LTST-E683RGBW SMD LED Datenblatt - 3,2x2,8x1,9mm - Rot 2,4V/Grün 3,8V/Blau 3,8V - 72-80mW - Technische Dokumentation

1. Produktübersicht

Die LTST-E683RGBW ist eine oberflächenmontierbare (SMD) LED, die drei verschiedene Halbleiterlichtquellen in einem einzigen, kompakten Gehäuse vereint. Sie kombiniert einen AlInGaP-Chip (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) für rotes Licht mit zwei InGaN-Chips (Indium-Gallium-Nitrid) für grünes und blaues Licht, alle bedeckt von einer diffusen Linse. Diese Konfiguration ermöglicht die Erzeugung eines breiten Farbspektrums, einschließlich weißem Licht, wenn alle drei Farben in geeigneten Intensitäten gemischt werden. Die Hauptanwendungen liegen in der Hintergrundbeleuchtung, Statusanzeigen, dekorativer Beleuchtung und Vollfarb-Displaymodulen, wo platzsparende und automatisierte Bestückung entscheidend sind. Ihre Kernvorteile umfassen Kompatibilität mit Standard-Infrarot- und Reflow-Lötprozessen, bleifreie Bauweise gemäß RoHS-Richtlinien und eine Verpackung, die für automatisierte Pick-and-Place-Geräte auf 8-mm-Traggerollen geeignet ist.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Diese Werte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Dauerbetrieb der LED an oder nahe diesen Grenzen wird nicht empfohlen. Zu den Schlüsselparametern gehören:

• Verlustleistung (Pd):Rot: 72mW, Grün/Blau: 80mW. Dies ist die maximal zulässige Leistung, die die LED unter kontinuierlichem Gleichstrombetrieb bei 25°C Umgebungstemperatur als Wärme abführen kann. Das Überschreiten dieser Grenze riskiert thermisches Durchgehen und eine verkürzte Lebensdauer.
• Spitzen-Durchlassstrom (Ifp):Rot: 80mA, Grün/Blau: 100mA. Dies ist der maximal zulässige Pulsstrom, spezifiziert bei einem Tastverhältnis von 1/10 und einer Pulsbreite von 0,1ms. Er liegt deutlich über dem DC-Nennwert und ermöglicht kurze, hochintensive Lichtblitze.
• DC-Durchlassstrom (If):Rot: 30mA, Grün/Blau: 20mA. Dies ist der empfohlene maximale kontinuierliche Durchlassstrom für einen zuverlässigen Langzeitbetrieb. Ein Betrieb der LED über diesem Wert erhöht zwar die Lichtleistung, erzeugt aber auch mehr Wärme, was das Halbleitermaterial und etwaige Leuchtstoffe mit der Zeit schädigen kann.
• Temperaturbereich:Betrieb: -40°C bis +85°C; Lagerung: -40°C bis +100°C. Diese Bereiche gewährleisten die mechanische und elektrische Integrität der LED während des Betriebs und in Ruhephasen.

2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen

Dies sind die typischen Leistungsparameter, gemessen unter Standardtestbedingungen (Ta=25°C, If=20mA).

• Lichtstärke (Iv):Gemessen in Millicandela (mcd), repräsentiert sie die vom menschlichen Auge wahrgenommene Helligkeit der LED (unter Verwendung eines CIE photopischen Filters). Die spezifizierten Bereiche sind: Rot: 71-224 mcd, Grün: 355-900 mcd, Blau: 140-355 mcd. Der grüne Chip weist typischerweise die höchste Lichtausbeute auf.
• Abstrahlwinkel (2θ1/2):Ein typischer Wert von 120 Grad zeigt ein breites, diffuses Lichtabstrahlmuster. Dieser Winkel ist definiert als der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres Wertes auf der Mittelachse (0 Grad) abfällt.
• Spitzenwellenlänge (λp) & Dominante Wellenlänge (λd):λp (Rot: 639nm, Grün: 518nm, Blau: 468nm) ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung maximal ist. λd (Rot: 631nm, Grün: 525nm, Blau: 470nm) ist die einzelne Wellenlänge, die das menschliche Auge mit der Farbe der LED gleichsetzt, abgeleitet aus dem CIE-Farbdiagramm. Sie sind eng verwandt, aber nicht identisch, insbesondere bei breitbandigen Quellen.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):Dieser Parameter, typischerweise 20nm (Rot), 35nm (Grün) und 25nm (Blau), gibt die spektrale Reinheit oder Bandbreite des emittierten Lichts an. Ein kleinerer Wert bedeutet eine monochromatischere Lichtquelle.
• Durchlassspannung (Vf):Der Spannungsabfall über der LED bei einem Betriebsstrom von 20mA. Die Bereiche sind: Rot: 1,8-2,4V, Grün: 2,8-3,8V, Blau: 2,8-3,8V. Die höhere Vf für die grünen und blauen InGaN-Chips im Vergleich zum roten AlInGaP-Chip ist auf ihre unterschiedlichen Halbleiter-Bandlückenenergien zurückzuführen. Ein strombegrenzender Widerstand oder Konstantstromtreiber ist für einen ordnungsgemäßen Betrieb unerlässlich.
• Sperrstrom (Ir):Maximal 10μA bei VR=5V. Diese LED ist nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt. Das Anlegen einer Sperrspannung kann aufgrund der niedrigen Sperrspannungsdurchbruchspannung des Halbleiterübergangs zu sofortigem und katastrophalem Ausfall führen.

3. Erläuterung des Binning-Systems

Um Farb- und Helligkeitskonsistenz in der Produktion sicherzustellen, werden LEDs in Leistungsklassen (Bins) sortiert. Das Datenblatt enthält Bincodes nur für die Lichtstärke jeder Farbe.

• Bins für Rote Lichtstärke:Q1 (71-90 mcd), Q2 (90-112 mcd), R1 (112-140 mcd), R2 (140-180 mcd), S1 (180-224 mcd). Die Toleranz innerhalb jedes Bins beträgt ±11%.
• Bins für Grüne Lichtstärke:T2 (355-450 mcd), U1 (450-560 mcd), U2 (560-710 mcd), V1 (710-900 mcd). Die Toleranz innerhalb jedes Bins beträgt ±11%.
• Bins für Blaue Lichtstärke:R2 (140-180 mcd), S1 (180-224 mcd), S2 (224-280 mcd), T1 (280-355 mcd). Die Toleranz innerhalb jedes Bins beträgt ±11%.

Bei der Bestellung oder im Design ist die Angabe des/der erforderlichen Bincode(s) entscheidend, um ein einheitliches Erscheinungsbild in einer Anordnung oder einem Display zu erreichen. Das Vermischen von Bins kann zu sichtbaren Helligkeits- oder Farbunterschieden führen.

4. Analyse der Leistungskurven

Während das PDF auf Seite 5 auf typische Kennlinien verweist, sind die spezifischen Grafiken im Text nicht enthalten. Basierend auf dem Standardverhalten von LEDs würden diese Kurven typischerweise Folgendes umfassen:

• Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kurve):Zeigt den exponentiellen Zusammenhang. Die "Knie"-Spannung ist der Punkt, an dem die Leitung beginnt, danach steigt der Strom bei kleinen Spannungsänderungen stark an.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom (I-L-Kurve):Im Allgemeinen linear bei niedrigen Strömen, kann aber bei höheren Strömen aufgrund thermischer Effekte und Effizienzabfalls (Droop) sättigen.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Zeigt, wie die Lichtleistung mit steigender Sperrschichttemperatur abnimmt. Rote AlInGaP-LEDs weisen typischerweise einen ausgeprägteren thermischen Lösch-Effekt auf als blaue/grüne InGaN-LEDs.
• Spektrale Leistungsverteilung:Grafiken, die die relative Intensität des emittierten Lichts über das Wellenlängenspektrum für jeden Farbchip zeigen.

Diese Kurven sind entscheidend, um das Verhalten der LED unter nicht standardmäßigen Bedingungen (unterschiedliche Treiberströme, Temperaturen) zu verstehen und für das Wärmemanagement-Design.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED entspricht einem EIA-Standard-SMD-Gehäuse. Schlüsselabmessungen (in mm, Toleranz ±0,2mm, sofern nicht anders angegeben) definieren ihre Platzierung auf einer Leiterplatte. Die Pinbelegung ist: Pin 1: Anode für Rot, Pin 4: Anode für Grün, Pin 3: Anode für Blau. Die gemeinsame Kathode ist wahrscheinlich intern mit einem anderen Pin oder dem thermischen Pad verbunden (spezifische Verbindung muss aus der Zeichnung verifiziert werden). Die diffuse Linse trägt zu einem breiteren und gleichmäßigeren Abstrahlwinkel bei.

5.2 Empfohlene PCB-Padgestaltung

Ein Land Pattern Diagramm wird für Infrarot- oder Dampfphasen-Reflow-Lötung empfohlen. Die Befolgung dieser Empfehlung stellt eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung, gute Wärmeableitung von der LED-Sperrschicht und mechanische Stabilität sicher. Das Pad-Design berücksichtigt die Bildung von Lötfilets und verhindert das "Tombstoning" (Aufstellen) während des Reflow.

6. Löt- & Bestückungsrichtlinien

6.1 Reflow-Lötprofil

Für den bleifreien Prozess wird ein Profil empfohlen, das mit J-STD-020B konform ist. Zu den Schlüsselparametern gehören:

• Vorwärmen:150-200°C für maximal 120 Sekunden, um die Platine allmählich zu erwärmen und das Flussmittel zu aktivieren.
• Spitzentemperatur:Maximal 260°C. Die Zeit oberhalb der Liquidustemperatur (typischerweise ~217°C für bleifreies Lot) sollte kontrolliert werden, um zuverlässige Lötstellen zu bilden, ohne die LED zu überhitzen.
• Gesamtlötzeit:Maximal 10 Sekunden bei Spitzentemperatur, wobei maximal zwei Reflow-Zyklen zulässig sind.

Die Einhaltung dieses Profils verhindert thermischen Schock, der die Epoxidlinse oder den Halbleiterchip reißen lassen kann, und verhindert übermäßiges intermetallisches Wachstum an den Lötstellen.

6.2 Handlöten

Falls erforderlich, ist Handlöten mit einem Lötkolben unter strengen Grenzen zulässig: Lötspitzentemperatur nicht über 300°C und Lötzeit nicht über 3 Sekunden pro Lötstelle. Nur ein Handlötzyklus ist erlaubt. Das direkte Aufsetzen des Lötkolbens auf den LED-Körper muss vermieden werden; die Wärme sollte auf das PCB-Pad aufgebracht werden.

6.3 Reinigung

Wenn eine Nachlötreinigung erforderlich ist, sollten nur spezifizierte alkoholbasierte Lösungsmittel wie Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei Raumtemperatur für weniger als eine Minute verwendet werden. Aggressive oder nicht spezifizierte Chemikalien können das Epoxidlinse-Material beschädigen, was zu Trübung, Rissen oder Verfärbung führt.

6.4 Lagerung & Feuchtesensitivität

Das LED-Gehäuse ist feuchteempfindlich. Wenn die original versiegelte Feuchtigkeitsschutztüte (mit Trockenmittel) ungeöffnet ist, sollte die Lagerung bei ≤30°C und ≤70% relativer Luftfeuchtigkeit erfolgen, mit einer empfohlenen Verwendungsfrist von einem Jahr. Sobald die Tüte geöffnet ist, sollten die Bauteile bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit gelagert werden. Bauteile, die mehr als 168 Stunden (7 Tage) der Umgebungsfeuchtigkeit ausgesetzt waren, sollten vor der Reflow-Lötung bei etwa 60°C für mindestens 48 Stunden getrocknet (gebakt) werden, um aufgenommene Feuchtigkeit zu entfernen und "Popcorning" (Gehäuserisse durch schnelle Dampfausdehnung während des Reflow) zu verhindern.

7. Verpackung & Bestellinformationen

Das Produkt wird in industrieüblicher Verpackung für die automatisierte Bestückung geliefert:

• Tape & Reel:Bauteile werden in 8 mm breite Trägerbänder eingelegt.
• Rollenabmessung:7 Zoll (178 mm) Durchmesser.
• Stückzahl pro Rolle:2000 Stück.
• Mindestbestellmenge (MOQ):500 Stück für Restmengen.
• Deckband:Leere Taschen werden mit einem Deckband verschlossen.
• Fehlende Bauteile:Gemäß Rollenspezifikation sind maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende LEDs zulässig.
• Standard:Die Verpackung entspricht den EIA-481-1-B Spezifikationen.

Die Artikelnummer LTST-E683RGBW folgt dem internen Codierungssystem des Herstellers, wobei "RGBW" die Farbkombination angibt, die weißes Licht erzeugen kann.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

• Vollfarb-Displays:Verwendung als einzelne Pixel oder Subpixel in großen Videowänden oder Indoor-Beschilderungen.
• Hintergrundbeleuchtung:Für LCD-Panels in Unterhaltungselektronik, Automobilarmaturenbrettern oder Industrie-Steuerungen, oft kombiniert mit Lichtleitern und Diffusoren.
• Status- & Anzeigelampen:In Netzwerkgeräten, Haushaltsgeräten und Instrumentierung, wo mehrfarbige Statuscodierung benötigt wird.
• Dekorative & Architekturbeleuchtung:In Streifen oder Modulen für Farbwechsel-Effekte.

8.2 Designüberlegungen

• Stromversorgung:Verwenden Sie stets einen Konstantstromtreiber oder einen strombegrenzenden Widerstand in Reihe mit jedem Farbkanal. Berechnen Sie den Widerstandswert mit R = (Versorgungsspannung - Vf_LED) / If. Verwenden Sie den maximalen Vf aus dem Datenblatt, um sicherzustellen, dass der Strom auch bei einer LED mit hohem Vf die Grenze nicht überschreitet.
• Wärmemanagement:Obwohl die Verlustleistung gering ist, ist ein ordnungsgemäßes PCB-Layout mit ausreichender Kupferfläche (thermische Pads) entscheidend, um Wärme von der LED-Sperrschicht abzuleiten, insbesondere bei hohen Strömen oder hohen Umgebungstemperaturen. Dies erhält die Lichtleistung und Lebensdauer.
• Farbmischung & Steuerung:Um bestimmte Farben oder Weißpunkte zu erreichen, ist Pulsweitenmodulation (PWM) die bevorzugte Methode zur Intensitätssteuerung jedes Kanals, da sie im Gegensatz zur analogen Dimmung eine konsistente Durchlassspannung und Farbchromatizität beibehält.
• ESD-Schutz:LEDs sind empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung. Implementieren Sie ESD-sichere Handhabungsverfahren während der Montage.

9. Technischer Vergleich & Differenzierung

Während ein direkter Vergleich mit anderen Modellen nicht im PDF enthalten ist, lassen sich die Hauptunterscheidungsmerkmale der LTST-E683RGBW ableiten:

• Integriertes RGB-Gehäuse:Vereint drei Chips in einem 3,2x2,8mm großen Footprint und spart so PCB-Platz im Vergleich zur Verwendung von drei diskreten Einzelfarb-LEDs.
• Diffuse Weitwinkel-Linse:Der 120-Grad-Abstrahlwinkel bietet ein breites, gleichmäßiges Abstrahlmuster, das für Anwendungen geeignet ist, die breite Betrachtungskegel ohne Sekundäroptik erfordern.
• Prozesskompatibilität:Die explizite Kompatibilität mit Standard-Infrarot-/Reflow-Lötung und automatischer Platzierung macht sie für die kostengünstige Serienfertigung geeignet.
• Materialwahl:Die Verwendung von AlInGaP für Rot bietet eine höhere Effizienz und bessere Temperaturstabilität im Vergleich zu älteren Technologien wie GaAsP auf GaP.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

10.1 Kann ich die rote LED mit 30mA und die grüne/blaue gleichzeitig mit 20mA betreiben?

Ja, Sie können jeden Kanal unabhängig mit seinem jeweiligen maximalen DC-Durchlassstrom betreiben. Allerdings muss die Gesamtverlustleistung des Gehäuses berücksichtigt werden. Wenn alle drei mit Maximalstrom leuchten, berechnen Sie die Gesamtleistung: Pred = 30mA * 2,4V(max) = 72mW; Pgrün = 20mA * 3,8V(max) = 76mW; Pblau = 20mA * 3,8V(max) = 76mW. Die Summe (224mW) übersteigt wahrscheinlich die gesamte Verlustleistungsfähigkeit des Gehäuses. Daher kann ein gleichzeitiger Volllastbetrieb eine Entlastung (Derating) oder verbessertes Wärmemanagement erfordern. Konsultieren Sie die detaillierten Wärmewiderstandsdaten, falls verfügbar.

10.2 Warum ist die Durchlassspannung für jede Farbe unterschiedlich?

Die Durchlassspannung wird hauptsächlich durch die Bandlückenenergie des Halbleitermaterials bestimmt. AlInGaP (rot) hat eine niedrigere Bandlücke (~1,9-2,0 eV) als InGaN (grün/~2,4 eV, blau/~2,7 eV). Eine höhere Bandlücke erfordert mehr Energie, damit Elektronen sie überwinden, was zu einem höheren Durchlassspannungsabfall führt.

10.3 Wie erzeuge ich mit dieser RGB LED weißes Licht?

Weißes Licht wird durch Mischen der drei Grundfarben (Rot, Grün, Blau) in bestimmten Intensitätsverhältnissen erzeugt. Es gibt kein einziges "richtiges" Verhältnis, da es vom gewünschten Weißpunkt abhängt (z.B. kaltweiß, warmweiß). Sie müssen mit unterschiedlichen Strompegeln oder PWM-Tastverhältnissen für jeden Kanal experimentieren. Die Verwendung eines Mikrocontrollers mit PWM-Ausgängen ist der flexibelste Ansatz. Beachten Sie, dass RGB-Mischung oft weißes Licht mit einem niedrigeren Farbwiedergabeindex (CRI) im Vergleich zu phosphorkonvertierten weißen LEDs erzeugt.

10.4 Was passiert, wenn ich die Polarität falsch anschließe?

Das Anlegen einer Sperrspannung, selbst einer kleinen (wie 5V unter den Ir-Testbedingungen), kann einen hohen Sperrstrom verursachen und potenziell zu sofortigem und irreparablem Schaden (Sperrschichtdurchbruch) führen. Überprüfen Sie immer die Polarität vor dem Einschalten. Der Einbau einer Schutzdiode in Reihe auf der Versorgungsleitung zum Schutz vor Verpolung ist eine gute Praxis für die gesamte Schaltung.

11. Praktische Design-Fallstudie

Szenario:Entwurf einer mehrfarbigen Statusanzeige für ein tragbares Gerät. Die Anzeige muss mit einer einzigen LTST-E683RGBW Rot (Fehler), Grün (OK), Blau (aktiv) und Cyan (aktiv+OK) anzeigen, um Platz zu sparen.

Umsetzung:

1. Treiber-Schaltung:Verwenden Sie einen Mikrocontroller mit drei PWM-fähigen GPIO-Pins. Jeder Pin ist mit der Basis eines Kleinsignal-NPN-Transistors (z.B. 2N3904) verbunden. Der Kollektor jedes Transistors ist über einen strombegrenzenden Widerstand mit der Kathode (gemeinsam) der jeweiligen LED-Farbe verbunden. Die LED-Anoden sind mit einer 3,3V-Versorgungsschiene verbunden.
2. Widerstandsberechnung (für Grün, ungünstigster Fall Vf=3,8V):R = (3,3V - 3,8V) / 0,02A = Negativer Wert. Dies zeigt, dass 3,3V nicht ausreichen, um die grünen/blauen LEDs bei ihrer typischen Vf in Durchlassrichtung zu betreiben. Lösung: Verwenden Sie eine höhere Versorgungsspannung (z.B. 5V) für die LED-Schaltung. Neuberechnung für Grün bei 5V: R = (5,0V - 3,8V) / 0,02A = 60 Ohm. Verwenden Sie einen Standard-62-Ohm-Widerstand. Für Rot: R = (5,0V - 2,4V) / 0,03A ≈ 87 Ohm, verwenden Sie 91 Ohm.
3. Software-Steuerung:Programmieren Sie den Mikrocontroller, um die PWM-Tastverhältnisse einzustellen: 100% für Vollfarben. Für Cyan (Blau+Grün) setzen Sie beide Blau- und Grün-Kanäle auf 100%. Das Intensitätsverhältnis zwischen Grün und Blau kann über PWM angepasst werden, um den Cyan-Farbton abzustimmen.
4. Thermische Prüfung:Maximalleistungsszenario ist Cyan (Grün+Blau beide bei 20mA). Pgesamt ≈ (5V-3,8V)*0,02A * 2 = 48mW, deutlich innerhalb der Gehäusegrenzen. Stellen Sie sicher, dass die PCB eine kleine Kupferfläche unter der LED zur Wärmeverteilung hat.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Die Lichtemission in LEDs basiert auf Elektrolumineszenz in einem Halbleiter-p-n-Übergang. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, werden Elektronen aus dem n-dotierten Bereich und Löcher aus dem p-dotierten Bereich in den aktiven Bereich (den Übergang) injiziert. Wenn sich ein Elektron mit einem Loch rekombiniert, wird Energie freigesetzt. In direkten Bandlücken-Halbleitern wie AlInGaP und InGaN wird diese Energie hauptsächlich in Form eines Photons (Lichtteilchen) freigesetzt. Die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Photons wird durch die Bandlückenenergie (Eg) des Halbleitermaterials bestimmt, gemäß der Gleichung λ ≈ 1240 / Eg (wobei λ in nm und Eg in eV). Die diffuse Epoxidlinse dient zum Schutz des Halbleiterchips, zur Formung des Lichtstrahls und zur Verbesserung der Lichtauskopplung aus dem Chip.

13. Technologietrends

Das Feld der SMD-RGB-LEDs wird von mehreren Schlüsseltrends vorangetrieben:

• Erhöhte Effizienz & Leuchtdichte:Fortlaufende Verbesserungen in der epitaktischen Schichtabscheidung, Chip-Design und Lichtauskopplungstechniken steigern weiterhin die Lichtausbeute (Lumen pro Watt), was hellere Displays oder geringeren Stromverbrauch ermöglicht.
• Miniaturisierung:Gehäuse werden kleiner (z.B. 2,0x1,6mm, 1,6x1,6mm) bei gleichbleibender oder verbesserter optischer Leistung, was höher auflösende Displays ermöglicht.
• Verbesserte Farbkonsistenz & Binning:Engere Binning-Toleranzen für Lichtstärke, dominante Wellenlänge und Durchlassspannung werden zum Standard, was den Kalibrierungsaufwand in Endprodukten reduziert.
• Integrierte Treiber & Smart LEDs:Ein wachsender Trend ist die Integration von Steuerschaltungen (wie I2C- oder SPI-Schnittstellen) innerhalb des LED-Gehäuses selbst, was adressierbare "intelligente" RGB-LEDs schafft, die das Systemdesign und die Verkabelung vereinfachen.
• Erhöhte Zuverlässigkeit & Lebensdauer:Verbesserungen bei Verpackungsmaterialien (z.B. Hochtemperatursilikone anstelle von Epoxid) und Chip-Bonding-Techniken erhöhen die maximale Betriebstemperatur und die Gesamtlebensdauer von LEDs, insbesondere für Automobil- und Industrieanwendungen.