LTPL-P033RGB RGB-LED Datenblatt - Hochleistungs-LED - Rot/Grün/Blau - 150mA - Technisches Dokument auf Deutsch

1. Produktübersicht

Die LTPL-P033RGB ist eine hochleistungsfähige, energieeffiziente und ultrakompakte Festkörperlichtquelle. Sie vereint die Vorteile einer langen Lebensdauer und hohen Zuverlässigkeit von Leuchtdioden mit den für den Ersatz konventioneller Beleuchtungstechnologien erforderlichen Helligkeitsniveaus. Diese Komponente bietet Entwicklern erhebliche Gestaltungsfreiheit bei der Realisierung innovativer Beleuchtungslösungen für ein breites Anwendungsspektrum.

1.1 Hauptmerkmale

• Hochleistungs-LED-Lichtquelle
• Sofortige Lichtabgabe (weniger als 100 Nanosekunden)
• Niederspannungs-Gleichstrombetrieb
• Gehäuse mit niedrigem thermischen Widerstand
• RoHS-konform und bleifrei
• Kompatibel mit bleifreien Reflow-Lötprozessen

1.2 Zielanwendungen

Diese LED ist für eine Vielzahl von Beleuchtungsanwendungen konzipiert, einschließlich, aber nicht beschränkt auf:

• Leselampen für Automobil-, Bus- und Flugzeuginnenräume
• Tragbare Beleuchtung wie Taschenlampen und Fahrradlichter
• Architekturbeleuchtung: Einbauleuchten, Orientierungsleuchten, Nischenbeleuchtung, Unterbauleuchten und Arbeitsplatzbeleuchtung
• Dekorative Beleuchtung und Entertainment-Beleuchtung
• Außenbeleuchtung: Pollerleuchten, Sicherheitsleuchten und Gartenbeleuchtung
• Signalgeber: Verkehrssignale, Baken und Bahnübergangsleuchten
• Kantenbeleuchtete Schilder für Notausgangsanzeigen und POS-Displays
• Allgemeine Innen- und Außenbeleuchtung für gewerbliche und private Architektur

2. Umriss und mechanische Abmessungen

Das Bauteil verfügt über ein kompaktes Oberflächenmontagegehäuse. Alle kritischen Abmessungen sind im Datenblatt mit einer Standardtoleranz von +/- 0,2 mm angegeben, sofern nicht anders spezifiziert. Die mechanische Zeichnung zeigt den Gehäusefußabdruck, die Anschlussplatzierung und die Gesamthöhe, die für das PCB-Layout und das Wärmemanagement-Design entscheidend sind.

3. Absolute Maximalwerte und Eigenschaften

Alle Werte sind bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C spezifiziert. Das Überschreiten dieser Grenzwerte kann zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen.

3.1 Elektrische Grenzwerte

• Durchlassstrom (I_F): 150 mA (kontinuierlich) für alle Farben (Rot, Grün, Blau).
• Durchlass-Pulsstrom (I_FP): 300 mA (gepulst) für alle Farben. Bedingung: 1/10 Tastverhältnis, Pulsbreite ≤10μs.
• Verlustleistung (P_D): Rot: 360 mW; Grün: 540 mW; Blau: 540 mW.

3.2 Thermische und Umgebungsgrenzwerte

• Betriebstemperaturbereich (T_opr): -30°C bis +85°C.
• Lagertemperaturbereich (T_stg): -40°C bis +100°C.
• Maximale Sperrschichttemperatur (T_j): 125°C.

Wichtige Hinweise:Ein Betrieb unter Sperrspannungsbedingungen über längere Zeit ist untersagt. Es wird dringend empfohlen, die bereitgestellten Derating-Kurven zu beachten, wenn in der Nähe der Maximalwerte gearbeitet wird, um einen normalen und zuverlässigen LED-Betrieb zu gewährleisten.

4. Elektro-optische Eigenschaften

Typische Leistungsparameter werden bei Ta=25°C und I_F=150mA gemessen.

4.1 Lichtleistung

• Lichtstrom (typ.): Rot: 21 lm; Grün: 50 lm; Blau: 9 lm. Der Lichtstrom ist die mit einer Ulbrichtkugel gemessene Gesamtlichtabgabe.
• Lichtstärke (typ., Referenzwert): Rot: 6,8 cd; Grün: 12,5 cd; Blau: 3,0 cd.

4.2 Spektrale und elektrische Eigenschaften

• Dominante Wellenlänge: Rot: 610-630 nm; Grün: 515-535 nm; Blau: 450-470 nm.
• Durchlassspannung (V_F): Rot: 1,5-2,6 V; Grün: 2,8-3,8 V; Blau: 2,8-3,8 V.
• Abstrahlwinkel: 120 Grad (typisch für alle Farben).

Teststandard:Für die Messung von Lichtstrom, dominanter Wellenlänge und Durchlassspannung wird CAS-140B referenziert.

5. Analyse typischer Leistungskurven

Das Datenblatt enthält mehrere wichtige Diagramme, die für die Schaltungs- und Wärmeauslegung essenziell sind.

5.1 Spektrale Verteilung

Abbildung 1 zeigt die relative spektrale Intensität über der Wellenlänge für jede Farbe. Diese Kurve ist entscheidend für das Verständnis der Farbreinheit und möglicher Anwendungen in Farbmischsystemen.

5.2 Abstrahlcharakteristik

Abbildung 2 veranschaulicht das räumliche Abstrahl- (Intensitäts-) Muster und bestätigt den weiten Abstrahlwinkel von 120 Grad. Das Muster ist für diesen Gehäusetyp typischerweise lambertisch.

5.3 Strom vs. Spannung (I-V-Kennlinie)

Abbildung 3 zeigt den Durchlassstrom über der Durchlassspannung für jede Farbe. Die rote LED weist eine deutlich niedrigere Durchlassspannung (typisch ~2,0V bei 150mA) auf als die grünen und blauen LEDs (typisch ~3,2V-3,4V bei 150mA). Dies ist ein kritischer Parameter für das Treiberdesign, da in einem RGB-System für jeden Farbkanal unterschiedliche Treiberspannungen oder strombegrenzende Widerstände erforderlich sind.

5.4 Strom vs. Lichtstrom

Abbildung 4 zeigt die Beziehung zwischen Durchlassstrom und relativem Lichtstrom. Die Ausgabe ist im normalen Betriebsbereich im Allgemeinen linear zum Strom, kann jedoch bei sehr hohen Strömen aufgrund erhöhter Sperrschichttemperatur und anderer Effekte an Effizienz verlieren.

5.5 Thermische Leistung

Abbildung 5 ist eines der wichtigsten Diagramme und zeigt den relativen Lichtstrom über der Leiterplattentemperatur. Es dient als Derating-Kurve. Die Ausgabe nimmt mit steigender Temperatur ab. Der Hinweis spezifiziert, dass die Daten auf einer Lötflächenabdeckung von über 80% für guten thermischen Kontakt basieren und empfiehlt, die LED nicht zu betreiben, wenn die Leiterplattentemperatur 85°C überschreitet, um Leistung und Lebensdauer zu erhalten.

5.6 Strom vs. dominante Wellenlänge

Abbildung 6 zeigt, wie sich die dominante Wellenlänge mit dem Durchlassstrom verschiebt. Im Allgemeinen nimmt die Wellenlänge aufgrund von Sperrschichterwärmung und anderen Halbleitereffekten leicht mit dem Strom zu. Dies ist für farbkritische Anwendungen wichtig.

6. Binning- und Klassifizierungssystem

Die LEDs werden basierend auf ihrer Lichtstromausgabe bei 150mA sortiert (gebinned), um Konsistenz zu gewährleisten.

6.1 Bins für rote LEDs (R1 bis R5)

Die Bins reichen von R1 (18-21 lm) bis R5 (30-33 lm).

6.2 Bins für grüne LEDs (G1 bis G7)

Die Bins reichen von G1 (35-39 lm) bis G7 (59-63 lm).

6.3 Bins für blaue LEDs (B1 bis B4)

Die Bins reichen von B1 (6-9 lm) bis B4 (15-18 lm).

Auf jeden Lichtstrom-Bin wird eine Toleranz von +/-10% angewendet. Der Bin-Code ist auf jedem Verpackungsbeutel zur Rückverfolgbarkeit aufgedruckt.

7. Löt- und Montagerichtlinien

7.1 Reflow-Lötprofil

Das Bauteil ist mit bleifreiem Reflow-Löten kompatibel. Ein detailliertes Temperatur-Zeit-Profil wird bereitgestellt:

• Spitzentemperatur (T_P): max. 260°C.
• Zeit über 217°C (T_L): 60-150 Sekunden.
• Zeit innerhalb von 5°C der Spitze (t_P): max. 5 Sekunden.
• Vorwärmen: 150-200°C für 60-180 Sekunden.
• Aufheizrate: max. 3°C/Sek. (von T_Smaxbis T_P).
• Abkühlrate: max. 6°C/Sek.
• Gesamtzykluszeit: max. 8 Minuten von 25°C bis zur Spitze.

7.2 Handlöten

Falls Handlöten notwendig ist, beträgt die empfohlene Bedingung eine maximale Lötkolbentemperatur von 350°C für maximal 2 Sekunden pro Lötstelle, und dies nur einmalig.

7.3 Kritische Hinweise für die Montage

• Alle Temperaturspezifikationen beziehen sich auf die Oberseite des Gehäuses.
• Das Profil muss möglicherweise basierend auf den spezifischen Eigenschaften der Lotpaste angepasst werden.
• Ein schneller Abkühlprozess (Abschrecken) von der Spitzentemperatur wird nicht empfohlen.
• Verwenden Sie stets die niedrigstmögliche Löttemperatur, die eine zuverlässige Verbindung gewährleistet.
• Das Bauteil ist nicht garantiert, wenn es mit dem Tauchlötverfahren montiert wird.

8. Empfohlenes PCB-Lötflächenlayout

Ein detailliertes Lötflächen-Design mit allen Abmessungen in Millimetern wird bereitgestellt. Das Design gewährleistet die korrekte Ausbildung des Lötfilets und die elektrische Isolation zwischen den Anoden-/Kathodenflächen und jeglicher Wärmefläche oder Leiterplattenmetallisierung. Die Einhaltung dieses Layouts ist entscheidend für mechanische Stabilität, elektrische Leistung und optimalen Wärmetransport vom LED-Chip zur Leiterplatte.

9. Tape-and-Reel-Verpackungsspezifikationen

Die LEDs werden auf Tape and Reel für die automatisierte Montage geliefert.

• Reelgröße: 7 Zoll.
• Menge: 1000 Stück pro vollem Reel. Mindestverpackungsmenge für Restposten beträgt 500 Stück.
• Taschenversiegelung: Leere Bauteiltaschen werden mit Deckband versiegelt.
• Qualität: Maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende LEDs sind erlaubt.
• Standard: Die Verpackung entspricht den EIA-481-1-L23-Spezifikationen.

10. Zuverlässigkeit und Qualifikationstests

Umfangreiche Zuverlässigkeitstests wurden an Stichprobenchargen durchgeführt.

10.1 Testbedingungen und Ergebnisse

Tests wurden mit 22 Proben pro Bedingung durchgeführt, ohne gemeldete Ausfälle:

• Hoch-/Tief-/Raumtemperatur-Betriebslebensdauer (jeweils 1000 Stunden).
• Hoch-/Tief-Temperatur-Lagerlebensdauer (500-1000 Stunden).
• Feuchtewärme (85°C/85% RH für 500 Stunden).
• Temperaturwechsel (-40°C bis 100°C, 100 Zyklen).
• Temperaturschock (-40°C bis 100°C, 100 Zyklen).

10.2 Ausfallkriterien

Ein Bauteil gilt als ausgefallen, wenn es nach dem Test bei Messung mit I_F=150mA einen der folgenden Grenzwerte überschreitet:

• Durchlassspannung (V_f) > 110% ihres Anfangswerts.
• Lichtstrom<70% ihres Anfangswerts.

11. Anwendungsdesign-Überlegungen

11.1 Treiberschaltungsdesign

Aufgrund der unterschiedlichen Durchlassspannungen der roten (niedrigere V_f) und grünen/blauen (höhere V_f) LEDs verwendet ein typischer RGB-Treiber separate strombegrenzende Schaltungen oder einen Konstantstromtreiber mit unabhängigen Kanälen. Der maximale Dauerstrom beträgt 150 mA pro Farbe. Für gepulsten Betrieb (z.B. PWM-Dimmung) müssen die Puls-Parameter innerhalb der I_FP rating.

11.2 Wärmemanagement

Effektive Wärmeableitung ist von größter Bedeutung. Die Daten in Abbildung 5 zeigen deutlich, dass die Ausgabe mit steigender Temperatur abnimmt. Um Helligkeit und Lebensdauer zu erhalten:

• Verwenden Sie das empfohlene Lötflächenlayout mit hoher Wärmeleitfähigkeit.
• Gestalten Sie die Leiterplatte mit ausreichender Kupferfläche (Wärmeflächen), die mit dem Wärmepfad der LED verbunden ist.
• Erwägen Sie die Verwendung von Wärmedurchkontaktierungen, um Wärme zu inneren Lagen oder der Rückseite der Platine zu leiten.
• Sorgen Sie in der finalen Anwendung für ausreichende Luftströmung oder andere Kühlmechanismen, wenn mit hohen Strömen oder bei hohen Umgebungstemperaturen betrieben wird.
• Überwachen Sie die Leiterplattentemperatur und vermeiden Sie das Überschreiten von 85°C.

11.3 Optisches Design

Der 120-Grad-Abstrahlwinkel bietet einen breiten, gleichmäßigen Strahl, der für Allgemeinbeleuchtung und Beschilderung geeignet ist. Für fokussierte Strahlen sind Sekundäroptiken (Linsen oder Reflektoren) erforderlich. Entwickler sollten die unterschiedlichen Lichtstärken jeder Farbe berücksichtigen, wenn Weißlicht oder spezifische Farbmischungen erzeugt werden.

12. Vergleich und Produktpositionierung

Die LTPL-P033RGB positioniert sich als universelle, hochleistungsfähige RGB-LED, die für ein breites Spektrum von Anwendungen geeignet ist, die Farbmischung oder individuelle Farbausgabe erfordern. Ihre Hauptvorteile sind ein standardisiertes Gehäuse, ein weiter Abstrahlwinkel, eine klare Binning-Struktur für Konsistenz und robuste Spezifikationen für eine zuverlässige Fertigung (Reflow-Kompatibilität, Tape & Reel). Sie ist als robuste Komponente für Festkörperbeleuchtungsdesigns konzipiert, die ältere Technologien ersetzen.

13. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Daten)

F: Kann ich alle drei Farben (RGB) mit derselben Konstantspannungsquelle und demselben Widerstand ansteuern?

A: Nicht optimal. Die rote LED hat eine deutlich niedrigere Durchlassspannung (~2,0V) als die grüne/blaue (~3,2V). Die Verwendung einer Spannung würde für jeden Kanal unterschiedliche Widerstandswerte erfordern, um den gleichen Strom von 150mA zu erreichen. Die Verwendung unabhängiger Konstantstromtreiber oder PWM-Kanäle ist die empfohlene Methode zur Steuerung und Farbmischung.

F: Was ist die Hauptursache für den Helligkeitsabfall einer LED über die Zeit?

A: Die Hauptursache ist eine hohe Sperrschichttemperatur. Der Betrieb der LED oberhalb ihres empfohlenen Temperaturbereichs (siehe Abbildung 5) beschleunigt den Alterungsprozess der Halbleitermaterialien und Phosphore (falls vorhanden), was zu einem dauerhaften Abfall der Lichtleistung führt. Ein ordnungsgemäßes Wärmemanagement ist der kritischste Faktor für die Langzeitzuverlässigkeit.

F: Wie interpretiere ich den Lichtstrom-Bin-Code?

A: Der auf dem Verpackungsbeutel aufgedruckte Code (z.B. R3, G5, B2) gibt den garantierten minimalen und maximalen Lichtausgabebereich für diese spezifische LED bei 150mA an. Dies ermöglicht es Entwicklern, LEDs mit abgestimmter Helligkeit für ein einheitliches Erscheinungsbild in Mehrfach-LED-Leuchten auszuwählen oder eine Mindestlichtleistung für ihr Design zu garantieren.

F: Ist diese LED für den Außeneinsatz geeignet?

A: Der Betriebstemperaturbereich (-30°C bis +85°C) und das erfolgreiche Bestehen des Feuchtewärmetests (85°C/85% RH) deuten auf Robustheit gegenüber Umwelteinflüssen hin. Für den dauerhaften Außeneinsatz muss die LED selbst jedoch ordnungsgemäß gekapselt oder in einem Gehäuse untergebracht sein, das Schutz vor Feuchtigkeit, UV-Strahlung und mechanischen Beschädigungen bietet, da das LED-Gehäuse selbst nicht wasserdicht ist.

14. Praktisches Designbeispiel: RGB-Ambientelicht

Szenario:Entwurf eines mikrocontrollergesteuerten RGB-Ambientelichts mit einstellbarer Farbe und Helligkeit.

Umsetzung:

1. Treiber:Verwenden Sie einen 3-Kanal-Konstantstrom-LED-Treiber-IC oder drei separate MOSFETs, die von den PWM-Ausgängen des MCU gesteuert werden. Setzen Sie die Strombegrenzung auf 150 mA pro Kanal.

2. Stromversorgung:Stellen Sie eine stabile Gleichspannung bereit, die hoch genug ist, um die höchste V_f(Blau/Grün ~3,8V max.) plus den Spannungsabfall über den Stromregler zu bewältigen.

3. Wärmemanagement:Befestigen Sie die LED auf einer Leiterplatte mit einer massiven Kupferfläche, die mit der Wärmefläche verbunden ist. Bei hohen Tastverhältnissen sollten Sie die Hinzufügung eines kleinen Kühlkörpers auf der Rückseite der Leiterplatte in Betracht ziehen.

4. Steuerung:Der Mikrocontroller kann den PWM-Tastgrad für jeden Farbkanal (Rot, Grün, Blau) unabhängig von 0% bis 100% einstellen. Dies ermöglicht die Erzeugung von Millionen von Farben durch Mischen der Primärausgaben in unterschiedlichen Intensitäten.

5. Optik:Verwenden Sie eine Diffusorlinse oder eine Abdeckung über der LED, um die drei farbigen Punkte zu einem einzigen, gleichmäßigen Lichtbereich zu verschmelzen.

15. Technologiehintergrund und Trends

Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauelemente, die Licht emittieren, wenn ein elektrischer Strom durch sie fließt. Die Farbe des Lichts wird durch die Bandlücke der verwendeten Halbleitermaterialien bestimmt. Die LTPL-P033RGB verwendet einzelne Chips für Rot (wahrscheinlich basierend auf AlInGaP-Materialien) und für Grün/Blau (basierend auf InGaN-Materialien), die in einem einzigen Gehäuse untergebracht sind. Der Trend bei Leistungs-LEDs geht weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), verbesserter Farbwiedergabe, höherer Zuverlässigkeit und niedrigerer Kosten. Dieses Bauteil stellt eine ausgereifte, kosteneffektive Lösung für Anwendungen dar, die vielseitige Farbausgabe erfordern, ohne die extreme Effizienz der neuesten Einzelfarb-Hochleistungs-LEDs zu benötigen.