Inhaltsverzeichnis
- 1. Produktübersicht
- 1.1 Kernvorteile und Zielmarkt
- 2. Detaillierte technische Parameter
- 2.1 Absolute Maximalwerte
- 2.2 Optoelectronic Characteristics
- 3. Erläuterung des Einstufungssystems
- 3.1 Lichtintensitäts-Einstufung
- 3.2 Durchlassspannungs-Binning
- 3.3 Farbort-Binning
- 4. Analyse der Leistungskurve
- 4.1 Beziehung zwischen relativer Lichtintensität und Wellenlänge
- 4.2 Richtcharakteristik-Diagramm
- 3.3 Zusammenhang zwischen Durchlassstrom und Durchlassspannung (IV-Kennlinie)
- 4.4 Zusammenhang zwischen relativer Lichtintensität und Durchlassstrom
- 4.5 Beziehung zwischen Chromatizität und Vorwärtsstrom
- 4.6 Zusammenhang zwischen Durchlassstrom und Umgebungstemperatur
- 5. Mechanische und Gehäuseinformationen
- 6. Löt- und Montageanleitung
- 6.1 Anschlussbeinformung
- 6.2 Storage Conditions
- 6.3 Schweißtechnik
- 7. Verpackung und Bestellinformationen
- 7.1 Verpackungsspezifikationen
- 7.2 Etikettierungsanweisungen
- 7.3 Modellbenennungsregeln
- 8. Anwendungsempfehlungen und Designüberlegungen
- 8.1 Typische Anwendungsschaltung
- 8.2 Thermomanagement
- 8.3 Optische Integration
- 9. Technologievergleich und Differenzierung
- 10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)
- 11. Praktische Design- und Anwendungsbeispiele
- 12. Kurze Einführung in das Funktionsprinzip
- 13. Technologische Trends und Hintergrund
1. Produktübersicht
Dieses Dokument erläutert detailliert die Spezifikationen einer Hochleistungs-LED mit warmweißem Licht. Die Komponente ist darauf ausgelegt, eine hohe Lichtstärke zu liefern und eignet sich für Anwendungen, die helles, klares Licht erfordern. Ihr Kernstück ist ein InGaN-Halbleiterchip. Das von diesem Chip emittierte blaue Licht wird durch eine im Reflektor eingekapselte Phosphorschicht in warmweißes Licht umgewandelt. Dieser Ansatz ermöglicht eine präzise Farbkontrolle und hohe Lichtausbeute.
Diese LED verwendet die in der Branche weit verbreitete Standard-Durchsteckbauform – das T-1 3/4-Rundgehäuse, das für seine Zuverlässigkeit und einfache Montage bekannt ist. Die Komponente entspricht wichtigen Umwelt- und Sicherheitsvorschriften, einschließlich RoHS, EU REACH und halogenfrei, und gewährleistet so die Erfüllung moderner Fertigungsanforderungen.
1.1 Kernvorteile und Zielmarkt
Der Hauptvorteil dieser LED-Serie liegt in der hohen Lichtleistung innerhalb eines standardisierten und kostengünstigen Gehäuses. Ihr typischer Lichtstärkewert ist bemerkenswert und bietet ausreichende Helligkeit für Anzeige- und Beleuchtungsanwendungen. Die warmweiße Lichtfarbe (typische CIE 1931-Farbkoordinaten x=0.40, y=0.39) ist für visuellen Komfort ausgelegt und wird häufig für Display-Hintergrundbeleuchtung und Panel-Anzeigen verwendet.
Die Zielanwendungsbereiche sind vielfältig und konzentrieren sich hauptsächlich auf Situationen, die klare und zuverlässige visuelle Signale erfordern. Dazu gehören Informations- und Anzeigetafeln, bei denen Zeichen oder Grafiken aus einzelnen LEDs bestehen. Sie eignet sich auch für allgemeine optische Anzeigen in Unterhaltungselektronik, Industrieanlagen und Fahrzeuginnenräumen. Darüber hinaus macht ihre hohe Helligkeit sie geeignet für die Hintergrundbeleuchtung kleiner Panels, Schalter oder Skalen. Anwendungen wie Markierungsleuchten für Geräte oder Beschilderungen können ebenfalls von ihrer Leistung profitieren.
2. Detaillierte technische Parameter
Ein umfassendes Verständnis der Grenzwerte und Betriebseigenschaften des Bauteils ist entscheidend für zuverlässige Schaltungsentwürfe und langfristige Leistungsfähigkeit.
2.1 Absolute Maximalwerte
Diese Nennwerte definieren die Belastungsgrenzen, die zu einer dauerhaften Beschädigung des Bauteils führen können. Ein Betrieb unter oder außerhalb dieser Grenzen wird nicht gewährleistet.
- Dauer-Durchlassstrom (IF):30 mA. Dies ist der maximale Gleichstrom, der kontinuierlich an die Anode der LED angelegt werden kann.
- Spitzenvorwärtsstrom (IFP):100 mA. Dieser höhere Strom ist nur unter Impulsbedingungen zulässig, hierbei ist ein Tastverhältnis von 1/10 bei einer Frequenz von 1 kHz festgelegt. Selbst eine kurzzeitige Überschreitung des Dauerstrom-Nennwerts kann zu einer Verschlechterung der LED-Leistung führen.
- Sperrspannung (VR):5 V. Das Anlegen einer höheren Sperrspannung kann zum Durchbruch des Übergangs führen.
- Verlustleistung (Pd):110 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Bauteil in Form von Wärme abführen kann, berechnet als Produkt aus Durchlassspannung (VF) und Durchlassstrom (IF).
- Betriebs- und Lagertemperatur:Das Bauteil kann bei Umgebungstemperaturen von -40°C bis +85°C betrieben und bei Temperaturen von -40°C bis +100°C gelagert werden.
- ESD-Festigkeitsspannung (HBM):4 kV. Dieses Bauteil bietet einen guten Schutz gegen elektrostatische Entladung nach dem Human Body Model, was für die Handhabung während des Montageprozesses sehr wichtig ist.
- Löttemperatur:Die Anschlüsse können einer Löttemperatur von 260 °C für bis zu 5 Sekunden standhalten und sind mit Standard-Lötverfahren wie Wellenlöten oder Handlöten kompatibel.
2.2 Optoelectronic Characteristics
Diese Parameter werden unter typischen Bedingungen (Ta=25°C) gemessen und definieren die Betriebsleistung des Bauteils.
- Durchlassspannung (VF):Bei einem Prüfstrom von 20mA liegt der Bereich zwischen 2,8V und 3,6V. Dieser Bereich ist für die Auslegung der Strombegrenzungsschaltung entscheidend. Der typische Wert liegt innerhalb dieses Bereichs, die tatsächliche Spannung hängt von der spezifischen Binning-Klasse ab (siehe Abschnitt 3).
- Lichtstärke (IV):Der Mindestwert beträgt 7150 Millicandela (mcd) bei 20 mA. Dies ist ein Maß für die wahrgenommene Helligkeit der LED in einer bestimmten Richtung. Die tatsächliche Lichtstärke einer bestimmten Einheit fällt in die definierte Bin-Kategorie (T, U oder V).
- Abstrahlwinkel (2θ1/2):Der typische Halbwertswinkel beträgt 30 Grad. Dies beschreibt die Winkelverteilung der Lichtabgabe; ein so kleiner Winkel deutet auf einen stärker gebündelten und gerichteteren Strahl hin.
- Farbkoordinaten:Der typische Farbort ist im CIE-1931-Farbdiagramm mit x=0,40 und y=0,39 definiert. Dies platziert das weiße Licht im Bereich des "warmen Weiß". Einzelne Bauelemente werden in spezifische Farbort-Bins (D1, D2, E1, E2, F1, F2) gruppiert, um Farbkonstanz zu gewährleisten.
- Sperrstrom (IR):Bei einer angelegten Sperrspannung von 5V beträgt der maximale Strom 50 µA.
- Zener-Sperrspannung (Vz):Bei einem angelegten Zenerstrom (Iz) von 5mA beträgt der typische Wert 5,2V. Dies deutet darauf hin, dass das Bauteil möglicherweise über eine integrierte Schutzfunktion gegen umgekehrte Polarität verfügt, was eine wertvolle Funktion zum Schutz vor Beschädigungen durch versehentliche Verpolung ist.
3. Erläuterung des Einstufungssystems
Um die Konsistenz von Helligkeit, Farbe und elektrischen Eigenschaften in der Großserienproduktion sicherzustellen, werden LEDs in verschiedene Bins eingeteilt. Dies ermöglicht es Konstrukteuren, Bauteile auszuwählen, die den Anforderungen spezifischer Anwendungen entsprechen.
3.1 Lichtintensitäts-Einstufung
Basierend auf der bei 20 mA gemessenen Lichtstärke werden die LEDs in drei Kategorien eingeteilt:
- T-Kategorie:7150 mcd bis 9000 mcd.
- U-Kategorie:9000 mcd bis 11250 mcd.
- V-Stufe:11250 mcd bis 14250 mcd.
Die Lichtstärketoleranz beträgt ±10%. Die Wahl einer höheren Stufe (z.B. Stufe V) gewährleistet eine hellere Mindestausgangsleistung.
3.2 Durchlassspannungs-Binning
Die Durchlassspannung ist in vier Bins unterteilt, um das Stromversorgungsdesign und die Stromanpassung in Multi-LED-Arrays zu unterstützen:
- Bin 0:2,8 V bis 3,0 V.
- Stufe 1:3,0 V bis 3,2 V.
- Stufe 2:3.2V bis 3.4V.
- Stufe 3:3,4 V bis 3,6 V.
VFDie Messunsicherheit beträgt ±0,1 V.
3.3 Farbort-Binning
Die Farbe des warmweißen Lichts wird streng kontrolliert, indem die LEDs in spezifische Farbortbereiche im CIE-Diagramm (bezeichnet als D1, D2, E1, E2, F1 und F2) gruppiert werden. Das Datenblatt gibt die Eckkoordinatenbereiche dieser sechseckigen Bins an. Bei der Bestellung werden diese Bins zu einer Gruppe zusammengefasst (Gruppe 1: D1+D2+E1+E2+F1+F2), was bedeutet, dass die gelieferten Produkte aus jedem dieser sechs Farbgrade stammen können, wobei sichergestellt wird, dass sie alle innerhalb der Spezifikation für warmweißes Licht liegen. Die Messunsicherheit der Farbortkoordinaten beträgt ±0,01.
4. Analyse der Leistungskurve
Die bereitgestellten Kennlinien ermöglichen einen tiefen Einblick in das Verhalten des Bauteils unter verschiedenen Bedingungen.
4.1 Beziehung zwischen relativer Lichtintensität und Wellenlänge
Dieses spektrale Verteilungsdiagramm zeigt, dass die LED das für phosphorkonvertierte weiße LEDs charakteristische breite Spektrum emittiert. Es weist einen Peak im blauen Bereich (vom InGaN-Chip) und einen breiteren Peak im gelben/roten Bereich (vom Phosphor) auf, deren Kombination weißes Licht erzeugt. Die Kurve bestätigt durch signifikante Energie bei längeren Wellenlängen deren "warme" Lichtqualität.
4.2 Richtcharakteristik-Diagramm
Das Strahlungsdiagramm bestätigt einen typischen Betrachtungswinkel von 30 Grad. Die Intensität ist bei 0 Grad (auf der Achse) am höchsten und fällt symmetrisch auf etwa die Hälfte ihres Wertes bei ungefähr ±15 Grad ab.
3.3 Zusammenhang zwischen Durchlassstrom und Durchlassspannung (IV-Kennlinie)
Diese Kurve zeigt die typische exponentielle Beziehung einer Diode. Die Durchlassspannung steigt mit zunehmendem Strom an. Entwickler nutzen diese Kurve, um die für den gewählten Betriebsstrom erforderliche Treiberspannung zu bestimmen und so die korrekte Dimensionierung des Vorwiderstands oder Treibers sicherzustellen.
4.4 Zusammenhang zwischen relativer Lichtintensität und Durchlassstrom
Diese Kurve zeigt, dass die Lichtleistung (relative Lichtstärke) mit steigendem Durchlassstrom zunimmt, die Beziehung jedoch nicht vollständig linear ist, insbesondere bei höheren Strömen. Sie unterstreicht die Bedeutung einer stabilen Stromregelung für die Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Helligkeit.
4.5 Beziehung zwischen Chromatizität und Vorwärtsstrom
Dieses Diagramm zeigt, wie sich die Farbortkoordinaten (x, y) mit der Änderung des Treiberstroms leicht verschieben. Dies ist ein bekanntes Phänomen in weißen LEDs aufgrund von Effizienzänderungen des Leuchtstoffs und der Chip-Eigenschaften. Für anspruchsvolle Farbanwendungen gewährleistet der Betrieb bei dem empfohlenen Wert von 20mA, dass die Farbe innerhalb des spezifizierten Binning-Bereichs liegt.
4.6 Zusammenhang zwischen Durchlassstrom und Umgebungstemperatur
Diese Derating-Kurve ist entscheidend für die Zuverlässigkeit. Sie zeigt, dass der maximal zulässige Durchlassstrom mit steigender Umgebungstemperatur abnimmt. Um Überhitzung und vorzeitigen Ausfall zu verhindern, muss der Treiberstrom bei hohen Umgebungstemperaturen reduziert werden, um innerhalb der Verlustleistungsgrenzen zu bleiben.
5. Mechanische und Gehäuseinformationen
Das Bauteil ist in einem standardmäßigen T-1 3/4 (5 mm) runden LED-Gehäuse mit zwei axialen Anschlussstiften ausgeführt. Wichtige Maßangaben umfassen:
- Sofern nicht anders angegeben, sind alle Maße in Millimetern angegeben, mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,25 mm.
- Der Anschlussstiftabstand wird an der Stelle gemessen, an der die Stifte aus dem Gehäuse austreten.
- Die maximale zulässige Überstehhöhe der Kunststofflinse unterhalb des Flansches beträgt 1,5 mm.
Das Gehäusezeichnung liefert präzise Abmessungen für Linsendurchmesser, Bauhöhe, Anschlussbeinlänge und -abstand, die für das PCB-Pad-Design und die Gewährleistung einer korrekten Montage im Gehäuse oder Panel entscheidend sind.
6. Löt- und Montageanleitung
Eine sachgerechte Handhabung ist entscheidend für die Erhaltung der Bauteilintegrität und -leistung.
6.1 Anschlussbeinformung
- Die Biegung muss mindestens 3 mm von der Wurzel der Epoxidharzlinse entfernt erfolgen, um Spannungen auf den internen Chip und die Bonddrähte zu vermeiden.
- Die Formung mussSchweißprozessVorher
- Abgeschlossen.
- Übermäßige Spannung während des Biegevorgangs kann zu Rissen im Epoxidharz oder zur Beschädigung interner Verbindungen führen.
- Das Schneiden der Anschlussbeine sollte bei Raumtemperatur erfolgen; thermisches Schneiden kann einen thermischen Schock verursachen.
Die PCB-Bohrungen müssen perfekt mit den LED-Anschlussbeinen ausgerichtet sein, um Montagespannungen zu vermeiden.
- 6.2 Storage Conditions
- Die empfohlenen Lagerbedingungen nach Erhalt sind ≤30°C und ≤70% relative Luftfeuchtigkeit für maximal 3 Monate.
- Für eine längere Lagerung (bis zu 1 Jahr) sollten die Bauteile in einem versiegelten, stickstoffgefüllten Behälter mit Trockenmittel aufbewahrt werden.
Vermeiden Sie plötzliche Temperaturschwankungen in feuchter Umgebung, um die Kondensation von Feuchtigkeit auf dem Bauteil zu verhindern.
- 6.3 Schweißtechnik
- Halten Sie einen Abstand von mehr als 3 mm zwischen Lötstelle und Epoxidharzlinse ein.
- Es wird empfohlen, nur bis zur Wurzel der Anschlussbrücke des Leadframes zu löten.
- Beim Handlöten sind Temperatur und Zeit des Lötkolbens zu kontrollieren, um Überhitzung zu vermeiden.
Beim Tauch- oder Wellenlöten können die Pins 260°C für 5 Sekunden aushalten.
7. Verpackung und Bestellinformationen
7.1 Verpackungsspezifikationen
LEDs werden in beschädigungs- und elektrostatikgeschützter Verpackung geliefert:
- Verpackt in antistatischen Beuteln.
- Mindestens 200, maximal 500 Tabletten pro Beutel.
- Fünf Beutel werden in eine Innenbox verpackt.
- Zehn Innenboxen werden in einen Außenkarton verpackt.
7.2 Etikettierungsanweisungen
- Die Etiketten auf der Verpackung umfassen:CPN:
- Kunden-Teilenummer-Referenz.P/N:
- Herstellertyp.QTY:
- Anzahl der Bauteile in der Verpackung.CAT:
- Kombinationscode für Lichtstärke- und Durchlassspannungs-Binning.HUE:
- Farbton-Grad-Code (z.B. D1, E2).REF:
- Referenzinformationen.LOT No:
Rückverfolgbare Produktionschargennummer.
7.3 ModellbenennungsregelnDie Teilenummer folgt einem strukturierten Format:334-15/X2C3- □ □ □ □
Die leeren Quadrate (□) dienen als Code-Platzhalter zur Spezifizierung der genauen Binning-Auswahl für Lichtstärke, Durchlassspannung und Farbort. Dies ermöglicht es Kunden, maßgeschneiderte Bauteile basierend auf ihren spezifischen Anforderungen an Helligkeit, Spannungsabfall und Farbkonstanz zu bestellen.
8. Anwendungsempfehlungen und Designüberlegungen
8.1 Typische AnwendungsschaltungDie gängigste Ansteuerungsmethode ist ein einfacher Vorwiderstand. Der Widerstandswert (RseriesDie Berechnungsformel lautet: Rseries= (VsupplyF- VF) / IF. Verwenden Sie die maximale V aus der Kategorisierung oder dem DatenblattF(z.B. 3,6V), um sicherzustellen, dass der Strom selbst bei niedrigem LED-Widerstand den gewünschten I
(z.B. 20mA) nicht überschreitet. Beispiel: Bei einer 5V-Versorgungsspannung: R = (5V - 3,6V) / 0,020A = 70 Ohm. Standardwiderstände von 68 oder 75 Ohm sind geeignet. Für mehrere LEDs können diese bei ausreichend hoher Versorgungsspannung in Reihe mit einem Vorwiderstand geschaltet werden; alternativ können parallel geschaltete Reihen mit jeweils eigenem Widerstand für einen besseren Stromabgleich verwendet werden.
8.2 Thermomanagement
Obwohl die Verlustleistung relativ gering ist (max. 110mW), kann ein korrektes thermisches Design die Lebensdauer verlängern und die Lichtausbeute aufrechterhalten. Stellen Sie sicher, dass auf der Leiterplatte um die LED-Anschlüsse herum ausreichend Kupferfläche als Kühlkörper vorhanden ist, insbesondere beim Betrieb nahe dem maximalen Strom oder bei hohen Umgebungstemperaturen. Vermeiden Sie die Platzierung der LED in der Nähe anderer wärmeerzeugender Bauteile.
8.3 Optische Integration
Ein Abstrahlwinkel von 30 Grad liefert einen fokussierten Lichtstrahl. Für eine breitere Ausleuchtung können sekundäre optische Komponenten wie Diffusoren oder Linsen erforderlich sein. Warmweißes Licht verursacht weniger Blendung als kaltweißes Licht und eignet sich daher besser als direkt sichtbare Statusanzeige.
9. Technologievergleich und Differenzierung
1. Im Vergleich zu herkömmlichen 5-mm-Weißlicht-LEDs bietet dieses Bauteil folgende wesentliche Vorteile:Höhere Lichtstärke:
2. Mit mindestens 7150 mcd ist sie deutlich heller als Standard-Indikator-LEDs und eignet sich daher für unter Sonnenlicht ablesbare Displays oder als Flächenlichtquelle kleiner Bereiche.Integrierter Schutz:
3. Eine 4kV-ESD-Klasse und die empfohlene Zener-Diode-Klemmung (Vz=5,2V) bieten Robustheit gegenüber betrieblichen und elektrischen Transienten, was bei einfachen LEDs typischerweise zusätzliche Kosten oder externe Komponenten erfordert.Strenge Binning:
4. Detailliertes Binning von Lichtstärke, Spannung und Farbe ermöglicht eine präzise Auswahl und eine bessere Konsistenz in Anwendungen, bei denen die Helligkeits- oder Farbgleichmäßigkeit zwischen mehreren Einheiten entscheidend ist.Umweltkonformität:
Vollständige Einhaltung der RoHS-, REACH- und halogenfreien Standards, wodurch es für globale Märkte mit strengen Umweltvorschriften geeignet ist.
10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)
Frage: Kann ich diese LED kontinuierlich mit 30 mA betreiben?
Antwort: Ja, 30 mA ist der absolute maximale Dauer-Durchlassstrom. Für optimale Lebensdauer und Zuverlässigkeit ist es üblich, unterhalb dieses Maximalwerts zu arbeiten, z. B. bei den in den typischen Kenndaten spezifizierten 20 mA.
Frage: Wozu dienen die verschiedenen Farbort-Bin-Kategorien (D1, F2 usw.)?
Antwort: Alle Bins (D1 bis F2) erzeugen warmweißes Licht, unterscheiden sich jedoch geringfügig im genauen Farbton (z. B. gelbstichig vs. rosastichig). Durch die Gruppierung können Hersteller alle produzierten LEDs nutzen und gleichzeitig sicherstellen, dass sie innerhalb eines akzeptablen warmweißen Bereichs liegen. Für die meisten Anwendungen ist Gruppe 1 ausreichend. Für Anwendungen, die eine sehr enge Farbabstimmung erfordern, kann die Spezifikation eines einzelnen Bins notwendig sein.
F: Wie ist die Binning-Kategorisierung der Flussspannung (Vf) zu verstehen?FA: Wenn Ihr Design empfindlich auf Spannungsabfall reagiert (z.B. bei batteriebetriebenen Systemen mit niedriger Spannung), stellt die Auswahl einer niedrigeren Vf-Binning-Kategorie (Binning 0 oder 1) sicher, dass die Helligkeit während der Batterieentladung gleichmäßiger bleibt, da ein geringerer Spannungsabfall mehr Spannung am Vorwiderstand belässt.
Binning-Kategorie (Binning 0 oder 1) wird eine gleichmäßigere Helligkeit während der Batterieentladung gewährleisten, da der geringere Spannungsabfall mehr Spannung am strombegrenzenden Widerstand belässt.
Frage: Ist ein Vorwiderstand immer erforderlich?
Antwort: Ja. LEDs sind stromgesteuerte Bauelemente. Ein direkter Anschluss an eine Spannungsquelle ohne Strombegrenzung führt dazu, dass sie übermäßigen Strom ziehen und sofort ausfallen. Ein Reihenwiderstand oder eine Konstantstromquelle ist erforderlich.
11. Praktische Design- und Anwendungsbeispiele
Fallbeispiel: Entwurf eines Statusleuchten-Panels für Industrieanlagen
Der Ingenieur muss ein Panel mit 20 hellen, warmweißen Statusleuchten entwerfen. Anforderungen: Gleichmäßige Helligkeit und Farbe, 24-V-Gleichstromversorgung, hohe Zuverlässigkeit.
1. Entwurfsschritte:Ansteuerungsmethode:FFür Einfachheit und Kosteneffizienz wird ein Vorwiderstand verwendet. Die LED-Strings werden parallel geschaltet, um die 24-V-Stromversorgung effizient zu nutzen. Die maximale V
2. beträgt etwa 14,4 V (4 * 3,6 V) für vier in Reihe geschaltete LEDs. Widerstandswert: R = (24 V - 14,4 V) / 0,020 A = 480 Ohm. Verwenden Sie einen 470-Ohm-, 1/4-W-Widerstand. Erstellen Sie 5 identische Strings aus jeweils 4 LEDs + 1 Widerstand.Binning-Auswahl:
3. Um ein einheitliches Erscheinungsbild zu gewährleisten, geben Sie für alle Einheiten in der Bestellung denselben Lichtstrom-Bin (z.B. U-Bin) und dieselbe Farbort-Gruppe an.PCB-Layout:
4. Stellen Sie ausreichend große Lötpads für die LED-Anschlüsse bereit. Integrieren Sie eine kleine Kupferfläche, die mit dem Kathodenanschluss verbunden ist, um die Wärmeableitung zu unterstützen. Halten Sie in der Pad-Design die 3-mm-Anschlussbiegeregel ein.Montage:
Befolgen Sie die Lötrichtlinien und verwenden Sie einen kontrollierten Prozess, um thermische Schäden zu vermeiden.
12. Kurze Einführung in das Funktionsprinzip
Diese LED arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in Halbleitern. Die aktive Zone besteht aus Indiumgalliumnitrid (InGaN). Bei Anlegen einer Vorwärtsspannung werden Elektronen und Löcher in die aktive Zone injiziert, wo sie rekombinieren und Energie in Form von Photonen freisetzen. Die spezifische Zusammensetzung der InGaN-Schicht bestimmt, dass diese Photonen im blauen Wellenlängenbereich (ca. 450-470 nm) liegen.
Zur Erzeugung von weißem Licht wird der blaue Chip mit einer Phosphorschicht beschichtet. Dieser Phosphor ist ein keramisches Material, das mit Seltenen Erden dotiert ist. Wenn hochenergetische blaue Photonen auf den Phosphor treffen, werden sie absorbiert und als Photonen niedrigerer Energie wieder emittiert, die ein breites Spektrum abdecken, hauptsächlich im gelben und roten Bereich. Das nicht konvertierte blaue Licht kombiniert mit dem herunterkonvertierten gelben/roten Licht wird vom menschlichen Auge als weißes Licht wahrgenommen. Durch Anpassen der Phosphorzusammensetzung zur Verstärkung der längeren Wellenlängen (rot) im Spektrum wird eine "warme" Lichtqualität erreicht.
13. Technologische Trends und Hintergrund
1. Die Verwendung von auf InGaN basierenden blauen Chips in Kombination mit Phosphorkonversion ist die vorherrschende Technologie zur Herstellung von weißen LEDs (sogenannte pc-LEDs). Dieses Bauteil repräsentiert ein ausgereiftes, hochvolumiges Produkt in Durchsteckgehäusen. Die Branchentrends entwickeln sich in folgende Richtungen:Steigerung der Effizienz (lm/W):
2. Kontinuierliche Verbesserungen im Chipdesign, der Phosphoreffizienz und der Lichteinkopplungstechnologie des Gehäuses treiben die Lichtefficienz stetig voran und reduzieren den Energieverbrauch bei gleicher Lichtleistung.Farbqualität:
3. Fortschritte in der Phosphortechnologie, einschließlich des Einsatzes mehrerer Phosphore oder Quantenpunkte, verbessern den Farbwiedergabeindex (CRI), wodurch weißes Licht Farben natürlicher und genauer darstellt.Miniaturisierung des Gehäuses und Umstellung auf SMT:
4. Während T-1 3/4 nach wie vor beliebt ist, werden oberflächenmontierbare Bauteile (SMD) in Gehäuseformen wie 3528 oder 5050 für die automatisierte Montage und höhere Packungsdichte immer üblicher. Dennoch bieten durchsteckmontierte LEDs wie dieses Produkt Vorteile beim Prototyping, bei Reparaturen sowie in Anwendungen, die höhere Punkthelligkeit oder eine robustere Vibrationsbeständigkeit erfordern.Intelligente und vernetzte Beleuchtung:
Ein breiterer Markt integriert LEDs mit Sensoren und Controllern für intelligente Beleuchtungssysteme, was jedoch hauptsächlich Hochleistungs-Beleuchtungsmodule und nicht diskrete Anzeige-LEDs betrifft.
Detaillierte Erläuterung der LED-Spezifikationsbegriffe
Vollständige Erklärung der LED-Technikbegriffe
I. Kernindikatoren der optoelektronischen Leistung
| Terminologie | Einheit/Darstellung | Allgemeinverständliche Erklärung | Warum es wichtig ist |
|---|---|---|---|
| Lichtausbeute (Luminous Efficacy) | lm/W (Lumen pro Watt) | Der Lichtstrom pro Watt elektrischer Leistung; je höher der Wert, desto energieeffizienter. | Bestimmt direkt die Energieeffizienzklasse der Leuchte und die Stromkosten. |
| Lichtstrom (Luminous Flux) | lm (Lumen) | Die gesamte von einer Lichtquelle abgegebene Lichtmenge, umgangssprachlich als "Helligkeit" bezeichnet. | Bestimmt, ob eine Leuchte hell genug ist. |
| Abstrahlwinkel (Viewing Angle) | ° (Grad), z.B. 120° | Der Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte abfällt, bestimmt die Breite des Lichtkegels. | Beeinflusst den Beleuchtungsbereich und die Gleichmäßigkeit. |
| Farbtemperatur (CCT) | K (Kelvin), z.B. 2700K/6500K | Die Farbtemperatur des Lichts: Niedrige Werte tendieren zu gelb/warm, hohe Werte zu weiß/kalt. | Bestimmt die Beleuchtungsatmosphäre und die geeigneten Anwendungsszenarien. |
| Farbwiedergabeindex (CRI / Ra) | Einheitenlos, 0–100 | Die Fähigkeit einer Lichtquelle, die realen Farben von Objekten wiederzugeben. Ein Ra-Wert ≥80 ist optimal. | Beeinflusst die Farbtreue und wird für anspruchsvolle Orte wie Kaufhäuser und Kunstgalerien verwendet. |
| Farborttoleranz (SDCM) | MacAdam-Ellipsenschritte, z.B. "5-step" | Ein quantitatives Maß für die Farbkonstanz, wobei eine geringere Schrittanzahl eine bessere Farbkonstanz bedeutet. | Gewährleistung, dass innerhalb derselben Charge von Leuchten keine Farbunterschiede bestehen. |
| Dominante Wellenlänge (Dominant Wavelength) | nm (Nanometer), z.B. 620nm (Rot) | Wellenlängenwerte, die den Farben von farbigen LEDs entsprechen. | Bestimmt den Farbton von monochromatischen LEDs wie Rot, Gelb und Grün. |
| Spektrale Verteilung (Spectral Distribution) | Wellenlänge vs. Intensitätskurve | Zeigt die Intensitätsverteilung des von der LED emittierten Lichts über die verschiedenen Wellenlängen. | Beeinflusst die Farbwiedergabe und Farbqualität. |
II. Elektrische Parameter
| Terminologie | Symbole | Allgemeinverständliche Erklärung | Design Considerations |
|---|---|---|---|
| Forward Voltage (Forward Voltage) | Vf | Die minimale Spannung, die zum Leuchten einer LED benötigt wird, ähnlich einer "Startschwelle". | Die Versorgungsspannung der Treiberschaltung muss ≥ Vf sein; bei Reihenschaltung mehrerer LEDs addieren sich die Spannungen. |
| Vorwärtsstrom (Forward Current) | If | Der Stromwert, bei dem die LED normal leuchtet. | Oft wird eine Konstantstromquelle verwendet, da der Strom die Helligkeit und Lebensdauer bestimmt. |
| Maximaler Pulsstrom (Pulse Current) | Ifp | Kurzzeitig zulässiger Spitzenstrom für Dimm- oder Blitzanwendungen. | Impulsbreite und Tastverhältnis müssen streng kontrolliert werden, sonst droht Überhitzungsschaden. |
| Reverse Voltage (Reverse Voltage) | Vr | Die maximale Sperrspannung, die eine LED aushalten kann; eine Überschreitung kann zum Durchschlag führen. | Im Schaltkreis müssen Verpolung oder Spannungsimpulse verhindert werden. |
| Thermischer Widerstand (Thermal Resistance) | Rth (°C/W) | Der Widerstand, mit dem Wärme vom Chip zur Lötstelle gelangt. Ein niedrigerer Wert bedeutet eine bessere Wärmeableitung. | Ein hoher thermischer Widerstand erfordert ein stärkeres Wärmeableitungsdesign, andernfalls steigt die Sperrschichttemperatur. |
| Elektrostatische Entladungsfestigkeit (ESD Immunity) | V (HBM), z.B. 1000V | Die Fähigkeit, elektrostatischen Entladungen standzuhalten; je höher der Wert, desto weniger anfällig ist das Bauteil für Beschädigungen durch elektrostatische Entladung. | In der Produktion müssen geeignete Maßnahmen zum Schutz vor elektrostatischer Entladung getroffen werden, insbesondere bei hochempfindlichen LEDs. |
III. Wärmemanagement und Zuverlässigkeit
| Terminologie | Schlüsselindikatoren | Allgemeinverständliche Erklärung | Einfluss |
|---|---|---|---|
| Sperrschichttemperatur (Junction Temperature) | Tj (°C) | Die tatsächliche Betriebstemperatur im LED-Chip. | Eine Reduzierung um 10°C kann die Lebensdauer verdoppeln; zu hohe Temperaturen führen zu Lichtstromrückgang und Farbverschiebung. |
| Lichtstromrückgang (Lumen Depreciation) | L70 / L80 (Stunden) | Die Zeit, die benötigt wird, bis die Helligkeit auf 70 % oder 80 % des Anfangswerts abfällt. | Direkte Definition der "Lebensdauer" einer LED. |
| Lumen Maintenance | % (z.B. 70 %) | Prozentsatz der verbleibenden Helligkeit nach einer gewissen Nutzungsdauer. | Kennzeichnet die Fähigkeit, die Helligkeit über einen langen Zeitraum der Nutzung aufrechtzuerhalten. |
| Farbverschiebung (Color Shift) | Δu′v′ oder MacAdam-Ellipse | Das Ausmaß der Farbveränderung während des Gebrauchs. | Beeinflusst die Farbkonstanz der Beleuchtungsszene. |
| Thermal Aging | Verschlechterung der Materialeigenschaften | Degradation des Verkapselungsmaterials aufgrund langfristiger Hochtemperatureinwirkung. | Kann zu Helligkeitsabfall, Farbveränderung oder offenem Schaltkreisausfall führen. |
IV. Gehäuse und Materialien
| Terminologie | Häufige Typen | Allgemeinverständliche Erklärung | Merkmale und Anwendungen |
|---|---|---|---|
| Gehäusetypen | EMC, PPA, Keramik | Gehäusematerial, das den Chip schützt und optische sowie thermische Schnittstellen bereitstellt. | EMC bietet gute Hitzebeständigkeit und niedrige Kosten; Keramik zeichnet sich durch optimale Wärmeableitung und lange Lebensdauer aus. |
| Chipstruktur | Frontmontage, Flip-Chip-Montage (Flip Chip) | Anordnung der Chipelektroden. | Flip-Chip bietet eine bessere Wärmeableitung und höhere Lichtausbeute, geeignet für Hochleistungsanwendungen. |
| Phosphorbeschichtung | YAG, Silikat, Nitrid | Auf den blauen LED-Chip aufgebracht, wandelt es teilweise in gelbes/rotes Licht um und mischt sich zu weißem Licht. | Verschiedene Leuchtstoffe beeinflussen Lichtausbeute, Farbtemperatur und Farbwiedergabe. |
| Linse/optisches Design | Planar, Mikrolinse, Totalreflexion | Optische Struktur der Verkapselungsoberfläche zur Steuerung der Lichtverteilung. | Bestimmt den Abstrahlwinkel und die Lichtstärkeverteilungskurve. |
V. Qualitätskontrolle und Einteilung
| Terminologie | Einteilungsinhalt | Allgemeinverständliche Erklärung | Zweck |
|---|---|---|---|
| Lichtstromklassifizierung | Codes wie 2G, 2H | Gruppierung nach Helligkeitsstufen, jede Gruppe hat einen minimalen/maximalen Lumenwert. | Sicherstellen, dass die Helligkeit innerhalb derselben Produktcharge einheitlich ist. |
| Spannungsabstufung | Codes wie 6W, 6X | Gruppierung nach Durchlassspannungsbereich. | Erleichtert die Anpassung der Treiberstromversorgung und erhöht die Systemeffizienz. |
| Farbklassifizierung | 5-step MacAdam ellipse | Gruppierung nach Farbkoordinaten, um sicherzustellen, dass die Farben innerhalb eines minimalen Bereichs liegen. | Gewährleistung der Farbkonstanz, um Farbunterschiede innerhalb desselben Leuchtkörpers zu vermeiden. |
| Farbtemperatur-Abstufung | 2700K, 3000K usw. | Gruppierung nach Farbtemperatur, jede Gruppe hat einen entsprechenden Koordinatenbereich. | Erfüllung der Farbtemperaturanforderungen für verschiedene Szenarien. |
6. Test und Zertifizierung
| Terminologie | Norm/Test | Allgemeinverständliche Erklärung | Bedeutung |
|---|---|---|---|
| LM-80 | Lumen-Erhaltungsprüfung | Langzeitbetrieb unter konstanten Temperaturbedingungen, Aufzeichnung der Helligkeitsabschwächungsdaten. | Zur Berechnung der LED-Lebensdauer (in Kombination mit TM-21). |
| TM-21 | Standard für die Lebensdauerprognose | Berechnung der Lebensdauer unter realen Einsatzbedingungen basierend auf LM-80-Daten. | Bereitstellung einer wissenschaftlichen Lebensdauerprognose. |
| IESNA Standard | Illuminating Engineering Society Standard | Umfasst optische, elektrische und thermische Testmethoden. | Branchenweit anerkannte Testgrundlage. |
| RoHS / REACH | Umweltzertifizierung | Sicherstellung, dass das Produkt keine schädlichen Stoffe (wie Blei, Quecksilber) enthält. | Zulassungsvoraussetzungen für den Markteintritt auf internationalen Märkten. |
| ENERGY STAR / DLC | Energieeffizienzzertifizierung | Zertifizierung der Energieeffizienz und Leistung von Beleuchtungsprodukten. | Wird häufig bei staatlichen Beschaffungen und Förderprogrammen verwendet, um die Wettbewerbsfähigkeit auf dem Markt zu steigern. |