3,1mm Durchsteck-LED Super Rot 639nm - 2,4V 20mA - 400mcd - Datenblatt

1. Produktübersicht

Dieses Dokument erläutert die Spezifikationen einer hochwertigen 3,1mm Durchsteck-LED. Das Bauteil nutzt AlInGaP-Technologie (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) zur Erzeugung eines Super-Rot-Lichts. Es ist für allgemeine Anzeige- und Beleuchtungszwecke in verschiedenen elektronischen Geräten konzipiert und bietet eine gute Balance aus hoher Lichtstärke, geringem Stromverbrauch und zuverlässigem Betrieb.

Die Kernvorteile dieser LED sind ihre hohe Effizienz, die eine helle Lichtausbeute bei relativ niedrigen Betriebsströmen ermöglicht und sie damit kompatibel mit integrierten Schaltkreisen macht. Ihr vielseitiges Gehäuse erlaubt eine einfache Montage auf Leiterplatten (PCBs) oder Frontplatten. Die primären Zielmärkte sind Konsumelektronik, Industriesteuerungen, Kommunikationsgeräte und Büroausstattung, wo klare, zuverlässige visuelle Anzeigen benötigt werden.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Maximalwerte

Die Betriebsgrenzen des Bauteils sind definiert, um langfristige Zuverlässigkeit sicherzustellen. Die maximale kontinuierliche Verlustleistung beträgt 75 mW bei einer Umgebungstemperatur (T_A) von 25°C. Der DC-Durchlassstrom sollte 30 mA nicht überschreiten. Für gepulsten Betrieb ist ein Spitzen-Durchlassstrom von 90 mA unter spezifischen Bedingungen zulässig: ein Tastverhältnis von 1/10 und eine Pulsbreite von 0,1ms. Die maximale Sperrspannung beträgt 5 V. Der Betriebs- und Lagertemperaturbereich liegt zwischen -40°C und +100°C. Beim Löten halten die Anschlussdrähte 260°C für 5 Sekunden stand, gemessen 1,6mm vom LED-Körper entfernt. Ein Derating-Faktor von 0,4 mA/°C gilt für den Durchlassstrom bei Umgebungstemperaturen über 50°C.

2.2 Elektrische & Optische Kenngrößen

Die wesentlichen Leistungsparameter werden bei T_A=25°C und I_F=20mA gemessen. Die Lichtstärke (I_V) hat einen typischen Wert von 400 Millicandela (mcd), mit einem Minimum von 140 mcd. Die Lichtverteilung ist durch einen 45-Grad-Abstrahlwinkel (2θ_1/2) charakterisiert, definiert als der Winkel außerhalb der Achse, bei dem die Intensität auf die Hälfte ihres axialen Wertes abfällt.

Die spektralen Eigenschaften umfassen eine Spitzenemissionswellenlänge (λ_P) von 639 nm und eine dominante Wellenlänge (λ_d) von 631 nm, welche die wahrgenommene Farbe definiert. Die spektrale Halbwertsbreite (Δλ) beträgt 20 nm. Elektrisch beträgt die Durchlassspannung (V_F) typischerweise 2,4 V, maximal 2,4 V bei 20mA. Der Sperrstrom (I_R) beträgt maximal 100 µA bei 5 V Sperrspannung, und die Sperrschichtkapazität (C) ist 40 pF, gemessen bei 0V und 1MHz.

3. Erklärung des Binning-Systems

Um Konsistenz in Anwendungen zu gewährleisten, werden LEDs basierend auf Schlüsselparametern in Bins sortiert.

3.1 Lichtstärke-Binning

Die Lichtstärke wird in Bins klassifiziert, die durch zweibuchstabige Codes gekennzeichnet sind. Zum Beispiel umfasst Bin 'GH' Lichtstärken von 140 mcd bis 240 mcd, 'JK' von 240 mcd bis 400 mcd und 'LM' von 400 mcd bis 680 mcd, alle gemessen bei 20mA. Eine Toleranz von ±15% gilt für jede Bin-Grenze. Der spezifische Bin-Code ist auf jedem Verpackungsbeutel zur Rückverfolgbarkeit aufgedruckt.

3.2 Dominante Wellenlänge-Binning

Die dominante Wellenlänge, die den Farbort definiert, wird ebenfalls gebinnt. Codes wie H29 bis H33 repräsentieren spezifische Wellenlängenbereiche in Nanometern (z.B. H31: 629,0 – 633,0 nm). Die Toleranz für jede Bin-Grenze beträgt ±1 nm. Dieses präzise Binning ermöglicht es Entwicklern, LEDs mit sehr enger Farbkonstanz für ihre Projekte auszuwählen.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf typische Leistungskurven, die für die Designanalyse entscheidend sind. Diese Kurven, in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur dargestellt (sofern nicht anders angegeben), zeigen visuell die Beziehung zwischen Schlüsselparametern. Obwohl die spezifischen Grafiken nicht im Text reproduziert werden, umfassen sie typischerweise:

• Relative Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Zeigt, wie die Lichtausbeute mit dem Strom ansteigt, oft nicht-linear, und hebt den Effizienzpunkt hervor.
• Durchlassspannung vs. Durchlassstrom:Veranschaulicht die Dioden-Kennlinie (I-V), essentiell für die Berechnung von Vorwiderstandswerten und Verlustleistung.
• Relative Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Zeigt die thermische Degradation der Lichtausbeute, was für Anwendungen in Hochtemperaturumgebungen kritisch ist.
• Spektrale Verteilung:Eine Grafik der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, die die Konzentration der Lichtausbeute um das 639 nm Maximum und die 20 nm Halbwertsbreite zeigt.

Diese Kurven ermöglichen es Ingenieuren, das Bauteilverhalten unter nicht-standardisierten Bedingungen (unterschiedliche Ströme, Temperaturen) vorherzusagen und sind grundlegend für ein robustes Schaltungsdesign.

5. Mechanische & Gehäuseinformationen

Die LED ist in einem runden Gehäuse mit 3,1mm Durchmesser und einer wasserklaren Linse untergebracht. Wichtige dimensionale Hinweise: Alle Maße sind in Millimetern (mit Zoll-Äquivalenten), mit einer Standardtoleranz von ±0,25mm, sofern nicht anders angegeben. Das Harz unter dem Flansch kann maximal 1,0mm hervorstehen. Der Anschlussdrahtabstand wird an der Stelle gemessen, an der die Drähte aus dem Gehäusekörper austreten. Eine detaillierte Maßzeichnung würde typischerweise den Körperdurchmesser, die Linsenform, die Drahtlänge und den Drahtdurchmesser zeigen, die für das PCB-Layout und die Frontplattenaussparung entscheidend sind.

6. Löt- & Montagerichtlinien

6.1 Anschlussdraht-Formgebung

Falls Anschlussdrähte gebogen werden müssen, muss dies vor dem Löten und bei normaler Raumtemperatur erfolgen. Die Biegung sollte an einer Stelle mindestens 3mm von der Basis der LED-Linse entfernt vorgenommen werden. Entscheidend ist, dass die Basis des Leadframes selbst nicht als Drehpunkt beim Biegen verwendet werden darf, da dies die interne Chip-Verbindung belasten kann.

6.2 Lötparameter

Ein Mindestabstand von 2mm muss zwischen der Linsenunterseite und dem Lötpunkt eingehalten werden. Die Linse darf niemals in Lötzetauch getaucht werden. Empfohlene Bedingungen sind:

• Handlöten (Lötkolben):Maximale Temperatur 300°C, maximale Zeit 3 Sekunden pro Anschlussdraht (nur einmal).
• Wellenlöten:Maximale Vorwärmtemperatur 100°C für bis zu 60 Sekunden. Lötwellentemperatur maximal 260°C mit einer maximalen Kontaktzeit von 10 Sekunden.

Das Überschreiten dieser Temperatur- oder Zeitgrenzen kann zu Linsenverformung oder katastrophalem Ausfall der LED führen.

6.3 Lagerung & Handhabung

Für die Langzeitlagerung außerhalb der Originalverpackung wird empfohlen, die LEDs in einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder in einer Stickstoffatmosphäre aufzubewahren. Bauteile außerhalb ihrer Originalverpackung sollten idealerweise innerhalb von drei Monaten verwendet werden. Die Lagerumgebung sollte 30°C und 70% relative Luftfeuchtigkeit nicht überschreiten. Zur Reinigung sollten nur alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropanol verwendet werden.

7. Verpackungs- & Bestellinformationen

Die Standardverpackungsspezifikation ist gestaffelt: 1000, 500 oder 250 Stück pro antistatischem Verpackungsbeutel. Zehn dieser Beutel werden in einen Innenkarton gelegt, insgesamt 10.000 Stück. Acht Innenkartons werden dann in einen Hauptaußenkarton verpackt, was zu einer Standardversandmenge von 80.000 Stück pro Los führt. Es wird angemerkt, dass innerhalb eines Versandlos nur die letzte Packung eine nicht volle Menge enthalten darf. Die spezifische Artikelnummer lautet LTL1CHKRKNN.

8. Anwendungsempfehlungen

8.1 Typische Anwendungsschaltungen

LEDs sind stromgesteuerte Bauteile. Um eine gleichmäßige Helligkeit zu gewährleisten, wenn mehrere LEDs parallel geschaltet sind, wird dringend empfohlen, für jede LED einen eigenen strombegrenzenden Vorwiderstand in Reihe zu schalten. Die Alternative, mehrere LEDs parallel direkt an einen einzelnen Widerstand anzuschließen (Schaltung B im Datenblatt), wird nicht empfohlen, da kleine Unterschiede in der Durchlassspannung (V_F) jeder LED zu erheblichen Unterschieden in der Stromaufteilung und folglich in der wahrgenommenen Helligkeit führen können.

8.2 ESD-Schutz (Elektrostatische Entladung)

Diese LED ist anfällig für Schäden durch elektrostatische Entladung. Ein umfassendes ESD-Schutzprogramm sollte während der Handhabung und Montage implementiert werden. Dies umfasst: die Verwendung geerdeter Handgelenkbänder oder antistatischer Handschuhe; die Sicherstellung, dass alle Geräte, Arbeitsplätze und Lagerregale ordnungsgemäß geerdet sind; und den Einsatz von Ionisatoren, um statische Aufladungen zu neutralisieren, die sich durch Handhabungsreibung auf der Kunststofflinsenoberfläche ansammeln können.

8.3 Anwendungsbereich & Hinweise

Diese LED ist für gewöhnliche elektronische Geräte bestimmt. Für Anwendungen, die außergewöhnliche Zuverlässigkeit erfordern, bei denen ein Ausfall Leben oder Gesundheit gefährden könnte (z.B. Luftfahrt, Medizingeräte, kritische Sicherheitssysteme), sind vor der Verwendung spezifische Beratung und Qualifizierung erforderlich.

9. Technischer Vergleich & Differenzierung

Im Vergleich zu älteren Technologien wie Standard-GaAsP (Galliumarsenidphosphid) roten LEDs bietet diese auf AlInGaP basierende Super-Rot-LED eine deutlich höhere Lichtausbeute. Das bedeutet, sie kann bei demselben 20mA Betriebsstrom eine viel größere Lichtstärke (gemessen in mcd) erreichen oder eine ähnliche Helligkeit bei einem niedrigeren Strom liefern, was den Gesamtstromverbrauch des Systems reduziert. Der 3,1mm Durchmesser ist ein gängiger Industriestandard, der eine breite Kompatibilität mit bestehenden PCB-Layouts und Frontplattenaussparungen für "T-1"-große LEDs gewährleistet. Die wasserklare Linse, im Gegensatz zu einer diffundierenden Linse, bietet die höchstmögliche axiale Lichtstärke, was sie für Anwendungen geeignet macht, die einen hellen, fokussierten Lichtpunkt erfordern.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQs)

F: Kann ich diese LED direkt von einem 5V-Logikausgang ansteuern?

A: Nein. Mit einer typischen V_Fvon 2,4V würde ein direkter Anschluss an 5V einen übermäßigen Stromfluss verursachen und die LED zerstören. Es muss immer ein Vorwiderstand in Reihe geschaltet werden, um den Strom auf den gewünschten Wert (z.B. 20mA) zu begrenzen. Der Widerstandswert wird berechnet als R = (V_versorgung- V_F) / I_F.

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

A: Die Spitzenwellenlänge (λ_P) ist die einzelne Wellenlänge, bei der die spektrale Ausgangsleistung physikalisch am stärksten ist (hier 639 nm). Die dominante Wellenlänge (λ_d) ist ein berechneter Wert (hier 631 nm), der von den Farbkoordinaten im CIE-Farbdiagramm abgeleitet wird; sie repräsentiert die einzelne Wellenlänge von reinem Spektrallicht, die vom menschlichen Auge als dieselbe Farbe wie der gemischte Ausgang der LED wahrgenommen würde.

F: Wie interpretiere ich den Abstrahlwinkel?

A: Ein 45-Grad-Abstrahlwinkel (2θ_1/2= 45°) bedeutet, dass der Halbwertspunkt bei 22,5 Grad von der Mittelachse entfernt liegt. Licht ist auch außerhalb dieses Winkels sichtbar, jedoch mit geringerer Intensität. Dies definiert die Strahlbreite der LED.

11. Praktische Design- & Anwendungsbeispiele

Beispiel 1: Statusanzeige an einem Netzteil.Eine einzelne LED mit einem Vorwiderstand kann "Eingeschaltet" anzeigen. Unter Verwendung der typischen V_Fvon 2,4V und einem gewünschten I_Fvon 20mA von einer 12V-Schiene wäre der Widerstandswert (12V - 2,4V) / 0,02A = 480 Ohm. Ein Standard-470-Ohm- oder 510-Ohm-Widerstand wäre geeignet. Die im Widerstand umgesetzte Leistung beträgt (12V-2,4V)*0,02A = 0,192W, daher ist ein 1/4-Watt-Widerstand ausreichend.

Beispiel 2: Mehrfach-LED-Balkengrafik-Anzeige.Für eine 10-Segment-Balkengrafik ist das empfohlene Design, 10 separate strombegrenzende Widerstände zu verwenden, die jeweils in Reihe mit ihrer eigenen LED geschaltet sind. Alle LED-Widerstands-Paare werden dann parallel zur treibenden Spannungsquelle geschaltet. Dies stellt sicher, dass jede LED den korrekten Strom erhält, unabhängig von geringfügigen V_F-Schwankungen, und garantiert eine gleichmäßige Segmenthelligkeit.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Diese LED ist eine Halbleiterdiode auf Basis von AlInGaP-Materialien. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die das Dioden-Sperrschichtpotential (ca. 2,0-2,4V) überschreitet, werden Elektronen und Löcher aus dem n- bzw. p-dotierten Material in den aktiven Bereich injiziert. Diese Ladungsträger rekombinieren und setzen Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Zusammensetzung des AlInGaP-Kristallgitters bestimmt die Bandlückenenergie, die direkt der Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts entspricht – in diesem Fall im roten Spektrum um 639 nm. Die wasserklare Epoxidharzlinse verkapselt den Halbleiterchip, bietet mechanischen Schutz und formt das Lichtaustrittsprofil.

13. Technologietrends

Die Entwicklung von AlInGaP-Materialien stellte einen bedeutenden Fortschritt gegenüber früheren roten LED-Technologien dar und bot eine deutlich verbesserte Effizienz und Helligkeit. Der allgemeine Trend bei Anzeige-LEDs geht weiterhin in Richtung höherer Effizienz (mehr Lichtausbeute pro Watt elektrischer Eingangsleistung), was einen geringeren Stromverbrauch und reduzierte Wärmeentwicklung in Endprodukten ermöglicht. Es gibt auch einen Trend zu engeren Binning-Toleranzen sowohl für Farbe als auch Intensität, um den Anforderungen von Applikationen mit hoher visueller Konsistenz gerecht zu werden, wie z.B. Vollfarbdisplays und Automobilinstrumententafeln. Während oberflächenmontierbare (SMD) Gehäuse neue Designs zur Miniaturisierung dominieren, bleiben Durchsteck-LEDs wie diese für Prototyping, Reparatur, Altsysteme und Anwendungen relevant, bei denen mechanische Robustheit und einfache Handlötbarkeit priorisiert werden.