LTP-747KA LED 點矩陣顯示器規格書 - 0.7英吋 (17.22公釐) 字元高度 - 紅橙色 - AlInGaP 技術 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTP-747KA 是一款單一位數、5 x 7 點矩陣的英數字元顯示模組。其主要功能是在各種電子應用中，為字元和符號提供清晰、明亮的視覺輸出。此顯示器的核心元件是採用先進的磷化鋁銦鎵 (AlInGaP) 半導體材料製成的發光二極體 (LED) 晶片，負責產生特有的紅橙色光輸出。此材料技術以其高效率和良好的性能特性而聞名。

該裝置採用灰色面板構造，並具有白色點或段，這增強了發光元件與背景之間的對比度和可讀性。顯示器根據其發光強度進行分類，這意味著單元會根據其測量的光輸出進行分級或排序，以確保在需要均勻亮度的應用中，亮度能維持在指定範圍內的一致性。

2. 技術規格深入解析

本節對規格書中指定的關鍵技術參數提供詳細、客觀的分析。

2.1 光學特性

光學性能是顯示器功能的核心。關鍵參數在特定的測試條件下測量，通常在環境溫度 (T_A) 為 25°C 時進行。

• 平均發光強度 (I_V):這是衡量單一點所發出光線的感知功率。當以 32mA 的峰值電流 (I_P) 在 1/16 工作週期驅動時，典型值為 3400 微燭光 (µcd)，最小值為 1650 µcd。1/16 工作週期是點矩陣顯示器常見的多工驅動方案，其中每一列僅在 1/16 的時間內啟動，以管理功率和熱量。
• 峰值發射波長 (λ_p):這是 LED 發射光譜達到最大強度時的波長。對於 LTP-747KA，此值通常為 621 奈米 (nm)，使其明確位於可見光譜的紅橙色區域。
• 主波長 (λ_d):此值為 615 nm，這是描述人眼感知顏色最貼切的單一波長。由於 LED 發射光譜的形狀，它與峰值波長略有不同。
• 譜線半高寬 (Δλ):此參數通常為 18 nm，表示發射光譜在其最大強度一半處的寬度。較窄的半高寬表示光譜更純淨、顏色更飽和。
• 發光強度匹配比 (I_V-m):規定最大值為 2:1，此比率定義了顯示器上最亮點與最暗點之間允許的亮度變化。較低的比率表示均勻度更好。

2.2 電氣特性

了解電氣行為對於正確的電路設計和確保長期可靠性至關重要。

• 每點順向電壓 (V_F):LED 在導通電流時兩端的電壓降。在順向電流 (I_F) 為 20mA 時，典型值為 2.6V，最大值為 2.6V。最小值列為 2.05V。設計限流電路時必須考慮此範圍。
• 每點逆向電流 (I_R):施加逆向電壓時流過的微小電流。在逆向電壓 (V_R) 為 5V 時，規定最大值為 100 µA。超過絕對最大逆向電壓可能導致損壞。
• 每點平均順向電流:建議用於可靠運作的最大連續直流電流為 13 mA。這與多工操作中使用的峰值電流不同。
• 每點峰值順向電流:一個點可以承受的最大瞬時電流，規定為 90 mA。在多工應用中，瞬時電流可以高於平均電流，但不得超過此峰值額定值。

2.3 絕對最大額定值與熱考量

這些額定值定義了可能對裝置造成永久損壞的極限。它們不是正常運作的條件。

• 每點平均功率消耗:單個 LED 點可以持續消耗的最大功率為 33 mW。超過此值可能導致過熱並縮短使用壽命。
• 工作與儲存溫度範圍:該裝置額定可在 -35°C 至 +85°C 的環境溫度下運作。它也可以在此相同的溫度範圍內儲存。
• 電流降額:平均順向電流必須在超過 25°C 時以每攝氏度 0.17 mA 的速率線性降低。這是在較高環境溫度下防止熱失控的關鍵設計規則。
• 焊接溫度:在波峰焊或迴流焊過程中，封裝體座平面下方 1/16 英吋（約 1.6 公釐）處的溫度不得超過 260°C 超過 3 秒。這可防止內部晶粒和焊線損壞。

3. 分級與分類系統

規格書明確指出該裝置根據發光強度進行分類。這意味著一個分級過程。

• 發光強度分級:製造後，個別顯示器會根據其測量的光輸出進行測試並分類到不同的等級中。這確保客戶獲得亮度水平一致的產品。規格書提供了最小/典型/最大值 (1650/3400 µcd)，但此摘錄中未詳細說明特定的等級代碼或類別。實際上，訂購資訊會指定所需的強度等級。
• 波長/顏色分級:雖然本文件中未明確提及波長分級，但 LED 製造商通常會根據主波長或峰值波長對裝置進行分級，以確保顏色一致性，特別是在多單元顯示器中。λ_p(621 nm) 和 λ_d(615 nm) 的緊密典型值表明 AlInGaP 材料具有良好的固有顏色均勻性。

4. 性能曲線分析

規格書參考了典型電氣/光學特性曲線。雖然文本中未提供具體圖表，但我們可以推斷其標準內容和重要性。

• 順向電流 vs. 順向電壓 (I_F-V_F) 曲線:此圖顯示了通過 LED 的電流與其兩端電壓之間的非線性關係。對於設計正確的驅動電路至關重要。該曲線將顯示一個膝點電壓（約為典型的 2.6V），在此之後，電流會隨著電壓的微小增加而迅速增加。
• 發光強度 vs. 順向電流 (I_V-I_F) 曲線:此圖說明了光輸出如何隨著驅動電流增加。它通常在一定範圍內呈線性，但在非常高的電流下會飽和。它有助於確定所需亮度的操作點。
• 發光強度 vs. 環境溫度 (I_V-T_A) 曲線:此圖顯示了隨著 LED 接面溫度升高，光輸出會下降。它量化了熱降額效應，對於在高溫環境下運作的應用至關重要。
• 光譜分佈曲線:相對強度與波長的關係圖，顯示以 621 nm 為中心、半高寬為 18 nm 的鐘形曲線。

5. 機械與封裝資訊

5.1 實體尺寸

該顯示器的字元高度為 0.7 英吋，相當於 17.22 公釐。封裝尺寸圖（文本中提及但未顯示）將詳細說明總長度、寬度、高度、引腳間距和段排列。除非另有說明，所有尺寸的公差均指定為 ±0.25 公釐 (0.01 英吋)。這種精度水平對於在印刷電路板 (PCB) 上的機械配合非常重要。

5.2 接腳連接與內部電路

該裝置有 12 個接腳。接腳定義明確： 接腳 1：第 1 行陽極，接腳 2：第 3 列陰極，接腳 3：第 2 行陽極，依此類推。內部電路圖顯示列的配置為共陰極。這意味著 7 條列線中的每一條都連接到該列中所有 5 個 LED 的陰極。5 條行線連接到每行中 LED 的陽極。這種矩陣排列允許僅使用 12 個接腳 (5+7)，透過多工技術控制 35 個獨立點 (5x7)。

5.3 極性辨識

雖然文本中未明確顯示，但接腳編號和內部電路圖提供了極性所需的資訊。接腳定義表是正確連接陽極和陰極的權威指南。錯誤的極性連接（對陰極施加順向偏壓）將導致 LED 無法點亮，並且如果電壓超過逆向電壓額定值 (5V)，可能會損壞它。

6. 焊接與組裝指南

提供的關鍵指南是焊接溫度曲線：測量封裝體下方 1.6 公釐處的溫度不得超過 260°C 超過 3 秒。這是波峰焊或迴流焊製程的標準指南。對於手動焊接，應使用溫控烙鐵，並盡量減少與引腳的接觸時間，以防止熱量沿引腳傳導並損壞內部晶片。在處理和組裝過程中應遵守適當的靜電放電 (ESD) 預防措施，以防止損壞半導體接面。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

由於其 5x7 點矩陣格式非常適合生成英數字元，LTP-747KA 非常適合需要清晰、單一位數讀數的應用。例如：

• 工業控制面板和儀器顯示器。
• 測試與測量設備。
• 消費性電器，如微波爐、洗衣機或音響設備。
• 銷售點終端機和基本資訊顯示器。
• 用於學習微控制器和多工顯示器的教育套件。

7.2 設計考量

• 驅動電路:需要微控制器或專用顯示驅動器 IC 來多工處理行和列。驅動器必須能夠分別為行和列提供/吸收必要的峰值電流（根據測試條件，每點高達 32mA，但設計應參考絕對最大額定值）。
• 電流限制:每個陽極（行）線路必須使用外部限流電阻來設定順向電流並保護 LED。電阻值使用 R = (V_電源- V_F) / I_F 計算。必須考慮在多工計算中使用峰值電流 (I_P)。
• 熱管理:在高環境溫度或高亮度應用中，確保平均電流按規定降額（超過 25°C 時每攝氏度 0.17 mA）。PCB 上足夠的間距有助於自然對流冷卻。
• 視角:規格書宣稱具有寬視角，這對於顯示器可能從離軸位置觀看的應用非常有益。

8. 技術比較與差異化

雖然未提供與其他型號的直接比較，但根據其規格書，LTP-747KA 的主要差異化特點包括：

• 材料技術 (AlInGaP):與舊的 GaAsP 或 GaP LED 相比，AlInGaP 提供更高的效率、更好的溫度穩定性和卓越的亮度，從而實現了高亮度與高對比度的主張。
• 點矩陣 vs. 段式顯示器:5x7 點矩陣比標準的 7 段顯示器提供更大的靈活性，因為它可以顯示完整的 ASCII 字元集、符號和簡單圖形，而不僅僅是數字和少數字母。
• 強度分類:發光強度的分級是對於需要多個單元之間均勻性的應用的一項增值功能。
• 對比度增強:帶有白點的灰色面板是一種設計選擇，旨在提高 LED 熄滅時的對比度，使顯示器在各種照明條件下看起來更專業、更易讀。

9. 常見問題（基於技術參數）

9.1 峰值順向電流 (90mA) 與測試條件電流 (32mA) 有何不同？

峰值順向電流 (90mA) 是一個絕對最大額定值——LED 可以承受而不會立即損壞的最高瞬時電流。用於發光強度測試的 32mA 是在多工（1/16 工作週期）系統中進行測量的典型操作條件。在該情況下，平均電流要低得多 (32mA / 16 = 2mA)。設計必須確保瞬時電流保持在 90mA 以下，並且每點的平均電流保持在 13mA 以下（考慮溫度降額）。

9.2 如何解讀 1/16 工作週期規格？

這表示標準的多工驅動方法。為了用 5 列控制 7 行，一種常見的技術是一次啟動一行，快速循環所有 7 行。如果每行開啟時間相等，則其活動時間為總時間的 1/7。1/16 工作週期是一個保守的、標準化的測試條件，允許在不同顯示器之間進行比較，即使您應用中的實際多工方案是 1/7 或 1/8 工作週期。

9.3 為何順向電壓給出的是一個範圍（最小值 2.05V，典型/最大值 2.6V）？

順向電壓 (V_F) 由於半導體材料的製造公差而存在自然變化。電路設計必須適應此範圍。限流電阻應使用最大值 V_F(2.6V) 計算，以保證即使是具有高 V_F的裝置也能獲得足夠的電壓來開啟並達到所需的電流。使用典型值進行計算可能會導致某些單元驅動不足。

10. 設計與使用案例範例

情境:為一個在最高 50°C 環境中運作的工業控制器設計一個單一位數的溫度讀數顯示。

1. 字元集:5x7 矩陣可以顯示數字 0-9 和字母，如表示攝氏的 "C"。
2. 驅動器選擇:將使用具有至少 12 個 I/O 接腳的微控制器或專用顯示驅動器 IC（如 MAX7219）來處理多工時序。
3. 電流計算:為獲得良好亮度，設定目標平均點電流。假設我們選擇 8mA 平均電流。在 50°C 時，適用降額：降額 = (50°C - 25°C) * 0.17 mA/°C = 4.25 mA。在 50°C 時允許的最大平均電流 = 13 mA - 4.25 mA = 8.75 mA。我們 8mA 的目標是安全的。
4. 電阻計算:對於 1/7 多工（7 行），每點的峰值電流需要達到 8mA * 7 = 56mA 才能實現 8mA 的平均值。這低於 90mA 的峰值額定值。使用 5V 電源和 V_F(最大值)=2.6V，限流電阻為 R = (5V - 2.6V) / 0.056A ≈ 42.9Ω。將使用標準的 43Ω 電阻。
5. PCB 佈局:顯示器的佔位面積將與尺寸圖匹配。封裝周圍將留出足夠的空間以利空氣流通。

11. 工作原理

LTP-747KA 基於半導體 p-n 接面的電致發光原理運作。當施加超過二極體內建電位的順向電壓（陽極相對於陰極為正）時，來自 n 型 AlInGaP 層的電子與來自 p 型層的電洞重新結合。此重新結合事件以光子（光）的形式釋放能量。AlInGaP 合金（鋁、銦、鎵、磷）的特定成分決定了半導體的能隙能量，這直接決定了發射光的波長（顏色）——在本例中為約 621 nm 的紅橙色。晶片安裝在不透明的砷化鎵 (GaAs) 基板上，這有助於將光線向上反射，提高從裝置頂部表面的整體光提取效率。5x7 矩陣是由可單獨定址的 LED 以此網格圖案排列而成，透過外部多工電路控制，該電路快速對行和列進行供電排序，以產生穩定、完全點亮的字元的視覺效果。

12. 技術趨勢與背景

如 LTP-747KA 所使用的 AlInGaP LED 技術，相較於早期的 GaAsP 等 LED 材料，代表了一項重大進步。它實現了更高的亮度、更高的效率和更好的溫度穩定性，使 LED 能夠應用於更廣泛的指示器和顯示器應用。顯示技術的趨勢隨後轉向更高密度的點矩陣、全彩 RGB 矩陣，以及有機 LED (OLED) 和微型 LED 顯示器在高解析度螢幕上的廣泛採用。然而，像 5x7 格式這樣的單一位數和多位數英數字元點矩陣顯示器，在工業、電器和儀器領域中，對於不需要完整圖形功能、成本效益高、可靠且易於讀取的介面，仍然具有高度相關性。無論規模或技術如何，基本的驅動原理——多工和電流控制——仍然是 LED 顯示器設計的基礎。