LTP-2088AKD 8x8 點矩陣 LED 顯示器規格書 - 2.3 英吋高度 - AlInGaP 超紅光 - 2.6V 順向電壓 - 40mW 功率消耗 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTP-2088AKD 是一款單平面 8x8 點矩陣 LED 顯示模組，專為字母數字與符號資訊顯示而設計。其主要功能是在電子系統中提供可靠、低功耗的視覺輸出介面。此裝置的核心優勢在於其採用 AlInGaP（磷化鋁銦鎵）超紅光 LED 晶片，在性能與效率之間取得平衡。顯示器採用灰色面板搭配白色發光區段，增強了對比度與可讀性。其發光強度經過分類，確保不同生產批次的亮度一致性。此裝置可水平堆疊，無需複雜的介面即可創建更寬的多字元顯示器。其與 USASCII 和 EBCDIC 等標準字元碼的相容性，使其能靈活整合到各種需要簡單文字輸出的數位系統中。

2. 技術規格深入解析

2.1 光學特性

光學性能定義於環境溫度（T_A）為 25°C 時。關鍵參數平均發光強度（I_V），在測試條件 I_p=32mA 與 1/16 工作週期下，典型值為 3500 µcd（微燭光）。規格書中列出的最小值為 1650 µcd，並未列出最大值，這表示重點在於滿足最低亮度門檻。裝置發射紅光譜，其峰值發射波長（λ_p）為 650 nm，主波長（λ_d）為 639 nm，量測條件為 I_F=20mA。光譜純度由光譜線半寬度（Δλ）20 nm 表示。對於多點顯示器，一個關鍵參數是發光強度匹配比（I_V-m），規格為最大值 2:1。這意味著在相同操作條件下，陣列中最亮的點其亮度不會超過最暗點的兩倍，確保了外觀的均勻性。

2.2 電氣特性

電氣參數同樣定義於 T_A=25°C。任何單一 LED 點的順向電壓（V_F）在 I_F=20mA 時典型值為 2.6V，在較高的脈衝電流 I_F=80mA 時最大值為 2.8V。在 20mA 時，V_F的最小值為 2.1V。當施加 5V 的逆向電壓（V_R）時，逆向電流（I_R）被限制在最大值 100 µA，顯示其具有良好的二極體特性。

2.3 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致永久損壞的應力極限。每個點的平均功率消耗不得超過 40 mW。每個點的峰值順向電流額定值為 90 mA。每個點的平均順向電流在 25°C 時為 15 mA，並具有 0.2 mA/°C 的降額因子，這意味著當環境溫度超過 25°C 時，允許的連續電流會隨之降低。每個點的最大逆向電壓為 5V。裝置的操作溫度範圍額定為 -35°C 至 +85°C，儲存溫度範圍與之相同。焊接性針對波焊或迴焊製程指定：裝置在封裝座平面下方 1/16 英吋（約 1.59 mm）處可承受 260°C 達 3 秒。

3. 機械與封裝資訊

顯示器的矩陣高度為 2.3 英吋（58.42 mm）。詳細圖紙提供了封裝尺寸，所有尺寸單位均為毫米。除非圖紙上另有特別註明，否則這些尺寸的製造公差為 ±0.25 mm（或 ±0.01 英吋）。此精度等級對於機械安裝到面板或外殼中非常重要。

4. 接腳連接與內部電路

此裝置使用 16 接腳配置進行介面連接。接腳定義專為 X-Y 矩陣驅動而設計。接腳 1-4 和 9-12 分別為第 1-4 列和第 8-5 列的陽極。接腳 5-8 和 13-16 分別為第 5-8 列和第 4-1 列的陰極。這種特定排列對於設計正確的驅動電路至關重要。內部電路圖顯示，64 個 LED（8 列 x 8 行）以共陰極配置排列於各行。這意味著要點亮特定點，必須將其對應的列陽極驅動為高電位（施加正電壓），同時將其行陰極驅動為低電位（接地）。通常使用多工掃描技術來掃描行或列以顯示圖案。

5. 分級系統說明

規格書明確指出此裝置已按發光強度分類。這表示存在一個分級流程，製造出的單元會根據其在標準測試條件下量測到的光輸出（單位為 µcd）進行分類。落在特定強度範圍內的單元會被歸為一組。這讓設計師能為特定應用選擇亮度一致的顯示器，防止產品中不同單元之間出現明顯的亮度差異。雖然本文件未詳細說明，但此類顯示器典型的分級可能包含數個強度等級（例如：高亮度、標準亮度）。

6. 性能曲線分析

規格書中提及典型電氣/光學特性曲線。這些圖表通常包含在更完整的規格書版本中，能以視覺化方式呈現關鍵參數之間的關係。預期的曲線包括：順向電流 vs. 順向電壓（I-V 曲線），顯示指數關係並可用於計算驅動電壓；發光強度 vs. 順向電流，顯示光輸出如何隨電流增加，通常在較高電流時呈次線性關係；發光強度 vs. 環境溫度，顯示輸出隨溫度升高而下降；以及可能的光譜分佈曲線，描繪以 650 nm 為中心波長的相對功率分佈。分析這些曲線對於優化驅動條件及了解非標準溫度下的性能至關重要。

7. 焊接與組裝指南

提供的主要指南是焊接溫度的絕對最大額定值：260°C 持續 3 秒，量測點位於封裝座平面下方 1.59 mm（1/16 英吋）處。這是波焊或迴焊製程的標準額定值。設計師必須確保其焊接溫度曲線不超過此限制，以防止損壞內部 LED 晶片、打線或塑膠封裝。對於手動焊接，應使用溫控烙鐵並盡量縮短接觸時間。組裝過程中應始終遵循正確的 ESD（靜電放電）處理程序，因為 LED 對靜電敏感。

8. 應用建議

8.1 典型應用情境

此 8x8 點矩陣非常適合需要緊湊、低解析度文字或簡單圖形的應用。常見用途包括：工業控制面板，用於顯示狀態碼或簡單訊息；測試與量測設備，用於顯示數值或單位；消費性電子產品，如簡單計分板或資訊顯示器；以及用於學習微控制器介面與多工技術的教育套件。

8.2 設計考量

驅動電路：需要具有足夠 I/O 接腳的微控制器或專用 LED 驅動 IC（如具有恆流輸出的移位暫存器）。電路必須實作多工掃描以循環掃描 8 行（或列）。
電流限制：必須為每個陽極列（或每個點，視設計而定）使用電阻器或恆流驅動器，以設定順向電流並防止超過絕對最大額定值。
功率消耗：在多工方案中必須遵守每個點 40mW 和 15mA 平均電流的限制。例如，在 1/8 工作週期的多工驅動下，每個點的瞬時電流可以高於 15mA，但必須計算整個週期內的平均電流，以確保在限制範圍內。
視角：寬視角特性是有益的，但未指定光的確切角度分佈。對於需要寬視角的應用，建議進行原型評估。
堆疊：水平堆疊特性簡化了創建多位數顯示器的過程。需要規劃模組之間的機械對齊與電氣連接。

9. 技術比較與差異化

LTP-2088AKD 的主要差異化在於其採用 AlInGaP 超紅光技術。與標準 GaAsP（磷化鎵砷）紅光 LED 等舊技術相比，AlInGaP 提供了顯著更高的發光效率。這意味著在相同的電流下，它能產生更多的光（更高的發光強度），直接貢獻於其低功耗需求的特性。它通常還能在溫度和使用壽命期間提供更好的波長穩定性。灰色面板/白色區段設計相較於全紅或全綠封裝，提高了對比度，特別是在高環境光條件下。明確的發光強度分類（分級）對於需要均勻性的應用來說是一項優勢。

10. 常見問題（基於技術參數）

問：峰值發射波長（650nm）與主波長（639nm）有何不同？
答：峰值波長是光譜輸出中功率最大的點。主波長是單色光的波長，其產生的感知顏色（色調）與 LED 的輸出相同。兩者之間的差異是由於 LED 光譜曲線的形狀具有一定寬度所導致。

問：如何計算一個點所需的串聯電阻？
答：使用歐姆定律：R = (V_電源- V_F) / I_F。對於 5V 電源、典型 V_F 2.6V 和期望的 I_F 20mA：R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 Ω。在保守設計中，應使用最大 V_F（2.8V）來確保電流永遠不超過目標值。

問：我可以用恆定電壓驅動而不進行電流限制嗎？
答：不行。LED 的順向電壓具有公差且會隨溫度降低。接近 V_F 的恆定電壓可能導致熱失控，即增加的電流使 LED 發熱，降低 V_F，導致電流進一步增加，最終導致故障。務必使用電流限制。

問：2:1 的發光強度匹配比對我的設計意味著什麼？
答：它保證了視覺均勻性。在最壞情況下，一個點的亮度可能是另一個點的兩倍。對於大多數字母數字顯示器，這個比例是可接受的且不會造成干擾。對於需要精確灰階的圖形顯示，這可能需要納入考量。

11. 設計與使用案例研究

情境：為溫度控制器構建一個 4 字元字母數字顯示器。
設計：將四個 LTP-2088AKD 模組水平堆疊。使用單一微控制器（例如 ATmega328P）。由於 I/O 有限，使用兩個 8 位元串列輸入/並列輸出移位暫存器（如 74HC595）來驅動 32 個列陽極（8 列 x 4 個顯示器）。8 個行陰極（由於堆疊，在所有顯示器中是共用的）直接由 8 個配置為開汲極/吸電流輸出的微控制器接腳驅動，每個接腳搭配一個電晶體以提供更高的電流能力。
軟體：韌體實作多工掃描常式。它為一行設定圖案（透過移位暫存器），然後僅啟動（接地）該對應的行陰極。它快速循環掃描所有 8 行（例如，1-2 kHz 掃描速率）。視覺暫留創造出穩定影像的錯覺。
電流計算：要以最大亮度顯示一行的所有點，每個點的瞬時電流可能設定為 25mA。在 1/8 工作週期下，每個點的平均電流為 25mA / 8 = 3.125mA，遠低於 15mA 的平均額定值。當一整行點亮時，總電源電流達到峰值：8 點/顯示器 * 4 顯示器 * 25mA = 800mA。電源供應器和行驅動電晶體必須據此規格選用。

12. 工作原理

LTP-2088AKD 基於半導體 p-n 接面的電致發光原理。AlInGaP 材料系統是一種直接能隙半導體。當施加順向偏壓（陽極相對於陰極為正電壓）時，來自 n 型區域的電子和來自 p 型區域的電洞被注入到主動區域。當這些電荷載子復合時，它們以光子（光）的形式釋放能量。鋁、銦、鎵和磷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）——在本例中為約 650 nm 的紅光。不透明的 GaAs 基板有助於將光向上反射，提高了從晶片頂部提取的外部光效率。8x8 矩陣是在單一封裝內，將 64 個此類微小 LED 晶片以行列網格圖案個別連接而成。

13. 技術趨勢

像 LTP-2088AKD 這樣的離散點矩陣顯示器代表了一項成熟的技術。當前顯示技術的趨勢正朝著更高整合度和不同外型尺寸發展。具有內建控制器（I2C 或 SPI 介面）的整合式 LED 點矩陣模組變得越來越普遍，簡化了終端使用者的設計工作。對於需要小型字母數字顯示器的新設計，分段式 LCD 或 OLED 通常提供更低的功耗和更靈活的格式。然而，傳統 LED 點矩陣在特定利基市場仍保有優勢：適用於戶外或高環境光觀看的極高亮度、寬廣的操作溫度範圍、長使用壽命以及在惡劣工業環境中的穩健性。基礎的 AlInGaP LED 晶片技術持續改進，研究重點在於提高效率（每瓦流明）和改善色彩純度，這使所有紅光 LED 應用受益，包括矩陣顯示器。