Inhaltsverzeichnis
- 1. Produktübersicht
- 1.1 Kernmerkmale und Konformität
- 1.2 Zielanwendungen
- 2. Detaillierte technische Spezifikationen
- 2.1 Absolute Grenzwerte
- 2.2 Elektro-optische Eigenschaften
- 3. Erklärung des Binning-Systems
- 3.1 Leuchtstärke-Binning
- 3.2 Durchlassspannungs-Binning
- 3.3 Farbort-Binning
- 4. Analyse der Kennlinien
- 4.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kennlinie)
- 4.2 Relative Leuchtstärke vs. Durchlassstrom
- 4.3 Relative Leuchtstärke vs. Umgebungstemperatur
- 4.4 Durchlassstrom-Derating-Kurve
- 4.5 Spektralverteilung
- 4.6 Abstrahlcharakteristik
- 5. Mechanische und Gehäuseinformationen
- 5.1 Gehäuseabmessungen
- 5.2 Polaritätskennzeichnung
- 6. Löt- und Montagerichtlinien
- 6.1 Strombegrenzung erforderlich
- 6.2 Lagerung und Feuchtigkeitssensitivität
- 6.3 Reflow-Lötprofil
- 7. Verpackungs- und Bestellinformationen
- 7.1 Rolle und Band-Spezifikationen
- 7.2 Etikettenerklärung
- 8. Anwendungsdesign-Überlegungen
- 8.1 Treiberschaltungs-Design
- 8.2 Thermomanagement
- 8.3 Optische Integration
- 9. Technischer Vergleich und Positionierung
- 10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)
- 10.1 Welchen Widerstand benötige ich für eine 3,3V-Versorgung?
- 10.2 Kann ich sie mit einem PWM-Signal zur Helligkeitssteuerung ansteuern?
- 10.3 Warum wird die Leuchtstärke in mcd statt in Lumen angegeben?
- 10.4 Was bedeutet "T1D" in der Artikelnummer?
- 11. Design-Fallstudie: Instrumententafel-Schalter-Hintergrundbeleuchtung
- 12. Technologieprinzip
- 13. Branchentrends
1. Produktübersicht
Dieses Dokument erläutert die Spezifikationen für eine SMD-LED mit der Bezeichnung 19-117/T1D-AP2Q2QY/3T. Diese Komponente ist eine einfarbige, reinweiße LED, die für moderne Elektronik-Montageprozesse konzipiert ist. Ihr kompaktes SMD-Gehäuse bietet erhebliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Bauteilen mit Anschlussbeinen und ermöglicht den Entwurf kleinerer Leiterplatten (PCBs), eine höhere Bauteildichte und letztlich kompaktere Endgeräte. Die geringe Masse des Gehäuses macht sie zudem für Miniatur- und tragbare Anwendungen geeignet.
1.1 Kernmerkmale und Konformität
Die LED wird auf 8 mm breitem Band geliefert, das auf einer Rolle mit 7 Zoll (178 mm) Durchmesser aufgewickelt ist, wodurch sie vollständig mit Standard-Bestückungsautomaten für die Serienfertigung kompatibel ist. Sie ist für die Verarbeitung mittels Infrarot- und Dampfphasen-Reflow-Lötverfahren ausgelegt. Das Bauteil ist aus bleifreien (Pb-freien) Materialien gefertigt und verfügt über einen Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD). Es entspricht wichtigen Umwelt- und Sicherheitsvorschriften, einschließlich der EU-RoHS-Richtlinie (Beschränkung gefährlicher Stoffe), der REACH-Verordnung (Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung chemischer Stoffe) und ist als halogenfrei klassifiziert, wobei der Brom- (Br) und Chlorgehalt (Cl) jeweils unter 900 ppm und deren Summe unter 1500 ppm liegt.
1.2 Zielanwendungen
Diese vielseitige LED findet in verschiedenen Beleuchtungs- und Anzeigefunktionen Verwendung. Hauptanwendungen sind die Hintergrundbeleuchtung von Instrumententafeln und Folientastenschaltern. In Telekommunikationsgeräten kann sie als Statusanzeige oder Hintergrundbeleuchtung für Geräte wie Telefone und Faxgeräte dienen. Sie eignet sich auch für die flache Hintergrundbeleuchtung von Flüssigkristalldisplays (LCDs), Schaltfeldern und Symbolen. Ihr universeller Charakter ermöglicht den Einsatz in einer Vielzahl von Konsum- und Industrieelektronik, wo eine kompakte, zuverlässige weiße Lichtquelle benötigt wird.
2. Detaillierte technische Spezifikationen
Dieser Abschnitt bietet eine detaillierte Analyse der elektrischen, optischen und thermischen Grenzwerte und Eigenschaften der LED. Das Verständnis dieser Parameter ist entscheidend für einen zuverlässigen Schaltungsentwurf und die langfristige Leistungsfähigkeit.
2.1 Absolute Grenzwerte
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. Die wichtigsten Grenzwerte sind:
- Sperrspannung (VR):5V. Das Anlegen einer höheren Sperrspannung kann den Halbleiterübergang der LED zerstören.
- Dauer-Durchlassstrom (IF):10mA. Dies ist der maximale Gleichstrom, der kontinuierlich durch die LED fließen darf.
- Spitzen-Durchlassstrom (IFP):100mA. Dies ist der maximal zulässige Pulsstrom, spezifiziert bei einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Frequenz von 1 kHz. Er eignet sich für kurze, hochintensive Lichtblitze.
- Verlustleistung (Pd):40mW. Dies ist die maximale Leistung, die das Bauteil als Wärme abführen kann, berechnet als Durchlassspannung (VF) × Durchlassstrom (IF).
- ESD-Festigkeit (HBM):2000V. Das Bauteil kann gemäß dem Human Body Model (HBM) elektrostatische Entladungen bis zu diesem Pegel standhalten, was auf eine gute Handhabungsrobustheit hinweist.
- Betriebstemperatur (Topr):-40°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich, für den die LED ausgelegt ist.
- Lagertemperatur (Tstg):-40°C bis +90°C. Der Temperaturbereich für die Lagerung des Bauteils im stromlosen Zustand.
- Löttemperatur:Das Gehäuse hält Reflow-Lötungen mit einer Spitzentemperatur von 260°C für bis zu 10 Sekunden oder Handlötungen bei 350°C für bis zu 3 Sekunden stand.
2.2 Elektro-optische Eigenschaften
Die elektro-optischen Eigenschaften werden bei Ta=25°C und einem Standard-Prüfstrom (IF) von 5mA gemessen. Diese repräsentieren die typischen Leistungsparameter.
- Leuchtstärke (Iv):Die Lichtleistung reicht von mindestens 57,0 Millicandela (mcd) bis maximal 112,0 mcd. Der typische Wert liegt innerhalb dieses Bereichs, und spezifische Bins sind definiert (siehe Abschnitt 3). Die Toleranz beträgt ±11%.
- Abstrahlwinkel (2θ1/2):Der typische Abstrahlwinkel, definiert als der Winkel, bei dem die Intensität auf die Hälfte ihres Spitzenwertes abfällt, beträgt 130 Grad. Dies zeigt ein breites, diffuses Abstrahlmuster, das für die Flächenbeleuchtung geeignet ist.
- Durchlassspannung (VF):Der Spannungsabfall über der LED bei einem Strom von 5mA liegt typischerweise zwischen 2,70V und 3,20V. Die Toleranz beträgt ±0,05V. Dieser Parameter ist entscheidend für den Entwurf der strombegrenzenden Schaltung.
3. Erklärung des Binning-Systems
Um die Konsistenz in der Serienfertigung sicherzustellen, werden LEDs basierend auf wichtigen Leistungsparametern in "Bins" sortiert. Dies ermöglicht es Entwicklern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Helligkeits- und elektrische Anforderungen ihrer Anwendung erfüllen.
3.1 Leuchtstärke-Binning
Die Lichtleistung wird bei IF=5mA in drei Bins (P2, Q1, Q2) kategorisiert:
- Bin P2:57,0 mcd (Min) bis 72,0 mcd (Max)
- Bin Q1:72,0 mcd (Min) bis 90,0 mcd (Max)
- Bin Q2:90,0 mcd (Min) bis 112,0 mcd (Max)
Der spezifische Bin-Code (z.B. Q2 in der Artikelnummer 19-117/T1D-AP2Q2QY/3T) gibt die garantierte Mindestlichtleistung für diese spezielle Einheit an.
3.2 Durchlassspannungs-Binning
Die Durchlassspannung wird bei IF=5mA in fünf Bins (29 bis 33) kategorisiert:
- Bin 29:2,70V bis 2,80V
- Bin 30:2,80V bis 2,90V
- Bin 31:2,90V bis 3,00V
- Bin 32:3,00V bis 3,10V
- Bin 33:3,10V bis 3,20V
Dieses Binning hilft bei der Auslegung von Stromversorgungen und der genaueren Vorhersage des Stromverbrauchs über eine Charge von LEDs hinweg.
3.3 Farbort-Binning
Die Farbe des weißen Lichts wird durch seine Farbkoordinaten (x, y) im CIE-1931-Diagramm definiert. Das Datenblatt definiert sechs Bins (1 bis 6), die jeweils einen viereckigen Bereich im Farbdiagramm spezifizieren. Die Koordinaten der vier Ecken jedes Bins sind angegeben. Dies stellt sicher, dass das emittierte weiße Licht innerhalb eines spezifischen, kontrollierten Farbraums liegt. Die Toleranz für diese Koordinaten beträgt ±0,01.
4. Analyse der Kennlinien
Grafische Daten geben einen tieferen Einblick in das Verhalten der LED unter verschiedenen Bedingungen.
4.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kennlinie)
Die I-V-Kennlinie zeigt die exponentielle Beziehung zwischen Strom und Spannung. Bei dieser LED steigt bei einer festen Umgebungstemperatur von 25°C die Durchlassspannung mit zunehmendem Strom an. Diese Kurve ist wesentlich, um den Arbeitspunkt und den erforderlichen Vorwiderstandswert zur Erzielung eines gewünschten Stroms zu bestimmen.
4.2 Relative Leuchtstärke vs. Durchlassstrom
Dieses Diagramm zeigt, wie die Lichtleistung mit dem Durchlassstrom zunimmt. Es zeigt typischerweise einen nahezu linearen Zusammenhang bei niedrigen Strömen, der bei höheren Strömen aufgrund thermischer und Effizienzeffekte in die Sättigung gehen kann. Die Kurve ist in halblogarithmischer Darstellung gezeichnet und zeigt die Intensität von 10% bis 1000% relativ zu einem Basiswert.
4.3 Relative Leuchtstärke vs. Umgebungstemperatur
Der Wirkungsgrad der LED nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab. Diese Kurve stellt die relative Lichtleistung über der Umgebungstemperatur (Ta) dar. Sie zeigt typischerweise ein Maximum nahe Raumtemperatur, wobei die Leistung bei signifikant höheren oder niedrigeren Temperaturen abnimmt. Dies ist entscheidend für Anwendungen, die in nicht-idealen thermischen Umgebungen betrieben werden.
4.4 Durchlassstrom-Derating-Kurve
Um Überhitzung zu vermeiden, muss der maximal zulässige Dauer-Durchlassstrom mit steigender Umgebungstemperatur reduziert werden. Diese Derating-Kurve gibt den sicheren Betriebsstrom für Umgebungstemperaturen über 25°C bis zur maximalen Betriebstemperatur an.
4.5 Spektralverteilung
Die spektrale Leistungsverteilungskurve zeigt die Intensität des emittierten Lichts bei jeder Wellenlänge. Für eine weiße LED, die auf einem InGaN-Blau-Chip mit gelbem Leuchtstoff basiert (wie im Geräteauswahlleitfaden angegeben), zeigt das Spektrum typischerweise einen dominanten blauen Peak vom Chip und eine breitere gelb/grüne Emission vom Leuchtstoff, die sich zu weißem Licht kombinieren.
4.6 Abstrahlcharakteristik
Ein Polardiagramm veranschaulicht die räumliche Verteilung der Lichtintensität. Das bereitgestellte Diagramm mit normierten Intensitätswerten bei verschiedenen Winkeln bestätigt den breiten 130-Grad-Abstrahlwinkel und zeigt ein lambertisches oder nahezu lambertisches Abstrahlmuster, bei dem die Intensität bei 0 Grad (senkrecht zur Emissionsfläche) am höchsten ist und zu den Seiten hin abnimmt.
5. Mechanische und Gehäuseinformationen
5.1 Gehäuseabmessungen
Das Datenblatt enthält eine detaillierte mechanische Zeichnung des LED-Gehäuses. Wichtige Abmessungen sind die Gesamtlänge, -breite und -höhe sowie die Größe und Position der Lötpads (Anode und Kathode). Die Zeichnung gibt Toleranzen an, typischerweise ±0,1 mm, sofern nicht anders vermerkt. Die korrekte Interpretation dieser Zeichnung ist entscheidend für das PCB-Footprint-Design, um ein korrektes Löten und Ausrichten zu gewährleisten.
5.2 Polaritätskennzeichnung
Die Gehäusezeichnung zeigt eindeutig, welches Lötpad der Anode (Plus) und welches der Kathode (Minus) entspricht. Eine falsche Polungsverbindung verhindert das Leuchten der LED und kann die Sperrspannungsgrenze überschreiten.
6. Löt- und Montagerichtlinien
6.1 Strombegrenzung erforderlich
Kritisch:Ein externer strombegrenzender Widerstand (oder Konstantstromtreiber)mussin Reihe mit der LED verwendet werden. Die Durchlassspannung der LED hat einen negativen Temperaturkoeffizienten, und eine kleine Variation kann aufgrund ihrer Diodeneigenschaften eine große Stromänderung verursachen. Betrieb ohne Stromregelung führt fast sicher zu thermischem Durchgehen und schnellem Ausfall.
6.2 Lagerung und Feuchtigkeitssensitivität
Die LEDs sind in einer feuchtigkeitsbeständigen Sperrbeutel mit Trockenmittel verpackt, um die Aufnahme von Luftfeuchtigkeit zu verhindern, die während des Reflow-Lötens zu "Popcorning" (Gehäuserissen) führen kann.
- Vor dem Öffnen:Lagern bei ≤ 30°C und ≤ 90% relativer Luftfeuchtigkeit (RH).
- Nach dem Öffnen:Die "Floor Life" (Zeit, die Bauteile den Umgebungsbedingungen in der Fabrik ausgesetzt sein können) beträgt 1 Jahr bei ≤ 30°C und ≤ 60% RH. Nicht verwendete Teile sollten in einem feuchtigkeitsdichten Beutel mit frischem Trockenmittel wieder versiegelt werden.
- Trocknen (Baking):Wenn der Trockenmittel-Indikator Sättigung anzeigt oder die Expositionszeit überschritten wurde, müssen die Bauteile vor dem Löten 24 Stunden lang bei 60 ± 5°C getrocknet werden, um Feuchtigkeit zu entfernen.
6.3 Reflow-Lötprofil
Ein empfohlenes bleifreies Reflow-Temperaturprofil wird bereitgestellt:
- Vorwärmen:Anstieg von Umgebungstemperatur auf 150-200°C über 60-120 Sekunden.
- Halte-/Vorlaufphase:Über 217°C (Schmelzpunkt von bleifreiem Lot) für 60-150 Sekunden halten.
- Reflow:Die Spitzentemperatur sollte 260°C nicht überschreiten, und die Zeit über 255°C sollte auf maximal 30 Sekunden begrenzt sein. Die Zeit bei der tatsächlichen Spitze sollte maximal 10 Sekunden betragen.
- Abkühlung:Die maximale Abkühlrate ist mit 6°C/Sekunde angegeben.
Wichtige Hinweise:Reflow-Lötungen sollten nicht mehr als zweimal durchgeführt werden. Vermeiden Sie mechanische Belastung der LED während des Erhitzens und verziehen Sie die Leiterplatte nach dem Löten nicht, da dies die Lötstellen oder das Bauteil selbst beschädigen kann.
7. Verpackungs- und Bestellinformationen
7.1 Rolle und Band-Spezifikationen
Die LEDs werden in geprägter Trägerbandverpackung für die automatisierte Handhabung geliefert.
- Rolle:Standard-Rolle mit 7 Zoll (178 mm) Durchmesser.
- Bandbreite: 8mm.
- Taschenabstand & Menge:Die Abmessungen des Trägerbands sind so spezifiziert, dass 3000 Stück pro Rolle aufgenommen werden.
- Rollenabmessungen:Detaillierte Zeichnungen zeigen den Rollenkern-Durchmesser, den Flanschdurchmesser und die Gesamtbreite.
7.2 Etikettenerklärung
Das Verpackungsetikett enthält mehrere Codes:
- CPN:Kunden-Produktnummer (optional).
- P/N:Die vollständige Artikelnummer des Herstellers (z.B. 19-117/T1D-AP2Q2QY/3T).
- QTY:Packungsmenge auf der Rolle.
- CAT:Leuchtstärke-Bin-Rang (z.B. Q2).
- HUE:Farbkoordinaten- und dominante Wellenlängen-Rang.
- REF:Durchlassspannungs-Bin-Rang (z.B. 29-33).
- LOT No:Rückverfolgbare Losnummer.
8. Anwendungsdesign-Überlegungen
8.1 Treiberschaltungs-Design
Die gebräuchlichste Ansteuerungsmethode ist ein Vorwiderstand. Der Widerstandswert (R) wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (Versorgungsspannung - VF) / IF. Wählen Sie VF aus dem Maximalwert oder einem konservativen Wert aus dem Bin-Bereich, um sicherzustellen, dass der Strom auch bei Bauteiltoleranzen die Grenzwerte nicht überschreitet. Beispiel: Bei einer 5V-Versorgung und VF_max von 3,2V für einen Zielstrom IF von 5mA: R = (5V - 3,2V) / 0,005A = 360Ω. Der nächstgelegene Standardwert (z.B. 390Ω) würde gewählt, was zu einem etwas niedrigeren Strom führt. Für präzise oder variable Versorgungsspannungen werden Konstantstromtreiber empfohlen.
8.2 Thermomanagement
Obwohl die Verlustleistung gering ist (max. 40mW), ist ein effektives Thermomanagement auf der Leiterplatte dennoch wichtig, um die Lichtleistung und Lebensdauer zu erhalten, insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen oder bei Betrieb nahe dem Maximalstrom. Stellen Sie sicher, dass die Leiterplatte über ausreichende Kupferfläche verfügt, die mit dem thermischen Pad der LED (falls vorhanden) oder den Lötpads verbunden ist, um als Kühlkörper zu dienen. Befolgen Sie die Strom-Derating-Kurve für den Betrieb bei erhöhten Temperaturen.
8.3 Optische Integration
Der breite 130-Grad-Abstrahlwinkel macht diese LED für Anwendungen geeignet, die eine gleichmäßige, diffuse Beleuchtung über eine Fläche erfordern, wie z.B. hinter einem Lichtleiter oder einer Diffusorscheibe. Für stärker gebündeltes Licht wären externe Linsen oder Reflektoren erforderlich. Das gelb-diffuse Harz trägt zur Lichtstreuung und damit zum breiten Abstrahlwinkel bei.
9. Technischer Vergleich und Positionierung
Diese LED ist basierend auf ihren Parametern als universelle, leistungsschwache weiße Beleuchtungsquelle positioniert. Im Vergleich zu älteren bedrahteten LEDs bietet ihr SMD-Format erhebliche Platzersparnis und Fertigungseffizienz. Innerhalb der SMD-Weiß-LED-Landschaft sind ihre wichtigsten Unterscheidungsmerkmale die spezifische Kombination aus einer relativ niedrigen Durchlassspannung (kompatibel mit 3,3V-Logikversorgungen), einer moderaten Leuchtstärke, die für Anzeigen und lokale Hintergrundbeleuchtung geeignet ist, und der Konformität mit modernen Umweltstandards (halogenfrei, bleifrei). Es handelt sich nicht um eine Hochleistungs- oder Hochhelligkeits-LED für die Hauptbeleuchtung, sondern sie ist für zuverlässige, kompakte Sekundärbeleuchtung und Statusanzeige optimiert.
10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)
10.1 Welchen Widerstand benötige ich für eine 3,3V-Versorgung?
Unter Verwendung eines konservativen VF von 3,2V und einem Zielstrom IF von 5mA: R = (3,3V - 3,2V) / 0,005A = 20Ω. Dies ist ein sehr kleiner Widerstand, und der Strom wird sehr empfindlich auf Schwankungen von VF und Versorgungsspannung reagieren. Für 3,3V-Systeme wird die Verwendung eines Konstantstromtreibers oder die Wahl eines niedrigeren Zielstroms (z.B. 3-4mA) bzw. einer LED mit einem niedrigeren VF-Bin empfohlen.
10.2 Kann ich sie mit einem PWM-Signal zur Helligkeitssteuerung ansteuern?
Ja, Pulsweitenmodulation (PWM) ist eine hervorragende Methode zur Helligkeitssteuerung von LEDs. Dabei wird die LED mit einer für das menschliche Auge nicht wahrnehmbaren Frequenz (typischerweise >100 Hz) ein- und ausgeschaltet. Die durchschnittliche Lichtleistung ist proportional zum Tastverhältnis. Diese Methode erhält die Farbtemperatur besser als analoge (Stromreduktions-) Dimmung. Stellen Sie sicher, dass der Spitzenstrom in jedem Puls den Spitzen-Durchlassstrom (IFP) von 100mA nicht überschreitet.
10.3 Warum wird die Leuchtstärke in mcd statt in Lumen angegeben?
Millicandela (mcd) messen die Lichtstärke, also die Lichtmenge, die in eine bestimmte Richtung abgestrahlt wird. Lumen messen den gesamten Lichtstrom (Lichtleistung in alle Richtungen). Für ein gerichtetes Bauteil wie eine LED mit definiertem Abstrahlwinkel ist mcd eine gängige Spezifikation. Der Lichtstrom kann angenähert werden, wenn die Abstrahlcharakteristik bekannt ist, aber für Vergleichs- und Anzeigezwecke ist mcd der Standard.
10.4 Was bedeutet "T1D" in der Artikelnummer?
Obwohl in diesem Datenblatt nicht explizit erläutert, bezieht sich "T1" in gängigen Branchenbenennungskonventionen für solche SMD-LEDs oft auf die Gehäusegröße/-bauform (ein spezifisches 2-Pad-SMD-Footprint), und "D" kann sich auf die Farbe (diffus) oder eine andere Variante beziehen. Die kritischen Leistungsparameter werden durch die nachfolgenden Bin-Codes (AP2Q2QY) definiert.
11. Design-Fallstudie: Instrumententafel-Schalter-Hintergrundbeleuchtung
Szenario:Entwurf einer Hintergrundbeleuchtung für einen Kfz-Instrumententafelschalter, die eine gleichmäßige, schwache weiße Beleuchtung eines kleinen Symbols erfordert.
Umsetzung:Eine einzelne 19-117-LED wird unter einer lichtdurchlässigen Schalterkappe platziert. Die LED wird über einen Vorwiderstand aus dem 12V-Bordnetz des Fahrzeugs gespeist. Der Widerstand wird für einen sicheren Strom von 8mA (unterhalb des Maximums von 10mA) unter Verwendung eines hohen VF von 3,2V berechnet: R = (12V - 3,2V) / 0,008A = 1,1kΩ. Ein 1,2kΩ-Widerstand wird gewählt, was ~7,3mA ergibt. Der breite 130-Grad-Abstrahlwinkel stellt sicher, dass das Symbol gleichmäßig ohne Hotspots ausgeleuchtet wird. Der Betriebstemperaturbereich der LED (-40°C bis +85°C) deckt die Kfz-Umgebung problemlos ab. Die bleifreie und halogenfreie Konformität erfüllt die Standards der Automobilindustrie.
12. Technologieprinzip
Diese weiße LED arbeitet nach dem Prinzip der Leuchtstoffkonversion. Das Kern-Halbleiterelement ist ein Indium-Gallium-Nitrid (InGaN)-Chip, der blaues Licht emittiert, wenn elektrischer Strom durch seinen p-n-Übergang fließt (Elektrolumineszenz). Dieses blaue Licht wird nicht direkt emittiert. Stattdessen trifft es auf eine Schicht aus gelb emittierendem Leuchtstoffmaterial (z.B. mit Cer dotiertes Yttrium-Aluminium-Granat, YAG:Ce), die auf oder um den Chip aufgebracht ist. Der Leuchtstoff absorbiert einen Teil der blauen Photonen und emittiert Photonen über ein breites Spektrum im gelben Bereich neu. Die Kombination aus dem verbleibenden, nicht absorbierten blauen Licht und dem neu erzeugten gelben Licht wird vom menschlichen Auge als weißes Licht wahrgenommen. Die spezifischen Verhältnisse von Blau und Gelb, gesteuert durch Leuchtstoffzusammensetzung und -dicke, bestimmen die korrelierte Farbtemperatur (CCT) des weißen Lichts, die durch den Farbort-Binning-Prozess gesteuert wird.
13. Branchentrends
Der allgemeine Trend bei SMD-LEDs für Anzeigen und lokale Hintergrundbeleuchtung geht weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Lumen oder mcd pro Watt), was entweder hellere Ausgangsleistung bei gleicher Leistung oder reduzierten Stromverbrauch bei gleicher Helligkeit ermöglicht. Es gibt auch Bestrebungen zu verbesserter Farbkonstanz (engeres Binning) und höherer Zuverlässigkeit unter rauen Bedingungen. Der Einsatz fortschrittlicher Gehäusematerialien verbessert die thermische Leistung und ermöglicht höhere Treiberströme im gleichen Bauraum. Darüber hinaus ist die Integration mit onboard-Steuerschaltungen (z.B. Treiber-ICs im gleichen Gehäuse) ein wachsender Trend zur Vereinfachung des Systemdesigns. Die in diesem Datenblatt hervorgehobenen Umweltkonformitätsstandards (RoHS, REACH, halogenfrei) sind zu Basisvoraussetzungen in der globalen Elektronikindustrie geworden.
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. |