Inhaltsverzeichnis
- 1. Produktübersicht
- 1.1 Merkmale
- 1.2 Zielanwendungen
- 2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation
- 2.1 Absolute Maximalwerte
- 2.2 Elektro-optische Kenngrößen
- 2.3 Thermische Betrachtungen
- 3. Erklärung des Binning-Systems
- 3.1 Lichtstärke (IV) Binning
- 4. Analyse der Kennlinien
- 4.1 Strom-Spannungs-Kennlinie (I-V)
- 4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom
- 4.3 Temperaturabhängigkeit
- 4.4 Spektrale Verteilung
- 5. Mechanische und Gehäuseinformationen
- 5.1 Gehäuseabmessungen
- 5.2 Empfohlenes PCB-Pad-Layout
- 5.3 Polaritätskennzeichnung
- 6. Löt- und Montagerichtlinien
- 6.1 IR-Reflow-Lötparameter
- 6.2 Handlöten (falls erforderlich)
- 6.3 Reinigung
- 6.4 Lagerung und Handhabung
- 7. Verpackungs- und Bestellinformationen
- 7.1 Band- und Spulenspezifikationen
- 8. Anwendungsempfehlungen
- 8.1 Typische Anwendungsschaltungen
- 8.2 Designüberlegungen
- 9. Technischer Vergleich und Differenzierung
- 10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)
- 11. Praktischer Design- und Anwendungsfall
- 12. Einführung in das Funktionsprinzip
1. Produktübersicht
Dieses Dokument enthält die vollständigen technischen Spezifikationen für die LTST-C170KDKT, eine oberflächenmontierbare (SMD) LED-Lampe. Diese Komponente gehört zu einer Familie von LEDs, die für die automatisierte Leiterplattenbestückung (PCB) konzipiert sind und ein kompaktes Format bieten, das ideal für platzbeschränkte Anwendungen ist. Die LED nutzt einen Ultra-Hell-Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AllnGaP)-Halbleiterchip zur Erzeugung von rotem Licht, eingekapselt in einem wasserklaren Linsengehäuse. Ihr Design priorisiert die Kompatibilität mit modernen Hochvolumen-Fertigungsprozessen.
1.1 Merkmale
- Konform mit der RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe).
- Hohe Helligkeit durch AllnGaP-Chip-Technologie.
- Verpackt auf 8-mm-Trägerband, aufgewickelt auf 7-Zoll-Durchmesser-Spulen für automatisierte Bestückungsgeräte.
- Standard-EIA (Electronic Industries Alliance) Gehäuse-Footprint.
- Eingang kompatibel mit Standard-IC-Logikpegeln.
- Konzipiert für den Einsatz mit automatischen Bestückungssystemen.
- Widersteht Infrarot (IR)-Reflow-Lötprozessen, essenziell für bleifreie (Pb-free) Montage.
1.2 Zielanwendungen
Die LTST-C170KDKT eignet sich für ein breites Spektrum elektronischer Geräte, die zuverlässige, kompakte Statusanzeigen oder Hintergrundbeleuchtung erfordern. Wichtige Anwendungsbereiche sind:
- Telekommunikationsgeräte:Statusanzeigen in Schnurlostelefonen, Mobiltelefonen und Netzwerksystem-Hardware.
- Computergeräte:Hintergrundbeleuchtung für Tastaturen und Keypads in Notebooks und anderen tragbaren Elektronikgeräten.
- Konsumenten- & Industrieelektronik:Kontrollleuchten in Haushaltsgeräten, Büroautomationsausrüstung und industriellen Steuerungssystemen.
- Display & Beschilderung:Mikrodisplays und schwache Beleuchtung für Innenraum-Signal- oder Symbolleuchten.
2. Technische Parameter: Detaillierte objektive Interpretation
Die Leistung der LED wird durch eine Reihe von absoluten Maximalwerten und Standardbetriebskennlinien definiert. Das Verständnis dieser Parameter ist entscheidend für einen zuverlässigen Schaltungsentwurf und die langfristige Geräteleistung.
2.1 Absolute Maximalwerte
Diese Werte stellen die Belastungsgrenzen dar, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden an der LED führen kann. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert. Alle Werte gelten bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C.
- Verlustleistung (Pd):50 mW. Die maximale Gesamtleistung, die das Bauteil als Wärme abführen kann.
- Spitzen-Durchlassstrom (IFP):40 mA. Dies ist der maximal zulässige momentane Durchlassstrom, typischerweise unter gepulsten Bedingungen angegeben (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Pulsbreite), um Überhitzung zu verhindern.
- Dauer-Durchlassstrom (IF):20 mA. Der maximale Gleichstrom, der kontinuierlich angelegt werden kann.
- Sperrspannung (VR):5 V. Das Anlegen einer Sperrspannung über diesem Wert kann zum Sperrschichtdurchbruch führen.
- Betriebstemperaturbereich:-30°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich, für den das Bauteil ausgelegt ist.
- Lagertemperaturbereich:-40°C bis +85°C.
- Infrarot-Lötbedingung:Widersteht einer Spitzentemperatur von 260°C für maximal 10 Sekunden während des Reflow-Lötens.
2.2 Elektro-optische Kenngrößen
Diese Parameter definieren die typische Leistung der LED unter Standardtestbedingungen (Ta=25°C, IF=10mA, sofern nicht anders angegeben).
- Lichtstärke (IV):2,8 - 28,0 mcd (Millicandela). Dies ist die wahrgenommene Helligkeit der Lichtausgabe, gemessen durch einen Sensor, der auf die photopische Reaktion des menschlichen Auges (CIE-Kurve) gefiltert ist. Der große Bereich zeigt an, dass ein Binning-System verwendet wird (siehe Abschnitt 3).
- Abstrahlwinkel (2θ1/2):130 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte des auf der Achse (0°) gemessenen Wertes abfällt. Ein 130°-Winkel zeigt ein breites, diffuses Abstrahlmuster an, das für großflächige Beleuchtung geeignet ist.
- Spitzen-Emissionswellenlänge (λP):650 nm (typisch). Die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsabgabe maximal ist.
- Dominante Wellenlänge (λd):630 - 645 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die vom menschlichen Auge wahrgenommen wird und die Farbe (Rot) der LED definiert, abgeleitet aus den CIE-Farbortkoordinaten.
- Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):20 nm (typisch). Die Bandbreite des emittierten Spektrums, gemessen bei halber Maximalintensität (Full Width at Half Maximum - FWHM).
- Durchlassspannung (VF):1,6 - 2,4 V. Der Spannungsabfall über der LED bei einem Betriebsstrom von 10mA. Dieser Bereich berücksichtigt normale Fertigungstoleranzen in der Halbleitersperrschicht.
- Sperrstrom (IR):10 μA (max). Der kleine Leckstrom, der fließt, wenn die maximale Sperrspannung (5V) angelegt wird.
2.3 Thermische Betrachtungen
Obwohl nicht explizit in einem separaten thermischen Widerstandsparameter detailliert, sind die Verlustleistung (50mW) und der Betriebstemperaturbereich (-30°C bis +85°C) die primären thermischen Grenzen. Das Überschreiten der maximalen Sperrschichttemperatur, die indirekt durch diese Werte begrenzt wird, verringert die Lichtausbeute und Lebensdauer. Für Anwendungen nahe dem Maximalstrom wird ein ausreichendes PCB-Layout zur Wärmeableitung empfohlen.
3. Erklärung des Binning-Systems
Um eine gleichbleibende Helligkeit in Endprodukten zu gewährleisten, werden LEDs basierend auf ihrer gemessenen Lichtstärke sortiert (gebinned). Die LTST-C170KDKT verwendet das folgende Bin-Code-System für ihre rote Ausgabe.
3.1 Lichtstärke (IV) Binning
Die Lichtstärke wird bei einem Durchlassstrom von 10mA gemessen. Die Bins sind wie folgt definiert, mit einer Toleranz von ±15% innerhalb jedes Bins.
- Bin H:2,8 mcd (Min) bis 4,5 mcd (Max)
- Bin J:4,5 mcd bis 7,1 mcd
- Bin K:7,1 mcd bis 11,2 mcd
- Bin L:11,2 mcd bis 18,0 mcd
- Bin M:18,0 mcd bis 28,0 mcd
Dieses System ermöglicht es Konstrukteuren, den passenden Helligkeitsgrad für ihre Anwendung auszuwählen und Kosten und Leistung abzuwägen. Beispielsweise könnte eine Hochhelligkeitsanzeige Bin M erfordern, während eine weniger kritische Statusleuchte Bin H oder J verwenden könnte.
4. Analyse der Kennlinien
Während spezifische grafische Kurven im Datenblatt referenziert werden (z.B. Abbildung 1 für spektrale Ausgabe, Abbildung 5 für Abstrahlwinkelmuster), werden ihre allgemeinen Implikationen unten basierend auf dem Standard-LED-Verhalten und den angegebenen Parametern beschrieben.
4.1 Strom-Spannungs-Kennlinie (I-V)
Der Durchlassspannungsbereich (VF) von 1,6V bis 2,4V bei 10mA ist typisch für eine rote AllnGaP-LED. Die I-V-Kurve ist exponentiell, wie bei einer Standarddiode. Unterhalb der Schwellenspannung (für dieses Material etwa 1,4-1,5V) fließt sehr wenig Strom. Oberhalb dieser Schwelle steigt der Strom bei einer kleinen Spannungserhöhung schnell an. Deshalb müssen LEDs mit einem strombegrenzenden Mechanismus (Widerstand oder Konstantstromquelle) betrieben werden und nicht direkt mit einer Spannungsquelle.
4.2 Lichtstärke vs. Durchlassstrom
Die Lichtausgabe (Lichtstärke) ist über einen signifikanten Bereich annähernd proportional zum Durchlassstrom. Der Betrieb der LED bei ihrem maximalen Dauerstrom (20mA) würde typischerweise etwa die doppelte Lichtstärke erzeugen, die unter der Standardtestbedingung von 10mA gemessen wird, obwohl der Wirkungsgrad bei höheren Strömen aufgrund von Erwärmung leicht abnehmen kann.
4.3 Temperaturabhängigkeit
Die LED-Leistung ist temperaturabhängig. Mit steigender Sperrschichttemperatur:
- Durchlassspannung (VF):Sinkt. Dies hat einen negativen Temperaturkoeffizienten.
- Lichtstärke (IV):Sinkt. Höhere Temperaturen verringern den internen Quantenwirkungsgrad des Halbleiters, was zu geringerer Lichtausgabe bei gleichem Betriebsstrom führt.
- Dominante Wellenlänge (λd):Kann sich leicht verschieben, typischerweise zu längeren Wellenlängen (Rotverschiebung) mit steigender Temperatur.
4.4 Spektrale Verteilung
Die spektrale Ausgabe ist durch eine Spitzenwellenlänge von 650nm und eine dominante Wellenlänge zwischen 630-645nm gekennzeichnet. Die spektrale Halbwertsbreite von 20nm zeigt eine relativ reine, gesättigte rote Farbe im Vergleich zu breitbandigeren Lichtquellen wie Glühlampen. Die schmale Bandbreite ist charakteristisch für Direkthalbleiter-Emitter wie AllnGaP.
5. Mechanische und Gehäuseinformationen
5.1 Gehäuseabmessungen
Die LED entspricht einem standardmäßigen EIA-SMD-Gehäuseumriss. Alle kritischen Abmessungen für das PCB-Footprint-Design und die Bauteilplatzierung sind in den Datenblattzeichnungen angegeben, mit einer Standardtoleranz von ±0,1mm, sofern nicht anders angegeben. Das Gehäuse verfügt über eine wasserklare Linse, die das Licht nicht streut, was zu dem inhärenten breiten 130°-Abstrahlwinkelmuster des Chips führt.
5.2 Empfohlenes PCB-Pad-Layout
Ein empfohlenes Land Pattern (Lötpad-Geometrie) für die Leiterplatte wird bereitgestellt, um eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung während des Reflow zu gewährleisten. Die Einhaltung dieser Empfehlung fördert gute Benetzung, mechanische Festigkeit und korrekte Ausrichtung des Bauteils. Das Pad-Design berücksichtigt den notwendigen Lötfillet und verhindert Tombstoning (Aufrichten des Bauteils auf einer Seite während des Reflow).
5.3 Polaritätskennzeichnung
Das Datenblatt enthält Markierungen oder Diagramme, die die Anode- und Kathodenanschlüsse anzeigen. Die korrekte Polarität ist für den Betrieb essenziell. Das Anlegen einer Sperrspannung über der 5V-Nennspannung kann zu sofortigem Ausfall führen.
6. Löt- und Montagerichtlinien
6.1 IR-Reflow-Lötparameter
Die LED ist für bleifreie (Pb-free) Lötprozesse qualifiziert. Die Schlüsselparameter sind:
- Vorwärmtemperatur:150°C bis 200°C.
- Vorwärmzeit:Maximal 120 Sekunden, um die Baugruppe allmählich zu erwärmen und das Lotpasten-Flussmittel zu aktivieren.
- Spitzen-Reflow-Temperatur:Maximal 260°C. Das Bauteil kann diese Temperatur für eine begrenzte Zeit aushalten.
- Zeit oberhalb Liquidus (bei Spitzentemperatur):Maximal 10 Sekunden. Das Bauteil sollte nicht länger als diese Dauer der Spitzentemperatur ausgesetzt sein. Maximal zwei Reflow-Zyklen sind erlaubt.
6.2 Handlöten (falls erforderlich)
Falls manuelle Reparatur erforderlich ist:
- Lötkolbentemperatur:Maximal 300°C.
- Kontaktzeit:Maximal 3 Sekunden pro Lötstelle.
- Begrenzung:Nur ein Handlötzyklus pro Lötstelle ist erlaubt, um die thermische Belastung des Gehäuses zu minimieren.
6.3 Reinigung
Falls eine Nachlötreinigung erforderlich ist, sollten nur spezifizierte Lösungsmittel verwendet werden, um das Kunststoffgehäuse nicht zu beschädigen. Empfohlene Mittel sind Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur. Die LED sollte weniger als eine Minute eingetaucht werden. Nicht spezifizierte chemische Reiniger müssen vermieden werden.
6.4 Lagerung und Handhabung
- ESD-Vorsichtsmaßnahmen (Elektrostatische Entladung):Die LED ist empfindlich gegenüber statischer Elektrizität. Die Handhabung sollte unter Verwendung von antistatischen Maßnahmen wie Erdungsarmbändern, geerdeten Arbeitsplätzen und leitfähigem Schaumstoff erfolgen.
- Feuchtigkeitsempfindlichkeitsstufe (MSL):Das Bauteil ist mit MSL 2a bewertet. Das bedeutet, dass nach dem Öffnen der original feuchtigkeitsdichten Barrieretüte die Komponenten innerhalb von 672 Stunden (28 Tagen) unter Werkshallenbedingungen (<30°C / 60% r.F.) gelötet werden müssen.
- Erweiterte Lagerung (außerhalb der Tüte):Für Lagerung über 672 Stunden hinaus sollten die Komponenten in einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder in einer Stickstoffatmosphäre aufbewahrt werden. Bei Überschreitung der Grenze ist vor dem Löten ein Ausheizen bei etwa 60°C für mindestens 20 Stunden erforderlich, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und \"Popcorning\" (Gehäuserissbildung während des Reflow) zu verhindern.
- Lagerung in Originalverpackung:Ungeöffnete Spulen sollten bei 30°C oder weniger und 90% relativer Luftfeuchtigkeit oder weniger gelagert werden, mit einer empfohlenen Haltbarkeit von einem Jahr ab dem Datumscode.
7. Verpackungs- und Bestellinformationen
7.1 Band- und Spulenspezifikationen
Die LEDs werden in industrieüblicher geprägter Trägerbandverpackung für die automatisierte Montage geliefert.
- Bandbreite:8 mm.
- Spulendurchmesser:7 Zoll.
- Stückzahl pro Spule:3000 Stück.
- Mindestbestellmenge (MOQ) für Restposten:500 Stück.
- Deckband:Leere Komponententaschen sind mit einem Deckband versiegelt.
- Fehlende Komponenten:Die maximale Anzahl aufeinanderfolgender fehlender LEDs im Band beträgt zwei, gemäß ANSI/EIA-481-Standards.
8. Anwendungsempfehlungen
8.1 Typische Anwendungsschaltungen
Eine LED ist ein stromgesteuertes Bauteil. Die grundlegendste und zuverlässigste Ansteuerungsmethode ist die Verwendung eines Reihenstrombegrenzungswiderstands, wie im Datenblatt in \"Schaltung A\" gezeigt. Für eine Versorgungsspannung VCCwird der Widerstandswert R berechnet als: R = (VCC- VF) / IF. Die Verwendung des maximalen VF(2,4V) für die Berechnung stellt sicher, dass der Strom den gewünschten IFnicht überschreitet, selbst mit einem Teil mit niedrigem VF. Für mehrere LEDs wird dringend empfohlen, für jede parallel geschaltete LED einen separaten Widerstand zu verwenden, um eine gleichmäßige Helligkeit zu gewährleisten, da die Durchlassspannung zwischen einzelnen Bauteilen variieren kann.
8.2 Designüberlegungen
- Stromeinstellung:Betrieb bei oder unterhalb des maximalen DC-Stroms von 20mA. Für längere Lebensdauer und geringeren Stromverbrauch sind oft 10mA oder sogar 5mA ausreichend, insbesondere für Anzeigezwecke.
- Wärmeableitung:Für Dauerbetrieb bei hohem Strom muss das PCB-Layout die Wärmeableitung vom thermischen Pad der LED (falls vorhanden) oder den Lötstellen ermöglichen.
- Optisches Design:Der 130°-Abstrahlwinkel bietet eine breite Abdeckung. Für fokussierteres Licht können externe Linsen oder Lichtleiter erforderlich sein.
- Dimmung:Die Helligkeit kann über Pulsweitenmodulation (PWM) gesteuert werden, wobei die LED mit einer Frequenz schneller als das Auge wahrnehmen kann (typisch >100Hz) ein- und ausgeschaltet wird. Der mittlere Strom und damit die wahrgenommene Helligkeit wird durch das Tastverhältnis gesteuert. Dies ist effizienter und bietet eine bessere Farbstabilität als analoge (DC-) Dimmung.
9. Technischer Vergleich und Differenzierung
Die Hauptunterscheidungsmerkmale der LTST-C170KDKT sind ihre Kombination aus Technologie und Gehäuse:
- AllnGaP-Chip vs. andere Technologien:Im Vergleich zu älteren GaAsP (Galliumarsenidphosphid)-roten LEDs bietet AllnGaP eine deutlich höhere Lichtausbeute (mehr Lichtausgabe pro Einheit elektrischer Leistung) und bessere Temperaturstabilität. Dies führt zu hellerer, konsistenterer Leistung.
- Breiter Abstrahlwinkel:Der 130°-Winkel ist deutlich breiter als bei vielen SMD-LEDs, die für gerichteteres Licht ausgelegt sind. Dies macht sie hervorragend für Anwendungen geeignet, die breite, gleichmäßige Ausleuchtung anstelle eines fokussierten Strahls erfordern.
- Fertigungskompatibilität:Volle Kompatibilität mit IR-Reflow und automatisierter Bestückung macht sie zu einer kosteneffektiven Wahl für moderne, hochvolumige Oberflächenmontage-Fertigungslinien, im Gegensatz zu Durchsteck-LEDs, die manuelles oder Wellenlöten erfordern.
10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)
F1: Kann ich diese LED direkt von einem 3,3V- oder 5V-Mikrocontroller-Pin ansteuern?
A1: Nein. Sie müssen immer einen Reihenstrombegrenzungswiderstand verwenden. Direkter Anschluss würde versuchen, übermäßigen Strom zu ziehen und könnte sowohl die LED als auch den Mikrocontroller-Ausgangspin beschädigen. Berechnen Sie den Widerstandswert wie in Abschnitt 8.1 beschrieben.
F2: Was bedeutet der Lichtstärke-Bin-Code (H, J, K, L, M) für mein Design?
A2: Er definiert den Helligkeitsbereich. Wenn Ihr Design eine Mindesthelligkeit zur Erfüllung einer Spezifikation erfordert (z.B. für Lesbarkeit bei Sonnenlicht), müssen Sie ein Bin auswählen, das diese Mindesthelligkeit garantiert (z.B. Bin M für die höchste Helligkeit). Für nicht-kritische Anzeigen kann ein niedrigeres Bin kosteneffektiver sein.
F3: Das Datenblatt zeigt eine maximale Löttemperatur von 260°C, aber meine Platine hat andere Komponenten, die 250°C erfordern. Ist das in Ordnung?
A3: Ja. Die 260°C-Bewertung ist ein maximaler Belastungswert. Ein Profil mit einer niedrigeren Spitzentemperatur (z.B. 250°C) ist vollkommen akzeptabel und setzt die LED einer geringeren thermischen Belastung aus, was der Zuverlässigkeit zugutekommt.
F4: Wie lange hält die LED?
A4: Die LED-Lebensdauer ist typischerweise als der Punkt definiert, an dem die Lichtausgabe auf 50% oder 70% ihres Anfangswerts abfällt (L70/L50). Obwohl in diesem Basisdatenblatt nicht spezifiziert, haben AllnGaP-LEDs im Allgemeinen sehr lange Lebensdauern (Zehntausende von Stunden), wenn sie innerhalb ihrer Nennwerte betrieben werden, insbesondere unterhalb des Maximalstroms und mit gutem thermischen Management.
11. Praktischer Design- und Anwendungsfall
Fall: Entwurf eines Statusanzeigepanels für einen Netzwerkrouter
Ein Designer benötigt mehrere rote Status-LEDs für \"Strom\", \"Internet\", \"Wi-Fi\" und \"Ethernet\" Anzeigen auf einem Consumer-Router. Die LTST-C170KDKT ist eine ausgezeichnete Wahl.
- Schaltungsentwurf:Der Router verwendet eine 3,3V-Schiene. Ziel ist ein konservativer Betriebsstrom von 10mA unter Verwendung des maximalen VFvon 2,4V für eine Sicherheitsmarge: R = (3,3V - 2,4V) / 0,010A = 90 Ohm. Der nächstgelegene Standardwert von 91 Ohm wird gewählt. Ein separater 91-Ohm-Widerstand wird für jede der vier LEDs verwendet.
- Helligkeitskonsistenz:Durch die Verwendung individueller Widerstände verursachen Schwankungen im VFjeder LED (z.B. eine ist 1,8V, eine andere 2,2V) keine signifikanten Helligkeitsunterschiede, da der Strom durch jede LED unabhängig durch ihren Widerstand eingestellt wird.
- Montage:Die LEDs werden unter Verwendung des empfohlenen Pad-Layouts auf der PCB platziert. Die gesamte Platine durchläuft einen standardmäßigen bleifreien IR-Reflow-Prozess mit einer Spitzentemperatur von 245°C, was gut innerhalb der Bauteilbewertung liegt.
- Ergebnis:Das Panel bietet eine gleichmäßige, helle rote Statusanzeige mit hoher Zuverlässigkeit und nutzt den breiten Abstrahlwinkel der LED, um aus verschiedenen Blickwinkeln sichtbar zu sein.
12. Einführung in das Funktionsprinzip
Leuchtdioden (LEDs) sind Halbleiterbauelemente, die elektrische Energie direkt in Licht umwandeln, durch einen Prozess namens Elektrolumineszenz. Das Herzstück der LTST-C170KDKT ist ein Chip aus Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AllnGaP). Dieses Material ist ein Direkthalbleiter. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich über die Sperrschicht injiziert. Wenn diese Ladungsträger im aktiven Bereich der Sperrschicht rekombinieren, setzen sie Energie frei. In einem Indirekthalbleiter wird diese Energie hauptsächlich als Wärme freigesetzt. In einem Direkthalbleiter wie AllnGaP wird ein erheblicher Teil dieser Energie als Photonen (Lichtteilchen) freigesetzt. Die spezifische Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts wird durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt, die während des Kristallwachstumsprozesses für die Erzeugung von rotem Licht (~650nm Spitze) ausgelegt ist. Das wasserklare Epoxidharzgehäuse verkapselt und schützt den empfindlichen Halbleiterchip, und seine Kuppelform hilft, das Licht effizient auszukoppeln, was zum breiten Abstrahlwinkel beiträgt.
13. Technologietrends
Das Gebiet der LED-Technologie entwickelt sich weiter, angetrieben durch die Nachfrage nach höherer Effizienz, niedrigeren Kosten und neuen Anwendungen. Für Anzeige-LEDs wie die LTST-C170KDKT sind mehrere Trends relevant:
- Erhöhte Effizienz:Laufende Materialforschung zielt darauf ab, den internen Quantenwirkungsgrad (IQE) und die Lichtextraktionseffizienz von AllnGaP und anderen Verbindungshalbleitern zu verbessern, was hellere LEDs bei gleichem Betriebsstrom oder die gleiche Helligkeit bei geringerer Leistung ermöglicht.
- Miniaturisierung:Es gibt einen ständigen Druck zu kleineren Gehäusegrößen (z.B. 0402, 0201 metrisch), um Platz auf der Leiterplatte in zunehmend kompakten tragbaren Elektronikgeräten zu sparen.
- Verbesserte Zuverlässigkeit und Robustheit:Verbesserungen bei Verpackungsmaterialien und Die-Attach-Techniken erhöhen die Feuchtigkeitsbeständigkeit, die Leistung bei thermischen Zyklen und die Gesamtlebensdauer.
- Integration:Während dies ein diskretes Bauteil ist, umfassen Trends die Integration mehrerer LED-Chips (RGB, mehrfarbig) in ein einziges Gehäuse oder die Kombination von Steuer-ICs mit LEDs für \"intelligente\" Beleuchtungslösungen, obwohl diese bei Beleuchtungsprodukten häufiger sind als bei einfachen Anzeigen.
- Erweiterter Farbraum:Entwicklungen bei Materialien wie Quantenpunkten oder neuartigen Phosphoren ermöglichen gesättigtere und präzisere Farben, die für spezielle Displayanwendungen in den Anzeigemarkt durchsickern könnten.
LED-Spezifikations-Terminologie
Vollständige Erklärung der LED-Technikbegriffe
Photoelektrische Leistung
| Begriff | Einheit/Darstellung | Einfache Erklärung | Warum wichtig |
|---|---|---|---|
| Lichtausbeute | lm/W (Lumen pro Watt) | Lichtausgang pro Watt Strom, höher bedeutet energieeffizienter. | Bestimmt direkt den Energieeffizienzgrad und Stromkosten. |
| Lichtstrom | lm (Lumen) | Gesamtlicht, das von der Quelle emittiert wird, allgemein "Helligkeit" genannt. | 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 Beleuchtungsbereich und Gleichmäßigkeit. |
| Farbtemperatur | K (Kelvin), z.B. 2700K/6500K | Wärme/Kühle des Lichts, niedrigere Werte gelblich/warm, höhere weißlich/kühl. | Bestimmt Beleuchtungsatmosphäre und geeignete Szenarien. |
| Farbwiedergabeindex | Einheitenlos, 0–100 | Fähigkeit, Objektfarben genau wiederzugeben, Ra≥80 ist gut. | Beeinflusst Farbauthentizität, wird an anspruchsvollen Orten wie Einkaufszentren, Museen verwendet. |
| Farborttoleranz | MacAdam-Ellipsenschritte, z.B. "5-Schritt" | Metrik für Farbkonsistenz, kleinere Schritte bedeuten konsistentere Farbe. | Sichert einheitliche Farbe über dieselbe Charge von LEDs. |
| Dominante Wellenlänge | nm (Nanometer), z.B. 620nm (rot) | Wellenlänge, die der Farbe farbiger LEDs entspricht. | Bestimmt Farbton von roten, gelben, grünen monochromen LEDs. |
| Spektralverteilung | Wellenlänge vs. Intensitätskurve | Zeigt Intensitätsverteilung über Wellenlängen. | Beeinflusst Farbwiedergabe und Farbqualität. |
Elektrische Parameter
| Begriff | Symbol | Einfache Erklärung | Design-Überlegungen |
|---|---|---|---|
| Flussspannung | Vf | Mindestspannung zum Einschalten der LED, wie "Startschwelle". | Treiberspannung muss ≥ Vf sein, Spannungen addieren sich für serielle LEDs. |
| Flussstrom | If | Stromwert für normalen LED-Betrieb. | Normalerweise Konstantstromantrieb, Strom bestimmt Helligkeit & Lebensdauer. |
| Max. Pulsstrom | Ifp | Spitzenstrom, der für kurze Zeit erträglich ist, wird für Dimmen oder Blinken verwendet. | Pulsbreite & Tastverhältnis müssen streng kontrolliert werden, um Schäden zu vermeiden. |
| Sperrspannung | Vr | Maximale Sperrspannung, die die LED aushalten kann, darüber kann es zum Durchbruch kommen. | Schaltung muss verhindern, dass umgekehrte Verbindung oder Spannungsspitzen auftreten. |
| Wärmewiderstand | Rth (°C/W) | Widerstand gegen Wärmeübertragung vom Chip zum Lötpunkt, niedriger ist besser. | Hoher Wärmewiderstand erfordert stärkere Wärmeableitung. |
| ESD-Immunität | V (HBM), z.B. 1000V | Fähigkeit, elektrostatische Entladung zu widerstehen, höher bedeutet weniger anfällig. | In der Produktion sind antistatische Maßnahmen erforderlich, insbesondere für empfindliche LEDs. |
Wärmemanagement & Zuverlässigkeit
| Begriff | Schlüsselmetrik | Einfache Erklärung | Auswirkung |
|---|---|---|---|
| Sperrschichttemperatur | Tj (°C) | Tatsächliche Betriebstemperatur im LED-Chip. | Jede Reduzierung um 10°C kann die Lebensdauer verdoppeln; zu hoch verursacht Lichtabfall, Farbverschiebung. |
| Lichtstromrückgang | L70 / L80 (Stunden) | Zeit, bis die Helligkeit auf 70% oder 80% des Anfangswerts sinkt. | Definiert direkt die "Nutzungsdauer" der LED. |
| Lichtstromerhaltung | % (z.B. 70%) | Prozentsatz der nach Zeit verbleibenden Helligkeit. | Gibt die Fähigkeit an, die Helligkeit über die langfristige Nutzung zu erhalten. |
| Farbverschiebung | Δu′v′ oder MacAdam-Ellipse | Grad der Farbänderung während der Verwendung. | Beeinflusst die Farbkonsistenz in Beleuchtungsszenen. |
| Thermisches Altern | Materialabbau | Verschlechterung aufgrund langfristig hoher Temperatur. | Kann zu Helligkeitsabfall, Farbänderung oder Leiterunterbrechung führen. |
Verpackung & Materialien
| Begriff | Gängige Typen | Einfache Erklärung | Merkmale & Anwendungen |
|---|---|---|---|
| Gehäusetyp | EMC, PPA, Keramik | Chip schützendes Gehäusematerial, bietet optische/thermische Schnittstelle. | EMC: gute Wärmebeständigkeit, niedrige Kosten; Keramik: bessere Wärmeableitung, längere Lebensdauer. |
| Chip-Struktur | Front, Flip-Chip | Chip-Elektrodenanordnung. | Flip-Chip: bessere Wärmeableitung, höhere Effizienz, für Hochleistung. |
| Phosphorbeschichtung | YAG, Silikat, Nitrid | Bedeckt den blauen Chip, wandelt einen Teil in gelb/rot um, mischt zu weiß. | Verschiedene Phosphore beeinflussen Effizienz, CCT und CRI. |
| Linse/Optik | Flach, Mikrolinse, TIR | Optische Struktur auf der Oberfläche, die die Lichtverteilung steuert. | Bestimmt den Betrachtungswinkel und die Lichtverteilungskurve. |
Qualitätskontrolle & Binning
| Begriff | Binning-Inhalt | Einfache Erklärung | Zweck |
|---|---|---|---|
| Lichtstrom-Bin | Code z.B. 2G, 2H | Nach Helligkeit gruppiert, jede Gruppe hat Mindest-/Maximal-Lumenwerte. | Sichert einheitliche Helligkeit in derselben Charge. |
| Spannungs-Bin | Code z.B. 6W, 6X | Nach Flussspannungsbereich gruppiert. | Erleichtert Treiberabgleich, verbessert Systemeffizienz. |
| Farb-Bin | 5-Schritt MacAdam-Ellipse | Nach Farbkoordinaten gruppiert, sichert engen Bereich. | Garantiert Farbkonsistenz, vermeidet ungleichmäßige Farbe innerhalb der Leuchte. |
| CCT-Bin | 2700K, 3000K usw. | Nach CCT gruppiert, jede hat entsprechenden Koordinatenbereich. | Erfüllt verschiedene Szenario-CCT-Anforderungen. |
Prüfung & Zertifizierung
| Begriff | Standard/Test | Einfache Erklärung | Bedeutung |
|---|---|---|---|
| LM-80 | Lichtstromerhaltungstest | Langzeitbeleuchtung bei konstanter Temperatur, Aufzeichnung von Helligkeitsabfall. | Wird zur Schätzung der LED-Lebensdauer (mit TM-21) verwendet. |
| TM-21 | Lebensdauerschätzstandard | Schätzt Lebensdauer unter tatsächlichen Bedingungen basierend auf LM-80-Daten. | Bietet wissenschaftliche Lebensdauervorhersage. |
| IESNA | Beleuchtungstechnische Gesellschaft | Deckt optische, elektrische, thermische Testmethoden ab. | Industrieanerkannte Testbasis. |
| RoHS / REACH | Umweltzertifizierung | Stellt sicher, dass keine schädlichen Substanzen (Blei, Quecksilber) enthalten sind. | Marktzugangsvoraussetzung international. |
| ENERGY STAR / DLC | Energieeffizienzzertifizierung | Energieeffizienz- und Leistungszertifizierung für Beleuchtungsprodukte. | Wird in staatlichen Beschaffungen, Subventionsprogrammen verwendet, steigert Wettbewerbsfähigkeit. |