T5C Serie 5050 Weiß-LED Datenblatt - Abmessung 5,0x5,0x1,9mm - Spannung 25V - Leistung 4W - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die T5C Serie repräsentiert eine Hochleistungs-Weiß-LED in Top-View-Bauform, die für anspruchsvolle Allgemeinbeleuchtungsanwendungen konzipiert ist. Durch ein thermisch optimiertes Gehäuse liefert diese 5050-kompatible Komponente einen hohen Lichtstrom und ist für erhöhte Betriebsströme ausgelegt. Ihr kompaktes Bauformat und der große Abstrahlwinkel machen sie für verschiedene Beleuchtungslösungen geeignet, bei denen Platz und Effizienz entscheidend sind. Das Produkt ist für bleifreie Reflow-Lötprozesse geeignet und entspricht den RoHS-Standards, was eine umweltverträgliche Herstellung und Nutzung gewährleistet.

1.1 Zielanwendungen

Diese LED ist für eine breite Anwendbarkeit im Beleuchtungssektor entwickelt. Hauptanwendungsgebiete sind Innenraumbeleuchtung für Wohn- und Gewerberäume, die Nachrüstung bestehender Leuchten mit LED-Technologie, Allgemeinbeleuchtung sowie architektonische oder dekorative Beleuchtung, bei der sowohl Leistung als auch Ästhetik wichtig sind. Ihr robustes Design unterstützt einen zuverlässigen Betrieb in diesen vielfältigen Umgebungen.

2. Analyse der technischen Parameter

Ein tiefgreifendes Verständnis der Geräteparameter ist für ein optimales Systemdesign unerlässlich. Die folgenden Abschnitte erläutern die wichtigsten elektrischen, optischen und thermischen Kenngrößen.

2.1 Elektro-optische Eigenschaften

Unter Standardtestbedingungen (Durchlassstrom, IF = 160mA und Sperrschichttemperatur, Tj = 25°C) weist die LED spezifische Leistungskennwerte auf, die mit ihrer Farbtemperatur (CCT) und Farbwiedergabeindex (Ra) korrelieren. Beispielsweise hat eine 4000K-LED mit Ra70 einen typischen Lichtstrom von 655 Lumen (lm), mit einem spezifizierten Mindestwert von 600 lm. Bei sinkender CCT (z.B. auf 2700K) oder steigender Farbwiedergabe (z.B. auf Ra90) nimmt der typische Lichtstromausgang im Allgemeinen ab, was die Kompromisse in der Phosphortechnologie widerspiegelt. Alle Lichtstrommessungen haben eine Toleranz von ±7 %, während Ra-Messungen eine Toleranz von ±2 aufweisen.

2.2 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden führen kann. Der absolute maximale Durchlassstrom (IF) beträgt 240 mA, mit einem gepulsten Durchlassstrom (IFP) von 360 mA unter spezifischen Bedingungen (Pulsbreite ≤ 100µs, Tastverhältnis ≤ 1/10). Die maximale Verlustleistung (PD) beträgt 6480 mW. Das Bauteil hält eine Sperrspannung (VR) von bis zu 5V stand. Der Betriebstemperaturbereich (Topr) reicht von -40°C bis +105°C, und der Lagertemperaturbereich (Tstg) von -40°C bis +85°C. Die maximal zulässige Sperrschichttemperatur (Tj) beträgt 120°C. Für die Montage ist die Löttemperatur (Tsld) für Reflow-Prozesse spezifiziert: 230°C oder 260°C für maximal 10 Sekunden.

2.3 Elektrische/Optische Eigenschaften bei Tj=25°C

Dieser Abschnitt beschreibt typische Betriebsparameter im Detail. Die Durchlassspannung (VF) liegt zwischen einem Minimum von 23V und einem Maximum von 27V, mit einem typischen Wert von 25V bei IF=160mA (±3% Toleranz). Der Sperrstrom (IR) beträgt maximal 10 µA bei VR=5V. Der Abstrahlwinkel (2θ1/2), definiert als der Winkel außerhalb der Achse, bei dem die Intensität die Hälfte des Spitzenwerts beträgt, beträgt typischerweise 120 Grad. Ein kritischer Parameter für das Wärmemanagement ist der thermische Widerstand von der LED-Sperrschicht zum Lötpunkt auf einer MCPCB (Rth j-sp), der typischerweise 2,5 °C/W beträgt. Das Bauteil hat eine elektrostatische Entladungsfestigkeit (ESD) von 1000V (Human Body Model).

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs in Bins sortiert. Die T5C Serie verwendet ein mehrdimensionales Binning-System, das Lichtstrom, Durchlassspannung und Farbort abdeckt.

3.1 Lichtstrom-Binning

LEDs werden basierend auf ihrem gemessenen Lichtstrom bei 160mA gruppiert. Jede CCT- und CRI-Kombination hat spezifische Lichtstrom-Bins, die durch zweibuchstabige Codes gekennzeichnet sind (z.B. GL, GM, GN). Beispielsweise kann eine 4000K Ra70-LED als GN (600-650 lm min), GP (650-700 lm), GQ (700-750 lm) oder GR (750-800 lm) gebinnt werden. Höhere CRI-Versionen (Ra90) für dieselbe CCT haben typischerweise niedrigere Lichtstrom-Bins, beginnend bei GK (450-500 lm). Dies ermöglicht es Konstrukteuren, die passende Helligkeitsklasse für ihre Anwendung auszuwählen.

3.2 Durchlassspannungs-Binning

Die Durchlassspannung wird ebenfalls gebinnt, um die Schaltungsauslegung für die Stromregelung zu unterstützen. Die Bins sind als 6D (22-24V), 6E (24-26V) und 6F (26-28V) codiert, alle gemessen bei IF=160mA. Die Kenntnis des VF-Bins hilft, die Anforderungen an die Stromversorgung und die thermische Belastung genauer zu berechnen.

3.3 Farbort-Binning (Farbkonsistenz)

Die LEDs werden innerhalb einer 5-Schritt-MacAdam-Ellipse auf dem CIE-Farbtafeldiagramm gebinnt, einem Standard zur Definition wahrnehmbarer Farbunterschiede. Jede CCT (z.B. 2700K, 3000K) hat einen definierten Mittelpunkt (x, y) und eine durch Parameter (a, b, Φ) definierte Ellipse. Beispielsweise ist das 4000K-Bin (40R5) auf x=0,3875, y=0,3868 zentriert. Dieses enge Binning stellt sicher, dass LEDs aus demselben Bin für das menschliche Auge nahezu identisch in der Farbe erscheinen, was für Mehrfach-LED-Leuchten entscheidend ist. Der Energy-Star-Binning-Standard wird auf alle Produkte von 2600K bis 7000K angewendet.

4. Analyse der Leistungskurven

Grafische Daten geben Aufschluss über das Verhalten der LED unter variierenden Bedingungen.

4.1 Spektrale Verteilung

Das Datenblatt enthält Farbspektren für die Ra70-, Ra80- und Ra90-Versionen. Diese Diagramme zeigen die relative Intensität über die Wellenlängen. Höhere CRI-LEDs (Ra90) zeigen typischerweise ein ausgefüllteres Spektrum, insbesondere im roten Bereich, im Vergleich zu Ra70-LEDs, was ihre bessere Farbwiedergabe, aber oft eine etwas geringere Gesamteffizienz erklärt.

4.2 Abstrahlwinkel und Intensität

Das Abstrahlwinkelverteilungsdiagramm bestätigt das breite, typischerweise lambertische Abstrahlverhalten mit einem 120-Grad-Halbwinkel. Dies sorgt für eine gleichmäßige Ausleuchtung über einen großen Bereich, geeignet für Allgemeinbeleuchtung.

4.3 Strom vs. Eigenschaften

Die Kurve "Durchlassstrom vs. relative Intensität" zeigt, wie die Lichtleistung mit dem Strom ansteigt, typischerweise bei höheren Strömen aufgrund des Efficiency Droop in einer sublinearen Weise. Die Kurve "Durchlassstrom vs. Durchlassspannung" veranschaulicht die exponentielle V-I-Beziehung der Diode, die für die Auslegung von Konstantstromtreibern entscheidend ist.

4.4 Temperaturabhängigkeit

Wichtige Diagramme veranschaulichen Leistungsänderungen mit der Umgebungstemperatur (Ta). Die Kurve "Umgebungstemperatur vs. relativer Lichtstrom" zeigt, dass die Lichtleistung mit steigender Temperatur abnimmt, ein kritischer Faktor für das Wärmemanagement. Die Kurve "Umgebungstemperatur vs. relative Durchlassspannung" zeigt, dass VF mit steigender Temperatur abnimmt (negativer Temperaturkoeffizient). Das Diagramm "Ta vs. CIE x, y-Verschiebung" zeigt, wie sich der emittierte Farbpunkt mit der Temperatur verschieben kann. Schließlich definiert das Diagramm "Maximaler Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur" die Derating-Kurve; mit steigender Umgebungstemperatur muss der maximal zulässige Betriebsstrom reduziert werden, um ein Überschreiten der Sperrschichttemperaturgrenze zu verhindern.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED hat einen 5050-Fußabdruck, was bedeutet, dass ihre Gehäuseabmessungen etwa 5,0mm x 5,0mm betragen. Die Gesamthöhe beträgt 1,9mm. Detaillierte mechanische Zeichnungen zeigen die Drauf- und Untersicht, einschließlich der Linsenform und der Pad-Anordnung. Kritische Abmessungen umfassen Pad-Größen und -Abstände, die für das PCB-Layout-Design entscheidend sind, um eine ordnungsgemäße Lötung und Wärmeleitung zu gewährleisten.

5.2 Lötpad-Design und Polarität

Die Untersicht zeigt deutlich die Anoden- und Kathodenpads. Das Lötmuster ist für Stabilität und effektive Wärmeableitung von dem LED-Chip weg ausgelegt. Die Kathode ist typischerweise markiert oder hat eine spezifische Pad-Form (z.B. eine Kerbe oder ein größeres Pad) zur Identifikation. Das Datenblatt spezifiziert die empfohlenen Lötpad-Abmessungen auf der Leiterplatte, um eine zuverlässige Lötstelle und optimale thermische Leistung zu erreichen.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Das Bauteil ist für bleifreies Reflow-Löten geeignet. Das maximale Löttemperaturprofil ist spezifiziert: Spitzentemperaturen von 230°C oder 260°C sollten nicht länger als 10 Sekunden überschritten werden. Es ist entscheidend, die empfohlenen Reflow-Profile einzuhalten, um thermischen Schock oder Schäden am LED-Gehäuse und internen Materialien zu vermeiden. Vorsichtsmaßnahmen umfassen die Vermeidung mechanischer Belastung während der Platzierung und die Sicherstellung, dass die Leiterplatte und die LED vor dem Löten sauber und frei von Feuchtigkeit sind (ggf. Trocknung in Betracht ziehen). Die Lagerung sollte in einer trockenen, kontrollierten Umgebung innerhalb des spezifizierten Temperaturbereichs (-40°C bis +85°C) erfolgen.

7. Bestellinformationen und Modellnummerierung

Die Artikelnummer folgt einem strukturierten System: T5C***81C-R****. Eine detaillierte Aufschlüsselung erklärt jedes Segment (X1 bis X10). Wichtige wählbare Parameter sind: Typencode (X1, z.B. '5C' für 5050), CCT-Code (X2, z.B. '40' für 4000K), Farbwiedergabe-Code (X3, z.B. '8' für Ra80), Anzahl der seriellen und parallelen Chips (X4, X5) und ein Farbcode (X7), der Leistungsstandards wie ANSI oder ERP angibt. Dieses System ermöglicht eine präzise Bestellung des gewünschten Leistungs-Bins.

8. Anwendungsdesign-Überlegungen

8.1 Wärmemanagement

Angesichts der hohen Leistung (bis zu 4W typisch bei 160mA, 25V) und des typischen thermischen Widerstands von 2,5 °C/W ist eine effektive Wärmeableitung von größter Bedeutung. Die maximale Sperrschichttemperatur von 120°C darf nicht überschritten werden. Designberechnungen müssen die Umgebungstemperatur, den Wärmepfad von der Sperrschicht zum Kühlkörper und den Betriebsstrom berücksichtigen. Die Verwendung der Derating-Kurve (Max. Durchlassstrom vs. Umgebungstemperatur) ist für Hochtemperaturumgebungen unerlässlich.

8.2 Elektrische Ansteuerung

Ein Konstantstromtreiber wird dringend empfohlen, um eine stabile Lichtleistung und lange Lebensdauer zu gewährleisten. Der Treiber sollte basierend auf dem Durchlassspannungs-Bin und dem gewünschten Betriebsstrom (bis zum absoluten Maximum von 240mA DC) gewählt werden. Ein Schutz gegen Sperrspannung und transiente Spannungsspitzen wird ebenfalls empfohlen. Die ESD-Empfindlichkeit (1000V HBM) erfordert standardmäßige ESD-Handhabungsvorkehrungen während der Montage.

8.3 Optische Integration

Der große 120-Grad-Abstrahlwinkel kann sekundäre Optiken (Linsen oder Reflektoren) erfordern, um spezifische Lichtverteilungen für Anwendungen wie Spotlights oder Downlights zu erreichen. Das Top-View-Design erleichtert die direkte Emission in solche Optiken.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Die T5C Serie differenziert sich durch die Kombination aus hohem Lichtstromausgang aus einem kompakten 5050-Gehäuse und einer hohen Durchlassspannungseigenschaft (typisch 25V), was vorteilhaft für die Reduzierung der Stromanforderungen in Reihenschaltungen sein kann. Das thermisch optimierte Gehäusedesign, belegt durch den spezifizierten thermischen Widerstand, zielt auf eine bessere Zuverlässigkeit und Leistungsbeständigkeit im Vergleich zu Standardgehäusen ab. Das umfassende Binning über Lichtstrom, Spannung und enge Farbortellipsen bietet Konstrukteuren ein hohes Maß an Konsistenz für qualitativ hochwertige Beleuchtungsprodukte.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

F: Was ist die typische Effizienz dieser LED?

A: Die Effizienz (Lumen pro Watt) kann berechnet werden. Für eine 4000K Ra70-LED mit 655 lm typisch bei 160mA und 25V (4W Eingangsleistung) beträgt die typische Effizienz etwa 164 lm/W. Die tatsächliche Systemeffizienz wird aufgrund von Treiberverlusten und thermischen Effekten niedriger sein.

F: Wie wähle ich das richtige Bin für mein Projekt aus?

A: Wählen Sie die CCT (X2) und den CRI (X3) basierend auf den Beleuchtungsanforderungen der Anwendung. Wählen Sie dann ein Lichtstrom-Bin (aus der Binning-Tabelle), das Ihren Helligkeitsbedarf erfüllt. Das Spannungs-Bin (6D/E/F) kann basierend auf dem Spannungsbereich Ihres Treibers ausgewählt werden.

F: Kann ich diese LED kontinuierlich mit ihrem absoluten Maximalstrom von 240mA betreiben?

A: Dies ist nur möglich, wenn das Wärmemanagement außergewöhnlich effektiv ist und die Sperrschichttemperatur deutlich unter 120°C hält. In den meisten praktischen Designs ist es sicherer, bei oder unterhalb des Teststroms von 160mA zu arbeiten, um Langlebigkeit und Effizienz zu gewährleisten. Konsultieren Sie stets die Derating-Kurve für die spezifische Umgebungstemperatur.

F: Was bedeutet "5-Schritt-MacAdam-Ellipse" für die Farbkonsistenz?

A: Es bedeutet, dass alle LEDs innerhalb dieses Bins Farbortkoordinaten haben, die so nah beieinander liegen, dass der Farbunterschied für die meisten Beobachter unter Standardbetrachtungsbedingungen nicht wahrnehmbar oder kaum wahrnehmbar ist. Eine 5-Schritt-Ellipse ist ein gängiger Industriestandard für hochwertige Farbmischung.

11. Praktische Design-Fallstudie

Betrachten Sie das Design einer hochwertigen 4000K Ra80 LED-Paneelleuchte. Der Konstrukteur wählt die T5C Serie aufgrund ihrer hohen Leistung und Konsistenz. Aus der Binning-Tabelle spezifiziert er das GN-Lichtstrom-Bin (600-650 lm min), um die Zielhelligkeit des Panels zu erreichen. Er wählt das 6E-Spannungs-Bin (24-26V), um es mit dem Ausgangsspannungsbereich seines Konstantstromtreibers abzustimmen. Eine Metallkern-Leiterplatte (MCPCB) wird mit Pads entworfen, die der Datenblattempfehlung entsprechen. Das thermische Design berechnet die erforderliche Kühlkörpergröße basierend auf der Anzahl der LEDs, dem 2,5 °C/W Rth j-sp, der erwarteten Umgebungstemperatur von 45°C und einem gewählten Betriebsstrom von 150mA (leicht unter dem Teststrom für Reserve). Der Treiber wird so ausgewählt, dass er einen stabilen 150mA-Ausgang mit einer Spannungskonformität liefert, die die Gesamtreihenspannung aller LEDs abdeckt. Dieser systematische Ansatz, basierend auf den Datenblattparametern, gewährleistet ein zuverlässiges, effizientes und konsistentes Beleuchtungsprodukt.

12. Funktionsprinzip

Eine Weiß-LED arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleitermaterial, typischerweise Indiumgalliumnitrid (InGaN) für die blaue Emission. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich und setzen Energie in Form von Photonen (blaues Licht) frei. Dieses blaue Licht trifft dann auf eine Phosphorschicht, die auf oder nahe dem Halbleiterchip aufgebracht ist. Der Phosphor absorbiert einen Teil des blauen Lichts und emittiert es als Licht über ein breiteres Spektrum, hauptsächlich im gelben und roten Bereich. Die Kombination aus dem verbleibenden blauen Licht und dem phosphorkonvertierten gelben/roten Licht führt zur Wahrnehmung von weißem Licht. Die genauen Anteile von blauem und phosphorkonvertiertem Licht bestimmen die Farbtemperatur (CCT), während die Breite und Zusammensetzung des Emissionsspektrums des Phosphors den Farbwiedergabeindex (CRI) beeinflussen.

13. Technologietrends

Die Festkörperbeleuchtungsindustrie entwickelt sich weiter mit mehreren Schlüsseltrends. Die Effizienz (Lumen pro Watt) steigt stetig durch Verbesserungen der internen Quanteneffizienz, der Lichteinkopplung und der Phosphortechnologie. Ein starker Fokus liegt auf der Verbesserung der Farbqualität, über Ra (CRI) hinaus zu Metriken wie R9 (gesättigte Rotwiedergabe) und TM-30 (Rf, Rg) für eine genauere Farbbeurteilung. Die Miniaturisierung schreitet voran und ermöglicht höhere Dichten und flexiblere Designs. Intelligente und vernetzte Beleuchtung, die Sensoren und Steuerungen integriert, wird immer verbreiteter. Darüber hinaus bleiben Zuverlässigkeit und Lebensdauer unter realen Betriebsbedingungen (einschließlich hoher Temperatur und Luftfeuchtigkeit) kritische Entwicklungsbereiche, ebenso wie das Bestreben nach nachhaltigeren Herstellungsprozessen und Materialien.