3,1mm Diffuse Rote LED-Lampe Datenblatt - 3,1mm Durchmesser - 2,4V Durchlassspannung - 75mW Verlustleistung - Technisches Dokument

1. Produktübersicht

Dieses Dokument enthält die vollständigen technischen Spezifikationen für eine LED-Lampe mit diffuser Linse zur Durchsteckmontage. Das Bauteil ist für allgemeine Anzeige- und Beleuchtungsanwendungen konzipiert, bei denen zuverlässige Leistung und einfache Montage erforderlich sind. Das primäre Komponentenmaterial ist AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid), das für seine hohe Effizienz und Stabilität bei der Erzeugung von rotem Licht bekannt ist. Das Produkt entspricht den RoHS-Richtlinien, was bedeutet, dass es frei von gefährlichen Stoffen wie Blei (Pb) ist.

Die Kernvorteile dieser LED umfassen ihre hohe Lichtstärke, die eine gute Sichtbarkeit auch in mäßig beleuchteten Umgebungen gewährleistet. Sie zeichnet sich durch einen niedrigen Stromverbrauch aus, was sie für batteriebetriebene Geräte oder Anwendungen geeignet macht, bei denen Energieeffizienz Priorität hat. Das Bauteil ist aufgrund seines geringen Strombedarfs mit integrierten Schaltungen kompatibel und ermöglicht den direkten Anschluss an Mikrocontroller-GPIO-Pins oder Logikausgänge mit entsprechenden strombegrenzenden Widerständen. Das Gehäuse mit 3,1mm Durchmesser bietet einen vielseitigen Formfaktor für die Montage auf Leiterplatten (PCBs) oder Frontplatten.

2. Detaillierte Betrachtung der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Die absoluten Maximalwerte definieren die Belastungsgrenzen, deren Überschreitung zu dauerhaften Schäden am Bauteil führen kann. Diese Werte sind bei einer Umgebungstemperatur (T_A) von 25°C spezifiziert. Die maximale kontinuierliche Verlustleistung beträgt 75 mW. Der Spitzendurchlassstrom, der unter gepulsten Bedingungen zulässig ist (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite), beträgt 90 mA. Der maximal empfohlene kontinuierliche Gleichstrom-Durchlassstrom beträgt 30 mA. Ab 50°C gilt ein linearer Derating-Faktor von 0,4 mA/°C, d.h. der sichere Betriebsstrom nimmt mit steigender Temperatur ab. Das Bauteil kann in einem Umgebungstemperaturbereich von -40°C bis +100°C betrieben und bei Temperaturen von -55°C bis +100°C gelagert werden. Beim Löten können die Anschlussdrähte 260°C für maximal 5 Sekunden standhalten, gemessen 2,0 mm vom LED-Körper entfernt.

2.2 Elektrische und optische Kennwerte

Die typischen Betriebskennwerte werden bei T_A=25°C und einem Durchlassstrom (I_F) von 20 mA gemessen, was der Standardtestbedingung entspricht.

• Lichtstärke (I_V):Liegt zwischen einem Minimum von 85 mcd und einem Maximum von 310 mcd, mit einem typischen Wert von 240 mcd. Diese Messung verwendet einen Sensor und Filter, die der CIE photopischen Augenempfindlichkeitskurve entsprechen.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):60 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke auf die Hälfte ihres axialen (auf der Achse liegenden) Wertes abfällt, charakteristisch für eine diffuse Linse, die das Licht streut.
• Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_P):632 nm. Dies ist die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung am höchsten ist.
• Dominante Wellenlänge (λ_d):Liegt zwischen 617 nm und 629 nm, mit einem typischen Wert von 621 nm. Dies ist die einzelne Wellenlänge, die vom menschlichen Auge wahrgenommen wird und die Farbe (rot) der LED definiert, abgeleitet aus dem CIE-Farbtafeldiagramm.
• Spektrale Halbwertsbreite (Δλ):20 nm. Dies gibt die spektrale Reinheit an; ein kleinerer Wert würde eine monochromatischere Lichtquelle bedeuten.
• Durchlassspannung (V_F):Typischerweise 2,4 V, maximal 2,4 V bei I_F=20mA. Das Minimum beträgt 2,0 V.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 100 μA bei einer angelegten Sperrspannung (V_R) von 5V. Es ist kritisch zu beachten, dass das Bauteil nicht für den Betrieb in Sperrrichtung ausgelegt ist; diese Testbedingung dient nur der Charakterisierung.

3. Erklärung des Binning-Systems

Das Produkt wird basierend auf wichtigen Leistungsparametern in Bins sortiert, um die Konsistenz innerhalb einer Produktionscharge oder für spezifische Anwendungsanforderungen sicherzustellen.

3.1 Lichtstärke-Binning

LEDs werden in drei Lichtstärke-Bins klassifiziert, gemessen in Millicandela (mcd) bei 20mA:

• Bin EF:Minimum 85 mcd, Maximum 140 mcd.
• Bin GH:Minimum 140 mcd, Maximum 240 mcd.
• Bin J:Minimum 240 mcd, Maximum 310 mcd.

Die Toleranz für jede Bin-Grenze beträgt ±15%.

3.2 Dominante Wellenlänge-Binning

LEDs werden auch nach ihrer dominanten Wellenlänge gebinnt, um die Farbkonsistenz zu kontrollieren:

• Bin H28:617,0 nm bis 621,0 nm.
• Bin H29:621,0 nm bis 625,0 nm.
• Bin H30:625,0 nm bis 629,0 nm.

Die Toleranz für jede Bin-Grenze beträgt ±1 nm. Die spezifischen Bin-Codes für Lichtstärke und Wellenlänge sind typischerweise auf der Verpackung aufgedruckt oder beim Lieferanten erhältlich, um eine präzise Auswahl für farb- oder helligkeitskritische Anwendungen zu ermöglichen.

4. Analyse der Kennlinien

Während das PDF typische Kennlinienreferenziert, enthält der vorliegende Text nicht die tatsächlichen Graphen. Basierend auf dem Standardverhalten von LEDs und den gegebenen Parametern kann man die Art dieser Kurven ableiten. DieI-V (Strom-Spannungs-) Kennliniewürde eine exponentielle Beziehung zeigen, wobei die Durchlassspannung bei dem Teststrom von 20mA etwa 2,0-2,4V beträgt. DieLichtstärke vs. Durchlassstrom (I_V-I_F) Kennlinieist im normalen Betriebsbereich im Allgemeinen linear, was anzeigt, dass die Lichtausbeute direkt proportional zum Strom ist. DieLichtstärke vs. UmgebungstemperaturKennlinie würde einen negativen Koeffizienten zeigen, d.h. die Lichtausbeute nimmt mit steigender Sperrschichttemperatur ab. DieSpektrale Verteilungwäre eine glockenförmige Kurve, die um die Spitzenwellenlänge von 632 nm zentriert ist, mit einer Halbwertsbreite von 20 nm, die die rote Farbausgabe definiert.

5. Mechanische und Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Das Bauteil ist in einem runden Gehäuse mit 3,1mm Durchmesser und einer diffusen Linse untergebracht. Wichtige Abmessungshinweise umfassen: alle Abmessungen sind in Millimetern (Zoll); die Standardtoleranz beträgt ±0,25mm, sofern nicht anders angegeben; der maximale Harzüberstand unter dem Flansch beträgt 1,0mm; und der Anschlussdrahtabstand wird dort gemessen, wo die Drähte aus dem Gehäusekörper austreten. Eine detaillierte Maßzeichnung würde typischerweise den Körperdurchmesser, die Linsenform, die Anschlussdrahtlänge und den Anschlussdrahtdurchmesser zeigen.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Bei Durchsteck-LEDs wird die Polarität üblicherweise durch die Anschlussdrahtlänge angezeigt (der längere Draht ist die Anode, positiv) oder durch eine Abflachung am Linsenrand oder am Kunststoffflansch. Die Kathode (negativ) ist typischerweise mit dem kürzeren Draht oder der Seite mit der Abflachung verbunden.

5.3 Verpackungsspezifikation

Die LEDs sind in antistatischen Beuteln verpackt. Standardverpackungsmengen sind 1000, 500, 200 oder 100 Stück pro Beutel. Zehn dieser Beutel werden in einen Innenkarton gelegt, insgesamt 10.000 Stück. Schließlich werden acht Innenkartons in einen äußeren Versandkarton gepackt, was insgesamt 80.000 Stück pro Außenkarton ergibt. Es wird angemerkt, dass in jeder Versandcharge nur die letzte Packung möglicherweise keine volle Packung ist.

6. Löt- und Montagerichtlinien

6.1 Lagerbedingungen

LEDs sollten in einer Umgebung gelagert werden, die 30°C und 70% relative Luftfeuchtigkeit nicht überschreitet. Wenn sie aus ihrer ursprünglichen feuchtigkeitsdichten Verpackung entnommen werden, wird empfohlen, sie innerhalb von drei Monaten zu verwenden. Für eine längerfristige Lagerung außerhalb des Originalbeutels sollten sie in einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder in einem Stickstoff-Desikkator aufbewahrt werden, um Feuchtigkeitsaufnahme zu verhindern.

6.2 Anschlussdraht-Formgebung

Wenn Anschlussdrähte gebogen werden müssen, muss dies bei normaler Raumtemperatur undvordem Löten erfolgen. Die Biegung sollte an einem Punkt vorgenommen werden, der mindestens 3mm von der Basis der LED-Linse entfernt ist. Die Basis des Anschlussdrahtträgers sollte während des Biegens nicht als Drehpunkt verwendet werden, um Spannung auf die Epoxid-Vergussmasse zu vermeiden. Während der PCB-Montage sollte eine minimale Verbiegekraft verwendet werden.

6.3 Lötprozess

Für diesen Durchsteck-Lampentyp sind Wellenlöten oder Handlöten mit einem Lötkolben geeignete Verfahren.Infrarot (IR) Reflow-Löten wird nicht empfohlen.Ein Mindestabstand von 3mm muss von der Linsenbasis zum Lötpunkt eingehalten werden, um zu verhindern, dass Epoxid an den Anschlussdrähten hochsteigt und um thermische Schäden zu vermeiden. Die LED-Linse darf nicht in das Lot getaucht werden.

Empfohlene Lötbedingungen:

• Lötkolben:Maximale Temperatur 350°C, maximale Lötzeit 3 Sekunden pro Anschlussdraht (nur einmal).
• Wellenlöten:Maximale Vorwärmtemperatur 100°C für bis zu 60 Sekunden. Maximale Lötwellentemperatur 260°C, mit einer maximalen Kontaktzeit von 5 Sekunden.

Übermäßige Temperatur oder Zeit kann zu Linsenverformung oder katastrophalem Ausfall führen.

7. Anwendungsempfehlungen

7.1 Bestimmungsgemäße Verwendung und Vorsichtsmaßnahmen

Diese LED ist für gewöhnliche elektronische Geräte konzipiert, einschließlich Bürogeräten, Kommunikationsgeräten und Haushaltsanwendungen. Sie wird nicht für sicherheitskritische oder hochzuverlässige Anwendungen empfohlen, bei denen ein Ausfall Leben oder Gesundheit gefährden könnte (z.B. Luftfahrt, medizinische Lebenserhaltung, Verkehrssteuerung), ohne vorherige Konsultation und Qualifizierung.

7.2 Treiberschaltungs-Design

LEDs sind strombetriebene Bauteile. Um eine gleichmäßige Helligkeit beim parallelen Betrieb mehrerer LEDs sicherzustellen, wirddringend empfohlen, einen individuellen strombegrenzenden Widerstand in Reihe mit jeder LED zu verwenden (Schaltungsmodell A). Der direkte Parallelbetrieb von LEDs an einer Spannungsquelle (Schaltungsmodell B) wird nicht empfohlen, da kleine Variationen in der Durchlassspannungs- (V_F) Charakteristik zwischen einzelnen LEDs zu erheblichen Unterschieden in der Stromaufteilung und folglich zu ungleichmäßiger Helligkeit führen können. Der Wert des Reihenwiderstands kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden: R = (V_Versorgung- V_F) / I_F, wobei I_Fder gewünschte Durchlassstrom ist (z.B. 20mA).

7.3 Elektrostatische Entladung (ESD) Schutz

Diese LEDs sind anfällig für Schäden durch elektrostatische Entladung. Während der Handhabung und Montage müssen Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden:

• Bedienpersonal sollte geerdete Handgelenkbänder oder antistatische Handschuhe tragen.
• Alle Geräte, Arbeitsplätze und Lagerregale müssen ordnungsgemäß geerdet sein.
• Verwenden Sie einen Ionisator, um statische Aufladungen zu neutralisieren, die sich auf der Oberfläche der Kunststofflinse aufbauen können.

ESD-Schäden können sich als hoher Sperrleckstrom, ungewöhnlich niedrige Durchlassspannung oder Ausfall bei niedrigen Strömen manifestieren.

8. Reinigung

Wenn nach dem Löten eine Reinigung notwendig ist, sollten nur alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropylalkohol verwendet werden. Aggressive Chemikalien oder Ultraschallreinigung können die Epoxidlinse oder die interne Struktur beschädigen.

9. Technischer Vergleich und Überlegungen

Im Vergleich zu älteren Technologien wie GaAsP (Galliumarsenidphosphid) roten LEDs bietet dieses AlInGaP-Bauteil eine deutlich höhere Lichtausbeute, was zu größerer Helligkeit bei gleichem Eingangsstrom führt. Die diffuse Linse bietet im Vergleich zu einer klaren oder wasserklaren Linse einen breiteren, gleichmäßigeren Abstrahlwinkel, was ideal für Statusanzeigen ist, die aus verschiedenen Blickwinkeln sichtbar sein müssen. Die 3,1mm Größe ist ein gängiger Industriestandard und bietet eine gute Balance zwischen Lichtausbeute und Leiterplattenplatzbedarf im Vergleich zu kleineren 2mm oder 3mm LEDs oder größeren 5mm und 10mm Typen.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Was ist der Unterschied zwischen Spitzenwellenlänge und dominanter Wellenlänge?

A: Spitzenwellenlänge (λ_P=632nm) ist das physikalische Maximum des Lichtspektrums, das die LED emittiert. Dominante Wellenlänge (λ_d=~621nm) ist ein berechneter Wert basierend auf der menschlichen Farbwahrnehmung (CIE-Diagramm), der die visuelle Farbe definiert. Sie sind oft unterschiedlich.

F: Kann ich diese LED ohne einen Reihenwiderstand betreiben?

A: Nein. Das direkte Anschließen einer LED an eine Spannungsquelle führt wahrscheinlich zu übermäßigem Stromfluss, Überhitzung und sofortigem Ausfall. Ein Reihenwiderstand ist für die Stromregelung zwingend erforderlich.

F: Warum gibt es ein Binning-System?

A: Fertigungsschwankungen verursachen leichte Unterschiede in der Leistung. Binning sortiert LEDs in Gruppen mit streng kontrollierten Parametern (Helligkeit, Farbe), was es Designern ermöglicht, den geeigneten Bin für Anwendungen auszuwählen, die Konsistenz erfordern.

F: Was passiert, wenn ich die absoluten Maximalwerte überschreite?

A: Ein Betrieb außerhalb dieser Grenzen, selbst kurzzeitig, kann irreversible Schäden verursachen, wie reduzierte Lichtausbeute, Farbverschiebung oder vollständigen Ausfall. Planen Sie immer mit einem Sicherheitsabstand.

11. Design- und Anwendungsfallstudie

Szenario: Entwurf eines Multi-Indikator-Panels für einen Consumer-Audio-Verstärker.Das Panel benötigt 10 rote Strom-/Statusanzeigen. Um sicherzustellen, dass alle LEDs identische Helligkeit und Farbe haben, spezifiziert der Designer LEDs aus demselben Lichtstärke-Bin (z.B. GH-Bin: 140-240 mcd) und demselben Wellenlängen-Bin (z.B. H29: 621-625 nm) vom Lieferanten. Auf der Leiterplatte steht eine 5V-Schiene zur Verfügung. Unter Verwendung der typischen V_F von 2,4V und einem Ziel-I_F von 20mA wird der Reihenwiderstand berechnet: R = (5V - 2,4V) / 0,020A = 130 Ohm. Ein Standard-130Ω oder 150Ω Widerstand wird gewählt. Jede LED erhält ihren eigenen Widerstand, der an die 5V-Schiene angeschlossen und von einem Transistor oder GPIO-Pin des Verstärker-Mikrocontrollers gesteuert wird. Während der Montage verwenden Techniker ESD-sichere Praktiken und löten die LEDs von Hand bei 320°C für weniger als 2 Sekunden pro Anschlussdraht, wobei der 3mm Abstand von der Linse eingehalten wird.

12. Funktionsprinzip

Eine LED ist eine Halbleiterdiode. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die ihre Bandlücke überschreitet, rekombinieren Elektronen und Löcher im aktiven Bereich (in diesem Fall der AlInGaP-Schicht). Diese Rekombination setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Materialzusammensetzung (AlInGaP) bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts definiert – in diesem Fall im roten Spektrum. Die diffuse Epoxidlinse enthält Streupartikel, die die Richtung der emittierten Photonen randomisieren und im Vergleich zu einer klaren Linse ein breiteres, weicheres Strahlprofil erzeugen.

13. Technologietrends

Der allgemeine Trend in der LED-Technologie geht hin zu höherer Effizienz (mehr Lumen pro Watt), verbesserter Farbwiedergabe und größerer Zuverlässigkeit. Für Indikator-LEDs schreitet die Miniaturisierung weiter voran (z.B. 1,6mm, 1,0mm Gehäuse). Es wird auch ein stärkerer Fokus auf breitere und konsistentere Abstrahlwinkel und engere Binning-Toleranzen gelegt, um den Anforderungen der Unterhaltungselektronik und Automobilanwendungen gerecht zu werden. Darüber hinaus treibt das Streben nach Nachhaltigkeit Materialien und Prozesse mit geringerer Umweltbelastung über den gesamten Lebenszyklus voran.