T20 Serie Weiße LED Spezifikation - 2016 Gehäuse - 2.0x1.6x1.75mm - 11V Typ - 0.33W - Technisches Datenblatt

1. Produktübersicht

Die T20 Serie stellt eine kompakte, leistungsstarke Lösung für weiße LEDs dar, die für moderne Beleuchtungsanwendungen konzipiert ist. Diese Top-View LED mit der Gehäusegröße 2016 ist darauf ausgelegt, zuverlässige und effiziente Beleuchtung zu liefern. Ihre Kernvorteile ergeben sich aus einem thermisch optimierten Gehäusedesign, das eine bessere Wärmeableitung ermöglicht und somit einen höheren Betriebsstrom sowie eine konstante Lichtleistung erlaubt. Das Bauteil zeichnet sich durch einen breiten Abstrahlwinkel aus, was es für Anwendungen geeignet macht, die eine großflächige Lichtverteilung erfordern. Es ist vollständig kompatibel mit bleifreien Reflow-Lötprozessen und entspricht den RoHS-Umweltstandards, wodurch die Kompatibilität mit modernen Fertigungsanforderungen und globalen Vorschriften sichergestellt wird.

Der Zielmarkt für diese LED ist vielfältig und umfasst sowohl kommerzielle als auch private Beleuchtungssektoren. Zu den Hauptanwendungen gehören Innenraumleuchten, Retrofit-Lösungen zum Ersatz traditioneller Lichtquellen, allgemeine Umgebungsbeleuchtung sowie architektonische oder dekorative Beleuchtung, bei der sowohl Leistung als auch Bauform entscheidend sind.

2. Detaillierte Betrachtung der technischen Parameter

2.1 Elektro-optische Eigenschaften

Die grundlegende Leistung der LED ist unter Standardtestbedingungen bei einem Durchlassstrom (IF) von 30mA und einer Sperrschichttemperatur (Tj) von 25°C definiert. Der Lichtstrom variiert mit der Farbtemperatur (CCT). Beispielsweise bietet eine 2700K LED (Warmweiß) einen typischen Lichtstrom von 34,5 Lumen mit einem Minimum von 32 Lumen, während kühlere CCTs wie 4000K, 5000K, 5700K und 6500K eine höhere typische Ausgangsleistung von 36,5 Lumen (Minimum 34 Lumen) liefern. Alle Varianten behalten einen hohen Farbwiedergabeindex (CRI) von Ra80 bei, was eine gute Farbtreue gewährleistet. Die Toleranz für die Lichtstrommessung beträgt ±7% und die CRI-Toleranz ±2.

Das Bauteil verfügt über einen sehr breiten Abstrahlwinkel (2θ1/2) von 120 Grad, was ein breites und gleichmäßiges Lichtabstrahlmuster bietet, das ideal für die Flächenbeleuchtung ist.

2.2 Elektrische Parameter

Die Durchlassspannung (VF) bei 30mA beträgt typischerweise 11V, mit einem Bereich von 9,5V bis 12V und einer Messtoleranz von ±0,3V. Die absoluten Maximalwerte definieren die Betriebsgrenzen: ein kontinuierlicher Durchlassstrom (IF) von 40mA, ein gepulster Durchlassstrom (IFP) von 60mA (unter spezifischen Pulsbedingungen) und eine maximale Verlustleistung (PD) von 440mW. Die Sperrspannung (VR) ist auf 5V begrenzt. Es muss darauf geachtet werden, diese Grenzwerte nicht zu überschreiten, um die Langzeitzuverlässigkeit sicherzustellen.

2.3 Thermische Eigenschaften

Das thermische Management ist entscheidend für die LED-Leistung und Lebensdauer. Der thermische Widerstand von der Sperrschicht zum Lötpunkt (Rth j-sp) wird unter Standardtestbedingungen mit 40°C/W angegeben. Die absolute maximale Sperrschichttemperatur (Tj) beträgt 120°C. Das Bauteil ist für einen Betriebstemperaturbereich (Topr) von -40°C bis +105°C ausgelegt. Die Derating-Kurve (Abb. 8) zeigt deutlich, wie der zulässige Durchlassstrom reduziert werden muss, wenn die Umgebungstemperatur steigt, um Überhitzung und vorzeitigen Ausfall zu verhindern.

3. Erklärung des Binning-Systems

3.1 Lichtstrom-Binning

Die LEDs werden in Lichtstrom-Bins sortiert, um Konsistenz zu gewährleisten. Beispielsweise ist eine 4000K LED mit Ra80 in den Bins E1 (34-36 lm), E2 (36-38 lm) und E3 (38-42 lm) erhältlich. Der Bin-Code (z.B. D9, E1, E2) ist Teil des Artikelnummernsystems und ermöglicht es Designern, LEDs mit präzisen Ausgangspegeln für ihre Anwendung auszuwählen.

3.2 Durchlassspannungs-Binning

Ebenso wird die Durchlassspannung gebinnt, um die Schaltungsentwicklung zu unterstützen, insbesondere für das Treiben mehrerer LEDs in Reihe. Verfügbare Bins umfassen 1C (8-9V), 1D (9-10V) und 5X (10-12V). Die Auswahl von LEDs aus demselben Spannungs-Bin kann zu einer gleichmäßigeren Stromverteilung beitragen.

3.3 Farbort-Binning

Die Farbkonsistenz wird unter Verwendung des CIE 1931-Farbdiagramms streng kontrolliert. Jede CCT (z.B. 2700K, 3000K) ist durch einen Zielmittelpunkt (x, y) und eine Toleranzellipse definiert. Die Spezifikation gibt an, dass die Farbklassen innerhalb einer 5-Schritt-MacAdam-Ellipse liegen, einem Standard zur Definition wahrnehmbarer Farbunterschiede. Energy-Star-Binning-Standards werden im Bereich von 2600K bis 7000K angewendet, um sicherzustellen, dass die LEDs strenge Anforderungen an die Farbgleichmäßigkeit für qualitativ hochwertige Beleuchtungsprodukte erfüllen.

4. Analyse der Leistungskurven

Das Datenblatt enthält mehrere wichtige Diagramme zum Verständnis der Leistung unter verschiedenen Bedingungen.

Relative Intensity vs. Forward Current (Fig. 3): This curve shows how light output increases with current. It is typically non-linear, and operating beyond the recommended current can lead to efficiency droop and accelerated degradation.

Forward Voltage vs. Forward Current (Fig. 4): This IV characteristic curve is essential for designing the driver circuit. It shows the relationship between the voltage across the LED and the current flowing through it.

Relative Luminous Flux vs. Ambient Temperature (Fig. 5): This graph demonstrates the negative impact of rising temperature on light output. As the ambient (and consequently junction) temperature increases, the luminous flux decreases. This underscores the importance of effective thermal design.

Relative Forward Voltage vs. Ambient Temperature (Fig. 6): The forward voltage has a negative temperature coefficient, meaning it decreases slightly as temperature rises. This can be a factor in constant-current driver design.

Chromaticity Shift vs. Ambient Temperature (Fig. 7): This plot is critical for color-sensitive applications. It shows how the x and y color coordinates drift with changes in temperature, which is vital information for maintaining color consistency in varying environments.

Color Spectrum (Fig. 1): This graph displays the spectral power distribution of the emitted white light, which is a combination of the blue LED chip and the phosphor coating. It helps in understanding the color quality and potential applications.

5. Mechanische und Gehäuseinformationen

Die LED nutzt den 2016-Gehäuse-Footprint mit den Abmessungen 2,0mm Länge, 1,6mm Breite und einer Höhe von 1,75mm. Die Gehäusezeichnung zeigt eine Draufsicht, die das Lötpadmuster illustriert. Eine klare Polarisationskennzeichnung ist vorhanden: die Kathode ist markiert. Die Maßtoleranz beträgt, sofern nicht anders angegeben, ±0,1mm. Diese kompakte Größe ermöglicht hochdichte PCB-Layouts und macht sie für schlanke Leuchten geeignet.

6. Löt- und Montagerichtlinien

Das Bauteil ist für Reflow-Lötprozesse ausgelegt. Ein detailliertes Reflow-Profil mit spezifischen Parametern wird bereitgestellt: Die Aufheizrate von der Liquidustemperatur (TL=217°C) zur Spitzentemperatur (Tp=260°C max.) sollte 3°C/Sekunde nicht überschreiten. Die Zeit oberhalb von TL (tL) sollte zwischen 60 und 150 Sekunden liegen. Die maximale Gehäusetemperatur darf 260°C nicht überschreiten, und die Zeit innerhalb von 5°C dieser Spitze (tp) sollte maximal 30 Sekunden betragen. Die Abkühlrate sollte maximal 6°C/Sekunde betragen. Die Gesamtzeit von 25°C bis zur Spitzentemperatur sollte 8 Minuten nicht überschreiten. Die Einhaltung dieses Profils ist entscheidend, um thermische Schäden am LED-Gehäuse, den Lötstellen und den internen Die-Attach-Materialien zu verhindern.

7. Verpackungs- und Bestellinformationen

Das Artikelnummernsystem ist umfassend und ermöglicht eine präzise Spezifikation. Das Modell ist T20**811A-*****. Das Nummernsystem gliedert sich wie folgt: X1 gibt den Typencode an (20 für 2016 Gehäuse). X2 ist der CCT-Code (z.B. 27 für 2700K). X3 ist der Farbwiedergabeindex (8 für Ra80). X4 und X5 geben die Anzahl der seriellen bzw. parallelen Chips an. X6 ist ein Bauteilcode. X7 ist ein Farbcode, der spezifische Leistungsklassen definiert (z.B. M für ANSI-Standard). X8, X9 und X10 sind für interne und Reservecodes. Dieses System ermöglicht es Benutzern, die exakt für ihr Design benötigte LED-Variante zu bestellen.

8. Anwendungsvorschläge

8.1 Typische Anwendungsszenarien

Wie aufgeführt, sind die Hauptanwendungen Innenraumbeleuchtung, Retrofit, Allgemeinbeleuchtung und architektonische/dekorative Beleuchtung. Ihr hoher Lichtstrom und der breite Winkel machen sie hervorragend geeignet für Einbauleuchten, Panel-Leuchten, Röhrenleuchten und dekorative Lichtbänder. Der 120-Grad-Strahlwinkel ist besonders vorteilhaft für Leuchten, die eine breite Ausleuchtung ohne Hotspots erfordern.

8.2 Designüberlegungen

Thermal Management: Given the thermal resistance of 40°C/W, proper heat sinking is mandatory, especially when operating at or near the maximum current. The PCB should be designed with adequate thermal vias and possibly connected to a metal core or heatsink to maintain a low junction temperature.

Electrical Driving: A constant current driver is recommended to ensure stable light output and color over the LED's lifetime. The driver should be selected based on the forward voltage bin and the required operating current, ensuring it does not exceed the absolute maximum ratings. The derating curve must be consulted for high-temperature environments.

Optical Design: The top-view nature and wide beam angle may require secondary optics (lenses or diffusers) if a specific beam pattern or glare control is needed.

9. Technischer Vergleich und Differenzierung

Im Vergleich zu Standard-Mid-Power-LEDs bietet das T20/2016-Gehäuse aufgrund seines thermisch optimierten Designs einen Kompromiss zwischen kompakter Größe und guter thermischer Leistung. Ihre typische Durchlassspannung von 11V bei 30mA deutet darauf hin, dass sie intern möglicherweise mehrere Chip-Konfigurationen enthält. Der breite 120-Grad-Abstrahlwinkel ist ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal gegenüber LEDs mit engeren Strahlen, was sie besser für die Allgemeinbeleuchtung als für die Spotbeleuchtung geeignet macht. Die Einhaltung von 5-Schritt-MacAdam-Ellipsen und Energy-Star-Binning platziert sie in eine Kategorie, die auf hohe Farbkonsistenz ausgerichtet ist, was ein bedeutender Vorteil gegenüber LEDs mit größeren Farbtoleranzen ist.

10. Häufig gestellte Fragen (basierend auf technischen Parametern)

Q: What is the actual power consumption of this LED?
A: At the typical operating condition of 30mA and 11V, the power consumption is 0.33W (30mA * 11V = 330mW). This is below the maximum power dissipation rating of 440mW.

Q: Can I drive this LED with a 12V supply?
A: Not directly. The LED requires a constant current driver, not a constant voltage supply. Connecting it directly to a 12V source would likely cause excessive current flow, exceeding the absolute maximum rating and destroying the LED. A driver circuit that regulates current to 30mA (or another desired level within spec) must be used.

Q: How does temperature affect the light output?
A: As shown in Fig. 5, light output decreases as ambient temperature rises. Effective heat sinking is crucial to maintain high luminous flux and long life.

Q: What does "5-step MacAdam ellipse" mean for my application?
A: It means the LEDs are binned so tightly that the color difference between any two LEDs in the same bin is virtually imperceptible to the human eye under standard viewing conditions. This is essential for applications where color uniformity across multiple LEDs is critical, such as in panel lights or linear fixtures.

11. Praktisches Design- und Anwendungsbeispiel

Betrachten Sie das Design einer Retrofit-LED-Röhrenleuchte zum Ersatz einer traditionellen fluoreszierenden T8-Röhre. Ein typisches Design könnte 120 Stück dieser T20-LED verwenden, die linear auf einer Metallkern-Leiterplatte (MCPCB) angeordnet sind. Angesichts ihres breiten 120-Grad-Abstrahlwinkels wäre die Lichtverteilung hervorragend für die allgemeine Bürobeleuchtung geeignet. Der Designer würde LEDs aus demselben Lichtstrom- und Spannungs-Bin (z.B. E2 und 5X) auswählen, um eine gleichmäßige Helligkeit und Stromaufteilung zu gewährleisten. Die MCPCB würde an einem Aluminiumgehäuse befestigt, das als Kühlkörper dient. Ein Konstantstromtreiber würde so ausgelegt, dass er etwa 30mA pro LED-String liefert, wobei die Gesamtdurchlassspannung der in Reihe geschalteten LEDs berücksichtigt wird. Das Reflow-Lötprofil würde während der Montage strikt eingehalten. Dieser Aufbau würde die hohe Effizienz, lange Lebensdauer und gute Farbwiedergabe der LED nutzen, um ein energiesparendes, hochwertiges Beleuchtungsprodukt zu schaffen.

12. Einführung in das Funktionsprinzip

Eine weiße LED arbeitet nach dem Prinzip der Elektrolumineszenz in einem Halbleitermaterial in Kombination mit Phosphor-Konversion. Der Kern ist ein Halbleiterchip, typischerweise aus Indiumgalliumnitrid (InGaN), der bei Anlegen eines Durchlassstroms blaues Licht emittiert. Dieses blaue Licht trifft dann auf eine Schicht aus Phosphor-Beschichtung (oft auf Basis von Yttrium-Aluminium-Granat oder YAG), die auf oder um den Chip aufgebracht ist. Der Phosphor absorbiert einen Teil des blauen Lichts und emittiert es als gelbes Licht neu. Die Kombination aus dem verbleibenden blauen Licht und dem emittierten gelben Licht wird vom menschlichen Auge als weißes Licht wahrgenommen. Der genaue Weißton (CCT) wird durch die Zusammensetzung und Dicke der Phosphorschicht gesteuert. Der breite Abstrahlwinkel wird durch das Gehäusedesign und die Lichtstreuung durch die umschließende Linse erreicht.

13. Technologietrends und Entwicklung

Die Beleuchtungsindustrie treibt weiterhin höhere Effizienz (Lumen pro Watt), verbesserte Farbqualität (höhere CRI- und R9-Werte) und bessere Zuverlässigkeit voran. Zu den Trends gehören die Entwicklung neuartiger Phosphormaterialien für eine gesättigtere Rotemission (Verbesserung von CRI R9), der Einsatz von Remote-Phosphor-Designs für bessere Farbgleichmäßigkeit und thermisches Management sowie die Integration von Chip-Scale-Package (CSP)-Technologien für noch kleinere Bauformen. Darüber hinaus liegt ein wachsender Fokus auf Smart Lighting, das LEDs erfordert, die zuverlässig gedimmt und über Protokolle wie DALI oder Zigbee gesteuert werden können. Die T20-Serie mit ihrem thermisch optimierten Gehäuse und konsistenten Binning entspricht der Nachfrage der Industrie nach zuverlässigen, hochwertigen Komponenten, die die Grundlage sowohl für einfache als auch für fortschrittliche Beleuchtungssysteme bilden. Der Trend hin zu Human Centric Lighting (HCL), das Lichtfarbe und -intensität zur Unterstützung des circadianen Rhythmus anpasst, ist ebenfalls auf die stabile und vorhersehbare Leistung von LEDs wie denen dieser Serie angewiesen.