LTP-181FFM LED 點矩陣顯示器規格書 - 1.86英吋 (47.4毫米) 高度 - 綠色與超紅光 - 16x16 矩陣 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

LTP-181FFM 是一款中型雙色點矩陣顯示模組，專為需要清晰顯示字母數字或符號資訊的應用而設計。其核心功能是提供一個由可單獨定址的發光二極體 (LED) 以網格狀排列組成的視覺輸出介面。

1.1 核心優勢與目標市場

此裝置具備多項關鍵優勢，使其適用於工業、商業與儀器儀表應用。其特點包括1.86英吋 (47.4 毫米) 的字元高度，提供優異的遠距離可讀性。顯示器具備高亮度與高對比度，確保即使在光線充足的環境下也能清晰可見。寬廣的視角允許從相對於顯示表面的各種位置都能清楚看到資訊。

從可靠性角度來看，它擁有 LED 技術固有的固態可靠性，意味著沒有活動部件且使用壽命長。它具有低功耗需求，使其節能高效。一個重要的機械特點是模組可以垂直與水平堆疊，無需複雜的介面即可創建更大的顯示面板或多行顯示器。LED 也經過發光強度分級，確保不同單元之間以及矩陣內部的亮度一致，這對於實現均勻的外觀至關重要。

目標市場包括公共資訊顯示器、工業控制面板、測試與測量設備、交通標誌，以及任何需要堅固、可靠且清晰的狀態或數據呈現的系統。

2. 技術規格深入解析

LTP-181FFM 是一款 16 行 x 16 列的點矩陣顯示器。它利用兩種不同的 LED 半導體技術來實現雙色顯示能力。

2.1 裝置描述與技術

綠色 LED 晶片採用磷化鎵 (GaP) 於 GaP 基板上製成。紅色 LED 晶片採用磷化鋁銦鎵 (AlInGaP)技術，特別標註為超紅光，表示在紅色光譜中具有高效率和純度。這些紅色晶片生長在不透明的砷化鎵 (GaAs) 基板上。顯示器採用黑色面板以吸收環境光來增強對比度，並在 LED 上方添加了擴散膜，將單個光點融合成更均勻的字元外觀，減少點狀感。

2.2 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極限。它們是在環境溫度 (T_A) 為 25°C 時指定的。

• 每點平均功耗：綠色：36 mW，超紅光：40 mW。
• 每點峰值順向電流：綠色：100 mA，超紅光：90 mA。
• 每點平均順向電流：綠色：13 mA，超紅光：15 mA。此額定值在超過 25°C 時必須線性降額，綠色降額率為 0.17 mA/°C，紅色為 0.2 mA/°C。
• 每點逆向電壓：兩種顏色均為 5 V。
• 工作與儲存溫度範圍：-35°C 至 +85°C。
• 焊接溫度：260°C 持續 3 秒，測量點位於封裝體座平面下方 1/16 英吋 (≈1.59 毫米) 處。

2.3 電氣與光學特性

這些是在 T_A= 25°C 的指定測試條件下保證的性能參數。

2.3.1 綠色 LED 特性

• 平均發光強度 (I_V)：典型值 1400 µcd，最小值 500 µcd。測試條件：峰值電流 (I_p) = 35 mA，1/16 工作週期。
• 峰值發射波長 (λ_p)：565 nm (典型值)。測試條件：順向電流 (I_F) = 20 mA。
• 譜線半高寬 (Δλ)：30 nm (典型值)。I_F= 20 mA。
• 主波長 (λ_d)：569 nm (典型值)。I_F= 20 mA。
• 每點順向電壓 (V_F)：在 I_F=80mA 時，典型值 2.6 V (最大值 3.7 V)；在 I_F=20mA 時，典型值 2.1 V。
• 每點逆向電流 (I_R)：在 V_R= 5V 時，最大值 100 µA。
• 發光強度匹配比 (I_V-m)：任意兩點之間最大值 1.6:1。I_p= 35 mA，1/16 工作週期。

2.3.2 AlInGaP 超紅光 LED 特性

• 平均發光強度 (I_V)：典型值 1500 µcd，最小值 500 µcd。測試條件：I_p= 15 mA，1/16 工作週期。
• 峰值發射波長 (λ_p)：650 nm (典型值)。I_F= 20 mA。
• 譜線半高寬 (Δλ)：35 nm (典型值)。I_F= 20 mA。
• 主波長 (λ_d)：639 nm (典型值)。I_F= 20 mA。
• 每點順向電壓 (V_F)：在 I_F=80mA 時，典型值 2.8 V (隱含最大值 3.7 V)；在 I_F=20mA 時，典型值 2.6 V。
• 每點逆向電流 (I_R)：在 V_R= 5V 時，最大值 100 µA。
• 發光強度匹配比 (I_V-m)：最大值 1.6:1。I_p= 15 mA，1/16 工作週期。

註：發光強度測量使用近似 CIE 明視覺響應曲線的感測器和濾光片。

3. 分級系統說明

規格書指出 LED 經過發光強度分級。這是一個關鍵的分級過程。

• 發光強度分級：指定的最大匹配比 1.6:1 確保在單一顯示模組內，在相同驅動條件下，沒有任何單個 LED 點比最暗的點亮超過 60%。這對於實現字元和整個顯示區域的均勻亮度至關重要，可防止亮點或暗段。
• 波長：雖然給出了峰值 (565nm, 650nm) 和主波長 (569nm, 639nm) 的典型值，但生產變異會受到管控，以確保綠色和紅色落在可接受的視覺波段內。譜線半高寬數據 (30nm, 35nm) 則表示色彩純度。
• 順向電壓：指定的範圍 (例如，綠色在高電流下為 2.1V 至 3.7V) 考慮了半導體製造的自然變異。驅動電路必須設計成能適應此範圍，以確保亮度一致。

4. 性能曲線分析

規格書參考了典型電氣/光學特性曲線。雖然提供的文本中未詳細說明具體圖表，但此類裝置的標準曲線通常包括：

• I-V (電流-電壓) 曲線：顯示單個 LED 點的順向電流與順向電壓之間的關係。它是非線性的，具有一個導通/閾值電壓 (對於這些顏色約為 1.8-2.0V)，之後電流隨著電壓的微小增加而迅速增加。此曲線對於設計限流電路至關重要。
• 發光強度 vs. 順向電流 (I_F)：顯示光輸出如何隨電流增加。在很大範圍內通常是線性的，但在非常高的電流下會因熱效應而飽和。
• 發光強度 vs. 環境溫度：顯示光輸出如何隨著 LED 接面溫度的升高而降低。此降額與絕對最大額定值中指定的平均電流降額直接相關。
• 光譜分佈：相對強度與波長的關係圖，顯示峰值和主波長以及譜線半高寬，確認色彩特性。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

規格書包含詳細的機械圖 (此處未繪製)。圖中的關鍵註記指明所有尺寸單位為毫米 (mm)，且預設公差為 ±0.25 mm (0.01 英吋)，除非特定特徵註記另有說明。此圖定義了整體佔位面積、安裝孔位置、LED 矩陣可視區域，以及 48 個接腳的精確位置和間距。

5.2 接腳連接與電路圖

此裝置採用 48 接腳雙列直插封裝。由於是複用的 16x16 矩陣，接腳定義較為複雜。接腳被指定為行的共陽極或列的陰極，並有專門用於綠色和紅色 LED 的接腳。例如，接腳 3 是綠色第 1 列的陰極，而接腳 11 是紅色第 1 列的陰極。這種安排允許控制器選擇一行 (透過向其共陽極施加正電壓)，然後透過相應的列陰極接腳吸收電流，點亮該行中特定的綠色或紅色點。

參考了內部電路圖，該圖通常會顯示所有 256 個 LED (16x16) 的互連，闡明哪些陽極行和陰極列控制每種顏色的每個特定 LED 點。

6. 焊接與組裝指南

提供的主要指引是焊接溫度曲線：260°C 持續 3 秒，測量點位於封裝體下方 1/16 英吋 (1.59 毫米) 處。這是標準的波峰焊或手工焊接參考點，以防止過熱損壞內部 LED 或塑膠封裝。對於迴流焊，適用峰值溫度約為 260°C 的標準無鉛曲線，但應控制高於液相線的時間 (TAL)，以滿足接腳層面的 3 秒指引。

處理應遵循半導體裝置的標準 ESD (靜電放電) 預防措施。儲存應在指定的 -35°C 至 +85°C 溫度範圍內，並處於低濕度環境中。

7. 應用建議

7.1 典型應用場景

• 工業控制面板：顯示機器狀態、生產計數、錯誤代碼或設定值。
• 測試與測量設備：顯示數值讀數、單位和模式指示器。
• 資訊顯示器：在公共空間用於顯示簡單訊息、排隊號碼或交通時刻表。
• 堆疊顯示系統：可以組合多個模組來顯示更長的文字訊息、更大的字體或多行數據。

7.2 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的 LED 顯示驅動器 IC (如 MAX7219 或類似的多工驅動器) 來管理 16:1 多工 (16 行)。驅動器必須提供所選點所需的峰值電流 (例如，每點 80mA，除以工作週期)。
• 電流限制：每個陰極列 (或其分組) 必須使用外部限流電阻或恆流驅動器，以防止超過絕對最大電流並設定所需的亮度。計算必須使用最大 V_F，以確保在所有條件下電流安全。
• 熱管理：必須遵守平均電流隨溫度降額的規定。在高環境溫度下，可能需要降低多工工作週期或峰值電流，以將接面溫度保持在安全限度內並維持亮度一致性。
• 視角：寬廣的視角是有益的，但在機械外殼設計時應考慮與預期觀看者位置對齊。

8. 技術比較與差異化

與通用的單色或更小的點矩陣顯示器相比，LTP-181FFM 提供明顯的優勢：

• 雙色能力：使用專用的綠色和高效率 AlInGaP 超紅光 LED，允許雙色資訊呈現 (例如，綠色表示正常狀態，紅色表示警報/警告)，增強資訊密度和清晰度。
• 大字元高度 (1.86\")：與較小的 5x7 或 8x8 矩陣相比，提供優越的遠距離可讀性，填補了小指示燈和大型標誌之間的利基市場。
• 強度分級：保證的 1.6:1 強度匹配比是品質的標誌，確保了專業級的顯示均勻性，這是較便宜、未分級的顯示器可能缺乏的。
• 可堆疊設計：機械設計便於輕鬆組裝多模組顯示器，這項功能並非總是出現在專為獨立使用而設計的顯示器中。

9. 常見問題解答 (基於技術參數)

Q1: 峰值波長和主波長有何區別？

A: 峰值波長 (λ_p) 是發射光強度達到最大值時的波長。主波長 (λ_d) 是與 LED 感知顏色相匹配的單色光波長。對於 LED，λ_d通常與人類的色彩感知更相關。

Q2: 為什麼綠色 (35mA) 和紅色 (15mA) 的發光強度測試電流不同？

A: 這反映了兩種半導體技術的不同效率。AlInGaP 超紅光 LED 效率更高，在比 GaP 綠色 LED 達到其典型強度 (1400 µcd) 所需的驅動電流更低的電流下，就能產生其典型發光強度 (1500 µcd)。

Q3: 如何計算一列所需的串聯電阻？

A: 使用歐姆定律：R = (V_電源- V_F- V_{驅動器壓降}) / I_F。使用規格書中的最大 V_F(例如，綠色在 80mA 時為 3.7V)，以確保即使使用低 V_F的 LED，電流也絕不超過限制。考慮列驅動電晶體/MOSFET 的壓降 (V_{驅動器壓降})。電流 I_F是期望的每點峰值電流 (例如，80mA)，但請記住，在多工設計中，此電流由在單行時間片內處於活動狀態的一列中的所有點共享。

Q4: 測試條件中的1/16 DUTY是什麼意思？

A: 它表示顯示器以 1/16 工作週期的多工模式驅動。這是 16 行矩陣的標準。每一行僅在總刷新週期時間的 1/16 內通電。發光強度是在此條件下測量的，這也是顯示器在實際使用中的方式。開啟時間內的峰值電流高於平均電流，以補償低工作週期並達到所需的平均亮度。

10. 設計與使用案例研究

情境：設計多行生產計數器顯示器。

一位工程師需要一個用於工廠車間的顯示器，顯示機器的當前生產計數和目標。他選擇了兩個垂直堆疊的 LTP-181FFM 模組。

實作：單一微控制器驅動兩個顯示器。韌體管理 16 行多工程序，依序刷新每一行。頂部模組以綠色顯示COUNT: [數字]。底部模組以綠色顯示TARGET: [數字]。如果機器因錯誤停止，相關行或單獨的ERROR訊息可以在相應模組上以紅色閃爍。可堆疊設計簡化了機械安裝。高亮度和寬視角確保操作員能從車間的不同位置看到資訊。強度分級保證了兩個模組並排時具有一致、均勻的外觀。

11. 工作原理介紹

LTP-181FFM 基於LED 矩陣多工原理運作。為 16x16 單色或雙色配置 256 條或更多獨立線路是不切實際的。取而代之的是，LED 被排列在一個網格中，其中單一行中所有 LED 的陽極連接在一起 (共陽極行)，而特定顏色的單一列中所有 LED 的陰極連接在一起 (陰極列)。

要點亮特定點 (例如，第 5 行第 3 列的綠色點)，控制器在刷新週期內快速連續執行以下步驟：1) 將第 5 行的共陽極設定為正電壓 (例如，+5V)。2) 將第 3 列 (綠色) 的陰極連接到地 (0V)，完成迴路並允許電流通過該特定綠色 LED。所有其他行關閉，所有其他列線路保持高電位 (開路)。透過非常快速地掃描所有 16 行 (例如，100Hz 或更高)，視覺暫留會產生 16x16 矩陣中所有期望點同時點亮的錯覺。雙色能力只是為紅色 LED 添加了一組獨立的陰極接腳，並獨立控制。

12. 技術趨勢

雖然 LTP-181FFM 使用成熟的 GaP (綠色) 和 AlInGaP (紅色) 技術，但更廣泛的 LED 顯示領域正在發展。趨勢包括：

• 更高效率的材料：從 GaAs 上的 AlInGaP 轉向更高效的結構，或使用基於 InGaN 的材料製造紅色 LED (儘管具有挑戰性)，以提高效率和色域。
• 整合驅動器：較新的顯示模組通常將多工驅動器 IC，有時甚至微控制器介面 (如 I2C 或 SPI) 直接整合在模組 PCB 上，與像 LTP-181FFM 這樣的裸 LED 矩陣相比，顯著簡化了外部電路設計。
• 表面黏著技術 (SMT)：許多現代 LED 矩陣使用 SMT LED 和封裝，允許更薄的輪廓、自動化組裝以及可能更高的解析度。LTP-181FFM 的通孔設計堅固耐用，適合可能進行手工焊接或維修的應用。
• 全彩 RGB 矩陣：對於更高級的圖形或多色文字應用，每個像素整合了紅、綠、藍 (RGB) LED 的矩陣正變得越來越普遍，儘管它們需要更複雜的驅動電子設備。

LTP-181FFM 代表了其類別中可靠、高性能的解決方案，在尺寸、亮度、雙色功能和設計靈活性之間取得了平衡，適用於廣泛的嵌入式顯示應用。