LTP-1557AKD LED 點矩陣顯示器規格書 - 1.2 英吋 (30.42mm) 字高 - 超紅光 (650nm) - 每點 40mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTP-1557AKD 是一款採用 5x7 點矩陣排列的 AlInGaP（磷化鋁銦鎵）超紅光發光二極體（LED）所構成的單一位數英數字元顯示模組。此配置是顯示 ASCII 和 EBCDIC 字元集的標準方式，適用於需要清晰單一字元讀數的應用。該元件採用灰色面板搭配白色發光點，增強對比度以提升可讀性。其核心設計原理基於共陰極行與共陽極列的矩陣架構，允許透過多工掃描方式，以較少的 I/O 接腳數量來控制個別 LED。

1.1 核心優勢與目標市場

此顯示器的主要優勢包括其固態可靠性、單一平面設計帶來的寬廣視角以及低功耗需求。1.2 英吋（30.42 公釐）的字元高度提供了良好的可見性。它已根據發光強度進行分類，允許進行亮度分級。該元件可水平堆疊，從而創建多位數字元顯示器。其主要目標市場包括工業控制面板、儀器儀表、測試設備、銷售點終端機以及其他需要簡單、可靠且低功耗字元顯示的嵌入式系統。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能對元件造成永久損壞的極限。它們不適用於連續操作。

• 每點平均功耗：40 mW。這限制了每個獨立 LED 晶片的連續熱負載。
• 每點峰值順向電流：90 mA。此電流僅允許在脈衝條件下使用，工作週期為 1/10，脈衝寬度為 0.1 ms，用於在多工掃描方案中實現更高的瞬時亮度。
• 每點平均順向電流：在 25°C 下的基本額定值為 15 mA。此額定值會隨著環境溫度（Ta）超過 25°C 而以 0.2 mA/°C 的速率線性遞減，這是熱管理的一個關鍵考量。
• 每點逆向電壓：5 V。超過此值可能會擊穿 LED 的 PN 接面。
• 工作與儲存溫度範圍：-35°C 至 +85°C。
• 焊接溫度：最高 260°C，持續時間最長 3 秒，測量點位於封裝安裝平面下方 1.6mm（1/16 英吋）處。

2.2 電氣與光學特性

這些參數是在環境溫度（Ta）為 25°C 時測量的，定義了元件的典型性能。

• 平均發光強度（I_V）：範圍從 800 µcd（最小值）到 2600 µcd（典型值）。在 IF=32mA 且工作週期為 1/16 的脈衝條件下測量。此寬範圍顯示了發光強度分類（分級）的影響。_p峰值發射波長（λ
• ）：_p650 nm（典型值）。這定義了發射光的主要顏色為超紅光。譜線半高寬（Δλ）：
• 20 nm（典型值）。這表示發射紅光的光譜純度或頻寬。主波長（λ
• ）：_d639 nm（典型值）。這是人眼感知的波長，與峰值波長略有不同。順向電壓（V
• ）任意點：_F在 IF=20mA 時為 2.1V 至 2.6V（典型範圍）。
  • 在 IF=80mA（脈衝）時為 2.3V 至 2.8V（典型範圍）。顯示了 LED 的正溫度係數和動態電阻。_F逆向電流（I
  • ）任意點：_F在 VR=5V 時最大為 100 µA。
• 發光強度匹配比（I_RV-m）：_R最大 2:1。此參數規定了在相同驅動條件下，陣列中最亮與最暗 LED 之間的最大允許比率，以確保外觀均勻。
• 測量備註：_{發光強度是使用近似於 CIE 明視覺響應曲線的感測器和濾光片組合進行測量的，確保測量值與人類視覺感知相關。}3. 分級系統說明規格書明確指出此元件已根據發光強度進行分類。這是一個關鍵的分級參數。

發光強度分級：典型的 IV 範圍 800-2600 µcd 表示存在多個亮度等級。設計師必須根據應用程式的亮度需求選擇合適的等級，並在使用多個顯示器時確保一致性。

波長一致性：

雖然未明確針對波長進行分級，但 λp (650nm) 和 λd (639nm) 的嚴格典型規格表明製造控制良好，能確保不同元件間的紅色發光顏色一致。

• 順向電壓：指定的 VF 範圍（例如 2.1-2.6V）意味著存在差異。對於使用大量顯示器或具有嚴格電源要求的設計，可能需要向製造商諮詢電壓分級的選項。_V4. 性能曲線分析
• 規格書提及典型電氣/光學特性曲線。雖然文中未提供具體圖表，但此類元件的標準曲線通常包括：順向電流 vs. 順向電壓（I-V 曲線）：_p顯示指數關係，對於設計限流電路至關重要。此曲線會隨溫度變化而移動。_d相對發光強度 vs. 順向電流：
• 表明在正常工作範圍內，光輸出與電流呈相對線性關係，直到在極高電流下發生效率下降。相對發光強度 vs. 環境溫度：_F顯示光輸出隨著接面溫度升高而下降，突顯了熱管理的重要性，特別是在以較高平均電流驅動時。

光譜分佈：

相對強度 vs. 波長的圖表，中心約在 650nm，半高寬約 20nm，確認了超紅光的顏色。

• 5. 機械與封裝資訊5.1 封裝尺寸
• 此元件具有圖面中提供的特定物理尺寸（文中提及但未詳細說明）。所有尺寸均以公釐為單位，標準公差為 ±0.25 mm，除非另有說明。這包括整體高度、寬度、深度、接腳間距以及灰色面板內的點矩陣位置。5.2 接腳連接與內部電路
• 此元件採用 14 接腳配置。內部電路圖顯示了一個標準的 5x7 矩陣，其中：- 行（1-5）為共陰極組。
• - 列（1-7）為共陽極組。要點亮特定點（例如，第 3 列，第 2 行），必須將對應的列陽極驅動至高電位（並有限流），同時將對應的行陰極拉至低電位。接腳定義表對於正確的 PCB 佈局和驅動電路設計至關重要。

6. 焊接與組裝指南

關鍵的組裝規格是焊接溫度曲線。

迴流焊接：

封裝本體（安裝平面下方 1.6mm 處）允許的最高溫度為 260°C，且此峰值溫度持續時間不得超過 3 秒。必須仔細控制標準無鉛（SnAgCu）迴流焊接溫度曲線，使其保持在該限制內，以防止損壞 LED 晶片、內部打線或塑膠封裝。

手工焊接：
如有必要，應使用溫控烙鐵快速進行，將熱量施加到 PCB 焊墊上，而非長時間直接加熱元件接腳。
清潔：
僅使用與 LED 封裝材料相容的清潔劑。

儲存條件：

在指定的 -35°C 至 +85°C 溫度範圍內，儲存於乾燥、防靜電的環境中，以防止吸濕和靜電放電損壞。

• 7. 應用建議7.1 典型應用場景
• 工業讀數顯示：機械設備上的狀態指示器、錯誤代碼或單一數值顯示。
• 測試與量測設備：顯示單位（V、A、Hz）、通道編號或簡單代碼。
• 消費性電子產品：時鐘顯示、家電狀態指示器（雖然現今較不常見）。

原型製作與教育：

非常適合學習微控制器介面和多工掃描技術。

• 7.2 設計考量驅動電路：
• 需要能夠多工掃描 12 條線路（5 行 + 7 列）的微控制器或專用驅動 IC。使用電晶體或整合的汲極/源極驅動器來處理所需電流。限流：
• 對每一行或每一列線路都至關重要。根據所需的平均電流（例如，每點 10-15mA）、電源電壓和 LED 順向電壓計算電阻值。請記住，電流在多工掃描的幀中由多個 LED 共享。刷新率：
• 多工掃描速率必須足夠高（通常 >100Hz）以避免可見閃爍。規格中提到的 1/16 工作週期意味著適合採用 16 步進的多工掃描方案。熱管理：

當在接近最大平均電流或高環境溫度下工作時，確保充分的通風。IF 的 0.2 mA/°C 遞減額定值對於可靠性至關重要。

• 視角：寬廣的視角是有益的，但需考慮相對於使用者的安裝方向。
• 8. 技術比較與差異化與舊式的 GaAsP 或 GaP 紅色 LED 矩陣相比，LTP-1557AKD 中採用的 AlInGaP 技術提供了顯著更高的發光效率，從而在相同電流下實現更亮的顯示，或在相同亮度下功耗更低。超紅光（650nm）波長比標準紅色更鮮豔、更分明。與現代的圖形 OLED 或 LCD 相比，此元件更簡單、更堅固、成本更低，且工作溫度範圍更廣，但僅限於預定義的 5x7 字元。其利基在於對字元顯示要求極高可靠性、簡單性和低成本的應用。
• 9. 常見問題（基於技術參數）問：我可以用恆定直流電流驅動每個點嗎？
• 答：技術上可以，但這將需要 35 個獨立的驅動器，效率低下。多工掃描是標準且預期的方法，利用 X-Y 選擇架構。問：為什麼峰值電流（90mA）比平均電流（15mA）高這麼多？_F答：在多工掃描中，每個 LED 僅在部分時間（工作週期）內供電。為了達到相當於 15mA 直流電的感知平均亮度，在其有效時段內會使用更高的脈衝電流。90mA 的額定值確保 LED 能夠承受這些短暫的脈衝。
• 問：發光強度匹配比為 2:1對我的設計意味著什麼？答：這意味著在相同的驅動條件下，陣列中最暗的點可能只有最亮點的一半亮度。為了獲得外觀均勻的字元，您可能需要選擇分級更嚴格的元件，或者如果您的驅動器允許個別點控制，則實施軟體亮度補償。

問：如何將這個 14 接腳的元件連接到 I/O 接腳較少的微控制器？

答：您必須使用外部移位暫存器（如 74HC595）、I/O 擴展器或具有多工掃描支援的專用 LED 驅動 IC。您無法將控制 5x7 矩陣所需的控制線數量減少到 12 條以下。

10. 實務設計案例研究

• 情境：
  為一個環境溫度最高可達 70°C 的工業烤箱控制器設計一個單一位數的溫度讀數顯示。
• 亮度：
  從較高等級（例如 2000+ µcd）中選擇發光強度分級，以確保在可能明亮的環境中可見。
• 驅動電流：
  確定遞減後的平均電流。在 Ta=70°C 時，遞減量為 (70-25)°C * 0.2 mA/°C = 9 mA。因此，每點最大安全連續平均電流為 15 mA - 9 mA = 6 mA。設計必須在 1/16 工作週期內使用脈衝電流，以達到所需的亮度，同時將
• 平均
  電流保持在每點 6mA 或以下。

電路：

使用微控制器產生多工掃描訊號。採用低側 N 通道 MOSFET 來汲入行電流，並使用高側 P 通道 MOSFET 或驅動 IC 來提供列電流。根據電源電壓（例如 5V）、脈衝電流下的 LED VF 以及產生有效平均亮度所需的脈衝電流值來計算限流電阻。佈局：

• 將顯示器放置在 PCB 上遠離其他發熱元件的位置。確保組裝時的迴流焊接溫度曲線嚴格遵守 260°C 持續 3 秒的限制。11. 工作原理
• 此元件基於半導體 PN 接面中的電致發光原理運作。當對個別 LED 單元施加超過二極體導通電壓（約 2.1V）的順向偏壓（陽極列為高電位，陰極行為低電位）時，電子和電洞在 AlInGaP 主動區域內復合，以波長中心為 650 nm（紅光）的光子形式釋放能量。5x7 矩陣排列和共陽極/共陰極架構允許透過選擇適當的行和列線路來單獨定址 35 個點中的任何一個，從而透過多工掃描形成字元。12. 技術趨勢雖然像 LTP-1557AKD 這樣的獨立 LED 點矩陣顯示器在特定的堅固耐用和成本敏感的應用中仍然具有相關性，但更廣泛的趨勢是朝向整合和先進技術發展。具有內建控制器的整合字元 LCD 和 OLED 模組已成為更複雜顯示的標準。對於仍然需要 LED 的應用，表面黏著元件（SMD）LED 陣列以及高密度、多色、可定址的 RGB LED 矩陣（例如使用 WS2812B 型 LED）因其靈活性和易用性而日益普及。然而，傳統穿孔式點矩陣 LED 的簡單性、高可靠性、寬廣的工作溫度範圍以及鮮明、明亮的單色輸出，確保了它們在工業、汽車和惡劣環境應用中的持續使用，因為新技術可能無法滿足所有要求。current at or below 6mA per dot.
• Circuit:Use a microcontroller to generate the multiplexing signals. Employ low-side N-channel MOSFETs to sink column currents and high-side P-channel MOSFETs or a driver IC to source row currents. Calculate current-limiting resistors based on the supply voltage (e.g., 5V), the LED V_Fat the pulsed current, and the desired pulsed current value needed to yield an effective average brightness.
• Layout:Place the display away from other heat-generating components on the PCB. Ensure the solder reflow profile during assembly strictly adheres to the 260°C for 3s limit.

. Operating Principle

The device operates on the principle of electroluminescence in a semiconductor PN junction. When a forward bias voltage exceeding the diode's turn-on voltage (~2.1V) is applied across an individual LED cell (anode row high, cathode column low), electrons and holes recombine in the active AlInGaP region, releasing energy in the form of photons with a wavelength centered at 650 nm (red light). The 5x7 matrix arrangement and common anode/cathode architecture allow any of the 35 dots to be individually addressed by selecting the appropriate row and column lines, enabling the formation of characters through multiplexing.

. Technology Trends

While discrete LED dot matrix displays like the LTP-1557AKD remain relevant for specific rugged and cost-sensitive applications, the broader trend is towards integration and advanced technologies. Integrated character LCD (LCD) and OLED modules with built-in controllers have become standard for more complex displays. For applications still requiring LEDs, surface-mount device (SMD) LED arrays and high-density, multi-color, addressable RGB LED matrices (e.g., using WS2812B-type LEDs) are increasingly popular for their flexibility and ease of use. However, the simplicity, high reliability, wide temperature range, and distinct, bright single-color output of traditional through-hole dot matrix LEDs ensure their continued use in industrial, automotive, and harsh environment applications where newer technologies may not meet all requirements.