LTW-326DSKS-5A SMD LED Datenblatt - Seitenemittierend - Weiß & Gelb - 20mA - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Die LTW-326DSKS-5A ist eine dualchipige, seitenemittierende Oberflächenmontage-LED (SMD-LED), die speziell für LCD-Hintergrundbeleuchtungsanwendungen entwickelt wurde. Diese Komponente vereint zwei verschiedene Halbleitertechnologien in einem einzigen EIA-Standardgehäuse: einen ultrahellen InGaN-Chip (Indiumgalliumnitrid) für die Weißlichtemission und einen AlInGaP-Chip (Aluminiumindiumgalliumphosphid) für die Gelblichtemission. Ihr primärer Konstruktionszweck ist die Bereitstellung einer effizienten, zuverlässigen und kompakten Kantenbeleuchtung für Flüssigkristalldisplays, bei denen Platzbeschränkungen und eine gleichmäßige Lichtverteilung entscheidend sind. Das Profil der seitenemittierenden Linse ist darauf optimiert, das Licht seitlich über die Lichtleitplatte zu lenken, eine grundlegende Voraussetzung für eine gleichmäßige Hintergrundbeleuchtung. Das Bauteil wird auf 8 mm breitem Band geliefert, das auf 7-Zoll-Spulen aufgewickelt ist, und ist somit voll kompatibel mit den in der modernen Elektronikfertigung verwendeten Hochgeschwindigkeits-Automatikbestückungsanlagen.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Belastungsgrenzen, bei deren Überschreitung dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Für den weißen InGaN-Chip ist der maximale Dauerstrom bei 20 mA spezifiziert, wobei unter gepulsten Bedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite) ein Spitzenstrom von 100 mA zulässig ist. Der gelbe AlInGaP-Chip hat denselben Dauerstromgrenzwert von 20 mA, jedoch eine niedrigere Spitzenstrombelastbarkeit von 80 mA. Die maximale Verlustleistung beträgt 72 mW für den weißen Chip und 48 mW für den gelben Chip, berechnet bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C. Diese Werte sind für das thermische Management in der Endanwendung entscheidend. Das Bauteil ist für einen Betriebstemperaturbereich von -20°C bis +80°C und einen Lagertemperaturbereich von -40°C bis +85°C ausgelegt. Eine wichtige Spezifikation für die Montage ist die Bedingung für das Infrarot-Reflow-Löten, die für eine Spitzentemperatur von 260°C über eine Dauer von 10 Sekunden ausgelegt ist und damit gängigen bleifreien Lötprofilen entspricht.

2.2 Elektrische und optische Kenngrößen

Die elektrischen und optischen Kenngrößen werden unter Standardtestbedingungen bei Ta=25°C und einem Durchlassstrom (IF) von 5 mA gemessen. Für die weiße LED liegt die Lichtstärke (Iv) zwischen einem Minimum von 28,0 mcd und einem Maximum von 112,0 mcd. Die gelbe LED hat einen niedrigeren Iv-Bereich von 7,1 mcd bis 71,0 mcd. Der typische Abstrahlwinkel (2θ1/2) beträgt für beide Farben 130 Grad, was ein breites Abstrahlmuster für eine gute Hintergrundbeleuchtungsstreuung bietet. Die Durchlassspannung (VF) beträgt typischerweise 2,55 V für Weiß (max. 3,15 V) und 2,0 V für Gelb (max. 2,4 V). Der Sperrstrom (IR) ist auf maximal 10 µA bei einer Sperrspannung (VR) von 5 V begrenzt; es ist kritisch zu beachten, dass das Bauteil nicht für den Betrieb unter Sperrspannung ausgelegt ist. Die optischen Eigenschaften der gelben LED werden weiter durch eine typische Emissionswellenlänge (λP) von 591 nm, eine dominante Wellenlänge (λd) von 590 nm und eine spektrale Halbwertsbreite (Δλ) von 15 nm definiert. Die Farbartkoordinaten betragen unter den angegebenen Testbedingungen typischerweise x=0,3, y=0,3 im CIE-1931-Diagramm.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Das Produkt verwendet ein umfassendes Binning-System, um LEDs basierend auf wichtigen Leistungsparametern zu kategorisieren und so die Konsistenz innerhalb einer Produktionscharge sicherzustellen. Dies ist für Anwendungen, die eine einheitliche Farbe und Helligkeit erfordern, unerlässlich.

3.1 Durchlassspannungs-Binning (VF) für die weiße LED

Weiße LEDs werden anhand ihrer Durchlassspannung bei IF=5 mA in drei VF-Bins (A, B, C) sortiert. Bin A umfasst 2,55 V bis 2,75 V, Bin B 2,75 V bis 2,95 V und Bin C 2,95 V bis 3,15 V. Für jedes Bin gilt eine Toleranz von ±0,1 V.

3.2 Lichtstärke-Binning (Iv)

Für weiße und gelbe LEDs existieren separate Iv-Binning-Tabellen. Für Weiß: Bin N (28,0-45,0 mcd), Bin P (45,0-71,0 mcd), Bin Q (71,0-112,0 mcd). Für Gelb: Bin K (7,10-11,2 mcd), Bin L (11,2-18,0 mcd), Bin M (18,0-28,0 mcd), Bin N (28,0-45,0 mcd), Bin P (45,0-71,0 mcd). Für jedes Intensitäts-Bin gilt eine Toleranz von ±15 %.

3.3 Farbton-Binning (Chromaticity)

Das Farbton-Binning, anwendbar auf die jeweilige LED-Farbe, verwendet die CIE-1931-Farbartkoordinaten. Es sind sechs Bins definiert (S1 bis S6), die jeweils einen viereckigen Bereich im (x, y)-Koordinatendiagramm spezifizieren. Die Koordinaten für jede Ecke dieser Vierecke sind im Datenblatt präzise aufgelistet. Für jede Farbton-Bin-Koordinate gilt eine Toleranz von ±0,01.

4. Analyse der Kennlinien

Das Datenblatt verweist auf typische elektrische und optische Kennlinien, die für das Verständnis des Bauteilverhaltens unter nicht standardmäßigen Bedingungen wesentlich sind. Obwohl die spezifischen Graphen im bereitgestellten Text nicht reproduziert sind, zeigen sie typischerweise den Zusammenhang zwischen Durchlassstrom (IF) und Durchlassspannung (VF), der nichtlinear ist und für die Treiberschaltungsauslegung entscheidend ist. Eine weitere Standardkennlinie zeigt die Lichtstärke (Iv) in Abhängigkeit vom Durchlassstrom (IF), veranschaulicht, wie sich die Ausgangsleistung mit dem Treiberstrom skaliert, und zeigt den Effizienzabfall bei höheren Strömen. Der Zusammenhang zwischen Lichtstärke und Umgebungstemperatur ist ebenfalls kritisch, da die LED-Leistung im Allgemeinen mit steigender Sperrschichttemperatur abnimmt. Für die gelbe LED würde ein spektrales Verteilungsdiagramm typischerweise die relative Intensität über der Wellenlänge zeigen, zentriert um das Maximum bei 590-591 nm, wobei die 15 nm Halbwertsbreite die Farbreinheit definiert.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Bauteilabmessungen und Pinbelegung

Die LED entspricht einem EIA-Standardgehäuse. Die seitenemittierende Linse ist ein wesentliches mechanisches Merkmal. Die Pinbelegung ist klar definiert: Pin C2 ist für den grünen/weißen InGaN-Chip und Pin C1 für den gelben AlInGaP-Chip. Alle Abmessungen in der Gehäusezeichnung sind in Millimetern angegeben, mit einer Standardtoleranz von ±0,10 mm, sofern nicht anders angegeben. Diese präzisen Abmessungsdaten sind für die Erstellung genauer PCB-Footprints und die Gewährleistung eines korrekten Sitzes in der Baugruppe erforderlich.

5.2 Vorgeschlagenes Lötpad-Design und Polarität

Das Datenblatt gibt empfohlene Lötpad-Abmessungen an, um eine zuverlässige Lötstelle und eine korrekte Ausrichtung während des Reflow-Prozesses sicherzustellen. Es zeigt auch die empfohlene Lötrichtung relativ zur Bandspulenausrichtung an, was zur Optimierung des Bestückungsprozesses beitragen kann. Die korrekte Polungserkennung während der Bestückung ist entscheidend, da eine umgekehrte Installation das Leuchten der LED verhindert.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Reflow-Lötprozess

Das Bauteil ist voll kompatibel mit Infrarot (IR)-Reflow-Lötprozessen. Der absolute Maximalwert beträgt 260°C für 10 Sekunden. Ein empfohlenes Reflow-Profil ist impliziert, das typischerweise eine Aufwärmzone, eine Temperierzone, eine Reflow-Zone mit einer kontrollierten Spitzentemperatur und Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (TAL) sowie eine kontrollierte Abkühlzone umfasst. Die Einhaltung eines Profils, das das 260°C/10s-Limit nicht überschreitet, ist entscheidend, um Schäden an der Epoxidlinse und den internen Bonddrähten der LED zu verhindern.

6.2 Reinigung und Handhabung

Die Reinigung muss mit Sorgfalt durchgeführt werden. Es dürfen nur spezifizierte Chemikalien verwendet werden. Das Datenblatt empfiehlt bei Bedarf ein Eintauchen in Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute. Nicht spezifizierte Chemikalien können das Gehäusematerial beschädigen. Ein wichtiger Hinweis zur Handhabung betont den Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD). Obwohl LEDs nicht immer als hoch ESD-empfindlich wie einige ICs angesehen werden, können sie durch statische Elektrizität und Überspannungen beschädigt werden. Es wird empfohlen, ein Erdungsarmband oder antistatische Handschuhe zu verwenden und sicherzustellen, dass alle Geräte ordnungsgemäß geerdet sind.

6.3 Lagerbedingungen

Die Lagerbedingungen unterscheiden sich je nachdem, ob die feuchtigkeitsempfindliche Verpackung versiegelt oder geöffnet ist. Solange der ursprüngliche versiegelte Beutel (mit Trockenmittel) intakt ist, sollten die LEDs bei ≤30°C und ≤90 % relativer Luftfeuchtigkeit (RH) gelagert und innerhalb eines Jahres verwendet werden. Sobald der feuchtigkeitsdichte Beutel geöffnet wurde, darf das Lagerumfeld 30°C oder 60 % RH nicht überschreiten. Es wird dringend empfohlen, Bauteile, die aus ihrer Originalverpackung entnommen wurden, innerhalb einer Woche einem IR-Reflow-Prozess zu unterziehen. Für eine längerfristige Lagerung außerhalb des Originalbeutels sollten sie in einem versiegelten Behälter mit Trockenmittel oder in einem stickstoffgespülten Exsikkator aufbewahrt werden, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern, die während des Reflow-Prozesses zu \"Popcorning\" führen kann.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Das Produkt wird im Band- und Spulenformat geliefert, das für die automatische Bestückung geeignet ist. Die Bandbreite beträgt 8 mm. Die Spulen haben einen Durchmesser von 7 Zoll und enthalten typischerweise 3000 Stück pro Spule. Für Bestellmengen, die kein Vielfaches von 3000 sind, ist eine Mindestpackmenge von 500 Stück für Restmengen festgelegt. Die Verpackung entspricht den ANSI/EIA-481-Spezifikationen. Wichtige Qualitätshinweise für die Spule sind: leere Bauteiltaschen sind mit Deckband versiegelt, und die maximale Anzahl aufeinanderfolgender fehlender Bauteile (Lampen) auf der Spule beträgt zwei.

8. Anwendungshinweise und Designüberlegungen

8.1 Zielanwendungsszenarien

Die primäre und konstruktionsbedingte Anwendung für die LTW-326DSKS-5A ist die Kantenlichtquelle für LCD-Hintergrundbeleuchtungseinheiten (BLUs) in Konsum- und Industrielektronik. Dazu gehören Monitore, Fernseher, Laptop-Displays, Instrumententafeln und Beschilderungen. Die seitenemittierende Linse ist speziell dafür ausgelegt, Licht effizient in die Kante einer Lichtleitplatte (LGP) einzukoppeln, die das Licht dann mithilfe von Mikrostrukturen oder Streumustern gleichmäßig über die Anzeigefläche verteilt.

8.2 Schaltungsdesign-Überlegungen

Konstrukteure müssen geeignete strombegrenzende Mechanismen implementieren, da LEDs stromgesteuerte Bauteile sind. Ein einfacher Vorwiderstand ist für Niedrigstromanwendungen üblich, aber Konstantstromtreiber werden für bessere Stabilität und Langlebigkeit empfohlen, insbesondere wenn Helligkeitsgleichmäßigkeit entscheidend ist. Die Schaltung muss die absoluten Maximalwerte für Durchlassstrom, Sperrspannung und Verlustleistung einhalten. Das thermische Management ist ebenfalls wichtig; während das Gehäuse selbst Wärme abführt, kann eine ausreichende PCB-Kupferfläche oder thermische Durchkontaktierungen dazu beitragen, eine niedrigere Sperrschichttemperatur aufrechtzuerhalten, was die Lichtausbeute und die Bauteillebensdauer erhält.

8.3 Optische Designüberlegungen

Der 130-Grad-Abstrahlwinkel muss im optischen Design des Lichtleit- und Streusystems berücksichtigt werden. Der Abstand von der LED-Emissionsfläche zur Kante der Lichtleitplatte sowie die Verwendung von reflektierendem Band um die LED können die Kopplungseffizienz und die Bildung von Hotspots erheblich beeinflussen. Die Verwendung einer zweifarbigen LED (weiß und gelb) in diesem Gehäuse deutet auf Anwendungen hin, bei denen Farbmischung oder spezifische Farbtemperatureinstellung erforderlich sein könnten, gesteuert durch unabhängiges Ansteuern der beiden Chips.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Das wichtigste Unterscheidungsmerkmal dieser Komponente ist ihre seitenemittierende Linsengeometrie kombiniert mit einer Dual-Chip-Konfiguration (weiß/gelb) in einem standardmäßigen SMD-Footprint. Im Vergleich zu top-emittierenden LEDs sind Seitenemitter von Natur aus besser für kantenbeleuchtete Hintergrundbeleuchtungsanwendungen geeignet, da sie das Licht in die Ebene der Lichtleitplatte und nicht senkrecht dazu lenken, was optische Verluste reduziert. Die Integration von zwei Farben ermöglicht Designflexibilität, die in einzelfarbigen seitenemittierenden Gehäusen nicht verfügbar ist. Die Verwendung von InGaN für Weiß und AlInGaP für Gelb repräsentiert zuverlässige Standard-Halbleitertechnologien für diese jeweiligen Farben und bietet gute Effizienz und Stabilität.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Kann ich den weißen und den gelben Chip gleichzeitig mit ihrem maximalen Dauerstrom von jeweils 20 mA betreiben?

A: Ja, aber Sie müssen die gesamte Verlustleistung berücksichtigen. Der weiße Chip verbraucht bis zu 72 mW und der gelbe bis zu 48 mW, insgesamt also 120 mW. Das thermische Design der Leiterplatte muss diese kombinierte Wärmelast bewältigen.

F: Was ist der Zweck der Binning-Codes?

A: Binning stellt elektrische und optische Konsistenz sicher. Für eine gleichmäßige Hintergrundbeleuchtung würden Sie typischerweise LEDs aus denselben Iv- und Farbton-Bins spezifizieren, um sichtbare Helligkeits- oder Farbvariationen über das Display hinweg zu vermeiden.

F: Das Datenblatt erwähnt einen \"Spitzen-Durchlassstrom\"-Wert. Kann ich diesen für PWM-Dimmung verwenden?

A: Ja, der Spitzenstromwert (100 mA für Weiß, 80 mA für Gelb bei 1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Puls) erlaubt ein kurzes Übersteuern, das in bestimmten PWM-Dimmungsschemata verwendet werden kann, um einen größeren dynamischen Bereich zu erreichen. Der zeitliche Mittelwert des Stroms muss jedoch weiterhin den Dauerstromgrenzwert einhalten, und die Treiberschaltung muss sorgfältig ausgelegt sein, um saubere, schnelle Stromimpulse zu liefern.

F: Wie kritisch ist die 1-Wochen-Reflow-Frist nach dem Öffnen der Feuchtigkeitssperrbeutel?

A: Es handelt sich um eine dringende Empfehlung, um feuchtigkeitsbedingte Defekte zu verhindern. Wird die Frist überschritten, sollten die LEDs vor dem Reflow gemäß dem entsprechenden Feuchtigkeitssensitivitätslevel (MSL)-Profil getrocknet werden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen.

11. Praktisches Anwendungsbeispiel

Ein typischer Anwendungsfall ist ein 7-Zoll-Industrie-Touchscreen-Display. Das Design erfordert eine kantenbeleuchtete Hintergrundbeleuchtung mit hoher Gleichmäßigkeit und einer spezifischen Farbtemperatur. Der Ingenieur wählt die LTW-326DSKS-5A-LED. Er entwirft eine Leiterplatte mit 12 LEDs entlang der Unterkante des Displaygehäuses. Das Lötpad-Layout folgt den im Datenblatt vorgeschlagenen Abmessungen. Ein Konstantstrom-Treiber-IC wird ausgewählt, um jedem LED-String einen stabilen Strom von 5 mA bereitzustellen. Um den gewünschten Weißpunkt von 4500 K zu erreichen, entscheidet sich der Konstrukteur, nur die weißen InGaN-Chips anzusteuern. Er spezifiziert alle LEDs aus Farbton-Bin S3 und Lichtstärke-Bin P, um Farb- und Helligkeitskonsistenz sicherzustellen. Während der Montage wird die Band- und Spulenverpackung mit einer automatischen Bestückungsmaschine verwendet. Die Platine durchläuft einen bleifreien Reflow-Prozess mit einer sorgfältig unter 260°C kontrollierten Spitzentemperatur. Nach der Montage werden die Lichtleitplatte und die optischen Folien obenauf montiert, was zu einer hellen, gleichmäßigen Hintergrundbeleuchtung für das LCD führt.

12. Einführung in das Technologieprinzip

Das Bauteil arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in Halbleitermaterialien. Wenn eine Durchlassspannung über den p-n-Übergang des LED-Chips angelegt wird, werden Elektronen und Löcher in den aktiven Bereich injiziert, wo sie rekombinieren. Diese Rekombination setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt. Der InGaN-Chip hat eine größere Bandlücke, die für die Emission von blauem Licht ausgelegt ist. Dieses blaue Licht regt dann eine Phosphorbeschichtung im Gehäuse an, die einen Teil des blauen Lichts zu längeren Wellenlängen (gelb, rot) konvertiert, was zur Wahrnehmung von weißem Licht führt – eine Methode, die als phosphorkonvertiertes Weiß bekannt ist. Der AlInGaP-Chip hat eine schmalere Bandlücke und emittiert direkt Licht im gelben/bernsteinfarbenen Bereich des Spektrums, ohne Phosphorkonvertierung. Die seitenemittierende Linse besteht aus geformtem Epoxid oder Silikon, das das Lichtaustrittsmuster formt.

13. Branchentrends und Entwicklungen

Der Trend bei der Hintergrundbeleuchtung für LCDs, insbesondere in der Unterhaltungselektronik, geht hin zu Miniaturisierung und höherer Effizienz. Dies treibt die Entwicklung von LEDs mit höherer Lichtausbeute (mehr Lumen pro Watt) voran, was weniger LEDs oder niedrigere Treiberströme ermöglicht, um dieselbe Helligkeit zu erreichen, Energie spart und Wärme reduziert. Es gibt auch einen Trend zu besserer Farbraumabdeckung, oft unter Verwendung von LEDs mit schmaleren Emissionsspektren oder der Kombination mehrerer Primärfarben (RGB). Während dieses spezifische Produkt eine Weiß+Gelb-Kombination verwendet, könnten andere Lösungen blaue LED + roten Phosphor oder mehrere monochromatische Chips verwenden. Für sehr dünne Displays bleibt die präzise optische Kopplung der seitenemittierenden LED mit immer dünneren Lichtleitplatten eine zentrale technische Herausforderung. Darüber hinaus stellt der Aufstieg direkt beleuchteter Mini-LED-Hintergrundbeleuchtungen, die Arrays sehr kleiner top-emittierender LEDs hinter dem Panel verwenden, einen alternativen technologischen Weg für High-Dynamic-Range (HDR)-Displays dar, obwohl kantenbeleuchtete Lösungen wie die, die diese LED ermöglicht, für kosten- und platzsensitive Anwendungen dominant bleiben.