LTP-2157AKY LED顯示模組規格書 - 2.0英吋 (50.8mm) 矩陣高度 - AlInGaP琥珀黃光 - 2.6V順向電壓 - 35mW功耗 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTP-2157AKY是一款2.0英吋（50.8毫米）字元高度、5x7點矩陣的LED顯示模組。此裝置專為需要清晰、明亮的字母數字或符號資訊顯示的應用而設計。其核心技術採用AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體材料來產生琥珀黃色光。視覺呈現採用灰色面板與白色點狀顏色，增強了對比度與可讀性。該模組建構為共陰極陣列，需要外部多工驅動電路才能運作。

此顯示器的主要應用領域包括工業儀表、消費性電子產品介面、銷售點終端機、醫療設備顯示器，以及任何需要緊湊、可靠且明亮讀數的嵌入式系統。與真空螢光或白熾燈等其他顯示技術相比，其固態結構確保了高可靠性和長使用壽命。

1.1 核心優勢與目標市場

LTP-2157AKY的主要優勢源自其AlInGaP LED技術與周詳的設計。它提供高亮度與高對比度，這對於在各種環境光照條件下（包括明亮的室內環境）的可讀性至關重要。低功耗需求使其適用於電池供電或注重能源效率的應用。出色的字元外觀是透過精確的5x7點矩陣佈局實現的，這是清晰顯示ASCII字元的標準。

目標市場廣泛，涵蓋需要簡單、經濟高效且穩固顯示解決方案的設備之OEM（原始設備製造商）和設計工程師。其規格使其在不需要或負擔不起更大型、更複雜的圖形顯示器時，成為可行的選擇。

2. 深入技術參數分析

透徹理解電氣和光學參數對於LTP-2157AKY顯示器的正確電路設計與整合至關重要。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能對裝置造成永久損壞的應力極限。不建議在這些極限值或接近極限值下連續操作裝置。

• 每點平均功耗：35 mW。這是在不引起熱劣化的情況下，單個LED段（點）可以安全散發的最大連續功率。
• 每點峰值順向電流：60 mA。這是在脈衝操作期間允許的最大瞬時電流，通常用於多工驅動方案。
• 每點平均順向電流：在25°C時為13 mA。此額定值在超過25°C時以0.17 mA/°C線性遞減。例如，在85°C時，最大允許平均電流約為：13 mA - (0.17 mA/°C * (85°C - 25°C)) = 13 mA - 10.2 mA = 2.8 mA。此遞減對於熱管理至關重要。
• 每點反向電壓：5 V。在反向偏壓下超過此電壓可能擊穿LED接面。
• 操作與儲存溫度範圍：-35°C 至 +85°C。此寬廣範圍確保了在惡劣環境下的功能性。
• 焊接溫度：最高260°C，最長3秒，測量點位於安裝平面下方1.6mm處。這是標準的波峰焊或迴流焊指南，以防止封裝損壞。

2.2 電氣與光學特性

這些是在指定測試條件下，於環境溫度（Ta）25°C時測得的典型操作參數。

• 平均發光強度（I_V）：2100 μcd（最小值），3600 μcd（典型值）。測試條件：I_p=32mA，1/16工作週期。此高亮度是一項關鍵特性。測量使用近似CIE明視覺響應曲線的濾光片以確保準確性。
• 峰值發射波長（λ_p）：595 nm（典型值）。這是光功率輸出最大的波長，定義了琥珀黃色。
• 譜線半高寬（Δλ）：15 nm（典型值）。這表示光譜純度；寬度越窄表示顏色越單一。
• 主波長（λ_d）：592 nm（典型值）。這是人眼感知的波長，與此類LED的峰值波長非常接近。
• 每段順向電壓（V_F）：2.05V（最小值），2.6V（典型值）。測試條件：I_F=20mA。設計師必須確保驅動電路能提供此電壓。
• 反向電流（I_R）：100 μA（最大值）。測試條件：V_R=5V。這是LED處於反向偏壓時的漏電流。
• 發光強度匹配比（I_V-m）：2:1（最大值）。測試條件：I_F=2mA。此參數確保顯示器整體的一致性；最暗段的亮度至少將是最亮段亮度的一半。

3. 分級系統說明

規格書未明確詳述波長或光通量的多級分級系統。然而，指定的參數意味著受控的製造過程。主波長（典型值592 nm）和發光強度（2100-3600 μcd）的嚴格範圍表明，零件是經過篩選以滿足這些最小值和典型規格的。設計師應考慮最小值（I_V最小值2100 μcd，V_F最大值2.6V）以進行最壞情況的電路設計，確保所有單元的顯示可見性和適當的電流調節。

4. 性能曲線分析

規格書參考了典型特性曲線。雖然文本中未提供，但可以推斷標準LED曲線，且對設計至關重要。

4.1 順向電流 vs. 順向電壓（I-V曲線）

I-V關係是非線性的。在20mA時典型V_F為2.6V是關鍵設計點。曲線顯示在LED的能隙電壓（AlInGaP約為~2V）附近急遽開啟，之後電流隨電壓呈指數增長。因此，強烈建議使用恆流源驅動LED，而非恆壓源，以防止熱失控並確保亮度一致。

4.2 發光強度 vs. 順向電流

在正常工作範圍內（例如，直至額定平均電流），發光強度大致與順向電流成正比。然而，在極高電流下，效率可能因發熱而下降。在32mA脈衝操作下指定的強度是針對多工顯示器進行優化的。

4.3 溫度依賴性

LED特性對溫度敏感。順向電壓（V_F）通常隨接面溫度升高而降低（負溫度係數）。發光強度也隨溫度升高而降低。電流遞減規格（0.17 mA/°C）是針對這些效應的直接設計保護，防止過熱和亮度過早衰減。

4.4 光譜分佈

發射光譜以595 nm（琥珀黃色）為中心，典型半高寬為15 nm。這是一個相對較窄的頻帶，是AlInGaP等直接能隙III-V族半導體的特徵，能產生良好的色彩飽和度。

5. 機械與封裝資訊

5.1 物理尺寸

封裝圖顯示了顯示模組的整體物理尺寸。除非另有說明，所有尺寸均以毫米為單位，標準公差為±0.25毫米。此資訊對於PCB（印刷電路板）佔位面積設計和外殼裝配至關重要。

5.2 接腳配置與內部電路

LTP-2157AKY採用14接腳配置。內部電路圖顯示了5x7矩陣的共陰極排列。列（垂直線）是陰極，行（水平線）是陽極。特定註記指出內部連接：接腳4和接腳11相連（兩者都是第3列的陰極），接腳5和接腳12相連（兩者都是第4行的陽極）。此內部連接可能是為了簡化內部鍵合線佈局。必須嚴格遵循接腳定義表以確保顯示器正確運作。

5.3 極性識別

本裝置採用共陰極配置。陰極接腳用於列（1-5），陽極接腳用於行（1-7）。施加順向偏壓需要將所需行接腳連接到正電壓（透過限流電阻或驅動器），並將所需列接腳連接到地（或低側驅動器汲極）。

6. 焊接與組裝指南

絕對最大額定值指定了焊接曲線：最高溫度260°C，最長持續時間3秒，測量點位於安裝平面下方1.6毫米（1/16英吋）處。這與標準無鉛迴流焊接製程相容（例如，遵循標準IPC/JEDEC J-STD-020曲線）。操作時應注意避免對接腳施加機械應力。對於儲存，建議在乾燥、防靜電的環境中，於指定範圍-35°C至+85°C內存放，以防止吸濕（這可能導致迴流焊時產生爆米花現象）和靜電放電損壞。

7. 包裝與訂購資訊

零件編號為LTP-2157AKY。雖然提供的內容中未列出具體包裝細節（捲盤、托盤、管裝），但此類顯示器通常以防靜電管或托盤供應，以保護接腳和顯示面板。"Spec No.: DS-30-99-106"和"BNS-OD-FC001/A4"是內部文件控制編號。

8. 應用建議

8.1 典型應用電路

LTP-2157AKY需要外部驅動電路。常見設計使用具有多工軟體的微控制器。微控制器的I/O埠通常不足以直接提供/吸收所需電流，因此連接到行驅動電晶體（例如，用於向陽極提供電流的PNP或P通道MOSFET）和列驅動電晶體或專用汲極驅動器（例如，用於從陰極吸收電流的NPN、N通道MOSFET或ULN2003等LED驅動器IC）。多工程序快速循環掃描每一行（1-7），為該行開啟適當的列陰極以形成所需的字元。測試條件中提到的1/16工作週期是典型的多工比率（例如，在可能的7+?幀中，一次只開啟一行；確切的時序取決於驅動器設計）。

8.2 設計考量

• 限流：對每個LED段都至關重要。使用電阻或恆流驅動器。根據電源電壓（V_CC）、LED順向電壓（V_F）和所需順向電流（I_F）計算電阻值。對於多工操作，使用峰值電流（I_p）。範例：對於V_CC=5V，V_F=2.6V，I_p=32mA，R = (5V - 2.6V) / 0.032A ≈ 75歐姆。
• 多工頻率：必須足夠高以避免可見閃爍（通常>60 Hz幀率）。視覺暫留會將快速循環的行融合成穩定的影像。
• 散熱：在高環境溫度下遵守電流遞減曲線。如果在密閉空間中使用，請確保通風良好。
• 視角：雖然未指定，但標準LED矩陣具有寬廣的視角。灰色面板/白色點狀設計優化了正面觀看的對比度。

9. 技術比較

與其發布時間（2002年）可用的其他當代顯示技術相比，LTP-2157AKY提供了明顯的優勢：

• 對比白熾燈或真空螢光顯示器（VFD）：LED顯示器能效更高、產生的熱量更少、響應時間更快，且使用壽命顯著更長。由於沒有脆弱的燈絲或玻璃外殼，其機械穩固性也更佳。
• 對比早期LCD：LED顯示器是自發光的，在低光或陽光直射條件下無需背光即可提供更高的亮度和更好的可見性。它還具有更寬廣的工作溫度範圍，且在寒冷環境中沒有響應緩慢的問題。
• 對比其他LED顏色（例如GaAsP紅光）：此琥珀黃光LED中使用的AlInGaP技術，比舊式的GaAsP紅光LED提供了更高的發光效率（每單位電功率的光輸出更多）和更好的長期穩定性。

10. 常見問題解答（FAQ）

Q1：我可以在陽極上使用恆定的5V電源驅動此顯示器嗎？

A1：不行。LED是電流驅動裝置。施加恆定電壓而無串聯限流電阻將導致過量電流流動，可能損壞LED。務必使用限流機制。

Q2：為什麼第3列和第4行有兩個接腳？

A2：接腳4和11在內部都連接到陰極第3列，接腳5和12在內部都連接到陽極第4行。這樣做可能是為了內部鍵合線佈局的效率，或是為了在PCB上提供替代連接點以便佈線。在電氣上，它們是同一個節點。

Q3：發光強度測試條件中的"1/16 Duty"是什麼意思？

A3：這表示LED以1/16（6.25%）的工作週期進行脈衝驅動。峰值電流（I_p=32mA）高於在多工系統中達到相同亮度感知所需的平均直流電流。平均電流為I_p* 工作週期 = 32mA * 0.0625 = 2mA。這種脈衝操作是測試多工顯示器的標準方法。

Q4：如何顯示像字母"A"這樣的字元？

A4：您需要一個字型映射或查找表，定義每個字元要點亮哪些點（行、列交點）。對於5x7矩陣，這通常是每個字元一個5位元組的陣列，其中一個位元組中的每個位元代表一列中的一個行元素。您的微控制器軟體在多工掃描期間使用此映射。

11. 實務設計案例研究

考慮使用三個LTP-2157AKY顯示器設計一個具有3位數讀數的簡單數位溫度計。系統將需要一個溫度感測器、一個微控制器（例如8位元MCU）和驅動電路。微控制器讀取感測器，將數值轉換為BCD或自訂字型映射，並驅動顯示器。由於接腳數量眾多（3個顯示器 * 14接腳 = 如果直接驅動則為42接腳），多工方案是必需的。設計將涉及：1) 將三個顯示器的所有對應行接腳（陽極）連接在一起（創建7條共陽極線）。2) 分別連接每個顯示器的列接腳（陰極）（創建3個顯示器 * 5列 = 15條陰極線）。3) 使用具有7+15=22條I/O線的微控制器（或使用外部移位暫存器或埠擴展器以減少線數）以高頻率掃描共行，並依次為每個數字啟動適當的列。限流電阻可以放置在共陽極線或個別陰極線上。

12. 工作原理

LTP-2157AKY基於半導體P-N接面的電致發光原理。當施加順向偏壓時，來自N型AlInGaP層的電子與來自P型層的電洞在主動區複合。此複合事件以光子（光）的形式釋放能量。595 nm（琥珀黃色）的特定波長由AlInGaP半導體材料的能隙能量決定，這是在晶體生長過程中設計的。不透明的GaAs基板有助於將光向上反射，提高了從晶片頂部表面的整體光提取效率。

13. 技術趨勢

自本規格書發布（2002年）以來，LED顯示技術已取得顯著進步。雖然5x7點矩陣格式仍然是簡單顯示器的主力，但底層技術已經演進。AlInGaP LED在效率和壽命方面都有所改善。此外，更新的顯示選項已變得普遍：1)更高密度矩陣：8x8、16x16及更大的圖形矩陣現在已很常見且價格低廉。2)表面黏著裝置（SMD）LED：現代設計通常使用放置在PCB上的獨立SMD LED來形成矩陣，提供更多的設計靈活性。3)有機發光二極體（OLED）顯示器：提供高對比度、寬廣視角和靈活的外形尺寸，儘管它們可能具有不同的壽命和環境限制。4)整合控制器顯示器：現代模組通常包含內建控制器（如用於字元LCD的HD44780或專用LED矩陣驅動器），將介面需求簡化為僅需幾條資料和控制線。然而，如LTP-2157AKY所詳述的驅動多工LED陣列的基本設計原則，仍然直接適用於許多現代的離散LED矩陣專案。