LTP-2857JD LED顯示器規格書 - 2.0英吋 (50.8mm) 高度 - AlInGaP紅光 - 5x7點矩陣 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTP-2857JD是一款基於5x7點矩陣配置的單一位數、英數字元顯示模組。其主要功能是產生可見的字元和符號，使其適合需要以緊湊外形呈現清晰、易讀資訊的應用。其核心技術採用AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體材料製造發光二極體，這種材料以能產生高效能紅光輸出而聞名。

該裝置配備灰色面板與白色點陣，為點亮的紅光LED提供高對比度的背景，從而增強可讀性。一個關鍵的設計特點是其可堆疊性，允許多個單元水平並排放置以形成多位元字元顯示器，且間隙極小，便於組成單詞或較長的數字串。

2. 技術規格深入解析

2.1 光學特性

光學性能是顯示器功能的核心。該裝置使用生長在不透明GaAs基板上的AlInGaP LED晶片。在特定測試條件下驅動時：峰值電流(Ip)為32mA，佔空比為1/16，每個點的平均發光強度(Iv)典型範圍為1300至3000微燭光(µcd)。此測量使用近似於CIE明視覺響應曲線的濾光片，確保測量值與人類視覺感知相關。

顏色特性由特定波長定義。峰值發射波長(λp)典型值為656奈米(nm)，而主波長(λd)為640奈米，定義了感知的紅色。光譜線半高寬(Δλ)為22奈米，表示光譜純度或發射光譜帶的窄度。

2.2 電氣特性

電氣參數定義了顯示器的工作邊界和條件。當施加20mA的順向電流(If)時，任何單個LED點的順向電壓(Vf)典型值介於2.1至2.6伏特之間。當施加5V的反向電壓(Vr)時，反向電流(Ir)規定最大為100微安培(µA)，表示在關閉狀態下的漏電流。

電流處理能力至關重要。絕對最大額定值規定每個點的平均功耗為33毫瓦(mW)。每個點的峰值順向電流不得超過90mA。每個點在25°C下的平均順向電流額定值為13mA，降額因子為0.17 mA/°C，這意味著當環境溫度超過25°C時，允許的連續電流會降低，以防止過熱並確保使用壽命。

2.3 熱與環境額定值

該裝置設計用於在各種條件下穩健運行。工作溫度範圍為-35°C至+85°C，可在寒冷和中等炎熱環境中部署。儲存溫度範圍相同。對於組裝，焊接溫度不得超過260°C，最長持續時間為3秒，測量點位於元件安裝平面下方1.6mm（1/16英吋）處，這是波峰焊或迴流焊製程的標準指南，以防止損壞LED晶片或封裝。

3. 分級系統說明

規格書指出元件會根據發光強度進行分類。這意味著一個分級流程，即根據測量的光輸出（例如1300-3000 µcd範圍）對單元進行分類。分級確保同一批次內的一致性，因此設計師在使用多個顯示器組成陣列時，可以預期一致的亮度水準。雖然本文檔未明確詳述波長或電壓的分級，但此類分類在LED製造中很常見，目的是將光學和電氣特性相近的元件歸為一組。

4. 性能曲線分析

規格書提及典型的電氣/光學特性曲線，這對於詳細設計至關重要。雖然文中未提供具體圖表，但此類曲線通常包括：

• 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V曲線)：顯示電流與電壓之間的非線性關係，對於設計限流驅動電路至關重要。
• 發光強度 vs. 順向電流 (L-I曲線)：說明光輸出如何隨電流增加而增加，有助於優化驅動電流以達到期望的亮度和效率。
• 發光強度 vs. 環境溫度：展示當LED接面溫度升高時，光輸出如何下降，這對於應用中的熱管理至關重要。
• 光譜分佈圖：顯示在不同波長下發射光的相對強度，用以確認主波長和峰值波長。

這些曲線讓工程師能夠預測非標準條件下的性能，並設計出穩健的系統。

5. 機械與封裝資訊

該顯示器的矩陣高度為2.0英吋（50.80毫米）。封裝尺寸圖（文中提及但未詳述）將顯示精確的長度、寬度、厚度和引腳間距。除非另有說明，所有尺寸公差均為±0.25毫米（0.01英吋）。接腳連接細節在表格中提供，將14個接腳映射到5x7矩陣的特定陽極列和陰極行。此接腳定義對於設計PCB佈局和多工驅動電路至關重要。

6. 內部電路圖與驅動方法

內部電路圖顯示了35個獨立LED（5列x7行）的排列方式。每個LED的陽極連接到一條列線，其陰極連接到一條行線。這種常見的矩陣架構需要多工驅動。顯示器並非持續點亮；相反，控制器快速循環掃描各行（或各列），為每個啟動的行陰極激勵相應的列陽極。測試條件中提到的1/16佔空比是典型的多工比率。必須妥善設計掃描速率，以避免可見閃爍並確保亮度均勻。

7. 焊接與組裝指南

根據絕對最大額定值，必須仔細控制焊接製程。最大允許焊接溫度為260°C，引腳處的暴露時間不應超過3秒。這是為了防止LED晶片受到熱衝擊，熱衝擊可能導致半導體材料破裂或使焊線劣化，從而導致早期失效。建議在迴流焊期間使用預熱階段，以盡量減少熱應力。組裝期間應始終遵循正確的ESD（靜電放電）處理程序，因為LED對靜電敏感。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

此顯示器非常適合需要單一、高可見度字元或符號的應用。常見用途包括：

• 工業控制面板的狀態指示器（例如，顯示製程步驟字母）。
• 測試與測量設備，用於顯示單位或通道識別碼。
• 需要簡單狀態碼或識別碼的消費性電器。
• 作為多字元顯示器的建構模組，通過水平堆疊多個單元實現。

8.2 設計考量

使用此顯示器進行設計需要注意以下幾個因素：

• 驅動電路：需要一個能夠進行多工驅動的微控制器或專用LED驅動IC。電路必須在有效掃描時間內提供足夠的電流（最高可達峰值額定值），並包含限流電阻或恆流源以保護LED。
• 電源供應：供應電壓必須足夠高，以克服LED的順向電壓加上驅動電路中的任何壓降。通常使用5V電壓並配合適當的限流措施。
• 熱管理：雖然顯示器本身可能不會產生過多熱量，但必須遵守降額曲線。在高環境溫度下，必須降低平均電流。建議在密閉空間中確保顯示器周圍有良好的空氣流通。
• 軟體/韌體：控制器需要包含字元字型映射（相容於ASCII或EBCDIC，如註記所示）和多工掃描常式。刷新率應足夠高（通常>60 Hz）以防止可察覺的閃爍。

9. 技術比較與差異化

根據規格書，此特定顯示器的關鍵差異化特點在於其使用AlInGaP技術及其2.0英吋高度。與舊的GaAsP或GaP LED相比，AlInGaP提供顯著更高的發光效率，在相同輸入電流下產生更亮的輸出。2.0英吋的字元高度使其適合觀看距離為數公尺的應用，比更小的0.5英吋或1英吋顯示器提供更好的遠距離可讀性。灰色面板/白色點陣設計相較於全黑或全綠封裝增強了對比度。其可堆疊性是多位數設計中實用的機械特性。

10. 常見問題解答（基於技術參數）

問：發光強度測試條件中的1/16佔空比是什麼意思？

答：這意味著在測量期間，每個單獨的LED點在整個掃描週期時間內僅通電1/16。指定的強度是整個週期的平均值。在實際使用中，您必須設計您的多工驅動器以達到相似或更高的有效佔空比，才能達到額定亮度。

問：我可以用恆定直流電流驅動此顯示器而不進行多工嗎？

答：從技術上講，您可以這樣做，將35個LED中的每一個通過其自身的限流電阻連接到電源。然而，這將需要35個驅動通道，在元件數量和功率方面效率極低。多工是標準且預期的方法，可大幅減少所需的控制接腳數量並簡化設計。

問：接腳連接表似乎有重複（例如，第4和第11接腳上的陽極列3）。這是錯誤嗎？

答：這很可能不是錯誤，而是內部矩陣佈線的一個特點。它可能表示某些列線或行線被引出到封裝上的多個接腳。這可以提供PCB佈局的靈活性，讓設計師可以選擇最方便的接腳進行連接。請務必參考內部電路圖以驗證連接。

問：如何計算適合我的驅動器的限流電阻值？

答：您需要知道您的供應電壓(Vs)、LED順向電壓(Vf，為安全起見使用最大值2.6V)以及期望的順向電流(If，不超過您工作溫度下的平均額定值13mA)。電阻值 R = (Vs - Vf) / If。請記住，在多工設置中，有效掃描時間內的峰值電流將高於平均電流。確保峰值電流不超過90mA。

11. 設計與使用案例範例

情境：為工廠工作站建構一個4位數生產計數器。

四個LTP-2857JD顯示器水平堆疊在PCB上。使用一個低成本8位元微控制器作為控制器。該微控制器有足夠的I/O接腳來直接驅動行（7個接腳）和列（每個數字5個接腳，但由於它們是堆疊的，所有數字的列線都連接在一起，總共只需要5個列接腳）。微控制器執行的常式如下：

1. 掃描七條行線，一次啟動一條。
2. 對於啟動的行，根據要顯示的字元（例如數字）設定4個數字中每個數字的5條列線的狀態。
3. 以200 Hz的速率重複此掃描，使閃爍無法察覺。
4. 計數值由外部感測器輸入遞增。

每個列線串聯限流電阻。電源為5V。每個LED點的平均電流保持在10mA以下，以提供低於13mA額定值的安全裕度，並確保長期可靠性。

12. 工作原理介紹

基本原理是半導體p-n接面中的電致發光。當施加超過二極體閾值的順向電壓時，來自n型區域的電子和來自p型區域的電洞在主動區域（AlInGaP層）中復合。這種復合以光子（光粒子）的形式釋放能量。AlInGaP合金的特定成分決定了能隙能量，進而決定了發射光的波長（顏色）——在本例中為紅色。5x7矩陣是通過將35個這種微觀的p-n接面以精確的網格圖案放置而形成的。灰色面板充當擴散器和對比度增強器，而白色點陣則定義了點亮時變得可見的區段。

13. 技術趨勢與背景

像LTP-2857JD這樣的顯示器代表了用於基於字元的資訊顯示的成熟、可靠的技術。雖然現代圖形OLED或TFT LCD在顯示任意圖形方面提供了更大的靈活性，但5x7及類似的點矩陣LED顯示器在特定領域仍保留優勢：極端的環境穩健性（寬溫度範圍）、極高的亮度以實現陽光下可讀性、介面簡單，以及無需背光故障的長使用壽命。正如本裝置所示，從舊的LED材料轉向AlInGaP是一個主要趨勢，提高了效率和亮度。當前的趨勢可能涉及將驅動電子元件更緊密地整合到顯示模組中，或探索更高效的材料（如用於不同顏色的InGaN），但基本的多工矩陣架構對於許多工業和儀器應用來說，仍然是一個經過驗證且有效的解決方案。