LTP-2157AKA LED點矩陣顯示器規格書 - 2.0英吋 (50.8毫米) 高度 - 超級橘色 - 5x7陣列 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTP-2157AKA是一款單平面、5x7點矩陣LED顯示模組，專為字母數字字元顯示而設計。其主要功能是顯示來自標準編碼集（如USASCII和EBCDIC）的字元。此元件的核心優勢在於其採用AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體技術製造LED晶片，從而產生超級橘色光。顯示器具有灰色面板與白色點狀顏色，增強了對比度以提升可讀性。該元件依據發光強度進行分類，確保各單元間的亮度一致性。其固態結構提供了高可靠性，且低功耗需求使其適用於各種電子應用。

1.1 核心功能與目標應用

定義此產品的關鍵功能包括2.0英吋（50.8毫米）的矩陣字元高度，提供良好的遠距離可見度。它採用單平面運作並提供寬廣視角，使顯示資訊能從不同位置觀看。採用X-Y選擇架構的5x7陣列允許進行高效的複用控制。一個重要特點是其水平可堆疊性，可透過將多個單元並排對齊來創建多字元顯示。該元件直接相容於標準字元編碼。這些特性使LTP-2157AKA成為工業儀表板、銷售點終端機、基本資訊顯示器、測試設備讀數以及其他需要可靠、低至中等複雜度字母數字輸出的嵌入式系統的理想選擇。

2. 技術規格與客觀解讀

本節根據規格書定義，對元件的電氣、光學和物理參數進行詳細、客觀的分析。

2.1 絕對最大額定值

絕對最大額定值定義了可能導致元件永久損壞的應力極限。這些並非正常操作條件。

• 每點平均功耗：33 mW。這是單個LED點可以安全散發的最大連續功率。
• 每點峰值順向電流：90 mA。這是一個點可以處理的最大瞬時電流脈衝，通常與複用驅動方案相關。
• 每點平均順向電流：在25°C時為13 mA，以0.17 mA/°C線性遞減。這是連續直流操作的關鍵參數。遞減因子對於熱管理至關重要；當環境溫度（Ta）升高時，必須降低最大允許連續電流以防止過熱。
• 每點逆向電壓：5 V。在逆向偏壓下超過此電壓可能損壞LED接面。
• 操作與儲存溫度範圍：-35°C 至 +85°C。該元件額定適用於工業溫度範圍。
• 焊接溫度：在安裝平面下方1.6毫米處，最高260°C持續3秒。這定義了迴流焊接曲線的限制。

2.2 電氣與光學特性

這些參數是在指定的測試條件下（通常為Ta=25°C）測量，代表典型性能。

• 平均發光強度（I_V）：在測試條件I_p=32mA、1/16工作週期下，為2100 μcd（最小值）、4600 μcd（典型值）。這表示在複用配置下驅動時每個LED點的亮度。寬廣的範圍暗示了強度的分級過程。
• 峰值發射波長（λ_p）：621 nm（典型值）。這是光功率輸出最大的波長，定義了超級橘色的顏色。
• 譜線半高寬（Δλ）：18 nm（典型值）。這衡量了光譜純度；數值越小表示光越接近單色光。
• 主波長（λ_d）：615 nm（典型值）。這是人眼感知的單一波長，與色點密切相關。
• 順向電壓（V_F）任何點：在I_F=20mA時為2.05V（最小值）、2.6V（典型值）；在I_F=80mA時為2.3V（最小值）、2.8V（典型值）。這對於驅動電路設計至關重要，指定了LED導通時的跨接電壓降。
• 逆向電流（I_R）任何點：在V_R=5V時為100 μA（最大值）。這是LED處於逆向偏壓時的漏電流。
• 發光強度匹配比（I_V-m）：2:1（典型值）。這指定了陣列中最亮點與最暗點之間的最大允許比率，確保外觀均勻。

3. 分級系統說明

規格書指出該元件依據發光強度分類。這意味著製造後進行了分級或篩選過程。雖然未列出具體的分級代碼，但此類顯示器的典型分類涉及根據標準測試條件下測量的發光強度對單元進行分組。這確保了當多個顯示器一起使用時，它們之間的亮度差異最小化，提供一致的視覺輸出。對於需要匹配亮度的關鍵應用，設計人員應向供應商確認可用的強度分級。

4. 性能曲線分析

規格書引用了典型電氣/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_F-V_F曲線）：顯示指數關係，對於確定給定電流所需的驅動電壓至關重要。
• 發光強度 vs. 順向電流（I_V-I_F曲線）：展示光輸出如何隨電流增加，通常在操作範圍內呈近線性關係。
• 發光強度 vs. 環境溫度：顯示光輸出隨溫度升高而遞減，這對於熱設計至關重要。
• 光譜分佈：相對強度與波長的關係圖，顯示峰值約在621nm處以及光譜寬度。

這些曲線讓設計人員能夠預測非標準條件下的性能，並優化其驅動電路。

5. 機械與封裝資訊

元件的封裝尺寸以毫米為單位提供，一般公差為±0.25毫米。文中引用了具體圖面但未詳細說明。關鍵機械方面包括整體佔位面積、高度以及14支接腳的間距。接腳排列設計用於在印刷電路板（PCB）上進行穿孔安裝。灰色面板和白色點狀顏色是封裝設計的一部分，旨在提高對比度。

5.1 接腳連接與內部電路

顯示器有14支接腳。內部電路圖顯示矩陣配置，其中LED的陽極按行連接，陰極按列連接（或反之，根據接腳定義表）。這是一種常見的共陽極或共陰極矩陣架構，可最大限度地減少所需的控制接腳數量（5行 + 7列 = 12條控制線，而非5*7=35條）。接腳定義表指定了每個接腳的功能：

• 接腳連接至陽極行1-7和陰極列1-5。
• 重要注意事項：接腳4和11內部連接。接腳5和12內部連接。在PCB佈局和驅動器設計時必須考慮此內部橋接，以避免短路。

6. 焊接與組裝指南

提供的主要指南是針對焊接過程：元件可承受最高260°C的焊接溫度，最多持續3秒，測量點位於安裝平面下方1.6毫米（1/16英吋）處。這是標準的迴流焊接曲線限制。對於波峰焊接，應遵循穿孔元件的標準做法。應遵守靜電敏感元件（ESD）的一般處理預防措施，儘管此LED產品未明確說明。儲存應在指定的溫度範圍-35°C至+85°C內，並處於乾燥環境中。

7. 應用建議與設計考量

7.1 典型應用電路

LTP-2157AKA需要外部驅動電路。由於其矩陣結構，複用是標準的驅動方法。這涉及一次依序啟動一行（或一列），同時向列（或行）提供適當的資料訊號。通常使用具有足夠I/O接腳的微控制器或專用的LED顯示器驅動IC（如MAX7219或類似產品）。驅動器必須提供正確的電流，並遵守峰值和平均電流額定值。每條列線或行線都必須使用限流電阻來設定順向電流（I_F）。其值使用公式計算：R = (V_電源- V_F- V_{驅動器飽和}) / I_F.

7.2 設計考量

• 複用頻率：必須足夠高以避免可見閃爍（通常>60 Hz）。
• 電流計算：對於直流計算，使用平均電流額定值（25°C時最大13mA）。在具有N行的複用模式下，每點的峰值電流可達N * I_平均，但不得超過90mA的峰值額定值。
• 熱管理：如果在高環境溫度下操作，必須根據0.17 mA/°C因子遞減順向電流。
• 電源電壓：必須考慮操作條件下的最高V_F以及驅動電路中的任何壓降。
• PCB佈局：根據連接表確保正確的接腳映射。注意內部連接的接腳（4-11和5-12）以避免佈局錯誤。

8. 技術比較與差異化

與標準GaAsP或GaP LED等舊技術相比，LTP-2157AKA中的AlInGaP技術提供了顯著更高的發光效率，從而在相同電流下產生更亮的輸出，並具有更好的色彩純度。與簡單的7段顯示器相比，5x7點矩陣格式提供了真正的字母數字能力，允許顯示字母、數字和簡單符號。2.0英吋的高度比許多常見的字元顯示器更大，提供了卓越的可見度。水平可堆疊性是與固定多字元模組顯示器的關鍵區別，提供了設計靈活性。

9. 常見問題解答（基於技術參數）

Q1：我可以用恆定直流電流同時驅動所有點嗎？
A：理論上可行但不切實際。這將需要35個獨立的限流通道。複用是標準且高效的方法。

Q2：峰值發射波長和主波長有什麼區別？
A：峰值波長是發射最多光功率的波長。主波長是人眼感知的等效單一波長。它們通常接近但不完全相同，尤其是對於較寬的光譜。

Q3：如何解讀發光強度測試條件中的1/16工作週期？
A：強度是在LED以32mA電流、1/16工作週期的波形脈衝驅動時測量的。這模擬了複用驅動方案，其中每行在總週期時間的1/16內處於活動狀態。報告的強度值是隨時間的平均值。

Q4：為什麼接腳4和11以及5和12內部連接？
A：這可能是由於矩陣的內部佈局，以簡化晶片鍵合或基板佈線。在電氣上，這意味著這些接腳對是短路在一起的。在您的電路中，必須將它們連接到同一個節點。

10. 實際使用案例

情境：為工業烤箱設計一個簡單的4位數溫度讀數顯示。
系統使用帶有溫度感測器的微控制器。四個LTP-2157AKA顯示器水平堆疊。微控制器的韌體包含數字0-9、度數符號和'C'的字型映射。使用複用常式，它循環掃描四個顯示器（作為四組行/列），根據當前要顯示的數字計算每行的適當列資料。限流電阻放置在列線上。刷新率設定為100 Hz以消除閃爍。高亮度和寬廣視角確保從工廠車間的不同位置都能讀取溫度。顯示器的工業溫度等級確保在烤箱附近的高溫環境中可靠運作。

11. 工作原理介紹

LTP-2157AKA基於半導體電致發光原理。AlInGaP晶片結構形成一個p-n接面。當施加超過接面閾值的順向電壓時，電子和電洞在主動區複合，以光子的形式釋放能量。AlInGaP的特定合金成分決定了能隙能量，這直接對應於發出的橘色光波長（約621 nm）。5x7矩陣是由個別可定址的LED晶粒組成，這些晶粒放置在基板上的行和列導體交叉點處。通過選擇性地對特定行和列施加電壓，只有該交叉點的LED處於順向偏壓並點亮。

12. 技術趨勢與背景

AlInGaP技術代表了紅、橙、黃色可見LED效率的重大進步。它已在很大程度上取代了GaAsP等舊技術。顯示器技術的當前趨勢正朝著更高密度矩陣（例如8x8、16x16）和全彩RGB矩陣發展。然而，像5x7這樣的單色、低解析度點矩陣顯示器，對於成本敏感、可靠性要求高且簡單字母數字資訊已足夠的應用仍然高度相關。它們的優勢包括簡單性、穩健性、低功耗和出色的壽命。矩陣定址的原理仍然是更大、更複雜顯示技術（包括OLED和microLED顯示器）的基礎。