Inhaltsverzeichnis
- 1. Produktübersicht
- 1.1 Kernvorteile
- 2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter
- 2.1 Absolute Maximalwerte
- 2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen
- 3. Erklärung des Binning-Systems
- 3.1 Lichtstärke-Binning
- 3.2 Hauptwellenlänge-Binning (nur Grün)
- 4. Analyse der Leistungskurven
- 4.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve)
- 4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom
- 4.3 Temperaturabhängigkeit
- 4.4 Spektrale Verteilung
- 5. Mechanische & Gehäuseinformationen
- 5.1 Gehäuseabmessungen und Polarität
- 5.2 Empfohlene Lötpad-Auslegung
- 6. Löt- & Montagerichtlinien
- 6.1 Infrarot-Reflow-Lötprofil
- 6.2 Handlöten
- 6.3 Lager- und Handhabungsbedingungen
- 6.4 Reinigung
- 7. Verpackungs- & Bestellinformationen
- 7.1 Band- und Spulenspezifikationen
- 8. Anwendungsempfehlungen
- 8.1 Typische Anwendungsszenarien
- 8.2 Designüberlegungen
- 9. Technischer Vergleich & Differenzierung
- 10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)
- 11. Praktische Design- und Anwendungsbeispiele
- 12. Einführung in das Funktionsprinzip
- 13. Technologietrends
1. Produktübersicht
Die LTST-C295KGKFKT ist eine zweifarbige, oberflächenmontierbare (SMD) LED, die für moderne elektronische Anwendungen entwickelt wurde, die kompakte Abmessungen und zuverlässige Leistung erfordern. Dieses Produkt nutzt fortschrittliche AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) Chip-Technologie für seine grüne und orange Lichtquelle, eingebettet in ein extrem flaches Gehäuse mit einer Höhe von nur 0,55mm. Es wird auf 8mm breitem Trägerband geliefert, das auf 7-Zoll (178mm) Durchmesser Spulen aufgewickelt ist, wodurch es voll kompatibel mit automatischen Bestückungsanlagen ist. Das Bauteil ist als "grünes Produkt" klassifiziert, erfüllt die RoHS-Richtlinien (Beschränkung gefährlicher Stoffe) und eignet sich für eine breite Palette von Konsum- und Industrieanwendungen.
1.1 Kernvorteile
Die primären Vorteile dieser LED ergeben sich aus der Kombination fortschrittlicher Materialien und einer miniaturisierten Bauform. Der Einsatz von AlInGaP-Halbleitermaterial bietet hohe Lichtausbeute, was zu hoher Helligkeit bei geringer Chipfläche führt. Die Zweifarb-Fähigkeit in einem einzigen Gehäuse spart wertvolle Leiterplattenfläche im Vergleich zur Verwendung zweier separater Einfarb-LEDs. Ihr ultraflaches Profil ist entscheidend für Anwendungen mit strengen Höhenbeschränkungen, wie z.B. in ultradünnen Displays, Mobilgeräten und Beleuchtungsmodulen. Darüber hinaus ermöglicht die Kompatibilität mit Infrarot (IR) Reflow-Lötprozessen die Integration in Standard-SMT-Montagelinien, was hohe Ausbeute und Zuverlässigkeit sicherstellt.
2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter
Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte, objektive Interpretation der im Datenblatt spezifizierten elektrischen, optischen und thermischen Parameter und erklärt deren Bedeutung für Entwicklungsingenieure.
2.1 Absolute Maximalwerte
Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Sie sind nicht für den Normalbetrieb vorgesehen.
- Verlustleistung (PD):75 mW pro Farbe. Dies ist die maximale Leistung, die die LED als Wärme abführen kann. Eine Überschreitung dieses Wertes, typischerweise durch zu hohen Betriebsstrom oder hohe Umgebungstemperatur, kann zu Überhitzung, beschleunigtem Abbau des Halbleitermaterials und letztlich zum Ausfall führen.
- Spitzen-Durchlassstrom (IFP):80 mA (bei 1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite). Dieser Wert gilt für gepulsten Betrieb, oft in Multiplex-Schaltungen oder zur Erzielung kurzer Phasen sehr hoher Helligkeit. Das geringe Tastverhältnis und die kurze Pulsbreite sind essentiell, um einen übermäßigen Anstieg der Sperrschichttemperatur während des Pulses zu verhindern.
- DC-Durchlassstrom (IF):30 mA. Dies ist der maximale empfohlene Dauerstrom für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb. Die Auslegung der Treiberschaltung für einen Betrieb bei oder unterhalb dieses Stromes ist entscheidend für die Einhaltung der spezifizierten Lebensdauer und die Stabilität der optischen Eigenschaften.
- Sperrspannung (VR):5 V. LEDs sind nicht dafür ausgelegt, signifikante Sperrspannungen zu ertragen. Das Überschreiten dieser Spannung kann zu einem plötzlichen Durchbruch der PN-Sperrschicht führen, was einen sofortigen und katastrophalen Ausfall verursacht. Ein ordnungsgemäßer Schaltungsentwurf muss sicherstellen, dass die LED keiner Sperrspannung ausgesetzt wird, oft durch den Einsatz von Schutzdioden in Reihe bei AC- oder bipolaren Treiberszenarien.
- Betriebs- & Lagertemperatur:-30°C bis +85°C bzw. -40°C bis +85°C. Diese Bereiche definieren die Umgebungsbedingungen, die das Bauteil während des Betriebs und im ausgeschalteten Zustand aushalten kann. Betrieb nahe oder oberhalb der Obergrenze verringert die Lichtleistung und Lebensdauer.
2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen
Diese Parameter werden unter Standard-Testbedingungen (Ta=25°C) gemessen und repräsentieren die typische Leistung des Bauteils.
- Lichtstärke (IV):Für die grüne LED beträgt der typische Wert 35,0 mcd bei 20mA, mit einem Minimum von 18,0 mcd. Für die orange LED beträgt der typische Wert 90,0 mcd bei 20mA, mit einem Minimum von 28,0 mcd. Der orange Emitter ist im AlInGaP-Materialsystem inhärent effizienter, was zu einer höheren typischen Ausgangsleistung führt. Die Minimalwerte sind kritisch für Entwickler, die eine bestimmte Helligkeitsstufe in ihrer Anwendung garantieren müssen.
- Abstrahlwinkel (2θ1/2):130 Grad (typisch für beide Farben). Dieser weite Abstrahlwinkel deutet auf ein Lambert'sches oder nahezu Lambert'sches Abstrahlverhalten hin, bei dem die Lichtintensität über einen breiten Bereich relativ gleichmäßig ist. Dies ist ideal für allgemeine Anzeigelampen und Hintergrundbeleuchtung, wo Sichtbarkeit aus mehreren Winkeln erforderlich ist, im Gegensatz zu einer engstrahlenden LED zur Lichtbündelung.
- Spitzen- & Hauptwellenlänge (λP, λd):Die grüne LED hat eine typische Spitzenwellenlänge von 574 nm und eine Hauptwellenlänge von 571 nm. Die orange LED hat eine typische Spitzenwellenlänge von 611 nm und eine Hauptwellenlänge von 605 nm. Die Hauptwellenlänge ist diejenige Wellenlänge, die vom menschlichen Auge wahrgenommen wird, und ist der Schlüsselparameter für die Farbangabe. Der leichte Unterschied zwischen Spitzen- und Hauptwellenlänge ist auf die Form des Emissionsspektrums zurückzuführen.
- Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):Ca. 15 nm für grün und 17 nm für orange. Dieser Parameter, auch bekannt als Full Width at Half Maximum (FWHM), beschreibt die spektrale Reinheit des Lichts. Eine schmalere Breite deutet auf eine monochromatischere (reine) Farbe hin. Diese Werte sind typisch für AlInGaP-LEDs und bieten eine gute Farbsättigung.
- Durchlassspannung (VF):2,0 V typisch, 2,4 V maximal bei 20mA für beide Farben. Diese niedrige Durchlassspannung ist vorteilhaft, da sie den Stromverbrauch und die thermische Belastung reduziert. Die Treiberschaltung (üblicherweise eine Konstantstromquelle oder ein Vorwiderstand) muss so ausgelegt sein, dass sie die maximale VFaufnehmen kann, um unter allen Bedingungen, einschließlich Bauteiltoleranzen und Temperatureffekten, den gewünschten Strom zu liefern.
- Sperrstrom (IR):10 µA maximal bei 5V. Dies ist der geringe Leckstrom, der fließt, wenn das Bauteil innerhalb seiner Maximalwerte in Sperrrichtung betrieben wird. Ein deutlich höherer Wert könnte auf eine beschädigte Sperrschicht hindeuten.
3. Erklärung des Binning-Systems
Das Datenblatt enthält Bincodes für Lichtstärke und Hauptwellenlänge, die für Anwendungen mit Anforderungen an Farb- oder Helligkeitskonstanz wesentlich sind.
3.1 Lichtstärke-Binning
LEDs werden nach der Herstellung basierend auf ihrer gemessenen Lichtleistung sortiert (gebinned). Für die grüne LED reichen die Bins von "M" (18,0-28,0 mcd) bis "Q" (71,0-112,0 mcd). Für die orange LED reichen die Bins von "N" (28,0-45,0 mcd) bis "R" (112,0-180,0 mcd). Jedes Bin hat eine Toleranz von +/-15%. Bei der Bestellung sorgt die Angabe eines engeren Bins (z.B. nur "P" und "Q") für eine gleichmäßigere Helligkeit über mehrere Bauteile in einer Baugruppe, was für Multi-LED-Displays oder Beleuchtungsarrays entscheidend ist. Die Verwendung von LEDs aus einem einzigen Bin wird für optimale visuelle Konsistenz empfohlen.
3.2 Hauptwellenlänge-Binning (nur Grün)
Die grünen LEDs werden auch nach Hauptwellenlänge in die Codes "C" (567,5-570,5 nm), "D" (570,5-573,5 nm) und "E" (573,5-576,5 nm) eingeteilt, mit einer Toleranz von +/-1 nm pro Bin. Dies ermöglicht es Entwicklern, LEDs mit einem sehr spezifischen Grünton auszuwählen, was für farbcodierte Anzeigen oder beim Abgleich mit einem bestimmten Corporate- oder Produktfarbkonzept wichtig ist. Die Wellenlänge der orangen LED wird nur als typisch angegeben, was auf geringere Variationen oder darauf hindeutet, dass für diesen Parameter kein Binning angeboten wird.
4. Analyse der Leistungskurven
Während im Datenblatt auf spezifische grafische Kurven verwiesen wird (z.B. Abb.1, Abb.6), sind deren Implikationen für die LED-Technologie standardmäßig.
4.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve)
Die I-V-Charakteristik einer LED ist exponentiell. Eine kleine Erhöhung der Durchlassspannung über den "Einschaltpunkt" hinaus führt zu einem starken Anstieg des Stromes. Deshalb müssen LEDs von einer Konstantstromquelle oder mit einem Vorwiderstand in Reihe betrieben werden; eine Konstantspannungsversorgung würde zu thermischem Durchgehen und Zerstörung führen. Die typische VFvon 2,0V bei 20mA liefert den Arbeitspunkt für diesen Entwurf.
4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom
Die Lichtstärke ist im normalen Betriebsbereich annähernd proportional zum Durchlassstrom. Allerdings nimmt der Wirkungsgrad (Lumen pro Watt) bei sehr hohen Strömen oft aufgrund erhöhter Wärme und anderer nichtstrahlender Rekombinationsprozesse ab. Betrieb bei oder unterhalb des empfohlenen 20mA DC gewährleistet optimalen Wirkungsgrad und Langlebigkeit.
4.3 Temperaturabhängigkeit
Die LED-Leistung ist stark temperaturabhängig. Mit steigender Sperrschichttemperatur: Die Durchlassspannung (VF) nimmt leicht ab. Die Lichtstärke nimmt signifikant ab. Bei AlInGaP-LEDs kann die Lichtleistung pro °C Anstieg der Sperrschichttemperatur um etwa 0,5-1,0% sinken. Die Hauptwellenlänge kann sich leicht verschieben (typischerweise zu längeren Wellenlängen bei AlInGaP). Ein effektives Wärmemanagement auf der Leiterplatte, z.B. durch Wärmeleitungen oder Kupferflächen, ist entscheidend, um eine stabile optische Leistung aufrechtzuerhalten, insbesondere bei Hochleistungs- oder Hochtemperaturanwendungen.
4.4 Spektrale Verteilung
Das referenzierte Spektraldiagramm würde für jede Farbe einen einzelnen, relativ schmalen Peak zeigen, charakteristisch für AlInGaP-Material. Das Fehlen von Nebenpeaks oder eines breiten Spektrums bestätigt die Farbreinheit des Bauteils, was für Anwendungen mit hohen Anforderungen an gesättigte Farben wünschenswert ist.
5. Mechanische & Gehäuseinformationen
5.1 Gehäuseabmessungen und Polarität
Das Bauteil entspricht einem EIA-Standardgehäuse. Das wichtigste mechanische Merkmal ist seine Höhe von 0,55mm. Die Pinbelegung ist klar definiert: Pins 1 und 3 sind für die grüne LED, und Pins 2 und 4 sind für die orange LED. Dieses Vier-Pad-Design ermöglicht eine unabhängige Ansteuerung der beiden Farben. Die Polarität wird durch die Pinnummerierung angezeigt; typischerweise wird die Anode über die Treiberschaltung an die positive Versorgung angeschlossen, und die Kathode an Masse oder die Stromsenke.
5.2 Empfohlene Lötpad-Auslegung
Das Datenblatt enthält empfohlene Lötpad-Abmessungen. Die Einhaltung dieser Empfehlungen ist entscheidend für zuverlässige Lötstellen während des Reflow-Prozesses. Das Pad-Design beeinflusst die Form des Lötfilets, was wiederum die mechanische Festigkeit und die Wärmeableitung von der LED beeinflusst. Ein gut ausgelegtes Pad gewährleistet eine korrekte Selbstausrichtung während des Reflow-Lötens und verhindert das "Tombstoning" (Abheben einer Komponentenseite vom Pad).
6. Löt- & Montagerichtlinien
6.1 Infrarot-Reflow-Lötprofil
Das Bauteil ist voll kompatibel mit Infrarot (IR) oder Konvektions-Reflow-Lötprozessen, dem Standard für die SMT-Montage. Das Datenblatt enthält ein empfohlenes Profil, das mit JEDEC-Standards für bleifreies Löten konform ist. Wichtige Parameter sind: Eine Aufwärmzone (150-200°C) zum langsamen Temperaturanstieg und Aktivieren des Flussmittels. Eine Spitzentemperatur von maximal 260°C. Eine Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (typisch 217°C für SnAgCu-Lot) von maximal 10 Sekunden. Die Gesamtzeit von Raumtemperatur zur Spitze und zurück sollte kontrolliert werden, um die thermische Belastung des Kunststoffgehäuses und des Halbleiterchips zu minimieren.
6.2 Handlöten
Falls Handlöten für Reparaturen oder Prototypen notwendig ist, muss äußerste Vorsicht walten. Die Empfehlung lautet, einen Lötkolben mit maximal 300°C zu verwenden und die Kontaktzeit auf 3 Sekunden pro Pad zu begrenzen. Übermäßige Hitze oder längerer Kontakt kann die Kunststofflinse schmelzen, die Bonddrähte im Gehäuse beschädigen oder das Die-Attach-Material delaminieren.
6.3 Lager- und Handhabungsbedingungen
LEDs sind feuchtigkeitsempfindliche Bauteile (MSD). Das Kunststoffgehäuse kann Feuchtigkeit aus der Luft aufnehmen, die sich während des Hochtemperatur-Reflow-Prozesses in Dampf verwandeln und innere Risse oder "Popcorning" verursachen kann. Das Datenblatt spezifiziert: Versiegelte Verpackungen sollten bei ≤30°C und ≤90% r.F. gelagert und innerhalb eines Jahres verwendet werden. Nach dem Öffnen sollten LEDs bei ≤30°C und ≤60% r.F. gelagert werden. Bauteile, die länger als eine Woche der Umgebungsluft ausgesetzt waren, sollten vor dem Löten mindestens 20 Stunden bei 60°C getrocknet werden, um Feuchtigkeit auszutreiben. Richtige Handhabung umfasst auch Vorsichtsmaßnahmen gegen elektrostatische Entladung (ESD). Obwohl nicht so empfindlich wie einige ICs, können LEDs durch ESD beschädigt werden. Die Verwendung geerdeter Handgelenkbänder, antistatischer Matten und ordnungsgemäß geerdeter Geräte wird empfohlen.
6.4 Reinigung
Eine Nachlötreinigung, falls erforderlich, sollte nur mit spezifizierten Lösungsmitteln durchgeführt werden. Das Datenblatt empfiehlt Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute. Aggressive oder nicht spezifizierte Chemikalien können das Material der Kunststofflinse angreifen, was zu Trübung, Rissen oder Verfärbungen führt, was die optische Leistung erheblich beeinträchtigen würde.
7. Verpackungs- & Bestellinformationen
7.1 Band- und Spulenspezifikationen
Das Bauteil wird in geprägter Trägerbandverpackung mit Schutzdeckband geliefert, aufgewickelt auf Spulen mit 7 Zoll (178mm) Durchmesser. Die Standardspulenmenge beträgt 4000 Stück. Für Restspulen wird eine Mindestbestellmenge von 500 Stück angegeben. Die Bandabmessungen und Taschenabstände entsprechen den ANSI/EIA-481-Spezifikationen und gewährleisten Kompatibilität mit Standard-SMT-Zuführern. Das Banddesign umfasst Ausrichtungsmerkmale und Transportlöcher für einen präzisen mechanischen Vorschub.
8. Anwendungsempfehlungen
8.1 Typische Anwendungsszenarien
Die Zweifarb-Fähigkeit und das flache Profil machen diese LED für zahlreiche Anwendungen geeignet: Statusanzeigen: Eine einzelne Komponente kann zwei Zustände anzeigen (z.B. grün für "Ein/Bereit", orange für "Standby/Warnung"). Hintergrundbeleuchtung für Tastaturen und Schalter: Ihr weiter Abstrahlwinkel und ihre Helligkeit sind ideal zur Beleuchtung von Symbolen auf Bedienfeldern. Unterhaltungselektronik: Verwendung in Smartphones, Tablets, Wearables und Fernbedienungen, wo Platz knapp ist. Automobil-Innenraumbeleuchtung: Für Armaturenbrettanzeigen oder Ambientebeleuchtung (vorbehaltlich der Qualifikation für spezifische Automobilgrade). Tragbare Geräte: Batteriebetriebene Geräte profitieren von ihrer niedrigen Durchlassspannung, die den Stromverbrauch minimiert.
8.2 Designüberlegungen
Strombegrenzung: Immer einen Konstantstromtreiber oder einen Vorwiderstand verwenden, der basierend auf der Versorgungsspannung und der maximalen VF der LED berechnet wird. Wärmemanagement: Sicherstellen, dass das Leiterplattenlayout einen ausreichenden Wärmeübergang bietet, insbesondere bei Betrieb nahe dem Maximalstrom. Den thermischen Widerstand von der LED-Sperrschicht zur Umgebung berücksichtigen. ESD-Schutz: ESD-Schutzdioden auf den Signalleitungen zur LED einbauen, wenn diese Benutzerschnittstellen ausgesetzt sind. Optisches Design: Der weite Abstrahlwinkel kann Lichtleiter oder Diffusoren erfordern, wenn ein spezifisches Strahlprofil benötigt wird. Für Farbmischung (wenn beide LEDs gleichzeitig angesteuert werden) beachten, dass die menschliche Wahrnehmung der Mischfarbe (z.B. ein gelblicher Farbton aus Grün+Orange) nichtlinear ist.
9. Technischer Vergleich & Differenzierung
Im Vergleich zu älteren LED-Technologien wie Standard-GaP (Galliumphosphid) oder GaAsP (Galliumarsenidphosphid) bietet der AlInGaP-Chip eine deutlich höhere Lichtausbeute, was zu hellerer Lichtleistung bei gleichem Betriebsstrom führt. Im Vergleich zu einigen weißen LEDs, die auf blauen Chips mit Leuchtstoff basieren, bieten diese monochromatischen LEDs eine überlegene Farbreinheit und typischerweise einen höheren Wirkungsgrad in ihrem spezifischen Farbband. Der Hauptunterschied dieses spezifischen Bauteils ist die Kombination zweier verschiedener, effizienter Farben in einem industrieüblichen, ultraflachen Gehäuse, das die vollständige Reflow-Montage unterstützt. Diese Integration reduziert die Anzahl der Bauteile, die Montagezeit und den Leiterplattenplatz im Vergleich zur Verwendung zweier diskreter LEDs.
10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)
F: Kann ich die grüne und die orange LED gleichzeitig betreiben?
A: Ja, sie sind elektrisch unabhängig. Sie müssen jedoch sicherstellen, dass die gesamte Verlustleistung (IF* VF für jede LED, plus etwaige Treiberverluste) die Wärmekapazität der Leiterplatte und die eigenen Grenzen des Bauteils nicht überschreitet. Der gleichzeitige Betrieb beider LEDs mit vollen 20mA erzeugt etwa 80mW Verlustleistung, was über der 75mW pro Farbe liegt, aber akzeptabel sein kann, wenn das Tastverhältnis niedrig ist oder das Wärmemanagement ausgezeichnet ist. Konsultieren Sie thermische Berechnungen für Ihr spezifisches Layout.
F: Was ist der Unterschied zwischen "Spitzenwellenlänge" und "Hauptwellenlänge"?
A: Spitzenwellenlänge (λP) ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung maximal ist. Hauptwellenlänge (λd) ist die einzelne Wellenlänge monochromatischen Lichts, die für einen standardisierten menschlichen Beobachter die gleiche Farbe zu haben scheint. λd wird aus den CIE-Farbkoordinaten berechnet und ist der relevantere Parameter für die Angabe der wahrgenommenen Farbe.
F: Wie interpretiere ich die Bincodes bei einer Bestellung?
A: Um Konsistenz zu gewährleisten, geben Sie das gewünschte Lichtstärke-Bin (z.B. "P") und für Grün das Hauptwellenlänge-Bin (z.B. "D") an. Dies teilt dem Hersteller mit, Bauteile zu liefern, die in diesen spezifischen Leistungsbereichen liegen. Wenn keine Bins angegeben werden, können Bauteile aus beliebigen Produktionsbins geliefert werden, was zu möglichen Variationen in Ihrem Endprodukt führen kann.
F: Ist ein Kühlkörper erforderlich?
A: Für den Betrieb mit dem maximalen Dauerstrom (20mA) in einer typischen Innenraumumgebung (25°C) ist normalerweise kein separater Kühlkörper erforderlich, wenn die Leiterplatte über eine angemessene Kupferfläche verfügt, die mit den thermischen Pads der LED verbunden ist. Bei hohen Umgebungstemperaturen, in geschlossenen Räumen oder beim Betrieb mit Pulsen, die den DC-Wert überschreiten, ist jedoch eine thermische Analyse notwendig. Die Sperrschichttemperatur muss so niedrig wie möglich gehalten werden, um maximale Lichtleistung und Lebensdauer zu erreichen.
11. Praktische Design- und Anwendungsbeispiele
Beispiel 1: Zweizustands-Stromversorgungsanzeige:In einem Netzteiladapter kann die LED so angeschlossen werden, dass sie grün anzeigt, wenn ein Gerät vollständig geladen ist und minimalen Strom zieht (gesteuert durch den Lade-IC), und orange, wenn das Gerät aktiv lädt. Ein einfacher Mikrocontroller oder eine Logikschaltung kann zwischen der Ansteuerung der Pinpaare (1,3) und (2,4) umschalten.
Beispiel 2: Hintergrundbeleuchtung mit Animation:In einem Gaming-Peripheriegerät können mehrere LTST-C295KGKFKT LEDs in einem Array angeordnet werden. Durch unabhängige Pulsweitenmodulation (PWM) der grünen und orangen Kanäle jeder LED kann ein Mikrocontroller dynamische Farbwechsel- und Atmungseffekte erzeugen, alles innerhalb der strengen Höhenbeschränkung.
Beispiel 3: Signalstärkeanzeige:In einem Funkmodul könnte die grüne LED starkes Signal anzeigen (mit vollem Strom betrieben), die orange LED schwaches Signal (mit vollem Strom betrieben), und beide LEDs gleichzeitig mit reduziertem Strom betrieben könnten eine Zwischenfarbe Gelb erzeugen, um ein mittleres Signalniveau anzuzeigen, wodurch drei verschiedene Zustände mit einer Komponente bereitgestellt werden.
12. Einführung in das Funktionsprinzip
Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauelemente, die Licht durch einen Prozess namens Elektrolumineszenz emittieren. Wenn eine Durchlassspannung an die PN-Sperrschicht des Halbleitermaterials (in diesem Fall AlInGaP) angelegt wird, werden Elektronen aus dem N-Typ-Gebiet und Löcher aus dem P-Typ-Gebiet in das aktive Gebiet injiziert. Wenn diese Ladungsträger (Elektronen und Löcher) rekombinieren, setzen sie Energie frei. In einem direkten Bandabstandshalbleiter wie AlInGaP wird diese Energie hauptsächlich in Form von Photonen (Licht) freigesetzt. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandabstandsenergie des Halbleitermaterials bestimmt, die während des Kristallwachstumsprozesses eingestellt wird. Die grüne und orange Farbe in diesem Bauteil werden durch eine leichte Variation der Zusammensetzung der Aluminium-, Indium-, Gallium- und Phosphid-Atome in den jeweiligen Chips erreicht, was die Bandabstandsenergie und damit die Farbe des emittierten Lichts ändert.
13. Technologietrends
Der allgemeine Trend in der SMD-LED-Technologie geht weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), erhöhter Leistungsdichte und weiterer Miniaturisierung. Es gibt auch einen starken Trend zu verbessertem Farbwiedergabeindex und besserer Farbkonstanz für Beleuchtungsanwendungen. Bei Anzeige- und Hintergrundbeleuchtungs-LEDs umfasst der Trend die Integration weiterer Funktionen in das Gehäuse, wie z.B. eingebaute Vorwiderstände, IC-Treiber für Adressierbarkeit (wie WS2812-artige "Smart LEDs") und sogar mehrere Farben über zwei hinaus (z.B. RGB). Der Trend zu ultraflachen und flexiblen Displays treibt auch die Entwicklung noch dünnerer Gehäuseprofile und LEDs auf flexiblen Substraten voran. Der Einsatz fortschrittlicher Materialien wie GaN-on-Si (Galliumnitrid auf Silizium) und der Mikro-LED-Technologie repräsentiert die Spitzentechnologie für zukünftige hochhellige, miniaturisierte Displays.
LED-Spezifikations-Terminologie
Vollständige Erklärung der LED-Technikbegriffe
Photoelektrische Leistung
| Begriff | Einheit/Darstellung | Einfache Erklärung | Warum wichtig |
|---|---|---|---|
| Lichtausbeute | lm/W (Lumen pro Watt) | Lichtausgang pro Watt Strom, höher bedeutet energieeffizienter. | Bestimmt direkt den Energieeffizienzgrad und Stromkosten. |
| Lichtstrom | lm (Lumen) | Gesamtlicht, das von der Quelle emittiert wird, allgemein "Helligkeit" genannt. | Bestimmt, ob das Licht hell genug ist. |
| Betrachtungswinkel | ° (Grad), z.B. 120° | Winkel, bei dem die Lichtintensität auf die Hälfte abfällt, bestimmt die Strahlbreite. | Beeinflusst Beleuchtungsbereich und Gleichmäßigkeit. |
| Farbtemperatur | K (Kelvin), z.B. 2700K/6500K | Wärme/Kühle des Lichts, niedrigere Werte gelblich/warm, höhere weißlich/kühl. | Bestimmt Beleuchtungsatmosphäre und geeignete Szenarien. |
| Farbwiedergabeindex | Einheitenlos, 0–100 | Fähigkeit, Objektfarben genau wiederzugeben, Ra≥80 ist gut. | Beeinflusst Farbauthentizität, wird an anspruchsvollen Orten wie Einkaufszentren, Museen verwendet. |
| Farborttoleranz | MacAdam-Ellipsenschritte, z.B. "5-Schritt" | Metrik für Farbkonsistenz, kleinere Schritte bedeuten konsistentere Farbe. | Sichert einheitliche Farbe über dieselbe Charge von LEDs. |
| Dominante Wellenlänge | nm (Nanometer), z.B. 620nm (rot) | Wellenlänge, die der Farbe farbiger LEDs entspricht. | Bestimmt Farbton von roten, gelben, grünen monochromen LEDs. |
| Spektralverteilung | Wellenlänge vs. Intensitätskurve | Zeigt Intensitätsverteilung über Wellenlängen. | Beeinflusst Farbwiedergabe und Farbqualität. |
Elektrische Parameter
| Begriff | Symbol | Einfache Erklärung | Design-Überlegungen |
|---|---|---|---|
| Flussspannung | Vf | Mindestspannung zum Einschalten der LED, wie "Startschwelle". | Treiberspannung muss ≥ Vf sein, Spannungen addieren sich für serielle LEDs. |
| Flussstrom | If | Stromwert für normalen LED-Betrieb. | Normalerweise Konstantstromantrieb, Strom bestimmt Helligkeit & Lebensdauer. |
| Max. Pulsstrom | Ifp | Spitzenstrom, der für kurze Zeit erträglich ist, wird für Dimmen oder Blinken verwendet. | Pulsbreite & Tastverhältnis müssen streng kontrolliert werden, um Schäden zu vermeiden. |
| Sperrspannung | Vr | Maximale Sperrspannung, die die LED aushalten kann, darüber kann es zum Durchbruch kommen. | Schaltung muss verhindern, dass umgekehrte Verbindung oder Spannungsspitzen auftreten. |
| Wärmewiderstand | Rth (°C/W) | Widerstand gegen Wärmeübertragung vom Chip zum Lötpunkt, niedriger ist besser. | Hoher Wärmewiderstand erfordert stärkere Wärmeableitung. |
| ESD-Immunität | V (HBM), z.B. 1000V | Fähigkeit, elektrostatische Entladung zu widerstehen, höher bedeutet weniger anfällig. | In der Produktion sind antistatische Maßnahmen erforderlich, insbesondere für empfindliche LEDs. |
Wärmemanagement & Zuverlässigkeit
| Begriff | Schlüsselmetrik | Einfache Erklärung | Auswirkung |
|---|---|---|---|
| Sperrschichttemperatur | Tj (°C) | Tatsächliche Betriebstemperatur im LED-Chip. | Jede Reduzierung um 10°C kann die Lebensdauer verdoppeln; zu hoch verursacht Lichtabfall, Farbverschiebung. |
| Lichtstromrückgang | L70 / L80 (Stunden) | Zeit, bis die Helligkeit auf 70% oder 80% des Anfangswerts sinkt. | Definiert direkt die "Nutzungsdauer" der LED. |
| Lichtstromerhaltung | % (z.B. 70%) | Prozentsatz der nach Zeit verbleibenden Helligkeit. | Gibt die Fähigkeit an, die Helligkeit über die langfristige Nutzung zu erhalten. |
| Farbverschiebung | Δu′v′ oder MacAdam-Ellipse | Grad der Farbänderung während der Verwendung. | Beeinflusst die Farbkonsistenz in Beleuchtungsszenen. |
| Thermisches Altern | Materialabbau | Verschlechterung aufgrund langfristig hoher Temperatur. | Kann zu Helligkeitsabfall, Farbänderung oder Leiterunterbrechung führen. |
Verpackung & Materialien
| Begriff | Gängige Typen | Einfache Erklärung | Merkmale & Anwendungen |
|---|---|---|---|
| Gehäusetyp | EMC, PPA, Keramik | Chip schützendes Gehäusematerial, bietet optische/thermische Schnittstelle. | EMC: gute Wärmebeständigkeit, niedrige Kosten; Keramik: bessere Wärmeableitung, längere Lebensdauer. |
| Chip-Struktur | Front, Flip-Chip | Chip-Elektrodenanordnung. | Flip-Chip: bessere Wärmeableitung, höhere Effizienz, für Hochleistung. |
| Phosphorbeschichtung | YAG, Silikat, Nitrid | Bedeckt den blauen Chip, wandelt einen Teil in gelb/rot um, mischt zu weiß. | Verschiedene Phosphore beeinflussen Effizienz, CCT und CRI. |
| Linse/Optik | Flach, Mikrolinse, TIR | Optische Struktur auf der Oberfläche, die die Lichtverteilung steuert. | Bestimmt den Betrachtungswinkel und die Lichtverteilungskurve. |
Qualitätskontrolle & Binning
| Begriff | Binning-Inhalt | Einfache Erklärung | Zweck |
|---|---|---|---|
| Lichtstrom-Bin | Code z.B. 2G, 2H | Nach Helligkeit gruppiert, jede Gruppe hat Mindest-/Maximal-Lumenwerte. | Sichert einheitliche Helligkeit in derselben Charge. |
| Spannungs-Bin | Code z.B. 6W, 6X | Nach Flussspannungsbereich gruppiert. | Erleichtert Treiberabgleich, verbessert Systemeffizienz. |
| Farb-Bin | 5-Schritt MacAdam-Ellipse | Nach Farbkoordinaten gruppiert, sichert engen Bereich. | Garantiert Farbkonsistenz, vermeidet ungleichmäßige Farbe innerhalb der Leuchte. |
| CCT-Bin | 2700K, 3000K usw. | Nach CCT gruppiert, jede hat entsprechenden Koordinatenbereich. | Erfüllt verschiedene Szenario-CCT-Anforderungen. |
Prüfung & Zertifizierung
| Begriff | Standard/Test | Einfache Erklärung | Bedeutung |
|---|---|---|---|
| LM-80 | Lichtstromerhaltungstest | Langzeitbeleuchtung bei konstanter Temperatur, Aufzeichnung von Helligkeitsabfall. | Wird zur Schätzung der LED-Lebensdauer (mit TM-21) verwendet. |
| TM-21 | Lebensdauerschätzstandard | Schätzt Lebensdauer unter tatsächlichen Bedingungen basierend auf LM-80-Daten. | Bietet wissenschaftliche Lebensdauervorhersage. |
| IESNA | Beleuchtungstechnische Gesellschaft | Deckt optische, elektrische, thermische Testmethoden ab. | Industrieanerkannte Testbasis. |
| RoHS / REACH | Umweltzertifizierung | Stellt sicher, dass keine schädlichen Substanzen (Blei, Quecksilber) enthalten sind. | Marktzugangsvoraussetzung international. |
| ENERGY STAR / DLC | Energieeffizienzzertifizierung | Energieeffizienz- und Leistungszertifizierung für Beleuchtungsprodukte. | Wird in staatlichen Beschaffungen, Subventionsprogrammen verwendet, steigert Wettbewerbsfähigkeit. |