3,1mm Rote LED Lichtstärke 180-400mcd - Spannung 2,4V - Leistung 75mW - Technisches Datenblatt

1. Produktübersicht

Dieses Dokument beschreibt die Spezifikationen einer hocheffizienten, energiearmen roten LED in einem 3,1mm-Durchmesser-Durchsteckgehäuse. Das Bauteil nutzt einen AlInGaP-Chip (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) als Lichtquelle, der in einer transparenten Linse eingekapselt ist. Es ist für die vielseitige Montage auf Leiterplatten (PCBs) oder Panels konzipiert und zeichnet sich durch seine Kompatibilität mit integrierten Schaltkreisen aufgrund geringer Stromanforderungen aus. Die primären Anwendungsziele umfassen universelle Anzeigelampen in verschiedenen elektronischen Geräten, wo eine zuverlässige, sichtbare Signalisierung erforderlich ist.

1.1 Kernvorteile

• Hohe Lichtstärke:Liefert eine typische Ausgangsleistung von 400 Millicandela (mcd) bei einem Durchlassstrom von 20mA und gewährleistet so eine hohe Sichtbarkeit.
• Energieeffizienz:Zeichnet sich durch geringe Verlustleistung und effizienten Betrieb bei Standard-Antriebsströmen aus.
• Kompakt und vielseitig:Das 3,1mm-Gehäuse ermöglicht eine flexible Integration in platzbeschränkte Designs.
• Treiberkompatibilität:Geeignet für den direkten Antrieb durch logische Schaltkreise mit niedrigem Strom, was den Systementwurf vereinfacht.

2. Detaillierte Analyse der technischen Parameter

2.1 Absolute Grenzwerte

Diese Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter diesen Bedingungen ist nicht garantiert.

• Verlustleistung (P_D):Maximal 75 mW. Dies ist die Gesamtleistung, die das LED-Gehäuse verarbeiten kann, berechnet als Durchlassspannung (V_F) × Durchlassstrom (I_F).
• Durchlassstrom:Ein Gleichstrom-Durchlassstrom (I_F) von 30 mA darf nicht überschritten werden. Ein höherer Spitzen-Durchlassstrom von 90 mA ist nur unter gepulsten Bedingungen zulässig (1/10 Tastverhältnis, 0,1ms Pulsbreite).
• Thermisches Derating:Der maximal zulässige Gleichstrom-Durchlassstrom muss linear um 0,4 mA für jedes Grad Celsius reduziert werden, um das die Umgebungstemperatur (T_A) über 50°C steigt.
• Sperrspannung (V_R):5 V. Das Überschreiten dieser Spannung in Sperrrichtung kann zum Sperrschichtdurchbruch führen.
• Temperaturbereiche:Das Bauteil kann von -40°C bis +100°C betrieben und von -55°C bis +100°C gelagert werden.
• Löttemperatur:Die Anschlüsse halten 260°C für 5 Sekunden stand, gemessen 1,6mm vom LED-Körper entfernt.

2.2 Elektrische & Optische Kennwerte

Diese Parameter werden bei einer Umgebungstemperatur (T_A) von 25°C gemessen und definieren die typische Leistung des Bauteils.

• Lichtstärke (I_V):Reicht von einem Minimum von 180 mcd bis zu typischen 400 mcd bei I_F= 20mA. Die Messung folgt der CIE-Photopischen Augenempfindlichkeitskurve.
• Abstrahlwinkel (2θ_1/2):45 Grad. Dies ist der volle Winkel, bei dem die Lichtintensität auf die Hälfte ihres axialen Spitzenwertes abfällt.
• Wellenlänge:Die Spitzen-Emissionswellenlänge (λ_P) beträgt typischerweise 632 nm. Die dominante Wellenlänge (λ_d), die die wahrgenommene Farbe definiert, beträgt typischerweise 624 nm. Die spektrale Bandbreite (Δλ) beträgt 20 nm.
• Durchlassspannung (V_F):Typischerweise 2,4V, mit einem Maximum von 2,4V bei I_F= 20mA.
• Sperrstrom (I_R):Maximal 100 µA bei einer angelegten Sperrspannung (V_R) von 5V.
• Kapazität (C):Typischerweise 40 pF, gemessen bei Null-Vorspannung und 1MHz Frequenz.

3. Erklärung des Binning-Systems

Die LEDs werden basierend auf wichtigen optischen Parametern in Bins sortiert, um die Konsistenz innerhalb einer Produktionscharge sicherzustellen. Die Artikelnummer LTL1CHJETNN enthält Bin-Codes.

3.1 Lichtstärke-Binning

Einheiten sind in mcd gemessen bei 20mA. Die Toleranz für jede Bin-Grenze beträgt ±15%.

• Bin HJ:180 mcd (Min) bis 310 mcd (Max). Die Artikelnummer zeigt an, dass diese LED aus dem HJ-Bin stammt.
• Bin KL: 310 mcd bis 520 mcd.
• Bin MN: 520 mcd bis 880 mcd.

3.2 Dominante Wellenlänge-Binning

Einheiten sind in nm gemessen bei 20mA. Die Toleranz für jede Bin-Grenze beträgt ±1nm. Die Artikelnummer spezifiziert kein Wellenlängen-Bin, daher verwendet das Bauteil den typischen Wert von 624 nm.

• Bin H27: 613,5 nm bis 617,0 nm
• 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
• Bin H31: 629,0 nm bis 633,0 nm

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt verweist auf typische Kennlinien, die grafisch die Beziehung zwischen Schlüsselparametern darstellen. Diese sind für den Entwurf wesentlich.

• I-V-Kurve (Strom vs. Spannung):Zeigt die exponentielle Beziehung zwischen Durchlassspannung und Strom. Der typische V_Fvon 2,4V bei 20mA ist ein Punkt auf dieser Kurve.
• Lichtstärke vs. Durchlassstrom:Zeigt, wie die Lichtausgabe mit dem Strom zunimmt, typischerweise in einer nahezu linearen Beziehung innerhalb des Betriebsbereichs.
• Lichtstärke vs. Umgebungstemperatur:Veranschaulicht die Abnahme der Lichtausgabe bei steigender Sperrschichttemperatur und unterstreicht die Bedeutung des thermischen Managements.
• Spektrale Verteilung:Eine Darstellung der relativen Intensität gegenüber der Wellenlänge, die das Maximum bei ~632 nm und die 20 nm Halbwertsbreite zeigt und die reine rote Farbe bestätigt.

5. Mechanische & Verpackungsinformationen

5.1 Gehäuseabmessungen

Die LED ist in einem zylindrischen Gehäuse mit 3,1mm Durchmesser untergebracht. Wichtige Abmessungshinweise umfassen:

• Alle Abmessungen sind in Millimetern (Zoll in Klammern angegeben).
• Es gilt eine allgemeine Toleranz von ±0,25mm (±0,010\"), sofern nicht anders angegeben.
• Der maximale Harzvorsprung unter dem Flansch beträgt 1,0mm (0,04\").
• Der Anschlussabstand wird an der Stelle gemessen, an der die Anschlüsse den Gehäusekörper verlassen.

5.2 Polaritätskennzeichnung

Bei Durchsteck-LEDs bezeichnet der längere Anschluss typischerweise die Anode (Plus). Die Kathode (Minus) ist oft durch eine abgeflachte Kante an der LED-Linse oder einen kürzeren Anschluss gekennzeichnet. Das Diagramm im Datenblatt sollte für die spezifische Polaritätskennzeichnung dieses Bauteils konsultiert werden.

6. Löt- & Montagerichtlinien

6.1 Anschlussformung

• Das Biegen muss mindestens 3mm von der Basis der LED-Linse entfernt erfolgen.
• Die Basis des Anschlussrahmens darf nicht als Drehpunkt verwendet werden.
• Die Formung muss bei Raumtemperatur undvordem Lötprozess erfolgen.
• Während der PCB-Montage sollte eine minimale Verformungskraft angewendet werden, um mechanische Belastung zu vermeiden.

6.2 Lötprozess

• Halten Sie einen Mindestabstand von 2mm von der Linsenbasis zum Lötpunkt ein.
• Vermeiden Sie das Eintauchen der Linse in Lot.
• Belasten Sie die Anschlüsse nicht, während die LED durch das Löten heiß ist.
• Empfohlene Lötbedingungen:
  • Lötkolben:Max. Temperatur 300°C, max. Zeit 3 Sekunden (nur einmal).
  • Wellenlöten:Vorwärmen auf max. 100°C für max. 60 Sek.; Lötwellen bei max. 260°C für max. 10 Sek.
• Warnung:Übermäßige Temperatur oder Zeit kann die Linse verformen oder zu einem katastrophalen Ausfall führen.

6.3 Lagerung & Handhabung

• Lagerung:Empfohlene Umgebung nicht über 30°C und 70% relative Luftfeuchtigkeit.
• Haltbarkeit:LEDs, die aus der Originalverpackung entnommen wurden, sollten innerhalb von drei Monaten verwendet werden. Für längere Lagerung verwenden Sie einen versiegelten Behälter mit Trockenmittel oder eine Stickstoffatmosphäre.
• Reinigung:Verwenden Sie bei Bedarf alkoholbasierte Lösungsmittel wie Isopropylalkohol.

7. Verpackung & Bestellinformationen

7.1 Verpackungsspezifikationen

Die LEDs sind in antistatischen Beuteln verpackt, um ESD-Schäden zu verhindern.

• Verpackungsbeutel: 1000, 500 oder 250 Stück pro Beutel.
• Innenkarton: 10 Verpackungsbeutel, insgesamt 10.000 Stück.
• Außenkarton: 8 Innenkartons, insgesamt 80.000 Stück pro Versandlos. Die letzte Packung in einem Los kann unvollständig sein.

8. Anwendungsdesign-Empfehlungen

8.1 Treiberschaltungs-Design

LEDs sind strombetriebene Bauteile. Um eine gleichmäßige Helligkeit zu gewährleisten, insbesondere beim Parallelschalten mehrerer LEDs, muss ein strombegrenzender Widerstand in Reihe mit jeder LED verwendet werden.

• Empfohlene Schaltung (Modell A):Jede LED hat ihren eigenen Reihenwiderstand. Dies kompensiert Schwankungen in der Durchlassspannung (V_F) zwischen einzelnen LEDs und stellt sicher, dass jede den gleichen Strom erhält und somit die gleiche Helligkeit abgibt.
• Nicht empfohlene Schaltung (Modell B):Das Parallelschalten mehrerer LEDs mit einem einzigen gemeinsamen Widerstand wird nicht empfohlen. Kleine Unterschiede in V_Fkönnen zu erheblichen Stromungleichgewichten führen, was zu ungleichmäßiger Helligkeit führt.

Der Reihenwiderstandswert (R_S) wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R_S= (V_Versorgung- V_F) / I_F. Unter Verwendung des typischen V_Fvon 2,4V und einem gewünschten I_Fvon 20mA mit einer 5V-Versorgung: R_S= (5V - 2,4V) / 0,02A = 130 Ω. Ein Standard-130Ω- oder 150Ω-Widerstand wäre geeignet.

8.2 Elektrostatische Entladung (ESD)-Schutz

Die LED ist empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung. Präventive Maßnahmen sind zwingend erforderlich:

• Personal muss geerdete Handgelenkbänder oder antistatische Handschuhe tragen.
• Alle Geräte, Arbeitstische und Lagerregale müssen ordnungsgemäß geerdet sein.
• Verwenden Sie einen Ionisator, um statische Aufladungen zu neutralisieren, die sich auf der Kunststofflinse ansammeln können.
• Implementieren Sie eine Checkliste für die ESD-Zertifizierung von Personal und ordnungsgemäße Beschilderung in Arbeitsbereichen.

8.3 Anwendungsbereich & Vorsichtsmaßnahmen

Diese LED ist für gewöhnliche elektronische Geräte (Büro, Kommunikation, Haushalt) bestimmt. Für Anwendungen, bei denen ein Ausfall Leben oder Gesundheit gefährden könnte (Luftfahrt, Medizin, Sicherheitssysteme), sind vor der Verwendung spezifische Konsultation und Genehmigung erforderlich. Dies unterstreicht die Eignung der Komponente für universelle Anzeigezwecke, jedoch nicht für sicherheitskritische Rollen ohne weitere Qualifikation.

9. Technischer Vergleich & Differenzierung

Im Vergleich zu älteren Technologien wie GaAsP (Galliumarsenidphosphid) roten LEDs bietet dieses AlInGaP-Bauteil eine deutlich höhere Lichtausbeute, was zu einer helleren Ausgangsleistung bei gleichem Strom führt. Das 3,1mm-Gehäuse ist ein gängiger Industriestandard und gewährleistet breite Kompatibilität mit bestehenden PCB-Layouts und Panelaussparungen. Das detaillierte Binning-System bietet Entwicklern vorhersagbare Leistungsparameter, was ein Vorteil gegenüber nicht gebinnten oder lose spezifizierten Komponenten ist. Der umfassende Satz an Anwendungshinweisen (ESD, Löten, Antriebsmethode) in diesem Datenblatt ist ein Zeichen für eine gut dokumentierte Komponente, die auf Zuverlässigkeit im Feld abzielt.

10. Häufig gestellte Fragen (FAQs)

10.1 Welchen Widerstand sollte ich mit einer 5V-Versorgung verwenden?

Für einen typischen Durchlassstrom von 20mA und eine Durchlassspannung von 2,4V verwenden Sie einen 130Ω-Widerstand. Berechnen Sie immer basierend auf Ihrer spezifischen Versorgungsspannung und dem gewünschten Strom.

10.2 Kann ich mehrere LEDs mit einem Widerstand ansteuern?

Es wird nicht empfohlen. Verwenden Sie beim Parallelschalten immer einen separaten strombegrenzenden Widerstand für jede LED, um eine gleichmäßige Helligkeit zu gewährleisten.

10.3 Warum ist der Abstrahlwinkel wichtig?

Der 45-Grad-Abstrahlwinkel zeigt einen relativ fokussierten Strahl an. Für breitwinklige Beleuchtung wäre eine diffundierte Linse oder eine LED mit einem breiteren Abstrahlwinkel (z.B. 120°) besser geeignet. Diese LED ist ideal für gerichtete Anzeigen.

10.4 Wie beeinflusst die Temperatur die Leistung?

Die Lichtstärke nimmt mit steigender Temperatur ab. Für eine konstante Helligkeit sollten Sie das thermische Management berücksichtigen, wenn die LED bei hohen Umgebungstemperaturen oder hohen Strömen betrieben wird. Der Derating-Faktor von 0,4 mA/°C über 50°C muss angewendet werden.

11. Praktische Design-Fallstudie

Szenario:Entwurf eines Statusanzeigepanels mit zehn identischen roten LEDs, die \"System aktiv\" anzeigen.

Entwurfsschritte:

1. Stromversorgung:Eine geregelte 5V DC-Schiene ist verfügbar.
2. Stromauswahl:Wählen Sie I_F= 20mA für gute Helligkeit innerhalb des 30mA-Maximums.
3. Schaltungstopologie:Schließen Sie alle zehn LEDs parallel an die 5V-Schiene an.
4. Strombegrenzung:Platzieren Sie einen 130Ω-Widerstand in Reihe mit der Anode jeder einzelnen LED.
5. Leistungsberechnung:Leistung pro LED: P = V_F× I_F≈ 2,4V × 0,02A = 48mW, deutlich unter dem Maximum von 75mW. Gesamtstrom von der Versorgung: 10 × 20mA = 200mA.
6. Layout:Sichern Sie einen 3mm Biegeradius der Anschlüsse und 2mm Lötfreiheit während des PCB-Designs. Stellen Sie eine gemeinsame, robuste Massefläche bereit.
7. Montage:Befolgen Sie das spezifizierte Wellenlötprofil, um thermische Schäden zu vermeiden.

Dieser Ansatz garantiert eine gleichmäßige Helligkeit über alle Anzeigen hinweg und einen zuverlässigen Langzeitbetrieb.

12. Funktionsprinzip

Eine LED ist eine Halbleiterdiode. Wenn eine Durchlassspannung angelegt wird, die ihr Sperrschichtpotential überschreitet (etwa 2,4V für dieses AlInGaP-Bauteil), rekombinieren Elektronen und Löcher innerhalb des aktiven Bereichs des Halbleiterchips. Dieser Rekombinationsprozess setzt Energie in Form von Photonen (Licht) frei. Die spezifische Materialzusammensetzung des Halbleiters (AlInGaP) bestimmt die Wellenlänge (Farbe) des emittierten Lichts, die in diesem Fall im roten Spektrum liegt (~624 nm dominante Wellenlänge). Die transparente Epoxidharzlinse dient zum Schutz des Halbleiterchips, zur Formung des Lichtausgabestrahls (45° Abstrahlwinkel) und zur Verbesserung der Lichteinkopplung aus dem Chip.

13. Technologietrends

Die Verwendung von AlInGaP-Material stellt einen Fortschritt gegenüber älteren LED-Technologien dar und bietet höhere Effizienz und bessere Temperaturstabilität. Der Industrietrend geht weiterhin in Richtung noch effizienterer Materialien und Gehäuse. Während Durchsteckkomponenten wie diese 3,1mm-LED für Prototyping, Reparatur und bestimmte Anwendungen, die eine robuste mechanische Montage erfordern, nach wie vor wichtig sind, hat sich der breitere Markt deutlich in Richtung oberflächenmontierbarer (SMD) Gehäuse (z.B. 0603, 0805, 3528) verlagert. SMD-LEDs bieten Vorteile bei der automatisierten Montage, der Platzeinsparung auf der Leiterplatte und dem thermischen Management. Dennoch bleiben Durchsteck-LEDs in Bildungseinrichtungen, Hobbyprojekten und Anwendungen relevant, bei denen manuelles Löten oder eine hohe mechanische Verbindungsfestigkeit bevorzugt wird.