示咗熱淬滅效應，即 LED 輸出隨結溫升高而降低。理解呢一點對於環境溫度高或散熱不良嘅應用好關鍵。
• 光譜分佈：相對強度與波長嘅關係圖，顯示光輸出集中喺 650nm 峰值附近，並具有規定嘅 20nm 半寬度。

呢啲曲線讓設計師能夠優化性能，並理解亮度、效率、驅動電流同熱管理之間嘅權衡。

5. 焊接與組裝指引

組裝必須遵守指定嘅焊接溫度曲線，以防損壞。最高允許焊接溫度為 260°C，組件暴露喺呢個溫度下嘅時間不應超過 3 秒。通常係通過使用可控嘅回流焊接工藝來實現，該工藝具有升溫、保持峰值溫度同喺指定限制內冷卻嘅溫度曲線。使用烙鐵進行手工焊接需要極度小心，以局部化熱量並避免超出呢啲參數。

對於儲存，該器件應存放喺 -35°C 至 +85°C 嘅指定溫度範圍內，並處於低濕度環境中。建議喺其保質期內使用組件，並喺處理過程中遵循標準嘅 ESD（靜電放電）預防措施，以保護敏感嘅半導體結。

6. 應用建議與設計考量

6.1 典型應用電路

LTP-2157AKD 需要外部驅動電路。常見設計使用具有足夠 I/O 引腳嘅微控制器或專用 LED 顯示驅動器 IC（例如 MAX7219 或類似型號）。驅動器必須實現多工：佢順序激活 7 行陽極線中嘅每一行，同時為該特定行提供列陰極數據。刷新率必須足夠高（通常 >100Hz）以避免可見閃爍。每條列線（或集成到驅動器中）必須使用限流電阻，以將正向電流設定為所需值（例如，典型亮度下為 20mA）。電阻值計算公式為 R = (Vcc - Vf - Vdriver_sat) / If，其中 Vcc 係供電電壓，Vf 係 LED 正向電壓（最大值約 2.6V），Vdriver_sat 係驅動器飽和電壓，If 係所需正向電流。

6.2 設計考量

• 電源供應：確保電源能夠提供所需嘅峰值電流。假設每行最多有 5 列亮起，每點峰值電流高達 20mA，單一行可能消耗 100mA。電源必須能夠處理呢種脈衝負載。
• 散熱：雖然單個點最大只消耗 40mW，但多個點連續運行會產生顯著熱量。如果喺高環境溫度或最大額定值下運行，請確保有足夠嘅通風或散熱措施。
• 視角與對比度：灰色面板/白色點狀設計提供良好嘅熄滅狀態對比度。安裝顯示器時，請考慮預期視角；LED 亮度通常喺軸向上最高。
• 軟件：微控制器韌體需要包含字型映射（定義每個字符 5x7 圖案嘅查找表）同多工驅動程式。

7. 技術比較與差異

呢款顯示器嘅主要區別在於其使用 AlInGaP 超紅光 LED 技術。同舊式 GaAsP（磷化鎵砷）紅光 LED 相比，AlInGaP 提供顯著更高嘅發光效率，從而喺相同驅動電流下實現更高亮度，或喺更低功耗下實現同等亮度。佢仲提供更好嘅色純度以及隨溫度同時間變化嘅穩定性。

同簡單嘅 7 段顯示器相比，5x7 點陣提供更大靈活性，能夠顯示完整嘅字母數字字符集（A-Z、0-9、符號），甚至簡單圖形，而 7 段顯示器主要限於數字同少量字母。權衡之處在於硬件（更多驅動引腳）同軟件（字符生成）嘅複雜性增加。

8. 基於技術參數嘅常見問題

問：我可唔可以唔用多工，直接用恆定直流電流驅動呢個顯示器？

答：技術上可以，但效率極低，唔建議咁做。同時以 20mA 驅動所有 35 個點將需要 700mA 電流消耗並產生大量熱量。多工係標準同預期嘅方法，可以降低功耗同減少引腳數量。

問：峰值發射波長（650nm）同主波長（639nm）有咩分別？

答：峰值波長係光譜輸出中強度最高嘅點。主波長係指對人眼而言具有相同顏色嘅單色光波長。之所以有差異，係因為 LED 發出嘅係一個光譜（寬 20nm），而唔係單一純淨波長。

問：引腳圖顯示第 3 列有兩個引腳，第 4 行有兩個引腳。我需要兩個都連接嗎？

答：唔需要，呢啲引腳內部已經連接。連接其中任何一個就足夠。呢個內部連接係為咗簡化晶片鍵合嘅製造工藝。兩個都連接唔會造成損害，但冇必要。

問：點樣計算平均功耗？

答：對於多工顯示器，平均電流大約係（全亮字符中亮點數量 / 總點數）* 每點電流 * 佔空比。例如，對於一個使用 24 個亮點、每點 20mA、佔空比為 1/7（7 行）嘅字符：平均電流 ≈ (24/35) * 20mA * (1/7) ≈ 每個字符 2mA。乘以字符數量就係總負載。

9. 實際應用案例分析

場景：為工業烤箱設計一個簡單嘅單字符溫度讀數顯示。

要求係顯示 0 至 199°C 嘅溫度。微控制器讀取溫度傳感器。使用一個 LTP-2157AKD 顯示器。微控制器引腳有限，因此使用串入/並出移位寄存器（例如 74HC595）來驅動 5 條列陰極線，並使用其自身嘅 7 個 I/O 引腳通過晶體管開關（以處理更高嘅行電流）來驅動行陽極線。

韌體包含數字 0-9 同度數符號嘅 5x7 字型。多工驅動程式喺定時器中斷中運行。顯示器顯示穩定、明亮嘅紅色數字，喺工廠環境中幾英尺外都清晰可讀。顯示器嘅寬廣工作溫度範圍（-35°C 至 +85°C）確保咗可靠性，即使烤箱控制器外殼變暖。灰色面板嘅高對比度防止咗喺明亮工業照明下出現褪色。

10. 技術原理與趨勢

10.1 底層技術原理

光嘅產生基於半導體 p-n 結中嘅電致發光。當施加正向電壓時，來自 n 型 AlInGaP 層嘅電子同來自 p 型層嘅電洞復合。呢個復合事件以光子（光）嘅形式釋放能量。AlInGaP 材料嘅特定能帶隙決定咗發射光子嘅波長（顏色），喺呢個案例中係大約 650nm 嘅紅光。不透明嘅 GaAs 襯底吸收任何向下發射嘅光，通過將更多光反射出器件頂部來提高整體效率。5x7 陣列係通過喺公共襯底上沉積並圖案化多個微型 LED 晶片或單個圖案化晶片來製造，並具有互連嘅陽極同陰極線。

10.2 行業趨勢

雖然像 LTP-2157AKD 咁樣嘅分立式 5x7 點陣顯示器對於特定、成本敏感嘅應用仍然相關，但更廣泛嘅行業趨勢正朝著集成化解決方案發展。呢啲包括：

- 表面貼裝器件（SMD）陣列：佔用空間更細，更容易自動化組裝。

- 集成控制器/驅動器顯示器：內置控制器嘅模組，通過 SPI 或 I2C 通訊，大幅減輕微控制器資源負擔。

- 更高分辨率同色彩：朝向更精細點距嘅矩陣同全彩 RGB 顯示器發展，以顯示更詳細嘅圖形。

- 替代技術：喺某些應用中，OLED（有機發光二極管）顯示器提供更優越嘅對比度同視角，儘管通常成本更高且具有不同嘅壽命特性。

像呢款咁樣嘅分立式 LED 點陣顯示器嘅持久優勢在於其極高嘅穩健性、長壽命、高亮度、簡單性以及對於單色字符顯示任務嘅低成本，確保咗佢哋喺工業同嵌入式系統中嘅持續使用。