Inhaltsverzeichnis
- 1. Produktübersicht
- 2. Detaillierte Technische Parameter
- 2.1 Absolute Maximum Ratings
- 2.2 Electrical & Optical Characteristics
- 3. Erläuterung des Binning-Systems
- 3.1 Forward Voltage Binning
- 3.2 Luminous Intensity Binning
- 3.3 Dominant Wavelength Binning
- 4. Performance Curve Analysis
- 5. Mechanical & Packaging Information
- 5.1 Abmessungen des Gehäuses
- 5.2 Soldering Pad Layout & Polarity
- 5.3 Tape-and-Reel-Spezifikationen
- 6. Soldering & Assembly Guidelines
- 6.1 Reflow-Lötprofil
- 6.2 Handlöten
- 6.3 Reinigung
- 6.4 Vorsichtsmaßnahmen gegen elektrostatische Entladung (ESD)
- 7. Storage & Handling Conditions
- 8. Anwendungsvorschläge
- 8.1 Typische Anwendungsszenarien
- 8.2 Designüberlegungen
- 9. Technical Comparison & Differentiation
- 10. Frequently Asked Questions (FAQ)
- 10.1 Was ist der Unterschied zwischen Peak Wavelength und Dominant Wavelength?
- 10.2 Kann ich diese LED ohne einen strombegrenzenden Widerstand betreiben?
- 10.3 Warum gibt es ein Binning-System, und welches Bin sollte ich wählen?
- 10.4 Wie ist die Lötbedingung "260°C für 10 Sekunden" zu interpretieren?
- 11. Praktische Fallstudie zum Design
- 12. Einführung in das Technologieprinzip
- 13. Industry Trends & Developments
1. Produktübersicht
Dieses Dokument bietet umfassende technische Spezifikationen für eine seitlich abstrahlende oberflächenmontierbare LED (SMD). Das Bauteil ist für Anwendungen konzipiert, die einen weiten Betrachtungswinkel und hohe Helligkeit aus einem kompakten, seitlich emittierenden Gehäuse erfordern. Es nutzt einen InGaN (Indiumgalliumnitrid)-Halbleiterchip zur Erzeugung von grünem Licht und bietet ein ausgewogenes Verhältnis von Effizienz und Leistung, das für moderne elektronische Baugruppen geeignet ist.
Die LED ist auf 8 mm breitem Bandmaterial verpackt, das auf Spulen mit 7 Zoll Durchmesser aufgewickelt ist, wodurch sie vollständig mit den in der Serienfertigung eingesetzten Hochgeschwindigkeits-Automatikbestückungsgeräten kompatibel ist. Ihr Design entspricht der EIA (Electronic Industries Alliance)-Standardverpackung und gewährleistet so eine breite industrielle Kompatibilität.
2. Detaillierte Technische Parameter
2.1 Absolute Maximum Ratings
Die absoluten Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Diese Werte gelten bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C und dürfen unter keinen Betriebsbedingungen überschritten werden.
- Leistungsaufnahme (Pd): 76 mW. Dies ist die maximale Leistung, die das LED-Gehäuse als Wärme abführen kann, ohne seine thermischen Grenzwerte zu überschreiten.
- Spitzen-Durchlassstrom (IFP): 100 mA. Dies ist der maximal zulässige momentane Durchlassstrom, typischerweise unter Impulsbedingungen angegeben (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Impulsbreite), um eine Überhitzung des Chips zu verhindern.
- DC Forward Current (IF): 20 mA. Dies ist der empfohlene maximale Dauer-Durchlassstrom für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb.
- Operating Temperature Range: -20°C bis +80°C. Das Gerät ist für den Betrieb innerhalb dieses Umgebungstemperaturbereichs ausgelegt.
- Lagertemperaturbereich: -30°C bis +100°C. Das Gerät kann innerhalb dieser Grenzen ohne Beeinträchtigung gelagert werden.
- Bedingungen für das Infrarot-Rückflusslöten: Spitzentemperatur von 260°C für maximal 10 Sekunden. Dies definiert die Toleranz des Temperaturprofils für bleifreie Lötmontageprozesse.
2.2 Electrical & Optical Characteristics
Die typischen Betriebseigenschaften werden bei Ta=25°C und einem Vorwärtsstrom (IF) von 20 mA gemessen, sofern nicht anders angegeben. Diese Parameter definieren die erwartete Leistung unter normalen Betriebsbedingungen.
- Lichtstärke (Iv): Sie reicht von einem Minimum von 71,0 mcd bis zu einem Maximum von 450,0 mcd. Die Intensität wird mit einem Sensor gemessen, der gefiltert ist, um der CIE photopischen (menschliches Auge) Empfindlichkeitskurve zu entsprechen. Der tatsächliche Wert für eine spezifische Einheit hängt von ihrem Bin-Code ab (siehe Abschnitt 3).
- Betrachtungswinkel (2θ1/2): 130 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Wertes auf der Mittelachse (0°) abfällt. Ein großer Betrachtungswinkel von 130° macht diese LED geeignet für Hintergrundbeleuchtung und Anzeigeanwendungen, bei denen das Licht von der Seite sichtbar sein muss.
- Spitzenemissionswellenlänge (λP): 530 nm. Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsabgabe der LED ihr Maximum erreicht.
- Dominante Wellenlänge (λd): 525 nm. Dieser Wert wird aus dem CIE-Farbtafeldiagramm abgeleitet und repräsentiert die einzelne Wellenlänge, die die wahrgenommene Farbe des emittierten Lichts am besten beschreibt. Es ist eine genauere Darstellung der Farbe als die Spitzenwellenlänge.
- Spektrale Linienhalbwertsbreite (Δλ): 35 nm. Dieser Parameter gibt die spektrale Reinheit oder Bandbreite des emittierten Lichts an, gemessen als volle Breite bei halbem Maximum (FWHM) des Emissionsspektrums.
- Durchlassspannung (VF): Typischerweise 3,20 V, mit einem Bereich von 2,80 V (Min.) bis 3,60 V (Max.) bei IF=20mA. Dies ist der Spannungsabfall über der LED im Betriebszustand.
- Rückwärtsstrom (IR): 10 μA (Max.) bei einer angelegten Sperrspannung (VR) von 5V. Es ist wichtig zu beachten, dass diese LED nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt ist; dieser Test dient ausschließlich der Charakterisierung des Leckstroms.
3. Erläuterung des Binning-Systems
Um Konsistenz in der Serienfertigung zu gewährleisten, werden LEDs anhand von Schlüsselparametern in Leistungsklassen sortiert. Dies ermöglicht es Konstrukteuren, Bauteile auszuwählen, die spezifische Anforderungen an Farbe, Helligkeit und Spannung erfüllen.
3.1 Forward Voltage Binning
Die Einheiten werden anhand ihrer Durchlassspannung (VF) bei 20mA kategorisiert. Die Toleranz innerhalb jeder Klasse beträgt +/-0,1V.
- Binning-Klasse D7: VF = 2,80V - 3,00V
- Binning-Klasse D8: VF = 3,00 V - 3,20 V
- Bin D9: VF = 3,20 V - 3,40 V
- Bin D10: VF = 3.40V - 3.60V
3.2 Luminous Intensity Binning
Die Einheiten werden nach ihrer Lichtstärke (Iv) bei 20mA sortiert. Die Toleranz innerhalb jedes Bins beträgt +/-15%.
- Bin Q: Iv = 71.0 mcd - 112.0 mcd
- Bin R: Iv = 112.0 mcd - 180.0 mcd
- Bin S: Iv = 180,0 mcd - 280,0 mcd
- Bin T: Iv = 280,0 mcd - 450,0 mcd
3.3 Dominant Wavelength Binning
Die Einheiten werden anhand ihrer dominanten Wellenlänge (λd) bei 20mA kategorisiert. Die Toleranz innerhalb jedes Bins beträgt +/-1nm, was eine enge Farbkonstanz gewährleistet.
- Bin AP: λd = 520,0 nm - 525,0 nm
- Bin AQ: λd = 525,0 nm - 530,0 nm
- Bin AR: λd = 530.0 nm - 535.0 nm
Die Auswahl aus spezifischen Bins ermöglicht eine präzise Farbabstimmung und Helligkeitsgleichmäßigkeit in Multi-LED-Anwendungen, wie z.B. Displays oder Hintergrundbeleuchtungsarrays.
4. Performance Curve Analysis
Obwohl im Datenblatt auf spezifische grafische Kurven verwiesen wird (z. B. Abbildung 1 für die spektrale Verteilung, Abbildung 5 für den Betrachtungswinkel), werden hier deren typische Implikationen analysiert. Diese Kurven sind wesentlich, um das Geräteverhalten unter variierenden Bedingungen zu verstehen.
Vorwärtsstrom vs. Lichtstärke (I-Iv-Kurve): Die Lichtstärke einer LED ist direkt proportional zum Durchlassstrom und folgt typischerweise einem nahezu linearen Verhältnis innerhalb des empfohlenen Betriebsbereichs. Das Überschreiten des maximalen Gleichstroms erhöht nicht nur die Helligkeit nichtlinear, sondern erzeugt auch übermäßige Wärme, was die Lebensdauer potenziell verkürzt und die dominante Wellenlänge verschieben kann.
Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve): Die I-V-Charakteristik einer LED ist exponentiell. Ein geringer Anstieg der Spannung über die typische Durchlassspannung (z.B. 3,2 V) hinaus kann einen großen, potenziell schädlichen Stromanstieg verursachen, wenn dieser nicht durch eine Treiberschaltung oder einen Vorwiderstand ordnungsgemäß strombegrenzt wird.
Temperaturabhängigkeit: Die LED-Leistung ist temperaturabhängig. Mit steigender Sperrschichttemperatur:
- Die Lichtstärke nimmt ab. Höhere Temperaturen verringern die interne Quanteneffizienz, was bei gleichem Treiberstrom zu einer geringeren Lichtausbeute führt.
- Die Durchlassspannung nimmt ab. Die Bandlücke des Halbleiters verengt sich leicht mit der Temperatur, wodurch die für einen bestimmten Strom erforderliche Spannung verringert wird.
- Die dominante Wellenlänge verschiebt sich. Typischerweise kann sich die Wellenlänge bei grünen LEDs auf InGaN-Basis bei steigender Temperatur leicht zu längeren Wellenlängen verschieben (Rotverschiebung), was die Farbwahrnehmung beeinflusst.
5. Mechanical & Packaging Information
5.1 Abmessungen des Gehäuses
Die LED verfügt über ein seitlich strahlendes SMD-Gehäuse. Alle kritischen Abmessungen, einschließlich Gehäuselänge, -breite, -höhe und Anschlusslagen, sind in den Zeichnungen des Datenblatts mit einer allgemeinen Toleranz von ±0,10 mm (0,004") angegeben. Diese Präzision gewährleistet eine zuverlässige Platzierung und Verlötung durch automatisierte Maschinen.
5.2 Soldering Pad Layout & Polarity
Das Datenblatt enthält einen vorgeschlagenen Lötpad-Fußabdruck für das PCB-Layout. Die Einhaltung dieser Empfehlungen ist entscheidend für eine zuverlässige Lötstelle und korrekte Ausrichtung. Das Bauteil verfügt über eine Polungsmarkierung (typischerweise eine Kathodenkennzeichnung auf dem Gehäuse). Die korrekte Orientierung muss während der Montage beachtet werden, da eine angelegte Sperrspannung die LED sofort beschädigen kann.
5.3 Tape-and-Reel-Spezifikationen
Das Bauteil wird auf einer geprägten Trägerbahn mit einer Schutzdeckbahn geliefert, die auf Spulen mit einem Durchmesser von 7 Zoll (178 mm) aufgewickelt ist. Die Standardmenge pro Spule beträgt 3000 Stück. Wichtige Bahnspezifikationen umfassen Taschenteilung, Bahnbreite und Spulenabmessungen, die den ANSI/EIA-481-1-A-Standards für automatische Handhabungsgeräte entsprechen.
6. Soldering & Assembly Guidelines
6.1 Reflow-Lötprofil
Es wird ein empfohlenes Infrarot (IR)-Reflow-Profil für bleifreie (Pb-freie) Lötprozesse bereitgestellt. Zu den Schlüsselparametern gehören:
- Vorwärmzone: 150°C bis 200°C, mit einer maximalen Vorwärmzeit von 120 Sekunden, um die Platine und die Bauteile allmählich zu erwärmen, das Flussmittel zu aktivieren und thermische Schocks zu minimieren.
- Spitzentemperatur: Maximal 260°C. Das Bauteil darf keiner Temperatur oberhalb dieses Grenzwerts ausgesetzt werden.
- Zeit oberhalb der Liquidus-Temperatur (TAL): Die Zeitspanne, in der das Lot geschmolzen ist, ist entscheidend für die Lötstellenbildung. Das Profil legt ein Maximum von 10 Sekunden auf Spitzentemperatur nahe, und der Reflow-Vorgang sollte nicht öfter als zweimal durchgeführt werden.
6.2 Handlöten
Wenn Handlöten notwendig ist, muss äußerste Sorgfalt angewendet werden:
- Lötkolbentemperatur: Maximal 300°C.
- Lötzeit: Maximal 3 Sekunden pro Lötstelle.
- Frequenz: Sollte nur einmal durchgeführt werden, um thermische Belastungen des Kunststoffgehäuses und der internen Bonddrähte zu vermeiden.
6.3 Reinigung
Falls eine Reinigung nach dem Löten erforderlich ist, sollten nur spezifizierte Lösungsmittel verwendet werden, um die Kunststofflinse und das Gehäuse der LED nicht zu beschädigen. Empfohlene Reinigungsmittel sind alkoholbasiert, wie Ethylalkohol oder Isopropylalkohol (IPA). Die LED sollte bei normaler Raumtemperatur für weniger als eine Minute eingetaucht werden. Aggressive oder nicht spezifizierte chemische Reiniger müssen vermieden werden.
6.4 Vorsichtsmaßnahmen gegen elektrostatische Entladung (ESD)
LEDs sind empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD) und elektrischen Überspannungen. Handhabungsvorsichtsmaßnahmen sind zwingend erforderlich:
- Verwenden Sie beim Umgang mit Geräten ein geerdetes Handgelenkband oder antistatische Handschuhe.
- Stellen Sie sicher, dass alle Arbeitsplätze, Geräte und Werkzeuge ordnungsgemäß geerdet sind.
- Lagern und transportieren Sie Komponenten in ESD-geschützter Verpackung.
7. Storage & Handling Conditions
Eine ordnungsgemäße Lagerung ist entscheidend, um die Lötbarkeit und die Zuverlässigkeit der Bauteile zu erhalten, insbesondere für feuchtigkeitsempfindliche SMD-Gehäuse.
- Versiegelte Verpackung: LEDs in der original, ungeöffneten Feuchtigkeitssperrbeutel (mit Trockenmittel) sollten bei ≤30°C und ≤90% relativer Luftfeuchtigkeit (RL) gelagert werden. Die empfohlene Haltbarkeit unter diesen Bedingungen beträgt ein Jahr.
- Geöffnete Verpackung: Nach dem Öffnen der Feuchtigkeitssperrbeutel sollte die Lagerumgebung 30°C und 60% relative Luftfeuchtigkeit nicht überschreiten. Es wird dringend empfohlen, den IR-Reflow-Lötprozess innerhalb einer Woche nach dem Öffnen abzuschließen.
- Verlängerte Lagerung (Geöffnet): Für eine Lagerung von mehr als einer Woche sollten die Bauteile in einem verschlossenen Behälter mit frischem Trockenmittel oder in einem stickstoffgespülten Exsikkator aufbewahrt werden.
- Backen: Falls Bauteile länger als eine Woche Umgebungsbedingungen ausgesetzt waren, wird vor dem Löten ein Backprozess (ca. 60°C für mindestens 20 Stunden) empfohlen, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" (Gehäuserisse) während des Reflow-Lötens zu verhindern.
8. Anwendungsvorschläge
8.1 Typische Anwendungsszenarien
Das seitliche Emissionsprofil und der weite Betrachtungswinkel machen diese LED ideal für mehrere Anwendungen:
- Statusanzeigen auf vertikalen Bedienfeldern: Ideal für Geräte, bei denen die Leiterplatte senkrecht zur Blickrichtung des Benutzers montiert ist, wie z.B. in Netzwerkhardware, Audiomischpulten oder industriellen Steuerpaneelen.
- Edge-Lit Backlighting: Kann zur seitlichen Beleuchtung von Lichtleitern in kleinen Displays, Tastaturen oder dekorativen Panelen verwendet werden, um ein gleichmäßiges Leuchten zu erzeugen.
- Consumer Electronics: Anzeigeleuchten in Smartphones, Tablets, Laptops, Spielkonsolen und Haushaltsgeräten.
- Automobilinnenraumbeleuchtung: Für nicht-kritische Innenraumstatusleuchten, sofern die Betriebstemperatur- und Zuverlässigkeitsanforderungen erfüllt sind.
8.2 Designüberlegungen
- Strombegrenzung: Die LED sollte stets mit einer Konstantstromquelle oder einem strombegrenzenden Vorwiderstand in Reihe betrieben werden. Der Widerstandswert kann mit der Formel berechnet werden: R = (Vsupply - VF) / IF, wobei VF die typische oder maximale Durchlassspannung aus dem Datenblatt ist, um unter allen Bedingungen einen sicheren Betrieb zu gewährleisten.
- Thermomanagement: Obwohl die Verlustleistung gering ist (76 mW), gewährleistet eine ausreichende Kupferfläche um die Lötpads auf der Leiterplatte eine effektive Wärmeableitung, um die LED-Leistung und Lebensdauer zu erhalten, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen oder in geschlossenen Räumen.
- Optisches Design: Berücksichtigen Sie bei der Auslegung von Lichtleitern, Linsen oder Diffusoren den Betrachtungswinkel von 130°, um das emittierte Licht effektiv zu erfassen und zu lenken.
- ESD-Schutz: In Anwendungen, die anfällig für ESD-Ereignisse sind, sollte der Einbau von Transientenspannungsunterdrückungs-(TVS-)Dioden oder anderen Schutzschaltungen auf den LED-Treiberleitungen in Betracht gezogen werden.
9. Technical Comparison & Differentiation
Im Vergleich zu Standard-SMD-LEDs mit Top-Emission bietet diese seitlich abstrahlende Variante einen deutlichen Vorteil in Anwendungen, bei denen die Leiterplattenoberfläche begrenzt ist oder Licht horizontal ausgerichtet werden muss. Ihre Hauptunterschiede umfassen:
- Abstrahlrichtung: Die primäre Lichtabgabe erfolgt von der Seite des Gehäuses, nicht von der Oberseite.
- Großer Betrachtungswinkel: Der Betrachtungswinkel von 130° ist in der Regel größer als bei vielen Top-Emitting-LEDs und bietet ein breiteres Sichtfeld.
- Kompatibilität: Volle Kompatibilität mit standardmäßigen SMD-Montageprozessen (Reflow-Löten, Pick-and-Place) wird beibehalten, im Gegensatz zu einigen speziellen Seitenemittern, die möglicherweise manuelle Montage erfordern.
- InGaN-Technologie: Im Vergleich zu älteren Technologien wie AlInGaP für bestimmte grüne Wellenlängen bietet der Einsatz von InGaN für grünes Licht eine höhere Effizienz und bessere Leistungsstabilität.
10. Frequently Asked Questions (FAQ)
10.1 Was ist der Unterschied zwischen Peak Wavelength und Dominant Wavelength?
Peak Wavelength (λP) ist die einzelne Wellenlänge, bei der die LED die meiste optische Leistung emittiert. Dominante Wellenlänge (λd) wird aus den CIE-Farbkoordinaten berechnet und repräsentiert die wahrgenommene Farbe. Bei monochromatischen LEDs wie dieser grünen sind sie oft ähnlich, aber λd ist der relevantere Parameter für die Farbspezifikation in anwendungen, die auf die menschliche Wahrnehmung ausgerichtet sind.
10.2 Kann ich diese LED ohne einen strombegrenzenden Widerstand betreiben?
Nr. Die Durchlassspannung einer LED hat einen negativen Temperaturkoeffizienten und variiert von Bauteil zu Bauteil (wie in der Binning-Klassifizierung dargestellt). Ein direkter Anschluss an eine Spannungsquelle, selbst eine mit der typischen VF, führt zu einem unkontrollierten Stromfluss, der wahrscheinlich den absoluten Maximalwert überschreitet und das Bauteil sofort zerstört. Ein Vorwiderstand oder eine Konstantstromquelle ist zwingend erforderlich.
10.3 Warum gibt es ein Binning-System, und welches Bin sollte ich wählen?
Das Binning-System berücksichtigt natürliche Schwankungen in der Halbleiterfertigung. Es ermöglicht Ihnen, Bauteile auszuwählen, die Ihren spezifischen Anforderungen entsprechen:
- Wählen Sie einen bestimmten Dominant Wavelength-Bereich (AP, AQ, AR) für eine strenge Farbkonsistenz über mehrere LEDs in einer Anzeige hinweg.
- Wählen Sie eine höhere Luminous Intensity bin (S, T) wenn maximale Helligkeit die Priorität ist.
- Wählen Sie einen bestimmten Forward Voltage bin (D7-D10) wenn für sehr präzise Versorgungsspannungsgrenzen ausgelegt wird.
10.4 Wie ist die Lötbedingung "260°C für 10 Sekunden" zu interpretieren?
Dies bedeutet, dass während des Reflow-Lötprozesses die an den Anschlüssen oder am Gehäuse der LED gemessene Temperatur 260 °C nicht überschreiten darf. Darüber hinaus sollte die Dauer, in der die Temperatur auf oder nahe diesem Spitzenwert liegt (typischerweise innerhalb von 5-10 °C des Spitzenwerts), 10 Sekunden nicht überschreiten. Das Überschreiten dieser Grenzwerte kann das Kunststoffgehäuse, den internen Die-Attach oder die Bonddrähte beschädigen.
11. Praktische Fallstudie zum Design
Szenario: Entwurf eines Statusindikators für ein tragbares medizinisches Gerät. Die Leiterplatte ist vertikal in einem schlanken Gehäuse montiert. Der Indikator muss aus einem weiten Winkel gut sichtbar sein und eine gleichmäßige grüne Farbe aufweisen.
Implementierung:
- Komponentenauswahl: Diese seitlich abstrahlende LED wird gewählt. Um Farbkonstanz zu gewährleisten, wird im Design die Bin-Klasse AQ (dominante Wellenlänge 525-530 nm) spezifiziert. Für ausreichende Helligkeit wird die Bin-Klasse S (180-280 mcd) ausgewählt.
- Schaltungsentwurf: Das Gerät wird von der 5V-Systemspannung versorgt. Ein Vorwiderstand wird zur Sicherheit unter Verwendung der maximalen VF aus dem Datenblatt berechnet: R = (5V - 3,6V) / 0,020A = 70 Ohm. Der nächstgelegene Normwert von 68 Ohm wird gewählt, was zu einem Strom von etwa (5V - 3,2V)/68Ω ≈ 26,5mA führt. Dieser liegt leicht über dem typischen Wert von 20mA, bleibt aber innerhalb des absoluten maximalen Gleichstromwerts. Ein Kleinsignal-MOSFET kann zur Mikrocontrollersteuerung hinzugefügt werden.
- PCB-Layout: Es wird das im Datenblatt vorgeschlagene Lötflächenlayout verwendet. Zusätzliche thermische Entlastungsflächen aus Kupfer werden an Kathoden- und Anodenanschlüssen hinzugefügt, um die Wärmeableitung zu verbessern, ohne manuelle Nacharbeit zu erschweren.
- Optische Integration: Ein einfacher, spritzgegossener Lichtleiter ist dafür ausgelegt, das seitlich emittierte Licht zu einer kleinen Öffnung auf der Frontplatte des Geräts zu leiten. Der 130° Betrachtungswinkel der LED gewährleistet eine effiziente Einkopplung in den Lichtleiter.
- Montage: Die LEDs verbleiben in ihren versiegelten Beuteln, bis sie unmittelbar vor dem Einsatz benötigt werden. Die bestückte Leiterplatte wird mittels eines validierten Lötprofils reflowgelötet, das die Grenze von 260°C für 10 Sekunden einhält.
12. Einführung in das Technologieprinzip
Diese LED basiert auf InGaN (Indiumgalliumnitrid)-Halbleitertechnologie. Das Kernprinzip ist die Elektrolumineszenz. Wenn eine Vorwärtsspannung über den p-n-Übergang des Halbleiters angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-Typ-Gebiet und Löcher aus dem p-Typ-Gebiet in den aktiven Bereich (das Quantentopf) injiziert. Dort rekombinieren Elektronen mit Löchern und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt, die wiederum durch die präzise Zusammensetzung der InGaN-Legierung (das Verhältnis von Indium zu Gallium) gesteuert wird. Ein höherer Indiumanteil verschiebt die Emission im Allgemeinen zu längeren Wellenlängen (z. B. grün statt blau). Das seitlich abstrahlende Gehäuse wird erreicht, indem der Halbleiterchip seitlich im Anschlussrahmen montiert wird, sodass seine primäre Lichtemissionsfläche durch die Seite der geformten Kunststofflinse nach außen zeigt und nicht nach oben.
13. Industry Trends & Developments
Der SMD LED-Markt entwickelt sich weiter mit mehreren klaren Trends:
- Erhöhte Effizienz (lm/W): Fortschritte in der Materialwissenschaft und im Chipdesign führen zu einer höheren Lichtausbeute pro Einheit elektrischer Leistung, was den Energieverbrauch und die thermische Belastung reduziert.
- Miniaturisierung: Die Gehäuse werden weiter verkleinert (z.B. von metrischen Größen 0603 auf 0402 und 0201), wobei die optische Leistung erhalten bleibt oder verbessert wird, was dichtere und kompaktere elektronische Designs ermöglicht.
- Improved Color Consistency & Binning: Fortschritte in der epitaktischen Herstellung und Fertigungskontrolle führen zu engeren Parameterverteilungen, reduzieren den Bedarf an umfangreichem Binning und verbessern die Ausbeute.
- Higher Reliability & Lifetime: Verbesserungen bei Verpackungsmaterialien (z.B. Hochtemperaturkunststoffe, robuste Die-Attach-Materialien) und Chiptechnologie verlängern die Betriebslebensdauer und machen LEDs für anspruchsvollere Automobil-, Industrie- und Medizinanwendungen geeignet.
- Integrierte Lösungen: Zunahme von LEDs mit integrierten Treibern (Konstantstrom-ICs), Schutzfunktionen (ESD, Überspannung) oder sogar Mikrocontrollern für adressierbare RGB-Anwendungen (z.B. WS2812-Typ-LEDs).
LED-Spezifikationsterminologie
Vollständige Erklärung der LED-Fachbegriffe
Photoelektrische Leistung
| Begriff | Einheit/Darstellung | Einfache Erklärung | Warum es wichtig ist |
|---|---|---|---|
| Luminous Efficacy | lm/W (Lumen pro Watt) | Lichtausbeute pro Watt Strom, ein höherer Wert bedeutet eine höhere Energieeffizienz. | Bestimmt direkt die Energieeffizienzklasse und die Stromkosten. |
| Lichtstrom | lm (Lumen) | Gesamtes von der Lichtquelle abgegebenes Licht, allgemein als "Helligkeit" bezeichnet. | Bestimmt, ob das Licht hell genug ist. |
| Betrachtungswinkel | ° (Grad), z.B. 120° | Winkel, bei dem die Lichtintensität auf die Hälfte abfällt, bestimmt die Strahlbreite. | Beeinflusst den Beleuchtungsbereich und die Gleichmäßigkeit. |
| CCT (Farbtemperatur) | K (Kelvin), z.B. 2700K/6500K | Wärte/Kühle des Lichts, niedrigere Werte gelblich/warm, höhere weißlich/kühl. | Bestimmt die Lichtatmosphäre und geeignete Anwendungsszenarien. |
| CRI / Ra | Einheitenlos, 0–100 | Fähigkeit, Objektfarben präzise wiederzugeben, Ra≥80 ist gut. | Beeinflusst die Farbtreue, wird an anspruchsvollen Orten wie Einkaufszentren und Museen eingesetzt. |
| SDCM | MacAdam-Ellipsenschritte, z.B. "5-Schritt" | Farbkonstanzmetrik, kleinere Schritte bedeuten eine gleichmäßigere Farbe. | Gewährleistet eine einheitliche Farbe innerhalb derselben LED-Charge. |
| Dominante Wellenlänge | nm (Nanometer), z.B. 620nm (rot) | Wellenlänge, die der Farbe farbiger LEDs entspricht. | Bestimmt den Farbton von roten, gelben, grünen monochromen LEDs. |
| Spektrale Verteilung | Wellenlänge-Intensitäts-Kurve | Zeigt die Intensitätsverteilung über die Wellenlängen. | Beeinflusst die Farbwiedergabe und Qualität. |
Electrical Parameters
| Begriff | Symbol | Einfache Erklärung | Design Considerations |
|---|---|---|---|
| Forward Voltage | Vf | Minimale Spannung zum Einschalten der LED, ähnlich einem "Startschwellenwert". | Die Treiberspannung muss ≥ Vf sein, bei in Reihe geschalteten LEDs addieren sich die Spannungen. |
| Durchlassstrom | If | Stromwert für den normalen LED-Betrieb. | Usually constant current drive, current determines brightness & lifespan. |
| Maximaler Impulsstrom | Ifp | Spitzenstrom, der für kurze Zeit toleriert wird, wird für Dimmen oder Blitzen verwendet. | Pulse width & duty cycle must be strictly controlled to avoid damage. |
| Reverse Voltage | Vr | Maximale Sperrspannung, die die LED aushalten kann; eine Überschreitung kann zum Durchbruch führen. | Die Schaltung muss einen umgekehrten Anschluss oder Spannungsspitzen verhindern. |
| Thermischer Widerstand | Rth (°C/W) | Der Wärmewiderstand vom Chip zum Lot, je niedriger desto besser. | Hoher Wärmewiderstand erfordert eine stärkere Wärmeableitung. |
| ESD Immunity | V (HBM), z.B. 1000V | Fähigkeit, elektrostatische Entladungen zu widerstehen, ein höherer Wert bedeutet geringere Anfälligkeit. | Antistatische Maßnahmen sind in der Produktion erforderlich, insbesondere für empfindliche LEDs. |
Thermal Management & Reliability
| Begriff | Key Metric | Einfache Erklärung | Auswirkung |
|---|---|---|---|
| Junction Temperature | Tj (°C) | Tatsächliche Betriebstemperatur im LED-Chip. | Jede Reduzierung um 10°C kann die Lebensdauer verdoppeln; zu hohe Temperaturen verursachen Lichtabfall und Farbverschiebung. |
| Lichtstromrückgang | L70 / L80 (Stunden) | Zeit bis zum Abfall der Helligkeit auf 70 % oder 80 % des Anfangswerts. | Definiert direkt die "Lebensdauer" der LED. |
| Lumen Maintenance | % (z.B. 70%) | Prozentsatz der nach einer bestimmten Zeit erhaltenen Helligkeit. | Gibt die Helligkeitserhaltung bei langfristiger Nutzung an. |
| Farbverschiebung | Δu′v′ or MacAdam ellipse | Grad der Farbveränderung während der Nutzung. | Beeinflusst die Farbkonstanz in Beleuchtungsszenen. |
| Thermische Alterung | Materialverschlechterung | Verschlechterung aufgrund langfristiger hoher Temperaturen. | Kann zu Helligkeitsabfall, Farbveränderung oder Unterbrechungsausfall führen. |
Packaging & Materials
| Begriff | Häufige Typen | Einfache Erklärung | Features & Applications |
|---|---|---|---|
| Gehäusetyp | EMC, PPA, Keramik | Gehäusematerial schützt den Chip und bietet eine optische/thermische Schnittstelle. | EMC: gute Wärmebeständigkeit, niedrige Kosten; Keramik: bessere Wärmeableitung, längere Lebensdauer. |
| Chip-Struktur | Front, Flip Chip | Anordnung der Chipelektroden. | Flip-Chip: Bessere Wärmeableitung, höhere Effizienz, für Hochleistung. |
| Phosphor Coating | YAG, Silicate, Nitride | Überdeckt den blauen Chip, wandelt einen Teil in Gelb/Rot um und mischt zu Weiß. | Unterschiedliche Leuchtstoffe beeinflussen Effizienz, CCT und CRI. |
| Linse/Optik | Flach, Mikrolinse, TIR | Optische Struktur auf der Oberfläche zur Steuerung der Lichtverteilung. | Bestimmt den Betrachtungswinkel und die Lichtverteilungskurve. |
Quality Control & Binning
| Begriff | Binning Content | Einfache Erklärung | Zweck |
|---|---|---|---|
| Lichtstromklasse | Code z.B. 2G, 2H | Nach Helligkeit gruppiert, jede Gruppe hat minimale/maximale Lumenwerte. | Gewährleistet gleichmäßige Helligkeit in derselben Charge. |
| Spannungsbereich | Code z.B. 6W, 6X | Gruppiert nach Durchlassspannungsbereich. | Erleichtert die Treiberanpassung und verbessert die Systemeffizienz. |
| Color Bin | 5-step MacAdam ellipse | Nach Farbkoordinaten gruppiert, um einen engen Bereich sicherzustellen. | Garantiert Farbkonstanz und vermeidet ungleichmäßige Farbgebung innerhalb der Leuchte. |
| CCT Bin | 2700K, 3000K etc. | Nach CCT gruppiert, hat jede Gruppe einen entsprechenden Koordinatenbereich. | Erfüllt die CCT-Anforderungen verschiedener Szenarien. |
Testing & Certification
| Begriff | Norm/Test | Einfache Erklärung | Bedeutung |
|---|---|---|---|
| LM-80 | Lumen-Erhaltungstest | Langzeitbeleuchtung bei konstanter Temperatur, Aufzeichnung des Helligkeitsabfalls. | Wird zur Schätzung der LED-Lebensdauer verwendet (mit TM-21). |
| TM-21 | Lebensdauerabschätzungsstandard | Schätzt die Lebensdauer unter realen Bedingungen basierend auf LM-80-Daten. | Bietet wissenschaftliche Lebensdauervorhersage. |
| IESNA | Illuminating Engineering Society | Umfasst optische, elektrische und thermische Testmethoden. | Branchenweit anerkannte Testgrundlage. |
| RoHS / REACH | Umweltzertifizierung | Stellt sicher, dass keine schädlichen Stoffe (Blei, Quecksilber) enthalten sind. | Internationale Marktzugangsvoraussetzungen. |
| ENERGY STAR / DLC | Energieeffizienzzertifizierung | Energieeffizienz- und Leistungszertifizierung für Beleuchtung. | Wird in der öffentlichen Beschaffung, in Förderprogrammen verwendet und steigert die Wettbewerbsfähigkeit. |