LTP-1457AKD LED点阵显示屏规格书 - 1.2英寸 (30.42毫米) 高度 - AlInGaP超红光 - 5x7阵列 - 中文技术文档

1. 产品概述

LTP-1457AKD是一款单字符字母数字显示模块，专为需要清晰、可靠字符输出的应用而设计。其核心功能是通过一个由独立寻址发光二极管（LED）组成的网格，直观地呈现数据，通常是ASCII或EBCDIC编码的字符。

该器件围绕一个5列乘7行（5x7）的AlInGaP（铝铟镓磷）超红光LED芯片阵列构建。这种半导体材料生长在不透明的砷化镓（GaAs）衬底上，这有助于其光学性能。其视觉呈现采用带白点的灰色面板，为点亮的红色元件提供高对比度。该组件的主要设计目标是低功耗、固态可靠性以及通过单平面结构实现的宽视角。它根据发光强度进行分类，以便在多字符应用中实现亮度匹配，并且可以水平堆叠以形成多字符显示器。

2. 技术参数详解

2.1 绝对最大额定值

这些参数定义了可能导致器件永久损坏的应力极限。不保证在或超过这些极限的条件下运行。

• 每点平均功耗：40 mW。这是每个LED段在不发生过热的情况下可以处理的最大连续功率。
• 每点峰值正向电流：90 mA。这仅在占空比为1/10、脉冲宽度为0.1 ms的脉冲条件下允许，以避免热过应力。
• 每点平均正向电流：在25°C时为15 mA。此电流在25°C以上以0.2 mA/°C的速率线性降额。例如，在85°C时，最大允许平均电流约为：15 mA - ((85°C - 25°C) * 0.2 mA/°C) = 3 mA。
• 每点反向电压：5 V。在反向偏置下超过此电压可能导致结击穿。
• 工作与存储温度范围：-35°C 至 +85°C。
• 焊接温度：可承受260°C最高3秒，测量点在封装安装平面下方1.6毫米（1/16英寸）处。

2.2 电气与光学特性

这些是在环境温度（Ta）为25°C的指定测试条件下保证的性能参数。

• 平均发光强度（I_V）：范围从800 μcd（最小值）到2600 μcd（典型值），在峰值电流（I_p）为32 mA、占空比为1/16的条件下测试。强度使用近似于明视（CIE）人眼响应曲线的滤光片测量。
• 峰值发射波长（λ_p）：在正向电流（I_F）为20 mA驱动时，典型值为650 nm。这是光功率输出最大的波长。
• 谱线半宽（Δλ）：典型值为20 nm（I_F=20mA）。这表示发射光波长围绕峰值的分布范围。
• 主波长（λ_d）：典型值为639 nm（I_F=20mA）。这是人眼感知的单一波长，可能与峰值波长略有不同。
• 每点正向电压（V_F）：根据电流不同，范围从2.1V到2.8V。在I_F=20mA时：2.1V（最小值），2.6V（典型值）。在I_F=80mA时：2.3V（最小值），2.8V（典型值）。
• 每点反向电流（I_R）：当施加5V反向电压（V_R）时，最大为100 μA。
• 发光强度匹配比（I_V-m）：最大2:1。这规定了在相同驱动条件下，同一器件上任意两点（或段）之间的亮度差异不会超过两倍。

3. 分档系统说明

规格书指出该器件“按发光强度分类”。这意味着存在一个制造后的分档或筛选过程。由于半导体外延生长和芯片加工固有的差异，同一生产批次的LED可能具有略微不同的光输出。为确保应用中的一致性，尤其是在亮度均匀性至关重要的多字符显示器中，制造出的单元会根据其测量的发光强度进行测试并分入不同的“档位”。设计人员可以在订购时指定档位代码，以确保其组装中的所有单元都落在严格的亮度范围内，防止某些字符看起来比其他字符更暗或更亮。虽然此规格书未列出具体的档位代码或强度范围，但此做法是确保视觉质量的标准流程。

4. 性能曲线分析

规格书的最后一页专门介绍“典型电气/光学特性曲线”。这些图表对于理解器件在表格中列出的单点规格之外的行为非常宝贵。虽然提供的文本未详细说明具体曲线，但此类器件的典型曲线图包括：

• 正向电流与正向电压关系曲线（I-V曲线）：显示LED结上电流与电压之间的非线性关系。它有助于设计限流电路。
• 发光强度与正向电流关系曲线：展示光输出如何随电流增加，通常在较高电流下由于发热和效率下降而呈亚线性增长。
• 发光强度与环境温度关系曲线：说明随着结温升高，光输出会下降，这对于在宽温度范围内运行的应用至关重要。
• 光谱分布图：相对强度与波长的关系图，显示发射的红光光谱的形状和宽度。

这些曲线使工程师能够预测在其特定工作条件下的性能，这些条件可能与标准测试条件不同。

5. 机械与封装信息

LTP-1457AKD的物理结构由其封装尺寸和内部电路定义。

5.1 封装尺寸

该器件的矩阵高度为1.2英寸（30.42毫米）。规格书第2页提供了详细的尺寸图。所有尺寸均以毫米为单位指定，除非特定特征要求不同的公差，否则一般公差为±0.25毫米（±0.01英寸）。此图对于PCB（印刷电路板）焊盘设计至关重要，可确保组件正确安装并与电路板的焊盘对齐。

5.2 内部电路与引脚排列

该显示器对行采用共阴极配置。内部电路图显示了一个5x7矩阵，其中每个LED（点）形成于阳极（列）线和阴极（行）线的交叉点。要点亮特定点，必须将其对应的列阳极驱动为高电平（并施加适当的限流），同时将其行阴极拉低。

引脚连接表对于接口至关重要：

- 引脚1、2、5、7、8、9、12、14连接到阴极行（1-7）。

- 引脚3、4、6、10、11、13连接到阳极列（1-5）。

注意：提供的列表存在不一致之处，其中引脚11列为“阳极列3”，引脚4也列为“阳极列3”。在具有12个引脚（14个引脚，可能2个未使用）的标准5x7矩阵中，这很可能是文档错误；其中一个应为列1、2、3、4或5。必须查阅实际规格书图表以获取正确、明确的映射关系。需要适当的复用驱动电路来顺序激活行和列以形成字符，避免重影。

6. 焊接与组装指南

提供的关键组装规范是焊接温度曲线。该器件可承受260°C的峰值温度，最长持续时间为3秒。这是在封装体安装平面下方1.6毫米处测量的点，大致对应于PCB表面或焊点本身。此额定值与标准无铅（SnAgCu）回流焊接工艺兼容。设计人员必须确保其回流焊炉曲线不超过此时间-温度限制，以防止损坏LED芯片、内部键合线或塑料封装材料。处理过程中应遵守标准的ESD（静电放电）预防措施。

7. 应用建议

7.1 典型应用场景

此显示器适用于需要单个高可读性字符或符号的应用。其可堆叠特性使其可用于多字符设置。常见用途包括：

- 仪器仪表面板（电压表、万用表、频率计）。

- 工业控制系统状态指示器。

- 销售点终端显示器。

- 当多个单元组合时，可用于简单的留言板或记分牌。

- 嵌入式系统用户界面，用于状态代码或单数字输出。

7.2 设计注意事项

• 驱动电路：需要具有足够I/O引脚的微控制器或专用的LED显示驱动器IC（如MAX7219或类似器件）进行复用。每个引脚将为多个LED灌入或拉出电流，因此请确保不超过MCU或驱动器的每引脚电流限制。
• 限流：必须为每个阳极列（或使用恒流驱动器）配备外部限流电阻，以将正向电流（I_F）设置为安全值，考虑到温度降额，连续运行时通常在10-20 mA之间。
• 功耗：计算总功耗，尤其是当多个点同时点亮时。确保其保持在器件和PCB的热限值内。
• 视角：宽视角对于可能从侧面观看显示器的应用非常有益。
• 亮度一致性：为多单元应用订购时，请指定强度档位，以确保视觉均匀性。

8. 技术对比与差异化

LTP-1457AKD的主要差异化在于其使用的AlInGaP超红光技术及其特定的机械/电气格式。

• 与标准GaAsP或GaP红光LED对比：与旧技术相比，AlInGaP LED通常提供更高的发光效率、更好的温度稳定性和更饱和、更纯正的红色（主波长约639nm），而旧技术可能显得更偏橙色。
• 与更大或更小的点阵显示器对比：1.2英寸高度和5x7格式代表了特定的尺寸和分辨率权衡，在中等距离下提供良好的可读性。更小的格式节省空间但降低可读性；更大的格式从远处看更清晰，但消耗更多功率和电路板面积。
• 与集成控制器显示器对比：这是一个“原始”LED阵列。带有集成控制器（I2C、SPI）的显示器简化了微控制器接口，但可能灵活性较低或成本更高。LTP-1457AKD以更复杂的驱动电路为代价提供直接控制。

9. 常见问题解答（基于参数）

问：我可以用5V微控制器直接驱动这个显示器吗？

答：可能可以，但需谨慎。典型的V_F是2.1-2.8V。5V MCU引脚会将5V施加到阳极，如果没有限流电阻，会损坏LED。您必须使用串联电阻。计算公式为：R = (V_电源- V_F) / I_F。对于5V电源，V_F=2.6V，且I_F=20mA，则 R = (5 - 2.6) / 0.02 = 120 Ω。同时，确保MCU能够灌入/拉出所需的复用电流。

问：发光强度测试条件中的“1/16占空比”是什么意思？

答：这意味着LED在总周期时间的1/16内被脉冲点亮。对于复用显示器，这是一种常见的驱动方法。导通期间的峰值电流（测试中为32 mA）高于直流操作可使用的电流，以实现相当于较低直流电流的感知亮度。平均电流为（峰值电流 * 占空比）= 32mA * (1/16) = 2 mA。

问：如何创建字母和数字等字符？

答：您需要在软件中有一个字体表或字符生成器。这是一个查找表，定义了每个ASCII或EBCDIC代码需要点亮哪些点（阳极/列、阴极/行组合）。例如，字符“A”将映射到5列7行上的特定图案。

10. 设计与使用案例研究

场景：为电机控制器设计单数字RPM指示器。

显示器需要显示一个0-9的数字，代表速度范围。选择了一个具有12个I/O引脚的低成本微控制器。

实现：7个引脚配置为开漏输出以驱动阴极行（灌电流）。5个引脚配置为数字输出，通过限流电阻驱动阳极列（拉电流）。固件包含数字0-9的5x7字体映射。它运行一个定时器中断，通过将阴极引脚拉低来顺序激活每一行（1-7）。对于活动行，固件根据要在该特定行显示的数字的字体图案，将5个阳极引脚设置为高电平。这种复用发生得比人眼能感知的更快（例如，>100 Hz），从而创建稳定、无闪烁的图像。每个LED的平均电流保持在10 mA（根据占空比调整峰值电流），以确保在功耗限制内的长期可靠性。

11. 工作原理

基本原理是半导体p-n结中的电致发光。AlInGaP材料具有直接带隙。当正向偏置（阳极相对于阴极为正电压）时，电子从n型区注入导带，空穴从p型区注入价带。这些载流子在结附近的有源区复合。在像AlInGaP这样的直接带隙材料中，这些复合的很大一部分是辐射性的，意味着它们以光子（光）的形式释放能量。根据方程 λ ≈ hc/E_g，这种光的波长（颜色）由半导体材料的带隙能量（E_g）决定。对于调谐为红光的AlInGaP，这会产生波长约为650 nm的光子。5x7矩阵排列只是这些独立p-n结LED的网格，其阳极和阴极以交叉图案连接，以最小化所需的驱动引脚数量。

12. 技术趋势

虽然LTP-1457AKD代表了一种成熟可靠的技术，但更广泛的显示技术领域仍在不断发展。此类分立LED点阵显示器面临着来自使用表面贴装器件（SMD）LED的集成模块的竞争，后者可以更小并提供更高分辨率。此外，有机LED（OLED）和微型LED技术正在进步，有望实现更薄、更高效、对比度更高的显示器。对于简单、坚固、单字符或低分辨率多字符显示器的特定细分市场，AlInGaP和类似的III-V族半导体LED由于其经过验证的可靠性、宽工作温度范围、高亮度以及工业和仪器仪表应用的成本效益，仍然高度相关。该领域的趋势是提高效率（每瓦更多光）以及更严格的颜色和亮度一致性分档。