Fiche technique de LED blanche T-1 3mm - 3.0mm Dia. x 5.0mm H - Tension directe 2.8-4.0V - Courant continu 30mA - Puissance dissipée 110mW - Document technique FR

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document détaille les spécifications d'une diode électroluminescente (LED) blanche à haute luminosité encapsulée dans un boîtier rond T-1 (3mm) standard. Le composant est conçu pour fournir un flux lumineux supérieur, le rendant adapté aux applications exigeant une grande luminosité et une visibilité optimale. La technologie de base utilise une puce semi-conductrice InGaN qui émet de la lumière bleue. Cette émission bleue est ensuite convertie en une lumière blanche à large spectre grâce à une couche de phosphore déposée dans la coupelle réflectrice de la LED. Les coordonnées chromatiques typiques résultantes sont x=0,29, y=0,28 selon la norme d'espace colorimétrique CIE 1931, indiquant une température de couleur blanche neutre à froide. Le composant est conçu pour la fiabilité et intègre des caractéristiques telles qu'une protection contre les décharges électrostatiques (ESD) jusqu'à 4KV (modèle du corps humain) et la conformité aux réglementations environnementales pertinentes.

1.1 Avantages principaux et marché cible

L'avantage principal de cette LED est son intensité lumineuse élevée dans un facteur de forme T-1 compact et standard de l'industrie. Cette combinaison de petite taille et de haute luminosité offre une flexibilité significative aux ingénieurs de conception. Le composant est fourni en vrac ou sur bande et bobine pour les processus d'assemblage automatisés, améliorant ainsi l'efficacité de fabrication. Ses applications clés se concentrent sur les domaines nécessitant une indication ou un éclairage clair et lumineux. Les marchés cibles incluent l'électronique grand public, les panneaux de contrôle industriel, l'éclairage intérieur automobile et la signalétique générale.

2. Analyse approfondie des paramètres techniques

Une compréhension complète des limites électriques et optiques est cruciale pour une conception de circuit fiable et des performances à long terme.

2.1 Limites absolues maximales

Ces valeurs définissent les limites de contrainte au-delà desquelles des dommages permanents peuvent survenir sur le composant. Un fonctionnement à ou sous ces limites n'est pas garanti et doit être évité pour des performances fiables.

• Courant direct continu (I_F): 30 mA. C'est le courant continu maximal qui peut être appliqué en continu à la LED.
• Courant direct de crête (I_FP): 100 mA. Ce courant plus élevé n'est autorisé qu'en conditions pulsées, spécifié avec un rapport cyclique de 1/10 et une fréquence de 1 kHz.
• Tension inverse (V_R): 5 V. L'application d'une tension de polarisation inverse dépassant cette valeur peut provoquer un claquage de la jonction.
• Puissance dissipée (P_d): 110 mW. C'est la puissance maximale que le boîtier peut dissiper sous forme de chaleur, calculée comme la Tension Directe (V_F) multipliée par le Courant Direct (I_F).
• Température de fonctionnement et de stockage: Le composant peut fonctionner dans des températures ambiantes de -40°C à +85°C et peut être stocké dans des températures de -40°C à +100°C.
• Température de soudure: Les broches peuvent supporter une température de soudure de 260°C pendant une durée maximale de 5 secondes, ce qui est compatible avec les processus standards de refusion et de soudure manuelle.

2.2 Caractéristiques électro-optiques

Ces paramètres sont mesurés dans des conditions de test standard (Ta=25°C) et définissent les performances typiques de la LED.

• Tension directe (V_F): S'étend de 2,8V (Min) à 4,0V (Max) à un courant de test de 20mA. La valeur typique se situe dans cette plage. Une résistance limitant le courant est essentielle en série avec la LED pour contrôler le courant en fonction de la tension d'alimentation et de la V_Fspécifique de la LED.
• Intensité lumineuse (I_V): A une valeur minimale de 1800 millicandelas (mcd) à 20mA. L'intensité peut atteindre jusqu'à 4500 mcd selon le bin spécifique (voir Section 3). Cette haute intensité est une caractéristique clé.
• Angle de vision (2θ_1/2): L'angle de vision total typique à mi-intensité est de 25 degrés. Cela indique un faisceau relativement focalisé, idéal pour une indication directionnelle.
• Courant inverse (I_R): Est limité à un maximum de 50 µA lorsqu'une polarisation inverse de 5V est appliquée, indiquant une bonne intégrité de la jonction.
• Fonction diode Zener: La fiche technique note une Tension Inverse Zener (V_Z) de 5,2V typ. à 5mA et un Courant Inverse Zener (I_Z) nominal de 100mA. Cela suggère que certaines unités peuvent intégrer une diode Zener de protection contre les tensions inverses, mais les concepteurs doivent confirmer la disponibilité et les spécifications de cette fonctionnalité pour leur application spécifique.

3. Explication du système de classement (Binning)

En raison des variances de fabrication, les LED sont triées en bins de performance. Comprendre ces bins est critique pour obtenir une couleur et une luminosité cohérentes dans une application.

3.1 Classement par intensité lumineuse

Les LED sont catégorisées en quatre bins d'intensité (M, N, P, Q) basés sur leur flux lumineux mesuré à 20mA. La tolérance pour l'intensité lumineuse est de ±10% à l'intérieur de chaque bin.

• Bin M: 1800 mcd à 2250 mcd
• Bin N: 2250 mcd à 2850 mcd
• Bin P: 2850 mcd à 3600 mcd
• Bin Q: 3600 mcd à 4500 mcd

3.2 Classement par tension directe

Les LED sont également classées selon leur chute de tension directe à 20mA, avec une incertitude de mesure de ±0,1V. Cela aide à concevoir des circuits d'alimentation en courant cohérents, surtout lorsque plusieurs LED sont connectées en parallèle.

• Bin 0: 2,8V à 3,0V
• Bin 1: 3,0V à 3,5V
• Bin 2: 3,5V à 4,0V

3.3 Classement par coordonnées de couleur (Chromaticité)

La couleur de la lumière blanche est définie par ses coordonnées sur le diagramme de chromaticité CIE 1931. Les LED sont regroupées en huit rangs de couleur (A1, A2, B1, B2, C1, C2, D1, D2), chacun avec des limites minimales et maximales définies pour les coordonnées x et y. La coordonnée typique est x=0,29, y=0,28, qui se situerait dans les bins C1 ou C2. L'incertitude de mesure pour les coordonnées de couleur est de ±0,01. Ce classement assure une cohérence de couleur pour les applications où un aspect blanc uniforme est important.

4. Analyse des courbes de performance

Les données graphiques donnent un aperçu du comportement de la LED dans des conditions variables.

4.1 Intensité relative vs. Longueur d'onde

La courbe de distribution spectrale de puissance montre l'intensité relative de la lumière émise à travers différentes longueurs d'onde. Pour une LED blanche utilisant un système puce bleue + phosphore, cette courbe montre typiquement un pic dominant dans la région bleue (autour de 450-460nm de la puce InGaN) et un pic ou plateau plus large dans la région jaune/verte/rouge (du phosphore). La sortie combinée est perçue comme une lumière blanche.

4.2 Courant direct vs. Tension directe (Courbe I-V)

Cette courbe est non linéaire, caractéristique d'une diode. La tension augmente progressivement avec le courant initialement, puis plus fortement. Faire fonctionner la LED au courant recommandé de 20mA garantit qu'elle se trouve sur la partie efficace et stable de cette courbe.

4.3 Intensité relative vs. Courant direct

Le flux lumineux est directement proportionnel au courant direct, mais la relation n'est pas parfaitement linéaire, surtout à des courants plus élevés en raison de la baisse d'efficacité et des effets thermiques. Augmenter le courant au-delà du maximum recommandé ne produira pas d'augmentation proportionnelle de la lumière et générera une chaleur excessive.

4.4 Coordonnées de chromaticité vs. Courant direct

Ce graphique illustre comment le point de couleur (coordonnées x, y) peut légèrement se déplacer avec les changements du courant d'alimentation. Typiquement, des courants plus élevés peuvent provoquer un léger décalage vers le bleu dû à l'augmentation de la température de la puce et aux changements d'efficacité de conversion du phosphore.

4.5 Courant direct vs. Température ambiante

Le courant direct maximal autorisé de la LED diminue à mesure que la température ambiante augmente. Cette déclassement est nécessaire pour empêcher la température de jonction de dépasser sa limite, ce qui accélérerait la dépréciation du flux lumineux et réduirait la durée de vie. Les concepteurs doivent considérer la température de l'environnement de fonctionnement lors du réglage du courant d'alimentation.

5. Informations mécaniques et de conditionnement

5.1 Dimensions du boîtier

La LED est conforme aux dimensions standard du boîtier rond T-1 3mm. Les mesures clés incluent un diamètre de corps typique de 3,0mm et une hauteur d'environ 5,0mm du bas de la collerette au sommet de la lentille. Les broches ont un diamètre de 0,45mm et sont espacées de 2,54mm (pas standard de 0,1 pouce). La lentille est transparente. Toutes les tolérances dimensionnelles sont de ±0,25mm sauf indication contraire. L'espacement des broches est mesuré là où elles émergent du corps du boîtier. Une saillie maximale de résine de 1,5mm sous la collerette est autorisée.

5.2 Identification de la polarité

La LED est un composant polarisé. La broche la plus longue est typiquement l'anode (positive), et la broche la plus courte est la cathode (négative). De plus, le côté cathode présente souvent un méplat sur la collerette en plastique ou une encoche sur le bord. La polarité correcte doit être respectée lors de l'assemblage du circuit.

6. Recommandations de soudure et d'assemblage

Une manipulation appropriée est essentielle pour prévenir les dommages et assurer la fiabilité.

6.1 Formage des broches

• La flexion doit se produire à un point situé à au moins 3mm de la base de l'ampoule en époxy pour éviter les contraintes sur les fils de liaison internes et la puce.
• Le formage doit toujours être effectuéavant soldering.
• Une contrainte excessive sur le boîtier pendant la flexion doit être évitée.
• La coupe des broches doit être effectuée à température ambiante.
• Les trous du PCB doivent être parfaitement alignés avec les broches de la LED pour éviter les contraintes de montage.

6.2 Conditions de stockage

Les LED sont des composants sensibles à l'humidité. Après réception, elles doivent être stockées à 30°C ou moins et à 70% d'humidité relative (HR) ou moins. La durée de stockage recommandée dans ces conditions est de 3 mois. Pour un stockage plus long (jusqu'à un an), les composants doivent être conservés dans un sac scellé barrière à l'humidité avec dessiccant et, si possible, dans une atmosphère d'azote. Les changements rapides de température dans des environnements humides doivent être évités pour prévenir la condensation.

6.3 Recommandations de soudure

Une distance minimale de 3mm doit être maintenue entre le joint de soudure et l'ampoule en époxy pour éviter les dommages thermiques.

• Soudure manuelle: Utiliser un fer avec une température de pointe ne dépassant pas 300°C (pour un fer de 30W maximum). Le temps de contact doit être de 3 secondes ou moins par broche.
• Soudure à la vague ou par immersion: La température de préchauffage ne doit pas dépasser 100°C pendant un maximum de 60 secondes. La température du bain de soudure ne doit pas dépasser 260°C, avec un temps de contact de 5 secondes ou moins.

7. Informations sur le conditionnement et la commande

7.1 Spécification d'emballage

Les LED sont emballées dans des sacs anti-statiques pour les protéger contre les décharges électrostatiques. La hiérarchie d'emballage est la suivante :

1. Emballage intérieur: Un minimum de 200 à un maximum de 500 pièces sont placées dans un sac anti-statique.
2. Carton intérieur: Cinq sacs anti-statiques sont emballés dans un carton intérieur.
3. Carton maître (extérieur): Dix cartons intérieurs sont emballés dans un carton d'expédition maître.

7.2 Informations sur l'étiquette

Les étiquettes d'emballage incluent plusieurs codes : Numéro de Production Client (CPN), Numéro de Pièce (P/N), Quantité d'Emballage (QTY), rangs combinés pour l'Intensité Lumineuse et la Tension Directe (CAT), Rang de Couleur (HUE), Référence (REF) et Numéro de Lot (LOT No.).

8. Suggestions d'application

8.1 Scénarios d'application typiques

• Panneaux de messages et signalétique: Idéal pour le rétroéclairage ou comme indicateurs d'état individuels dans les affichages d'information en raison de la haute luminosité.
• Indicateurs optiques: Parfait pour les indicateurs d'alimentation, d'état ou d'alerte dans l'électronique grand public, l'équipement industriel et les tableaux de bord automobiles.
• Rétroéclairage: Peut être utilisé pour le rétroéclairage à petite échelle des interrupteurs, claviers ou panneaux LCD.
• Feux de marquage: Adapté pour l'éclairage décoratif ou de position.

8.2 Considérations de conception

• Limitation de courant: Toujours utiliser une résistance en série ou un pilote à courant constant pour fixer le courant direct. Calculer la valeur de la résistance en utilisant R = (V_alimentation- V_F) / I_F.
• Gestion thermique: Bien que la puissance soit faible, assurer une ventilation adéquate si plusieurs LED sont utilisées dans un espace confiné ou si le fonctionnement a lieu à des températures ambiantes élevées.
• Protection contre la tension inverse: Si la fonction Zener intégrée n'est pas confirmée ou suffisante, envisager d'ajouter une diode de protection externe en parallèle (cathode à anode) avec la LED si le circuit est exposé à des transitoires de tension inverse.
• Classement pour la cohérence: Pour les applications nécessitant une luminosité ou une couleur uniforme, spécifier les bins d'intensité et de couleur requis lors de la commande.

9. Comparaison et différenciation technique

Comparée aux LED indicatrices standard, le principal différentiateur de ce composant est sa très haute intensité lumineuse (jusqu'à 4500 mcd) dans le boîtier T-1 commun. De nombreuses LED blanches T-1 standard offrent des intensités dans la plage de 200-1000 mcd. Cela en fait un remplacement direct pour les applications nécessitant une augmentation significative de la luminosité sans changer l'encombrement ou l'optique de la lentille. L'inclusion de la protection ESD (4KV HBM) améliore également sa robustesse par rapport aux LED basiques sans une telle protection, la rendant plus adaptée aux environnements avec des préoccupations de manipulation ou de décharge statique.

10. Questions fréquemment posées (Basées sur les paramètres techniques)

10.1 De quelle résistance ai-je besoin pour une alimentation de 5V ?

En utilisant la tension directe maximale dans le pire des cas (V_F= 4,0V) et un courant cible de 20mA, le calcul est : R = (5V - 4,0V) / 0,020A = 50 Ohms. La valeur standard la plus proche est 51 Ohms. La puissance dissipée dans la résistance est P = I²R = (0,02)²* 51 = 0,0204W, donc une résistance standard de 1/4W est suffisante. Toujours vérifier avec la V_Fréelle de votre bin de LED spécifique pour un courant optimal.

10.2 Puis-je l'alimenter à 30mA en continu ?

Oui, 30mA est la limite absolue maximale de courant direct continu. Cependant, pour une longévité maximale et pour tenir compte des augmentations potentielles de température dans l'application, un fonctionnement à ou légèrement en dessous du 20mA typique est recommandé. À 30mA, assurez-vous que la température ambiante n'est pas à la limite supérieure de 85°C.

10.3 Comment interpréter les bins de couleur (A1, B2, etc.) ?

La lettre (A, B, C, D) indique généralement une région sur le diagramme CIE, souvent corrélée à la température de couleur corrélée (CCT). Les bins 'A' sont typiquement blanc plus chaud (plus jaune/rouge), progressant vers les bins 'D' qui sont blanc plus froid (plus bleu). Le chiffre (1, 2) subdivise davantage la région. Pour la plupart des applications générales, spécifier une plage comme B-C est suffisant. Pour les applications critiques d'appariement des couleurs, le bin exact doit être spécifié et contrôlé.

11. Étude de cas de conception pratique

Scénario : Conception d'un panneau d'indicateurs de statut à haute visibilité pour un coffret de télécommunications extérieur.Le panneau a 10 indicateurs qui doivent être clairement visibles en plein soleil. L'espace est limité, nécessitant un petit composant. Le boîtier T-1 est sélectionné pour sa taille. Cette LED haute intensité (utilisant le Bin Q pour une luminosité maximale) est choisie. Une alimentation 12V est disponible dans le coffret. Étapes de conception : 1) Calculer la résistance série. En utilisant V_F(Bin 1 typique ~3,2V) et I_F=20mA : R = (12V - 3,2V) / 0,02A = 440 Ohms (utiliser 470 Ohms standard, résultant en I_F≈ 18,7mA). 2) Calculer la puissance de la résistance : P = (0,0187)²* 470 ≈ 0,164W (une résistance de 1/4W est adéquate mais une de 1/2W offre une marge). 3) Implantation : Assurer un espacement de 3mm entre le trou du PCB et le corps de la LED pour la soudure. 4) Envisager d'ajouter une diode de suppression de tension transitoire sur la ligne 12V si l'environnement est électriquement bruyant.

12. Introduction au principe de fonctionnement

Il s'agit d'une LED blanche à conversion de phosphore. Le cœur du composant est une puce semi-conductrice en Nitrure de Gallium et d'Indium (InGaN). Lorsqu'une tension directe est appliquée, les électrons et les trous se recombinent dans la région active de la structure InGaN, émettant des photons. La largeur de bande interdite du matériau InGaN est conçue pour produire de la lumière bleue avec une longueur d'onde d'environ 450-460 nanomètres. Cette lumière bleue frappe ensuite une couche de phosphore, qui est un matériau céramique dopé avec des éléments de terres rares (souvent du grenat d'yttrium et d'aluminium dopé au cérium, ou YAG:Ce). Le phosphore absorbe une partie des photons bleus et ré-émet de la lumière à des longueurs d'onde plus longues et plus larges à travers le spectre jaune et rouge. L'œil humain perçoit le mélange de la lumière bleue directe restante et de la lumière jaune/rouge convertie par le phosphore comme de la lumière blanche. Les rapports spécifiques de bleu à jaune/rouge déterminent la température de couleur et les coordonnées de chromaticité.

13. Tendances technologiques et contexte

Le développement de LED bleues InGaN efficaces, pour lequel le prix Nobel de physique a été décerné en 2014, a permis la création de LED blanches pratiques via la conversion de phosphore. La tendance dans l'industrie a été vers une efficacité toujours plus élevée (plus de lumens par watt), une fiabilité accrue et un meilleur rendu des couleurs. Bien que cette fiche technique décrive une LED de puissance moyenne dans un boîtier traversant, le marché plus large a connu un déplacement massif vers les boîtiers CMS (composants montés en surface) (comme 2835, 3030, 5050) pour la plupart des applications d'éclairage général et de rétroéclairage en raison de meilleures performances thermiques et de leur adéquation à l'assemblage automatisé. Cependant, les LED traversantes comme ce boîtier T-1 restent vitales pour le prototypage, l'usage éducatif, les marchés de réparation et les applications où l'assemblage manuel ou la robustesse de la connexion à broches est préféré. L'intégration de fonctionnalités comme la protection ESD et un classement plus précis, comme vu dans cette fiche technique, représente une évolution de ces types de boîtiers matures pour répondre aux exigences modernes de fiabilité et de performance.