T-1 3mm Weiße LED Lampe Datenblatt - 3.0mm Durchm. x 5.0mm H - 2.8-4.0V Durchlassspannung - 30mA Dauerstrom - 110mW Verlustleistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt die Spezifikationen einer hochhelligen weißen Leuchtdiode (LED) im verbreiteten T-1 (3mm) Rundgehäuse. Die Komponente ist darauf ausgelegt, eine überragende Lichtausbeute zu liefern, was sie für Anwendungen geeignet macht, die hohe Helligkeit und klare Sichtbarkeit erfordern. Die Kerntechnologie nutzt einen InGaN-Halbleiterchip, der blaues Licht emittiert. Diese blaue Emission wird dann durch eine im Reflektor der LED aufgebrachte Phosphorschicht in breitbandiges weißes Licht umgewandelt. Die resultierenden typischen Farbkoordinaten sind x=0,29, y=0,28 gemäß dem CIE-1931-Farbraumstandard, was auf eine neutrale bis kühle Farbtemperatur hinweist. Die Komponente ist auf Zuverlässigkeit ausgelegt und umfasst Merkmale wie einen Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD) bis zu 4KV (Human Body Model) sowie die Einhaltung relevanter Umweltvorschriften.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Der primäre Vorteil dieser LED ist ihre hohe Lichtstärke in einem kompakten, industrieüblichen T-1-Formfaktor. Diese Kombination aus geringer Größe und hoher Helligkeit bietet Entwicklungsingenieuren erhebliche Flexibilität. Das Bauteil wird lose oder auf Tape & Reel für automatisierte Bestückungsprozesse geliefert, was die Fertigungseffizienz steigert. Ihre Hauptanwendungen liegen in Bereichen, die klare, helle Anzeige oder Beleuchtung erfordern. Die Zielmärkte umfassen Unterhaltungselektronik, Industrie-Bedienfelder, Kfz-Innenraumbeleuchtung und allgemeine Beschilderung.

2. Vertiefung der technischen Parameter

Ein umfassendes Verständnis der elektrischen und optischen Grenzwerte ist entscheidend für einen zuverlässigen Schaltungsentwurf und eine langfristige Leistung.

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer ein dauerhafter Schaden am Bauteil auftreten kann. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen ist nicht garantiert und sollte für zuverlässige Leistung vermieden werden.

• Dauer-Durchlassstrom (I_F): 30 mA. Dies ist der maximale Gleichstrom, der kontinuierlich an die LED angelegt werden darf.
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP): 100 mA. Dieser höhere Strom ist nur unter gepulsten Bedingungen zulässig, spezifiziert bei einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Frequenz von 1 kHz.
• Sperrspannung (V_R): 5 V. Das Anlegen einer Sperrspannung, die diesen Wert überschreitet, kann zum Durchbruch des pn-Übergangs führen.
• Verlustleistung (P_d): 110 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Gehäuse als Wärme abführen kann, berechnet als Durchlassspannung (V_F) multipliziert mit dem Durchlassstrom (I_F).
• Betriebs- & Lagertemperatur: Das Bauteil kann in Umgebungstemperaturen von -40°C bis +85°C arbeiten und in Temperaturen von -40°C bis +100°C gelagert werden.
• Löttemperatur: Die Anschlüsse halten einer Löttemperatur von 260°C für maximal 5 Sekunden stand, was mit Standard-Reflow- und Handlötprozessen kompatibel ist.

2.2 Elektro-optische Eigenschaften

Diese Parameter werden unter Standard-Testbedingungen (Ta=25°C) gemessen und definieren die typische Leistung der LED.

• Durchlassspannung (V_F): Liegt im Bereich von 2,8V (Min.) bis 4,0V (Max.) bei einem Prüfstrom von 20mA. Der typische Wert liegt innerhalb dieses Bereichs. Ein Vorwiderstand in Reihe mit der LED ist unerlässlich, um den Strom basierend auf der Versorgungsspannung und dem spezifischen V_F der LED zu steuern.
• Lichtstärke (I_V): Hat einen Mindestwert von 1800 Millicandela (mcd) bei 20mA. Die Intensität kann je nach spezifischem Bin (siehe Abschnitt 3) bis zu 4500 mcd erreichen. Diese hohe Intensität ist ein Hauptmerkmal.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2): Der typische volle Abstrahlwinkel bei halber Intensität beträgt 25 Grad. Dies deutet auf ein relativ fokussiertes Strahlprofil hin, was ideal für gerichtete Anzeigen ist.
• Sperrstrom (I_R): Ist auf maximal 50 µA begrenzt, wenn eine 5V-Sperrspannung angelegt wird, was auf eine gute Integrität des pn-Übergangs hindeutet.
• Zener-Diode-Funktion: Das Datenblatt vermerkt eine typische Zener-Sperrspannung (V_Z) von 5,2V bei 5mA und einen Zener-Sperrstrom (I_Z) von 100mA. Dies deutet darauf hin, dass einige Einheiten möglicherweise eine integrierte Zener-Diode zum Schutz vor Sperrspannung enthalten, aber Entwickler sollten die Verfügbarkeit und Spezifikationen dieser Funktion für ihre spezifische Anwendung bestätigen.

3. Erklärung des Binning-Systems

Aufgrund von Fertigungstoleranzen werden LEDs nach Leistungsklassen sortiert. Das Verständnis dieser Klassen ist entscheidend, um eine konsistente Farbe und Helligkeit in einer Anwendung zu erreichen.

3.1 Lichtstärke-Binning

LEDs werden basierend auf ihrer gemessenen Lichtausbeute bei 20mA in vier Intensitätsklassen (M, N, P, Q) kategorisiert. Die Toleranz für die Lichtstärke beträgt innerhalb jeder Klasse ±10%.

• Klasse M: 1800 mcd bis 2250 mcd
• Klasse N: 2250 mcd bis 2850 mcd
• Klasse P: 2850 mcd bis 3600 mcd
• Klasse Q: 3600 mcd bis 4500 mcd

3.2 Durchlassspannungs-Binning

LEDs werden auch nach ihrem Durchlassspannungsabfall bei 20mA klassifiziert, mit einer Messunsicherheit von ±0,1V. Dies hilft bei der Auslegung konsistenter Stromtreiberschaltungen, insbesondere wenn mehrere LEDs parallel geschaltet sind.

• Klasse 0: 2,8V bis 3,0V
• Klasse 1: 3,0V bis 3,5V
• Klasse 2: 3,5V bis 4,0V

3.3 Farbkoordinaten-Binning (Farbart)

Die weiße Lichtfarbe wird durch ihre Koordinaten im CIE-1931-Farbartdiagramm definiert. Die LEDs sind in acht Farbklassen (A1, A2, B1, B2, C1, C2, D1, D2) gruppiert, jede mit definierten Mindest- und Höchstgrenzen für die x- und y-Koordinaten. Die typische Koordinate ist x=0,29, y=0,28, was in die Klassen C1 oder C2 fallen würde. Die Messunsicherheit für Farbkoordinaten beträgt ±0,01. Dieses Binning gewährleistet Farbkonsistenz für Anwendungen, bei denen ein einheitliches weißes Erscheinungsbild wichtig ist.

4. Analyse der Kennlinien

Grafische Daten geben Aufschluss darüber, wie sich die LED unter verschiedenen Bedingungen verhält.

4.1 Relative Intensität vs. Wellenlänge

Die spektrale Leistungsverteilungskurve zeigt die relative Intensität des emittierten Lichts über verschiedene Wellenlängen. Für eine weiße LED mit einem Blau-Chip + Phosphor-System zeigt diese Kurve typischerweise einen dominanten Peak im blauen Bereich (ca. 450-460nm vom InGaN-Chip) und ein breiteres Plateau im gelben/grünen/roten Bereich (vom Phosphor). Das kombinierte Ausgangssignal wird als weißes Licht wahrgenommen.

4.2 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kennlinie)

Diese Kurve ist nichtlinear, charakteristisch für eine Diode. Die Spannung steigt zunächst allmählich mit dem Strom an und dann steiler. Der Betrieb der LED bei den empfohlenen 20mA stellt sicher, dass sie sich im effizienten, stabilen Teil dieser Kurve befindet.

4.3 Relative Intensität vs. Durchlassstrom

Die Lichtausbeute ist direkt proportional zum Durchlassstrom, aber die Beziehung ist nicht perfekt linear, insbesondere bei höheren Strömen aufgrund von Effizienzeinbußen und thermischen Effekten. Eine Erhöhung des Stroms über das empfohlene Maximum hinaus führt nicht zu proportionalen Helligkeitssteigerungen und erzeugt übermäßige Wärme.

4.4 Farbkoordinaten vs. Durchlassstrom

Dieses Diagramm veranschaulicht, wie sich der Farbort (x, y Koordinaten) mit Änderungen des Treiberstroms leicht verschieben kann. Typischerweise können höhere Ströme aufgrund der erhöhten Chiptemperatur und Änderungen der Phosphor-Umwandlungseffizienz eine leichte Blauverschiebung verursachen.

4.5 Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur

Der maximal zulässige Durchlassstrom der LED nimmt mit steigender Umgebungstemperatur ab. Diese Entlastung ist notwendig, um zu verhindern, dass die Sperrschichttemperatur ihren Grenzwert überschreitet, was die Lichtstromdegradation beschleunigen und die Lebensdauer verkürzen würde. Entwickler müssen die Temperatur der Betriebsumgebung bei der Einstellung des Treiberstroms berücksichtigen.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED entspricht den Standardabmessungen des T-1 3mm Rundgehäuses. Wichtige Maße sind ein typischer Gehäusedurchmesser von 3,0mm und eine Höhe von ca. 5,0mm von der Unterseite des Flansches bis zur Oberseite der Linse. Die Anschlüsse haben einen Durchmesser von 0,45mm und sind 2,54mm voneinander entfernt (Standard 0,1-Zoll-Raster). Die Linse ist wasserklar. Alle Maßtoleranzen betragen ±0,25mm, sofern nicht anders angegeben. Der Anschlussabstand wird dort gemessen, wo die Anschlüsse aus dem Gehäuse austreten. Ein maximaler Harzüberstand von 1,5mm unter dem Flansch ist zulässig.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Die LED ist ein gepoltes Bauteil. Der längere Anschluss ist typischerweise die Anode (Plus), der kürzere die Kathode (Minus). Zusätzlich hat die Kathodenseite oft eine abgeflachte Stelle am Kunststoffflansch oder eine Kerbe am Rand. Die korrekte Polarität muss während des Schaltungsaufbaus beachtet werden.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Ein sachgemäßer Umgang ist unerlässlich, um Schäden zu vermeiden und die Zuverlässigkeit sicherzustellen.

6.1 Anschlussformen

• Das Biegen muss an einem Punkt erfolgen, der mindestens 3mm von der Basis des Epoxid-Glaskörpers entfernt ist, um Belastungen der internen Bonddrähte und des Chips zu vermeiden.
• Das Formen sollte immervor soldering.
• dem Löten erfolgen. Übermäßige Belastung des Gehäuses während des Biegens muss vermieden werden.
• Das Schneiden der Anschlüsse sollte bei Raumtemperatur erfolgen.
• Leiterplattenlöcher müssen präzise mit den LED-Anschlüssen ausgerichtet sein, um Montagespannungen zu vermeiden.

6.2 Lagerbedingungen

LEDs sind feuchtigkeitsempfindliche Bauteile. Nach Erhalt sollten sie bei 30°C oder weniger und 70% relativer Luftfeuchtigkeit (RH) oder weniger gelagert werden. Die empfohlene Lagerdauer unter diesen Bedingungen beträgt 3 Monate. Für längere Lagerung (bis zu einem Jahr) sollten die Bauteile in einem versiegelten, feuchtigkeitsdichten Beutel mit Trockenmittel und möglichst in Stickstoffatmosphäre aufbewahrt werden. Plötzliche Temperaturwechsel in feuchter Umgebung sollten vermieden werden, um Kondensation zu verhindern.

6.3 Lötempfehlungen

Ein Mindestabstand von 3mm muss zwischen der Lötstelle und dem Epoxid-Glaskörper eingehalten werden, um thermische Schäden zu vermeiden.

• Handlöten: Verwenden Sie einen Lötkolben mit einer Spitzentemperatur von maximal 300°C (für einen maximal 30W Kolben). Die Kontaktzeit sollte 3 Sekunden oder weniger pro Anschluss betragen.
• Wellen- oder Tauchlöten: Die Vorwärmtemperatur sollte 100°C für maximal 60 Sekunden nicht überschreiten. Die Badetemperatur sollte 260°C nicht überschreiten, mit einer Kontaktzeit von 5 Sekunden oder weniger.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Verpackungsspezifikation

Die LEDs sind in antistatischen Beuteln verpackt, um sie vor elektrostatischer Entladung zu schützen. Die Verpackungshierarchie ist wie folgt:

1. Innere Packung: Mindestens 200 bis maximal 500 Stück werden in einen antistatischen Beutel gelegt.
2. Innenkarton: Fünf antistatische Beutel werden in einen Innenkarton verpackt.
3. Außenkarton (Versandkarton): Zehn Innenkartons werden in einen Versandkarton verpackt.

7.2 Etiketteninformationen

Verpackungsetiketten enthalten mehrere Codes: Kundeneigene Produktnummer (CPN), Produktnummer (P/N), Packmenge (QTY), kombinierte Klassen für Lichtstärke und Durchlassspannung (CAT), Farbklasse (HUE), Referenz (REF) und Losnummer (LOT No.).

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Nachrichten- & Beschilderungspanels: Ideal für Hintergrundbeleuchtung oder als einzelne Statusanzeigen in Informationsdisplays aufgrund der hohen Helligkeit.
• Optische Anzeigen: Perfekt für Strom-, Status- oder Warnanzeigen in Unterhaltungselektronik, Industrieanlagen und Kfz-Armaturenbrettern.
• Hintergrundbeleuchtung: Kann für die kleinflächige Hintergrundbeleuchtung von Schaltern, Tastaturen oder LCD-Panels verwendet werden.
• Markierungsleuchten: Geeignet für dekorative oder Positionsbeleuchtung.

8.2 Entwurfsüberlegungen

• Strombegrenzung: Verwenden Sie immer einen Vorwiderstand oder einen Konstantstromtreiber, um den Durchlassstrom einzustellen. Berechnen Sie den Widerstandswert mit R = (V_Versorgung- V_F) / I_F.
• Thermisches Management: Obwohl die Leistung gering ist, sorgen Sie für ausreichende Belüftung, wenn mehrere LEDs auf engem Raum verwendet werden oder bei hohen Umgebungstemperaturen.
• Sperrspannungsschutz: Wenn die integrierte Zener-Funktion nicht bestätigt oder ausreichend ist, ziehen Sie den Einbau einer externen Schutzdiode parallel (Kathode an Anode) zur LED in Betracht, wenn die Schaltung Sperrspannungstransienten ausgesetzt ist.
• Binning für Konsistenz: Für Anwendungen, die gleichmäßige Helligkeit oder Farbe erfordern, geben Sie beim Bestellen die erforderlichen Intensitäts- und Farbklassen an.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-Indikator-LEDs ist das primäre Unterscheidungsmerkmal dieses Bauteils seine sehr hohe Lichtstärke (bis zu 4500 mcd) im gängigen T-1-Gehäuse. Viele Standard-weiße T-1-LEDs bieten Intensitäten im Bereich von 200-1000 mcd. Dies macht sie zu einem direkten Ersatz für Anwendungen, die eine deutliche Steigerung der Helligkeit erfordern, ohne den Bauraum oder die Linsenoptik zu ändern. Die Integration von ESD-Schutz (4KV HBM) erhöht im Vergleich zu einfachen LEDs ohne solchen Schutz auch ihre Robustheit, was sie für Umgebungen mit Handhabungs- oder statischen Entladungsproblemen besser geeignet macht.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Welchen Widerstand benötige ich für eine 5V-Versorgung?

Unter Verwendung der ungünstigsten maximalen Durchlassspannung (V_F= 4,0V) und einem Zielstrom von 20mA lautet die Berechnung: R = (5V - 4,0V) / 0,020A = 50 Ohm. Der nächstgelegene Standardwert ist 51 Ohm. Die im Widerstand umgesetzte Leistung ist P = I²R = (0,02)²* 51 = 0,0204W, daher ist ein Standard-1/4W-Widerstand ausreichend. Überprüfen Sie stets mit dem tatsächlichen V_F Ihrer spezifischen LED-Klasse für einen optimalen Strom.

10.2 Kann ich sie mit 30mA kontinuierlich betreiben?

Ja, 30mA ist der absolute maximale Dauer-Durchlassstrom. Für maximale Lebensdauer und um potenzielle Temperaturerhöhungen in der Anwendung zu berücksichtigen, wird jedoch der Betrieb bei oder leicht unter den typischen 20mA empfohlen. Bei 30mA muss sichergestellt sein, dass die Umgebungstemperatur nicht an der Obergrenze von 85°C liegt.

10.3 Wie interpretiere ich die Farbklassen (A1, B2, etc.)?

Der Buchstabe (A, B, C, D) gibt im Allgemeinen einen Bereich im CIE-Diagramm an, der oft mit der korrelierten Farbtemperatur (CCT) korreliert. 'A'-Klassen sind typischerweise wärmeres Weiß (mehr gelb/rot), fortschreitend zu 'D'-Klassen, die kühleres Weiß (mehr blau) sind. Die Zahl (1, 2) unterteilt den Bereich weiter. Für die meisten allgemeinen Anwendungen reicht die Angabe eines Bereichs wie B-C aus. Für kritische Farbabgleichsanwendungen sollte die genaue Klasse spezifiziert und kontrolliert werden.

11. Praktische Entwurfs-Fallstudie

Szenario: Entwurf eines hochsichtbaren Statusanzeigepanels für einen Außen-Telekommunikationsschrank.Das Panel hat 10 Anzeigen, die bei direktem Sonnenlicht klar sichtbar sein müssen. Der Platz ist begrenzt, was ein kleines Bauteil erfordert. Das T-1-Gehäuse wird aufgrund seiner Größe gewählt. Diese hochintensive LED (unter Verwendung der Klasse Q für maximale Helligkeit) wird ausgewählt. Im Schrank steht eine 12V-Versorgung zur Verfügung. Entwurfsschritte: 1) Vorwiderstand berechnen. Mit V_F(Klasse 1 typisch ~3,2V) und I_F=20mA: R = (12V - 3,2V) / 0,02A = 440 Ohm (verwende 470 Ohm Standard, was zu I_F≈ 18,7mA führt). 2) Widerstandsleistung berechnen: P = (0,0187)²* 470 ≈ 0,164W (ein 1/4W-Widerstand ist ausreichend, aber ein 1/2W-Widerstand bietet Spielraum). 3) Layout: Sicherstellen, dass 3mm Abstand zwischen Leiterplattenloch und LED-Gehäuse für das Löten eingehalten wird. 4) In Betracht ziehen, eine Überspannungs-Schutzdioden auf der 12V-Leitung hinzuzufügen, wenn die Umgebung elektrisch verrauscht ist.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Dies ist eine phosphorkonvertierte weiße LED. Das Herzstück des Bauteils ist ein Halbleiterchip aus Indiumgalliumnitrid (InGaN). Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich der InGaN-Struktur und emittieren Photonen. Die Bandlücke des InGaN-Materials ist so ausgelegt, dass sie blaues Licht mit einer Wellenlänge von etwa 450-460 Nanometern erzeugt. Dieses blaue Licht trifft dann auf eine Phosphorschicht, ein keramisches Material, das mit Seltenen Erden dotiert ist (oft Yttrium-Aluminium-Granat dotiert mit Cer, oder YAG:Ce). Der Phosphor absorbiert einen Teil der blauen Photonen und emittiert Licht bei längeren, breiteren Wellenlängen im gelben und roten Spektrum. Das menschliche Auge nimmt die Mischung aus dem verbleibenden direkten blauen Licht und dem phosphorkonvertierten gelben/roten Licht als weißes Licht wahr. Die spezifischen Verhältnisse von Blau zu Gelb/Rot bestimmen die Farbtemperatur und die Farbkoordinaten.

13. Technologietrends und Kontext

Die Entwicklung effizienter blauer InGaN-LEDs, für die 2014 der Nobelpreis für Physik verliehen wurde, ermöglichte die Herstellung praktischer weißer LEDs durch Phosphorkonversion. Der Trend in der Industrie ging hin zu immer höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), höherer Zuverlässigkeit und besserer Farbwiedergabe. Während dieses Datenblatt eine Mid-Power-LED in einem Durchsteckgehäuse beschreibt, hat sich der breitere Markt für die meisten allgemeinen Beleuchtungs- und Hintergrundbeleuchtungsanwendungen massiv zu Oberflächenmontage-Bauteilen (SMD) (wie 2835, 3030, 5050) verschoben, aufgrund besserer thermischer Leistung und Eignung für die automatisierte Montage. Durchsteck-LEDs wie dieses T-1-Gehäuse bleiben jedoch für Prototyping, Bildungszwecke, Reparaturmärkte und Anwendungen, bei denen manuelle Montage oder die Robustheit der Anschlussdrähte bevorzugt wird, von entscheidender Bedeutung. Die Integration von Funktionen wie ESD-Schutz und präziserem Binning, wie in diesem Datenblatt zu sehen, stellt eine Weiterentwicklung dieser ausgereiften Gehäusetypen dar, um modernen Zuverlässigkeits- und Leistungsanforderungen gerecht zu werden.