Technisches Datenblatt für eine weiße T-1 3mm LED - 3.0x5.0mm Gehäuse - 3.2V typisch - 20mA Betrieb - 14.25-28.5k mcd Leuchtstärke

1. Produktübersicht

Dieses Dokument erläutert die Spezifikationen einer hochluminösen weißen Leuchtdiode (LED) in einem gängigen T-1 (3mm) Rundgehäuse. Das Bauteil ist für eine überlegene Lichtausbeute ausgelegt und eignet sich für Anwendungen, die helle, klare Anzeigen oder Beleuchtung erfordern.

Die Kerntechnologie nutzt einen InGaN (Indiumgalliumnitrid) Halbleiterchip, der blaues Licht emittiert. Diese blaue Emission wird durch eine im Reflektor der LED aufgebrachte Leuchtstoffschicht in breitbandiges weißes Licht umgewandelt. Das resultierende weiße Licht ist durch spezifische Farbwertkoordinaten gemäß dem CIE-1931-Farbraumstandard charakterisiert.

1.1 Kernvorteile und Zielmarkt

Die primären Vorteile dieser LED-Serie umfassen ihre hohe Lichtleistung in einem kompakten, industrieüblichen Formfaktor. Das Bauteil ist für Zuverlässigkeit und Konformität mit modernen Umwelt- und Sicherheitsstandards ausgelegt.

• Hohe Lichtausbeute:Liefert intensive Helligkeit für seine Größe.
• Standardgehäuse:Das T-1 Rundgehäuse gewährleistet Kompatibilität mit bestehenden Leiterplattenlayouts und Sockeln.
• Konformität mit Vorschriften:Das Produkt entspricht der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe), den EU-REACH-Verordnungen und ist als halogenfrei klassifiziert, wobei spezifische Grenzwerte für Brom (Br) und Chlor (Cl) eingehalten werden.
• ESD-Schutz:Bietet eine elektrostatische Entladungsfestigkeit (ESD) von bis zu 4kV, was die Handhabungsrobustheit erhöht.

Die Zielanwendungen sind vielfältig und konzentrieren sich auf Bereiche, in denen klare, helle Signalisierung entscheidend ist. Zu den Hauptmärkten gehören Hintergrundbeleuchtung für Nachrichtenanzeigen und Displays, Status- oder optische Anzeigen in Konsum- und Industrielektronik sowie verschiedene Markierungsleuchten.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

Ein gründliches Verständnis der Grenzwerte und Betriebseigenschaften des Bauteils ist für einen zuverlässigen Schaltungsentwurf und langfristige Leistung entscheidend.

2.1 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen ist nicht garantiert und sollte für zuverlässige Leistung vermieden werden.

• Dauer-Durchlassstrom (I_F):30 mA
• Spitzen-Durchlassstrom (I_FP):100 mA (bei einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Frequenz von 1 kHz)
• Sperrspannung (V_R):5 V
• Verlustleistung (P_d):100 mW
• Betriebstemperatur (T_opr):-40°C bis +85°C
• Lagertemperatur (T_stg):-40°C bis +100°C
• Löttemperatur (T_sol):260°C für maximal 5 Sekunden (Wellen- oder Reflow-Löten).

2.2 Elektro-optische Eigenschaften (Ta=25°C)

Diese Parameter werden unter Standardtestbedingungen gemessen und repräsentieren die typische Leistung des Bauteils bei einem Durchlassstrom (I_F) von 20 mA.

• Durchlassspannung (V_F):2,8 V (Min), 3,2 V (Typ), 3,6 V (Max). Der typische Spannungsabfall über der LED beträgt 3,2V.
• Lichtstärke (I_V):14.250 mcd (Min), 28.500 mcd (Max). Die tatsächliche Lichtstärke ist gebinnt (siehe Abschnitt 3).
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):15 Grad (typisch). Dieser enge Abstrahlwinkel bündelt den Lichtstrom und trägt zur hohen axialen Lichtstärke bei.
• Farbwertkoordinaten:x=0,29, y=0,30 (typisch), gemäß dem CIE-1931-Farbraum. Dies definiert den spezifischen Weißpunkt des emittierten Lichts.
• Sperrstrom (I_R):50 µA (Max) bei V_R=5V.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Produktionsschwankungen zu handhaben und eine präzise Auswahl zu ermöglichen, werden die LEDs in Bins für Schlüsselparameter kategorisiert.

3.1 Binning der Lichtstärke

LEDs werden basierend auf ihrer gemessenen Lichtstärke bei 20 mA sortiert. Dies ermöglicht es Konstrukteuren, einen für ihre Anwendung geeigneten Helligkeitsgrad zu wählen.

• Bin W:14.250 bis 18.000 mcd
• Bin X:18.000 bis 22.500 mcd
• Bin Y:22.500 bis 28.500 mcd

Die Gesamttoleranz für die Lichtstärke beträgt ±10%.

3.2 Binning der Durchlassspannung

LEDs werden auch nach ihrem Durchlassspannungsabfall gebinnt, was für die Stromversorgungsauslegung und die Gewährleistung eines konstanten Stroms in Parallelschaltungen wichtig ist.

• Bin 0: V_F= 2,8V bis 3,0V
• Bin 1: V_F= 3,0V bis 3,2V
• Bin 2: V_F= 3,2V bis 3,4V
• Bin 3: V_F= 3,4V bis 3,6V

Die Messunsicherheit für die Durchlassspannung beträgt ±0,1V.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt enthält mehrere Kennlinien, die das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Bedingungen veranschaulichen.

4.1 Relative Intensität vs. Durchlassstrom

Diese Kurve zeigt, dass die Lichtausbeute (relative Intensität) mit dem Durchlassstrom zunimmt, die Beziehung ist jedoch nicht perfekt linear, insbesondere bei höheren Strömen. Ein Betrieb der LED über dem empfohlenen Dauerstrom (30mA) kann zu reduzierter Effizienz und beschleunigter Alterung führen.

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

Die I-V-Kennlinie zeigt die für eine Diode typische exponentielle Beziehung. Die \"Kniespannung\", bei der der Strom signifikant zu steigen beginnt, liegt für diese weiße LED bei etwa 2,8V bis 3,0V. Eine stabile Stromquelle, keine Spannungsquelle, ist für eine konstante Lichtausbeute essenziell.

4.3 Relative Intensität vs. Umgebungstemperatur

Die Lichtausbeute einer LED ist temperaturabhängig. Diese Kurve zeigt typischerweise eine Abnahme der Lichtstärke mit steigender Umgebungstemperatur (T_a). Ein effektives Wärmemanagement in der Anwendung ist notwendig, um die Helligkeit aufrechtzuerhalten, insbesondere bei Betrieb nahe der maximalen Temperaturgrenze.

4.4 Farbwertkoordinaten vs. Durchlassstrom

Dieses Diagramm zeigt, wie sich die Farbe des weißen Lichts (seine Farbwertkoordinaten) mit Änderungen des Treiberstroms leicht verschieben kann. Für farbkritische Anwendungen ist ein Konstantstromtreiber zwingend erforderlich, um einen stabilen Weißpunkt zu erhalten.

4.5 Spektrale Verteilung

Das Diagramm der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge zeigt das Emissionsspektrum. Eine weiße LED mit einem Blau-Chip + Leuchtstoff-System zeigt einen starken blauen Peak (vom InGaN-Chip) und ein breiteres gelbes/rotes Emissionsband (vom Leuchtstoff). Das kombinierte Spektrum bestimmt den Farbwiedergabeindex (CRI) und die korrelierte Farbtemperatur (CCT), obwohl die spezifische CCT in diesem Datenblatt nicht aufgeführt ist.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED ist in einem standardmäßigen T-1 (3mm) Radialgehäuse mit Anschlussdrähten untergebracht. Wichtige Abmessungen sind:

• Gesamtdurchmesser: ca. 5,0 mm (max).
• Anschlussdrahtabstand: 2,54 mm (Standard 0,1-Zoll-Raster, gemessen dort, wo die Drähte aus dem Gehäuse austreten).
• Gesamthöhe: Variiert, umfasst aber die Epoxidlinse und die Anschlussdrähte. Das unter dem Flansch hervorstehende Harz beträgt maximal 1,5mm.
• Anschlussdrahtdurchmesser: Standard für Bauteileinsatz.

Alle Maßtoleranzen betragen ±0,25mm, sofern nicht anders angegeben. Konstrukteure müssen sich auf die detaillierte mechanische Zeichnung für die genaue Positionierung der Leiterplattenlöcher und Freihaltebereiche beziehen.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Bei Radial-LEDs wird die Polarität typischerweise durch zwei Merkmale angezeigt: Der längere Anschlussdraht ist die Anode (Pluspol), und es gibt oft eine Abflachung oder Kerbe am Rand der Kunststofflinse in der Nähe des Kathoden- (Minuspol) Anschlussdrahts. Während der Montage muss die korrekte Polarität beachtet werden, um Schäden durch Sperrspannung zu vermeiden.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Eine sachgemäße Handhabung und Lötung ist entscheidend, um mechanische oder thermische Schäden an der LED zu verhindern.

6.1 Anschlussdrahtverformung

• Das Biegen muss an einem Punkt durchgeführt werden, der mindestens 3mm von der Basis der Epoxidlinse entfernt ist.
• Die Anschlussdrahtverformung sollte immervordem Lötprozess erfolgen.
• Vermeiden Sie während des Biegens Belastungen auf das LED-Gehäuse.
• Schneiden Sie die Anschlussdrähte bei Raumtemperatur; heiße Schneidwerkzeuge können zu Ausfällen führen.
• Leiterplattenlöcher müssen perfekt mit den LED-Anschlussdrähten ausgerichtet sein, um Montagespannungen zu vermeiden.

6.2 Lagerbedingungen

• Empfohlene Lagerung: ≤ 30°C und ≤ 70% relative Luftfeuchtigkeit (RH).
• Haltbarkeit in der Originalversandtasche: 3 Monate.
• Für längere Lagerung (bis zu 1 Jahr), lagern Sie die LEDs in einem versiegelten Behälter mit Stickstoffatmosphäre und Trockenmittel.
• Vermeiden Sie schnelle Temperaturwechsel in feuchter Umgebung, um Kondensation zu verhindern.

6.3 Lötprozess

Der Mindestabstand von der Lötstelle zur Epoxidkuppel muss 3mm betragen.

Handlöten:

• Lötspitzentemperatur: Max. 300°C (für ein Max. 30W Lötkolben).
• Lötzeit pro Anschlussdraht: Max. 3 Sekunden.

Wellen- oder Tauchlöten:

• Vorwärmtemperatur: Max. 100°C (für Max. 60 Sekunden).
• Lötbad-Temperatur: Max. 260°C.
• Kontaktzeit im Bad: Max. 5 Sekunden.

Kritische Hinweise:

• Vermeiden Sie Belastungen der Anschlussdrähte, während die LED durch das Löten heiß ist.
• Setzen Sie die LED nicht mehr als einem Lötzyklus (Tauch-/Handlöten) aus.
• Schützen Sie die Epoxidlinse vor Flussmittelspritzern und Reinigungslösungsmitteln.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

7.1 Verpackungsspezifikation

Die LEDs sind verpackt, um elektrostatische Entladung (ESD) und Feuchtigkeitsschäden während Transport und Lagerung zu verhindern.

• Primärverpackung:Antistatische Beutel.
• Stückzahl pro Beutel:200 bis 500 Stück.
• Sekundärverpackung:5 Beutel werden in einen Innenkarton gelegt.
• Tertiärverpackung:10 Innenkartons werden in einen Master- (Außen-) Karton verpackt.

7.2 Etikettenerklärung

Etiketten auf den Beuteln und Kartons enthalten folgende Informationen für Rückverfolgbarkeit und Identifikation:

• P/N:Artikelnummer (spezifischer Produktcode).
• CAT:Kategoriecode, der das kombinierte Bin für Lichtstärke und Durchlassspannung angibt (z.B. ein Code, der Bin Y für Lichtstärke und Bin 1 für Spannung repräsentiert).
• HUE:Farbklasse oder Farbwert-Bin.
• LOT No:Fertigungslosnummer für die Qualitätsverfolgung.
• QTY:Stückzahl in der Verpackung.

8. Anwendungshinweise und Konstruktionsüberlegungen

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Nachrichtenanzeigen & Hintergrundbeleuchtung:Ihre hohe Intensität und der enge Abstrahlwinkel machen sie ideal für die Hintergrundbeleuchtung von Segment- oder Punktmatrixanzeigen, bei denen helle, gut lesbare Zeichen benötigt werden.
• Optische Anzeigen:Perfekt für Statusleuchten, Einschaltsignale oder Warnleuchten in Geräten, wo hohe Sichtbarkeit erforderlich ist, auch bei Umgebungslicht.
• Markierungsleuchten:Geeignet für Positionsanzeiger, Notausgangsschilder oder niedrige architektonische Akzentbeleuchtung.

8.2 Schaltungsentwurfsüberlegungen

• Strombegrenzung:Verwenden Sie immer einen Reihenstrombegrenzungswiderstand oder einen Konstantstromtreiber. Berechnen Sie den Widerstandswert mit R = (V_versorgung- V_F) / I_F. Verwenden Sie den maximalen V_F-Wert aus dem Bin oder Datenblatt, um sicherzustellen, dass der Strom die Grenzwerte nicht überschreitet, wenn V_Fniedriger ist.
• Parallelschaltungen:Vermeiden Sie das direkte Parallelschalten von LEDs ohne individuelle strombegrenzende Elemente. Schwankungen in V_Fkönnen zu Stromungleichverteilung führen, bei der eine LED den Großteil des Stroms zieht und vorzeitig ausfällt.
• Wärmemanagement:Obwohl die Verlustleistung gering ist (max. 100mW), sorgen Sie für ausreichende Belüftung und vermeiden Sie es, die LED in der Nähe anderer Wärmequellen auf der Leiterplatte zu platzieren. Hohe Sperrschichttemperaturen reduzieren die Lichtausbeute und Lebensdauer.
• Sperrspannungsschutz:Die maximale Sperrspannung beträgt nur 5V. In Wechselstrom- oder bipolaren Signal-Anwendungen oder wo ein falscher Anschluss möglich ist, schließen Sie eine Schutzdiode parallel zur LED an (Kathode an Anode, Anode an Kathode), um die Sperrspannung zu begrenzen.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu generischen 3mm weißen LEDs bietet dieses Bauteil deutliche Vorteile:

• Höhere Lichtstärke-Bins:Mit einer maximalen Lichtstärke von 28.500 mcd bietet es eine deutlich höhere Helligkeit als Standard-3mm-LEDs, die oft im Bereich von 2.000 bis 10.000 mcd liegen.
• Enger Abstrahlwinkel (15°):Bündelt den Lichtstrom zu einem engeren Strahl, was zu einer höheren axialen (auf der Achse) Lichtstärke führt im Vergleich zu LEDs mit breiteren (z.B. 30° oder 60°) Abstrahlwinkeln. Dies ist ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal für gerichtete Beleuchtungsanwendungen.
• Integrierte Zenerdiode (optionale/geschützte Versionen):Die Erwähnung der Zener-Sperrspannung (V_z) und des Stroms (I_z) in den Grenzwerten deutet darauf hin, dass einige Varianten eine integrierte Sperrspannungsschutz-Zenerdiode enthalten könnten, was in einfachen LED-Gehäusen nicht üblich ist.
• Umfassende Konformität:Die explizite Konformität mit halogenfreien, REACH- und RoHS-Standards ist ein entscheidender Faktor für Konstrukteure, die auf regulierte Märkte wie Europa abzielen, und für Unternehmen mit strengen Umweltrichtlinien.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F1: Welchen Treiberstrom sollte ich verwenden?

A1: Die Standardtestbedingung und der empfohlene Arbeitspunkt beträgt 20 mA. Sie können sie bis zum absoluten Grenzwert von 30 mA Dauerstrom betreiben, aber dies erhöht die Verlustleistung, erzeugt mehr Wärme und kann die Betriebslebensdauer verringern. Für eine optimale Balance aus Helligkeit, Effizienz und Langlebigkeit werden 20 mA empfohlen.

F2: Wie interpretiere ich das Binning der Lichtstärke?

A2: Der Bincode (W, X, Y) auf dem Verpackungsetikett gibt Ihnen die garantierte Mindest- und Maximalintensität für diese Charge LEDs an. Beispielsweise sind Bin-Y-LEDs die hellsten in dieser Serie. Geben Sie bei der Bestellung das erforderliche Bin an, um Helligkeitskonsistenz in Ihrer Produktion zu gewährleisten.

F3: Kann ich diese LED für Außenanwendungen verwenden?

A3: Der Betriebstemperaturbereich (-40°C bis +85°C) unterstützt viele Außenumgebungen. Das Epoxid-Linsenmaterial kann jedoch bei längerer direkter Sonneneinstrahlung anfällig für UV-Degradation und Vergilbung sein, was die Lichtausbeute verringert und die Farbe verschiebt. Für anspruchsvolle Außeneinsätze sind LEDs mit UV-beständigen Silikonlinsen besser geeignet.

F4: Warum ist der Abstrahlwinkel so eng?

A4: Der enge 15°-Abstrahlwinkel ist ein Konstruktionsmerkmal, um eine sehr hohe axiale Lichtstärke (gemessen in Millicandela) zu erreichen. Das Licht wird zu einem engeren Strahl gebündelt. Wenn Sie eine breitere Flächenbeleuchtung benötigen, wählen Sie eine LED mit einem breiteren Abstrahlwinkel (z.B. 60°), deren axiale Lichtstärke jedoch niedriger sein wird.

11. Funktionsprinzipien

Diese LED arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleiter. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die die Bandlücke der Diode überschreitet, rekombinieren Elektronen und Löcher im InGaN-Aktivbereich und setzen Energie in Form von Photonen frei. Die spezifische Zusammensetzung der InGaN-Legierung führt zur Emission von blauem Licht mit einer Wellenlänge von etwa 450-470 nm.

Dieses blaue Licht wird nicht direkt emittiert. Stattdessen trifft es auf eine Schicht aus Leuchtstoffmaterial (typischerweise mit Cer dotiertes Yttrium-Aluminium-Granat, oder YAG:Ce), die im Reflektor aufgebracht ist. Der Leuchtstoff absorbiert die hochenergetischen blauen Photonen und emittiert niederenergetischere Photonen über ein breites Spektrum im gelben und roten Bereich neu. Das menschliche Auge nimmt die Mischung aus dem verbleibenden blauen Licht und dem umgewandelten gelben/roten Licht als weiß wahr. Der genaue \"Farbton\" des Weiß (kalt, neutral, warm) wird durch das Verhältnis von blauem zu gelbem/rotem Licht bestimmt, das durch die Leuchtstoffzusammensetzung und -dicke gesteuert wird.

12. Technologietrends

Die beschriebene Technologie repräsentiert einen ausgereiften und weit verbreiteten Ansatz zur Erzeugung von weißem Licht aus LEDs. Die \"Blau-Chip + Leuchtstoff\"-Methode ist kosteneffektiv und ermöglicht eine gute Kontrolle über die Farbtemperatur. Aktuelle Trends in der Branche umfassen:

• Erhöhte Effizienz (lm/W):Fortlaufende Verbesserungen im InGaN-Chipdesign, der Leuchtstoffeffizienz und der Gehäusearchitektur treiben die Lichtausbeute weiter nach oben und reduzieren den Energieverbrauch bei gleicher Lichtleistung.
• Verbesserte Farbqualität:Entwicklung von Mehrfach-Leuchtstoffmischungen (Hinzufügen roter Leuchtstoffe), um den Farbwiedergabeindex (CRI) zu verbessern und eine natürlichere und genauere Farbwiedergabe unter LED-Licht zu bieten.
• Miniaturisierung & Hochdichteverpackung:Während es sich hier um ein Durchsteckbauteil handelt, geht der breitere Markttrend hin zu kleineren oberflächenmontierbaren (SMD) Gehäusen (z.B. 2835, 2016, 1515) für automatisierte Montage und höherdichte Beleuchtungsarrays.
• Spezialisierte Spektren:LEDs werden mit spezifischen spektralen Ausgängen für Anwendungen jenseits der Allgemeinbeleuchtung entwickelt, wie z.B. Gartenbau-Beleuchtung (optimiert für Pflanzenwachstum) oder humanzentrierte Beleuchtung (abstimmbares weißes Licht zur Nachahmung natürlicher Tageslichtzyklen).