LTP-1557KF 5x7 點矩陣 LED 顯示器規格書 - 1.2英吋字高 - 黃橙色 - 20mA驅動電流 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTP-1557KF是一款採用5x7點矩陣配置的單字元字母數字顯示模組。其主要功能是透過選擇性點亮個別LED點來顯示字元、符號或簡單圖形。核心技術採用AlInGaP（磷化鋁銦鎵）半導體材料來產生黃橙色光。此裝置特點為灰色面板搭配白色點狀著色，增強對比度以提升可讀性。其設計用於低功耗操作，並提供寬廣視角，適用於需要清晰單色字元輸出的各種指示與資訊顯示應用。

1.1 核心優勢與目標市場

此顯示器的關鍵優勢包括其固態可靠性、低功耗需求，以及與USASCII和EBCDIC等標準字元碼的相容性。單平面設計與寬廣視角確保從不同角度均有良好的可見性。它亦按發光強度進行分級，可在多單元應用中匹配亮度，並提供符合RoHS指令的無鉛封裝。主要目標市場包括工業控制面板、儀器儀表、銷售點終端機、基本資訊顯示器，以及需要簡單、可靠且低成本字元顯示的嵌入式系統。

2. 深入技術參數分析

本節對規格書中指定的電氣與光學參數提供詳細、客觀的詮釋，說明其對設計工程師的重要性。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致裝置永久損壞的應力極限，並非用於正常操作。

• 每段功耗：最大70 mW。此限制了單一LED點上順向電流（I_F）與順向電壓（V_F）的綜合效應。
• 每段峰值順向電流：最大60 mA，但僅在脈衝條件下（1 kHz，10%工作週期）。這允許使用較高電流脈衝進行多工掃描或實現更高的瞬間亮度。
• 每段連續順向電流：在25°C時最大25 mA。這是穩態、非脈衝操作的關鍵參數。0.28 mA/°C的降額因子表示，當環境溫度（Ta）超過25°C時，必須降低最大允許連續電流以防止過熱。
• 每段逆向電壓：最大5 V。超過此值可能擊穿LED的PN接面。
• 操作與儲存溫度範圍：-35°C 至 +105°C。此定義了可靠操作與非操作儲存的環境限制。
• 焊接條件：在安裝平面下方1/16英吋（約1.6mm）處，260°C持續3秒。這對於波焊或迴焊製程至關重要，以避免對塑膠封裝與內部接合造成熱損傷。

2.2 電氣與光學特性（於Ta=25°C）

這些是在指定測試條件下的典型與保證性能參數。

• 平均發光強度（I_V）：在I_F=20mA時，55至170 μcd（最小值），99至200 μcd（典型值）。此寬廣範圍表示裝置經過分級或分類。設計師在系統亮度規劃時必須考量此變異。測試條件已從1mA修訂為20mA，使規格與更標準的驅動電流一致。
• 峰值發射波長（λ_p）：611 nm（典型值）。這是光譜輸出最強的波長。
• 光譜線半高寬（Δλ）：17 nm（典型值）。此量測發射光譜的寬度；較小的值表示更單色（純色）的光。
• 主波長（λ_d）：605 nm（典型值）。這是人眼感知的單一波長，將顏色定義為黃橙色。
• 每點順向電壓（V_F）：在I_F=20mA時，2.05V（最小值），2.6V（典型值）。這對於設計限流電路至關重要。驅動器電源電壓必須高於V_F才能正確調節電流。
• 每點逆向電流（I_R）：在V_R=5V時最大100 μA。低逆向電流是理想的。
• 發光強度匹配比：相似發光區域最大為2:1。這表示陣列中最亮的點不應比最暗的點亮超過兩倍，以確保外觀均勻。

3. 分級系統說明

規格書指出此裝置已按發光強度分類。這意味著採用了分級系統，儘管此處未列出具體的分級代碼。

• 發光強度分級：指定的I_V範圍（最小值55-170 μcd，典型值99-200 μcd）表示產品根據在20mA下量測的光輸出被分組。採購多個單元的設計師應指定或了解分級，以確保多位數顯示器間的亮度一致性。
• 波長/顏色分級：雖然未明確說明，但典型的LED製造包括對主波長（顏色）進行分級，以確保視覺一致性。λ_d（605nm）和λ_p（611nm）的嚴格規格表明製程受到控制。
• 順向電壓分級：對於顯示器較少強調，但V_F範圍（2.05-2.6V）定義了電氣參數的分布。

4. 性能曲線分析

規格書引用了最後一頁的典型電氣/光學特性曲線。雖然文本中未提供具體圖表，但此類裝置的標準曲線通常包括：

• I-V（電流-電壓）曲線：顯示順向電壓與電流之間的指數關係。膝點電壓約為2V，與AlInGaP技術一致。
• 發光強度 vs. 順向電流（I_V vs. I_F）：將顯示光輸出隨電流增加大致呈線性增長，直到某一點後效率下降。
• 發光強度 vs. 環境溫度（I_V vs. T_a）：將展示隨著接面溫度上升，光輸出會下降，突顯熱管理與電流降額的重要性。
• 光譜分布：相對強度 vs. 波長的圖表，顯示峰值在611nm附近，半峰高寬度約為17nm。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸與圖面

此裝置具有標準的雙列直插封裝（DIP）佔位面積。規格書中的關鍵尺寸註記：所有尺寸單位為毫米，除非另有說明，一般公差為±0.25 mm。特別註記提到引腳尖端偏移公差為±0.4 mm，這對於PCB孔位放置與焊接良率很重要。

5.2 內部電路圖與引腳連接

內部電路為標準的5x7矩陣。行（陽極）與列（陰極）採用多工方式。引腳配置表對於正確的PCB佈局與驅動電路設計至關重要：

• 引腳1、2、5、7、8、9、12、14連接至陽極行（1、2、3、4、5、6、7）。
• 引腳3、4、6、10、11、13連接至陰極列（1、2、3、4、5）。

請注意，某些功能在不同引腳上重複（例如，陽極行4在引腳5和12上，陰極列3在引腳4和11上），這可能提供佈局靈活性。引腳編號可能相對於點矩陣觀看側遵循特定方向。

6. 焊接與組裝指南

提供的主要指南是焊接的絕對最大額定值：在安裝平面下方1.6mm處，260°C持續3秒。這是標準的波焊設定檔。對於迴焊，應使用峰值溫度不超過260°C的標準無鉛設定檔。避免過度的熱應力以防止封裝破裂或分層至關重要。裝置在使用前應儲存在原始的防潮袋中，特別是如果它們沒有濕度敏感等級（MSL）評級，儘管規格書未指定MSL。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

此顯示器非常適合需要單行字母數字字元的應用：工業設備狀態顯示（例如，錯誤代碼、設定點）、消費性電器、基本手持測試設備、舊系統升級，以及教育性電子套件。

7.2 設計考量

• 驅動電路：需要一個多工驅動器（例如，專用顯示IC或具有足夠I/O的微控制器）。每個行陽極依序驅動，同時將資料施加到列陰極。
• 電流限制：每條列（陰極）線必須使用外部限流電阻，以將I_F設定在安全值，通常為20mA或更低，取決於亮度與功率需求。電阻值 R = (V_電源 - V_F) / I_F。
• 電源供應：必須提供高於最大V_F（2.6V）加上任何驅動電晶體的壓降電壓的電壓。常見使用5V電源。
• 視角：寬廣視角是有益的，但需考慮相對於使用者的安裝位置。
• 亮度一致性：如果多個單元間的均勻性至關重要，請指定強度分級。

8. 技術比較與差異化

與舊式的GaAsP或GaP LED矩陣相比，LTP-1557KF中的AlInGaP技術提供了更高的效率與更好的色彩純度（更飽和的黃橙色）。與當代的側發光或高密度SMD矩陣相比，這是一種傳統的穿孔DIP裝置，提供易於原型製作與維修的優點。其主要差異在於特定的1.2英吋字元高度、5x7格式與黃橙色，可能因舊系統相容性、特定可見度需求（黃/橙色可能更顯眼），或是在不需要全彩或圖形功能的簡單應用中的成本效益而被選用。

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個獨立的電流源（5x7）。這效率極低。多工掃描是標準且預期的方法，能大幅減少所需的驅動器引腳與驅動IC的功耗。

問：為什麼峰值順向電流（60mA）遠高於連續電流（25mA）？

答：這是為了允許時分多工。一個點在掃描週期中僅開啟一小部分時間（例如，7行掃描中的1/7）。您可以在其短暫的開啟時間內脈衝較高的電流，以實現更高的感知平均亮度，而不超過LED晶片的平均功率（熱）限制。

問：發光強度範圍非常寬（55-200 μcd）。我如何確保產品中的亮度一致？

答：您必須：1) 從單一生產批次或指定的強度分級購買裝置，2) 在驅動器中實施軟體亮度校準或調整，或 3) 對每個單元使用硬體電流調整（對於大量生產不切實際）。請與經銷商或製造商討論分級代碼的可用性。

問：需要散熱片嗎？

答：對於每點20mA或以下且在環境溫度範圍內的正常操作，顯示器本身通常不需要散熱片。然而，適當的PCB佈局以散發驅動元件的熱量很重要。如果在高溫環境中操作，請遵循電流降額曲線。

10. 實用設計與使用範例

案例研究1：簡單微控制器介面。一個基本的8位元微控制器如果至少有12個I/O引腳（7個用於行，5個用於列），可以直接驅動此顯示器。行透過限流電阻連接到配置為輸出電流（陽極）的微控制器引腳。列連接到配置為開汲極或低電位有效輸出（陰極）的引腳。韌體實現計時器中斷來掃描各行，一次將一行拉至高電位，同時從儲存在ROM的字型表中設定該行的列圖案。

案例研究2：使用專用顯示驅動器IC。對於微控制器引腳有限或需要卸載處理的系統，可以使用像MAX7219或HT16K33這樣的驅動器IC。這些IC透過簡單的序列介面（SPI或I2C）處理所有多工、解碼與亮度控制，僅需主控制器2-4個引腳。它們通常還包括數字閃爍與多位數串聯等功能，這與此顯示器的可水平堆疊特性相符。

11. 工作原理介紹

LTP-1557KF是由35個獨立的AlInGaP LED晶片組成的陣列，排列成5列7行的網格，安裝在具有35個孔（點）的灰色遮罩後方。每個LED的陽極連接到共用的行線，其陰極連接到共用的列線。要點亮特定點，需將其對應的行線驅動至正電壓（透過限流），並將其列線連接到較低電壓（接地）。此矩陣排列將所需的連接引腳從35個（每點一個）減少到12個（7行 + 5列）。顯示字元涉及快速掃描各行（1-7），並針對每一行，開啟形成所需字元形狀一部分的適當列LED（1-5）。這種多工掃描速度快於人眼可感知的速度，從而產生穩定的完整字元影像。

12. 技術趨勢與背景

像LTP-1557KF這樣的顯示器代表了一種成熟、穩定的技術。目前指示器與字母數字顯示器的趨勢正朝向表面黏著裝置（SMD）封裝以實現自動化組裝、更高密度的多位數模組，以及將控制器直接整合到顯示器PCB上（智慧型顯示器）。此外，對於需要色彩或卓越對比度的應用，全彩RGB LED矩陣與OLED顯示器正變得更具成本競爭力。然而，像這樣的簡單單色點矩陣LED由於其極高的可靠性、簡單性、低成本、高亮度、寬廣的操作溫度範圍與長壽命，仍然高度相關——這些特性在工業、汽車與戶外應用中至關重要。如本裝置所示，從舊材料轉向AlInGaP，是在此經典外形尺寸內提升效率與色彩性能的關鍵一步。