Inhaltsverzeichnis
- 1. Produktübersicht
- 1.1 Kernvorteile
- 2. Eingehende Analyse der technischen Parameter
- 2.1 Absolute Maximalwerte
- 2.2 Electrical & Optical Characteristics
- 3. Erklärung des Binning-Systems
- 3.1 Binning der Lichtstärke
- 3.2 Dominant Wavelength Binning
- 4. Performance Curve Analysis
- 4.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kennlinie)
- 4.2 Luminous Intensity vs. Forward Current
- 4.3 Temperature Dependence
- 5. Mechanical & Packaging Information
- 5.1 Bauteilabmessungen
- 5.2 Polarisationskennzeichnung
- 5.3 Vorgeschlagene Lötpad-Anordnung
- 6. Soldering & Assembly Guidelines
- 6.1 IR-Reflow-Lötprofil
- 6.2 Handlötung
- 6.3 Reinigung
- 6.4 Storage & Handling
- 7. Packaging & Ordering Information
- 7.1 Tape and Reel Specifications
- 8. Application Recommendations
- 8.1 Typische Anwendungsszenarien
- 8.2 Schaltungsentwurfsüberlegungen
- 9. Technical Comparison & Differentiation
- 10. Häufig gestellte Fragen (FAQs)
- 10.1 What is the difference between Peak Wavelength and Dominant Wavelength?
- 10.2 Kann ich diese LED ohne einen strombegrenzenden Widerstand betreiben, wenn meine Stromversorgung genau 2,0 V liefert?
- 10.3 Warum gibt es ein Binning-System und welchen Bin sollte ich wählen?
- 10.4 Im Datenblatt wird eine Verlustleistung von 75mW erwähnt. Wie berechne ich diese?
- 11. Practical Design & Usage Examples
- 11.1 Beispiel 1: Einfache 5V-Anzeigeschaltung
- 11.2 Beispiel 2: Ansteuerung mehrerer LEDs aus einer 12V-Versorgung
- 12. Technologieeinführung
- 12.1 AlInGaP Halbleiterprinzip
- 13. Branchentrends
- 13.1 Entwicklung von Indikator-LEDs
1. Produktübersicht
Dieses Dokument beschreibt detailliert die Spezifikationen einer hochleistungsfähigen, oberflächenmontierbaren (SMD) Leuchtdiode (LED). Das Produkt ist eine Top-Mount-Chip-LED, die ein ultrahelles Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid (AlInGaP)-Halbleitermaterial verwendet und grünes Licht emittiert. Es ist für moderne Elektronikmontageprozesse konzipiert und zeichnet sich durch Kompatibilität mit automatischen Bestückungsgeräten und Infrarot (IR)-Reflow-Lötverfahren aus. Das Bauteil entspricht der RoHS (Restriction of Hazardous Substances)-Richtlinie und wird somit als umweltfreundliches Produkt eingestuft. Es wird auf industrieüblichen 8-mm-Trägerbändern auf 7-Zoll-Durchmesser-Spulen geliefert, um eine effiziente Serienfertigung zu ermöglichen.
1.1 Kernvorteile
- Hohe Helligkeit: Nutzt fortschrittliche AlInGaP-Technologie für überlegene Lichtstärke.
- Bereit für die moderne Fertigung: Vollständig kompatibel mit automatisierten Pick-and-Place-Systemen und bleifreien IR-Reflow-Lötprofilen.
- Standardisierte Verpackung: Entspricht den EIA-Standards (Electronic Industries Alliance) für Band- und Spulenverpackung, was eine breite Kompatibilität gewährleistet.
- Umweltkonformität: Erfüllt die RoHS-Anforderungen und ist somit für globale Märkte mit strengen Umweltvorschriften geeignet.
- Design Flexibility: Die wasserklare Linse bietet ein neutrales Erscheinungsbild, das sich in verschiedene Produktdesigns einfügen kann.
2. Eingehende Analyse der technischen Parameter
Alle Parameter sind bei einer Umgebungstemperatur (Ta) von 25°C angegeben, sofern nicht anders angegeben. Das Verständnis dieser Parameter ist entscheidend für einen zuverlässigen Schaltungsentwurf und das Erreichen der erwarteten Leistung.
2.1 Absolute Maximalwerte
Diese Grenzwerte definieren die Belastungsgrenzen, jenseits derer dauerhafte Schäden am Bauteil auftreten können. Ein Betrieb unter oder an diesen Grenzen ist nicht garantiert und sollte für einen zuverlässigen Betrieb vermieden werden.
- Leistungsverlust (Pd): 75 mW. Die maximale Gesamtleistung, die das Bauteil als Wärme abführen kann.
- Spitzen-Durchlassstrom (IFP): 80 mA. Maximal zulässiger Strom unter Impulsbedingungen (1/10 Tastverhältnis, 0,1 ms Impulsbreite). Wird für kurze, hochintensive Blitze verwendet.
- DC Forward Current (IF): 30 mA. Der maximale Dauerstrom für den Betrieb im stationären Zustand.
- Sperrspannung (VR): 5 V. Die maximale Spannung, die in Sperrrichtung über die LED angelegt werden kann.
- Betriebstemperaturbereich: -30°C bis +85°C. Der Umgebungstemperaturbereich, für den das Gerät ausgelegt ist, um ordnungsgemäß zu funktionieren.
- Lagertemperaturbereich: -40°C bis +85°C. Der Temperaturbereich für die Lagerung im nicht betriebsbereiten Zustand.
- Infrared Soldering Condition: 260°C für 10 Sekunden. Die maximale thermische Belastung während des Reflow-Lötens.
2.2 Electrical & Optical Characteristics
Dies sind die typischen Leistungsparameter unter Standardtestbedingungen (IF = 20mA).
- Lichtstärke (Iv): 28.0 - 180.0 mcd (Millicandela). Die vom menschlichen Auge wahrgenommene Helligkeit der Lichtquelle (gemessen nach der CIE-Kurve). Die große Spanne wird durch ein Binning-System verwaltet.
- Abstrahlwinkel (2θ1/2): 70 Grad (typisch). Der volle Winkel, bei dem die Lichtstärke die Hälfte der Intensität bei 0 Grad (auf der Achse) beträgt. Dies definiert die Strahlaufweitung.
- Peak Emission Wavelength (λP): 574 nm (typisch). Die Wellenlänge, bei der die spektrale Leistungsverteilung ihr Maximum erreicht.
- Dominante Wellenlänge (λd): 567,5 - 576,5 nm. Die einzelne Wellenlänge, die die Farbe der LED wahrnehmungsgemäß entspricht, abgeleitet aus dem CIE-Farbtafeldiagramm. Dies ist der Schlüsselparameter für die Farbangabe.
- Spektrale Halbwertsbreite (Δλ): 15 nm (typisch). Die spektrale Bandbreite, gemessen bei halber Maximalintensität (Full Width at Half Maximum - FWHM). Ein kleinerer Wert weist auf monochromatischeres Licht hin.
- Forward Voltage (VF): 1.80 - 2.40 V. Der Spannungsabfall über der LED beim Betrieb mit dem spezifizierten Vorwärtsstrom (20mA).
- Reverse Current (IR): 10 μA (max) bei VR = 5V. Der geringe Leckstrom, der fließt, wenn das Bauteil in Sperrrichtung betrieben wird.
3. Erklärung des Binning-Systems
Um eine konsistente Farbe und Helligkeit in der Produktion zu gewährleisten, werden LEDs anhand gemessener Kenngrößen in Bins sortiert. Dies ermöglicht es Designern, Bauteile auszuwählen, die spezifische Anwendungsanforderungen an Gleichmäßigkeit erfüllen.
3.1 Binning der Lichtstärke
Gebinnt bei einem Prüfstrom von 20mA. Toleranz innerhalb jedes Bins beträgt +/-15%.
- Bin N: 28,0 - 45,0 mcd
- Bin P: 45,0 - 71,0 mcd
- Bin Q: 71.0 - 112.0 mcd
- Bin R: 112,0 - 180,0 mcd
3.2 Dominant Wavelength Binning
Gebinnt bei einem Prüfstrom von 20mA. Toleranz pro Bin: +/- 1nm.
- Bin C: 567,5 - 570,5 nm
- Bin D: 570,5 - 573,5 nm
- Bin E: 573,5 - 576,5 nm
Die Kombination von Intensitäts- und Wellenlängen-Bins (z.B. RC, QD) ermöglicht eine präzise Spezifikation für Farb- und Helligkeitskonstanz in einer Baugruppe.
4. Performance Curve Analysis
Auch wenn im Datenblatt auf spezifische grafische Kurven verwiesen wird, basiert die folgende Analyse auf dem Standardverhalten von LEDs und den bereitgestellten Parametern.
4.1 Durchlassstrom vs. Durchlassspannung (I-V-Kennlinie)
Die LED zeigt eine typische Dioden-I-V-Charakteristik. Die Durchlassspannung (VF) hat einen spezifizierten Bereich von 1,80 V bis 2,40 V bei 20 mA. VF hat einen negativen Temperaturkoeffizienten, was bedeutet, dass sie leicht abnimmt, wenn die Sperrschichttemperatur steigt. Für einen stabilen Betrieb wird dringend empfohlen, die LED mit einer Konstantstromquelle anstatt einer Konstantspannungsquelle zu betreiben, um ein thermisches Durchgehen zu verhindern.
4.2 Luminous Intensity vs. Forward Current
Die Lichtstärke ist innerhalb des Betriebsbereichs in etwa proportional zum Durchlassstrom. Die Effizienz (Lumen pro Watt) kann jedoch bei sehr hohen Strömen aufgrund erhöhter Wärmeentwicklung abnehmen. Ein Betrieb bei oder unterhalb des empfohlenen Teststroms von 20mA gewährleistet optimale Effizienz und Lebensdauer.
4.3 Temperature Dependence
Die Leistung von LEDs ist temperaturabhängig. Mit steigender Sperrschichttemperatur:
- Die Lichtausbeute nimmt ab: Die Lichtleistung sinkt. Der genaue Absenkungsfaktor ist produktspezifisch.
- Vorwärtsspannung nimmt ab: Wie in der I-V-Kennlinie vermerkt.
- Wellenlängenverschiebung: Die dominante Wellenlänge kann sich leicht verschieben, typischerweise zu längeren Wellenlängen (Rotverschiebung) mit steigender Temperatur.
5. Mechanical & Packaging Information
5.1 Bauteilabmessungen
Das Gehäuse hat ein Standard-SMD-Format. Zu den Hauptabmessungen gehören eine Bauteilgröße und eine Anschlusskonfiguration, die für die automatisierte Bestückung geeignet sind. Sofern nicht anders angegeben, betragen alle Maßtoleranzen typischerweise ±0,10 mm. Konstrukteure müssen für das genaue Land Pattern Design auf die detaillierte mechanische Zeichnung verweisen.
5.2 Polarisationskennzeichnung
Die Kathode ist in der Regel durch eine visuelle Markierung auf dem LED-Gehäuse gekennzeichnet, wie beispielsweise eine Kerbe, einen grünen Punkt oder eine abgeschrägte Ecke der Linse. Während der Platzierung muss die korrekte Polarität beachtet werden, um die Funktionsfähigkeit des Bauteils sicherzustellen.
5.3 Vorgeschlagene Lötpad-Anordnung
Ein empfohlenes Footprint (Land Pattern) wird bereitgestellt, um eine zuverlässige Lötstelle, korrekte Ausrichtung und ausreichende mechanische Festigkeit zu gewährleisten. Die Einhaltung dieses Layouts hilft, Tombstoning (das Aufstehen des Bauteils auf einem Ende) während des Reflow-Lötens zu verhindern und stellt eine gute thermische Verbindung zur Leiterplatte sicher.
6. Soldering & Assembly Guidelines
6.1 IR-Reflow-Lötprofil
Das Gerät ist mit bleifreien (Pb-freien) Lötverfahren kompatibel. Ein empfohlenes Reflow-Profil wird bereitgestellt, das den JEDEC-Standards entspricht. Zu den wichtigsten Parametern gehören:
- Vorwärmen: 150-200°C
- Vorwärmzeit: Maximal 120 Sekunden.
- Spitzentemperatur: Maximal 260°C.
- Zeit oberhalb der Liquidus-Temperatur: Das Bauteil sollte der Spitzentemperatur maximal 10 Sekunden ausgesetzt sein. Das Reflow-Löten sollte maximal zweimal durchgeführt werden.
6.2 Handlötung
Falls Handlöten erforderlich ist:
- Löttemperatur: Maximal 300°C.
- Lötzeit: Maximal 3 Sekunden pro Anschluss.
- Versuche: Das Löten sollte nur einmal durchgeführt werden. Wiederholtes Erhitzen ist zu vermeiden.
6.3 Reinigung
Falls eine Reinigung nach dem Löten erforderlich ist:
- Verwenden Sie ausschließlich die angegebenen Reinigungsmittel. Nicht spezifizierte Chemikalien können die Epoxidlinse oder das Gehäuse beschädigen.
- Empfohlene Lösungsmittel sind Ethylalkohol oder Isopropylalkohol bei normaler Raumtemperatur.
- Die Tauchzeit sollte weniger als eine Minute betragen.
6.4 Storage & Handling
- ESD-Vorsichtsmaßnahmen: LEDs sind empfindlich gegenüber elektrostatischer Entladung (ESD). Verwenden Sie Handgelenkbänder, antistatische Matten und ordnungsgemäß geerdete Geräte während der Handhabung.
- Feuchtigkeitsempfindlichkeit: Gemäß den Industriestandards ist das Gerät wahrscheinlich feuchtigkeitsempfindlich. Wenn die original versiegelte Feuchtigkeitssperrbeutel geöffnet wird:
- Lagern bei ≤30°C und ≤60% relativer Luftfeuchtigkeit.
- Es wird empfohlen, das IR-Reflow-Verfahren innerhalb einer Woche nach dem Öffnen abzuschließen.
- Für eine längere Lagerung außerhalb der Originalverpackung in einem verschlossenen Behälter mit Trockenmittel oder in einem Stickstoff-Exsikkator lagern.
- Devices stored out of bag for >1 week should be baked at approximately 60°C for at least 20 hours before soldering to remove absorbed moisture and prevent "popcorning" during reflow.
7. Packaging & Ordering Information
7.1 Tape and Reel Specifications
- Spulengröße: 7-Zoll-Durchmesser.
- Bandbreite: 8mm.
- Menge pro Rolle: 3000 Stück (Standardvollrolle).
- Mindestpackmenge: 500 Stück für Restmengen.
- Verpackungsstandard: Entspricht den ANSI/EIA-481-Spezifikationen.
- Deckfolie: Leere Bauteiltaschen werden mit einer Deckfolie versiegelt.
- Fehlende Bauteile: Gemäß Spezifikation sind maximal zwei aufeinanderfolgende fehlende Lampen (leere Taschen) zulässig.
8. Application Recommendations
8.1 Typische Anwendungsszenarien
Diese LED eignet sich für eine Vielzahl von Anwendungen, die einen kompakten, hellgrünen Indikator erfordern, einschließlich, aber nicht beschränkt auf:
- Status- und Netzteilanzeigen bei Unterhaltungselektronik (Router, Ladegeräte, Haushaltsgeräte).
- Hintergrundbeleuchtung für Tasten auf Tastaturen oder Bedienfeldern.
- Statusleuchten des Anzeigepanels.
- Automobilinnenraumbeleuchtung (für nicht-kritische Funktionen, bedarf weiterer Qualifizierung).
- Tragbare elektronische Geräte.
8.2 Schaltungsentwurfsüberlegungen
- Strombegrenzung: IMMER einen Reihen-Strombegrenzungswiderstand oder eine spezielle Konstantstrom-LED-Treiber-Schaltung verwenden. Der Wert wird mit dem Ohmschen Gesetz berechnet: R = (Vsupply - VF) / IF. Verwenden Sie den maximalen VF aus dem Datenblatt (2,40 V), um sicherzustellen, dass der Strom die Grenzwerte selbst bei einem Bauteil mit niedrigem VF nicht überschreitet.
- Parallele Schaltungen: Vermeiden Sie den direkten Parallelanschluss von LEDs. Geringfügige Schwankungen der VF können zu einem Stromungleichgewicht führen, bei dem eine LED den Großteil des Stroms aufnimmt und vorzeitig ausfällt. Verwenden Sie für jede LED separate strombegrenzende Widerstände oder einen Konstantstromtreiber mit mehreren Kanälen.
- Reihenschaltungen: Durch Reihenschaltung von LEDs wird gewährleistet, dass der gleiche Strom durch jedes Bauteil fließt, was für eine gleichmäßige Helligkeit vorteilhaft ist. Stellen Sie sicher, dass die Versorgungsspannung für die Summe aller VF -Spannungsabfälle plus Reserve für den Stromregler ausreicht.
- Thermomanagement: Für den Dauerbetrieb bei hohen Strömen oder in Umgebungen mit hohen Temperaturen sollte das PCB-Layout berücksichtigt werden. Eine kleine Kupferfläche unter dem thermischen Pad der LED (falls vorhanden) oder das Verbinden der Kathoden-Pads mit einer größeren Kupferebene kann zur Wärmeableitung beitragen.
- Schutz gegen Sperrspannung: Obwohl die LED bis zu 5 V in Sperrrichtung verkraften kann, ist es in Schaltungen, in denen eine verkehrte Polung möglich ist (z. B. benutzerinstallierbare Module), ratsam, einen Schutz wie eine in Reihe geschaltete Diode oder eine parallel zur LED liegende Shunt-Diode vorzusehen.
9. Technical Comparison & Differentiation
Im Vergleich zu älteren LED-Technologien wie Standard-GaP (Galliumphosphid) grünen LEDs bietet dieses auf AlInGaP basierende Bauteil erhebliche Vorteile:
- Höhere Helligkeit: AlInGaP-Material bietet eine wesentlich höhere Lichtausbeute, was bei gleichem Eingangsstrom zu einer größeren Lichtleistung führt.
- Bessere Farbreinheit: Die spektrale Halbwertsbreite ist relativ schmal (typisch 15 nm), was im Vergleich zu Alternativen mit breiterem Spektrum eine gesättigtere und reinere grüne Farbe erzeugt.
- Kompatibilität mit modernen Prozessen: Das Gehäuse und die Materialien sind speziell für die Kompatibilität mit bleifreien Hochtemperatur-IR-Reflow-Prozessen ausgelegt, was für die moderne RoHS-konforme Fertigung unerlässlich ist.
- Standardisierung: Das EIA-Gehäuse und das Tape-and-Reel-Format gewährleisten eine nahtlose Integration in automatisierte Fertigungslinien und reduzieren im Vergleich zu nicht standardisierten oder schüttgepackten Bauteilen die Rüstzeit und Bestückungsfehler.
10. Häufig gestellte Fragen (FAQs)
10.1 What is the difference between Peak Wavelength and Dominant Wavelength?
Peak Wavelength (λP) ist die physikalische Wellenlänge, bei der die LED die meiste optische Leistung emittiert. Dominante Wellenlänge (λd) ist die wahrgenommene Farbübereinstimmung – die einzelne Wellenlänge, die das menschliche Auge als dieselbe Farbe wie die gemischte Ausgabe der LED wahrnehmen würde. Bei monochromatischen LEDs wie dieser grünen sind sie oft ähnlich, aber λd ist der Schlüsselparameter für die Farbangabe im Design.
10.2 Kann ich diese LED ohne einen strombegrenzenden Widerstand betreiben, wenn meine Stromversorgung genau 2,0 V liefert?
Nein, dies wird nicht empfohlen und ist riskant. Die Durchlassspannung (VF) variiert von 1,80 V bis 2,40 V. Wenn Sie eine 2,0-V-Versorgung und eine LED mit einer VF von 1,85 V haben, wird ein kleiner Unterschied von 0,15 V zu einem großen, unkontrollierten Stromfluss führen (begrenzt nur durch den dynamischen Widerstand der LED und den parasitären Schaltungswiderstand), der wahrscheinlich den maximalen Strom überschreitet und die LED beschädigt. Verwenden Sie stets einen strombegrenzenden Mechanismus.
10.3 Warum gibt es ein Binning-System und welchen Bin sollte ich wählen?
Fertigungstoleranzen führen zu leichten Unterschieden in Farbe und Helligkeit. Durch Binning werden LEDs zur Gewährleistung von Konsistenz in Gruppen sortiert. Wählen Sie eine Binning-Klasse basierend auf Ihrer Anwendung:
- Für einzelne Anzeigeleuchten ist in der Regel jede Binning-Klasse geeignet.
- Für mehrere LEDs, die identisch aussehen müssen (z.B. eine Reihe von Statusleuchten), geben Sie dieselbe Intensitäts- und Wellenlängen-Binning-Klasse an (z.B. alle "QD"), um visuelle Gleichmäßigkeit sicherzustellen.
- Für die hellste Ausgabe geben Sie die höchste Intensitätsklasse (R) an. Für einen bestimmten Grünton geben Sie die entsprechende Wellenlängenklasse (C, D oder E) an.
10.4 Im Datenblatt wird eine Verlustleistung von 75mW erwähnt. Wie berechne ich diese?
Die Verlustleistung (Pd) einer LED wird hauptsächlich berechnet als: Pd ≈ VF * IF. Beispielsweise beträgt sie beim maximalen Dauerstrom (IF = 30mA) und eine typische VF von 2,1V, Pd = 0,030A * 2,1V = 63mW, was unter dem Maximum von 75mW liegt. Verwenden Sie stets die maximale VF für die Worst-Case-Berechnung: 0,030A * 2,40V = 72mW. Dies lässt einen kleinen Sicherheitsspielraum. Stellen Sie sicher, dass Ihre Betriebsbedingungen, einschließlich Umgebungstemperatur, diese Verlustleistung ohne Überhitzung zulassen.
11. Practical Design & Usage Examples
11.1 Beispiel 1: Einfache 5V-Anzeigeschaltung
Ziel: Betreiben einer einzelnen LED von einer 5-V-Gleichstromversorgung bei IF = 20 mA. Berechnung: Gehen Sie vom ungünstigsten Fall VF = 2,40 V.R = 5 V - 2,40 V = 2,60 V.R / IF = 2,60 V / 0,020 A = 130 Ω. Bauteilauswahl: Wählen Sie den nächstgelegenen Standardwiderstandswert, z.B. 130Ω oder 150Ω. Ein 150Ω-Widerstand würde IF ≈ (5V - 2,40V)/150Ω = 17,3mA ergeben, was sicher und immer noch hell ist. Widerstandsbelastbarkeit: PWiderstand = I2 * R = (0,020)2 * 150 = 0,06W. Ein Standard-Widerstand mit 1/8W (0,125W) oder 1/4W ist mehr als ausreichend.
11.2 Beispiel 2: Ansteuerung mehrerer LEDs aus einer 12V-Versorgung
Ziel: Drei LEDs in Reihe von einer 12-V-Stromversorgung bei I betreibenF = 20 mA. Berechnung: Gesamt-LED-VF (worst-case max): 3 * 2.40V = 7.20V.R = 12V - 7,20V = 4,80V. Vorteil: Reihenschaltung garantiert identischen Strom durch alle drei LEDs und gewährleistet gleichmäßige Helligkeit, selbst wenn ihre VF Werte variieren. Nur ein strombegrenzender Widerstand ist erforderlich, was die Effizienz im Vergleich zu drei separaten Widerständen verbessert.
12. Technologieeinführung
12.1 AlInGaP Halbleiterprinzip
AlInGaP (Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid) ist ein III-V-Verbindungshalbleitermaterial, das hauptsächlich für hochhellige rote, orange, gelbe und grüne LEDs verwendet wird. Durch präzises Einstellen der Verhältnisse von Aluminium, Indium, Gallium und Phosphor im Kristallgitter während des epitaktischen Wachstums können Ingenieure die Bandlücke des Materials "abstimmen". Die Bandlückenenergie bestimmt die Wellenlänge (Farbe) des Lichts, das bei der Rekombination von Elektronen mit Löchern am Übergang emittiert wird. AlInGaP bietet für Farben im gelb-roten Spektrum im Vergleich zu älteren Materialien eine höhere Quanteneffizienz und thermische Stabilität, was zu helleren und zuverlässigeren Bauelementen führt. Die grüne Emission dieses spezifischen Teils wird durch eine Zusammensetzung mit höherer Bandlückenenergie erreicht.
13. Branchentrends
13.1 Entwicklung von Indikator-LEDs
Der Trend bei SMD-Anzeige-LEDs geht weiterhin in Richtung:
- Erhöhte Effizienz: Entwicklung neuer Halbleitermaterialien und Chipstrukturen (wie Flip-Chip-Designs), um mehr Lumen pro Watt zu liefern und den Stromverbrauch bei gegebener Helligkeit zu reduzieren.
- Miniaturisierung: Bauteile werden immer kleiner (z.B. 0402, 0201 metrische Größen), um wertvolle Leiterplattenfläche in zunehmend kompakten Geräten wie Wearables und ultradünnen Smartphones einzusparen.
- Enhanced Reliability & Robustness: Verbesserte Verpackungsmaterialien und -prozesse, um höheren Reflow-Temperaturen, raueren Umgebungsbedingungen standzuhalten und eine bessere Feuchtigkeitsbeständigkeit zu bieten.
- Integrierte Lösungen: Entwicklung von LEDs mit eingebauten strombegrenzenden Widerständen oder IC-Treibern ("LED-Treiber im Gehäuse"), um Schaltungsdesigns zu vereinfachen und die Bauteilanzahl zu reduzieren.
- Erweiterung des Farbraums: Laufende Forschung an Materialien wie Galliumnitrid (GaN) auf verschiedenen Substraten und Quantenpunkt-Technologie, um reinere und gesättigtere Grün- und Blaugrün-Töne zu erreichen, die für Vollfarb-Displays und Beleuchtung wertvoll sind.
LED-Spezifikationsterminologie
Vollständige Erklärung der LED-Fachbegriffe
Photoelektrische Leistung
| Begriff | Einheit/Darstellung | Einfache Erklärung | Warum wichtig |
|---|---|---|---|
| Lichtausbeute | lm/W (Lumen pro Watt) | Lichtausbeute pro Watt elektrischer Leistung, ein höherer Wert bedeutet eine höhere Energieeffizienz. | Bestimmt direkt die Energieeffizienzklasse und die Stromkosten. |
| Luminous Flux | lm (Lumen) | Gesamtes von der Quelle abgegebenes Licht, allgemein als "Helligkeit" bezeichnet. | 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 den Beleuchtungsbereich und die Gleichmäßigkeit. |
| CCT (Color Temperature) | K (Kelvin), z.B. 2700K/6500K | Wärme/Kühle des Lichts, niedrigere Werte gelblich/warm, höhere weißlich/kühl. | Bestimmt die Lichtatmosphäre und geeignete Anwendungsszenarien. |
| CRI / Ra | Dimensionslos, 0–100 | Fähigkeit, Objektfarben präzise wiederzugeben, Ra≥80 ist gut. | Beeinflusst die Farbauthentizität, wird an anspruchsvollen Orten wie Einkaufszentren und Museen verwendet. |
| SDCM | MacAdam-Ellipsenschritte, z.B. "5-step" | Metrik für Farbkonstanz, kleinere Schritte bedeuten eine konsistentere Farbe. | Gewährleistet eine einheitliche Farbe innerhalb derselben LED-Charge. |
| Dominant Wavelength | nm (Nanometer), z.B. 620nm (rot) | Wellenlänge, die der Farbe von farbigen LEDs entspricht. | Bestimmt den Farbton von roten, gelben, grünen monochromen LEDs. |
| Spektrale Verteilung | Wellenlänge vs. Intensitätskurve | Zeigt die Intensitätsverteilung über die Wellenlängen. | Beeinflusst die Farbwiedergabe und Qualität. |
Electrical Parameters
| Begriff | Symbol | Einfache Erklärung | Designüberlegungen |
|---|---|---|---|
| Durchlassspannung | Vf | Minimale Spannung zum Einschalten der LED, ähnlich einem "Startschwellenwert". | Treiberspannung muss ≥Vf sein, Spannungen addieren sich bei in Reihe geschalteten LEDs. |
| Forward Current | Wenn | Stromwert für den normalen LED-Betrieb. | Usually constant current drive, current determines brightness & lifespan. |
| Maximaler Impulsstrom | Ifp | Spitzenstrom, der für kurze Zeit toleriert werden kann, wird zum Dimmen oder Blinken verwendet. | Pulse width & duty cycle must be strictly controlled to avoid damage. |
| Reverse Voltage | Vr | Maximale Sperrspannung, die die LED aushalten kann; eine Überschreitung kann zum Durchbruch führen. | Die Schaltung muss eine Verpolung oder Spannungsspitzen verhindern. |
| Thermischer Widerstand | Rth (°C/W) | Der Wärmewiderstand vom Chip zum Lot, je niedriger, desto besser. | Hoher Wärmewiderstand erfordert eine stärkere Wärmeableitung. |
| ESD-Immunität | V (HBM), z.B. 1000V | Fähigkeit, einer elektrostatischen Entladung standzuhalten; ein höherer Wert bedeutet eine geringere Anfälligkeit. | In der Produktion sind antistatische Maßnahmen erforderlich, insbesondere für empfindliche LEDs. |
Thermal Management & Reliability
| Begriff | Schlüsselkennzahl | Einfache Erklärung | Auswirkung |
|---|---|---|---|
| Junction Temperature | Tj (°C) | Tatsächliche Betriebstemperatur innerhalb des LED-Chips. | Eine Reduzierung um 10°C kann die Lebensdauer verdoppeln; zu hohe Temperaturen führen zu Lichtabfall und Farbverschiebung. |
| Lumen Depreciation | L70 / L80 (hours) | Zeit bis die Helligkeit auf 70% oder 80% des Anfangswerts abfällt. | Definiert direkt die "Lebensdauer" der LED. |
| Lumen Maintenance | % (z.B. 70%) | Prozentsatz der nach einer bestimmten Zeit erhaltenen Helligkeit. | Zeigt die Helligkeitserhaltung bei langfristiger Nutzung an. |
| Color Shift | Δu′v′ oder MacAdam-Ellipse | Grad der Farbveränderung während der Nutzung. | Beeinflusst die Farbkonstanz in Beleuchtungsszenen. |
| Thermische Alterung | Materialverschlechterung | Verschlechterung aufgrund langfristiger hoher Temperaturen. | Kann zu Helligkeitsabfall, Farbveränderung oder Unterbrechungsausfall führen. |
Packaging & Materials
| Begriff | Häufige Arten | Einfache Erklärung | Features & Applications |
|---|---|---|---|
| Gehäusetyp | EMC, PPA, Keramik | Gehäusematerial schützt den Chip und bietet eine optische/thermische Schnittstelle. | EMC: gute Wärmebeständigkeit, niedrige Kosten; Keramik: bessere Wärmeableitung, längere Lebensdauer. |
| Chip-Struktur | Front, Flip Chip | Chip electrode arrangement. | Flip chip: bessere Wärmeableitung, höhere Effizienz, für Hochleistungsanwendungen. |
| Leuchtstoffbeschichtung | YAG, Silikat, Nitrid | Deckt den blauen Chip ab, wandelt einige in gelb/rot um, mischt zu weiß. | Unterschiedliche Leuchtstoffe beeinflussen Effizienz, CCT und CRI. |
| Lens/Optics | Flach, Mikrolinse, TIR | Optische Struktur auf der Oberfläche zur Steuerung der Lichtverteilung. | Bestimmt den Betrachtungswinkel und die Lichtverteilungskurve. |
Quality Control & Binning
| Begriff | Binning Content | Einfache Erklärung | Zweck |
|---|---|---|---|
| Luminous Flux Bin | Code z.B. 2G, 2H | Nach Helligkeit gruppiert, jede Gruppe hat minimale/maximale Lumenwerte. | Gewährleistet gleichmäßige Helligkeit in derselben Charge. |
| Voltage Bin | Code z.B. 6W, 6X | Gruppiert nach Durchlassspannungsbereich. | Erleichtert die Treiberabstimmung, verbessert die Systemeffizienz. |
| Color Bin | 5-step MacAdam ellipse | Nach Farbkoordinaten gruppiert, um einen engen Toleranzbereich sicherzustellen. | Gewährleistet Farbkonstanz und vermeidet ungleichmäßige Farbgebung innerhalb des Leuchtkörpers. |
| CCT Bin | 2700K, 3000K etc. | Nach CCT gruppiert, jede mit entsprechendem Koordinatenbereich. | Erfüllt die CCT-Anforderungen verschiedener Szenen. |
Testing & Certification
| Begriff | Standard/Test | Einfache Erklärung | Bedeutung |
|---|---|---|---|
| LM-80 | Lumen-Erhaltungsprüfung | Langzeitbeleuchtung bei konstanter Temperatur, Aufzeichnung des Helligkeitsabfalls. | Wird zur Schätzung der LED-Lebensdauer verwendet (mit TM-21). |
| TM-21 | Lebensdauerschätzstandard | Schätzt die Lebensdauer unter realen Bedingungen auf Basis von LM-80-Daten. | Ermöglicht eine wissenschaftliche Lebensdauervorhersage. |
| IESNA | Illuminating Engineering Society | Umfasst optische, elektrische und thermische Prüfverfahren. | Branchenweit anerkannte Testgrundlage. |
| RoHS / REACH | Umweltzertifizierung | Stellt sicher, dass keine schädlichen Substanzen (Blei, Quecksilber) enthalten sind. | Internationale Marktzugangsvoraussetzung. |
| ENERGY STAR / DLC | Energieeffizienzzertifizierung | Energieeffizienz- und Leistungszertifizierung für Beleuchtung. | Wird in der öffentlichen Beschaffung, in Förderprogrammen verwendet und steigert die Wettbewerbsfähigkeit. |