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Documentation Technique des LED - Fiche Technique et Données Techniques

Document de spécifications techniques pour composants LED, couvrant les paramètres, courbes de performance, détails mécaniques et recommandations d'application.
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Table des matières

1. Vue d'ensemble du produit

Ce document fournit des spécifications techniques complètes pour une série de composants LED. Le contenu est structuré pour offrir aux ingénieurs et concepteurs les informations détaillées nécessaires à leur intégration dans divers systèmes et applications électroniques. L'objectif principal est de fournir des informations objectives et basées sur des données concernant les capacités et les limites opérationnelles du composant.

2. Paramètres techniques

Les sections suivantes détaillent les paramètres électriques, optiques et thermiques critiques qui définissent l'enveloppe de performance de la LED. Toutes les valeurs sont basées sur des conditions de test standard, sauf indication contraire.

2.1 Caractéristiques électriques

Les paramètres électriques clés incluent la tension directe, la tension inverse et le courant direct. Ces paramètres sont essentiels pour concevoir un circuit d'alimentation approprié et garantir un fonctionnement fiable dans la zone de fonctionnement sécuritaire (SOA) du composant. La tension directe varie généralement avec le courant direct et la température de jonction, comme détaillé dans les courbes de performance ultérieures.

2.2 Caractéristiques optiques

La performance optique est caractérisée par des paramètres tels que le flux lumineux, la longueur d'onde dominante et la température de couleur (pour les LED blanches). Le document spécifie les valeurs minimales, typiques et maximales. Il est crucial de noter que la sortie optique dépend fortement du courant d'alimentation et des conditions thermiques.

2.3 Caractéristiques thermiques

Thermal management is critical for LED longevity and performance stability. Key parameters include the thermal resistance from the junction to the solder point (Rthj-sp) and the maximum allowable junction temperature (Tj). Proper heat sinking is required to maintain Tjbelow its maximum rating under all operating conditions.

. Performance Curves and Analysis

Graphical data provides a deeper understanding of the LED's behavior under varying conditions.

.1 Current-Voltage (I-V) Characteristic Curve

The I-V curve illustrates the relationship between forward voltage and forward current. It is non-linear, typical of a diode. This curve is fundamental for selecting current-limiting resistors or designing constant-current drivers.

.2 Relative Luminous Flux vs. Forward Current

This curve shows how the light output scales with drive current. While increasing current boosts output, it also increases power dissipation and junction temperature, which can lead to efficiency droop and accelerated degradation beyond a certain point.

.3 Relative Luminous Flux vs. Junction Temperature

LED light output decreases as junction temperature rises. This curve quantifies that relationship, highlighting the importance of effective thermal design to maintain consistent brightness over the product's lifetime.

.4 Spectral Distribution

For colored LEDs, this graph shows the intensity of emitted light across the visible spectrum, centered around the dominant wavelength. For white LEDs, it shows the broad phosphor-converted spectrum, with key metrics being correlated color temperature (CCT) and color rendering index (CRI).

. Binning and Classification System

To ensure consistency, LEDs are sorted into bins based on key parameters measured during production.

.1 Wavelength / Color Temperature Binning

LEDs are grouped into tight wavelength or CCT ranges. This allows designers to select components that match specific color requirements for their application, ensuring visual uniformity in multi-LED systems.

.2 Luminous Flux Binning

Components are classified according to their light output at a specified test current. This binning helps in predicting and achieving target brightness levels in the final design.

.3 Forward Voltage Binning

Sorting by forward voltage helps in designing more efficient power supplies and can be important for applications where precise voltage matching is required across multiple LEDs in series.

. Mechanical and Package Information

.1 Package Dimensions and Outline Drawing

A detailed dimensional drawing is provided, specifying the overall length, width, height, and key features such as lens shape and leadframe configuration. Critical tolerances are indicated.

.2 Pad Layout and Solder Pad Design

The recommended footprint (land pattern) for PCB layout is specified. Adhering to these dimensions is crucial for achieving reliable solder joints, proper alignment, and effective heat transfer from the package to the PCB.

.3 Polarity Identification

The method for identifying the anode and cathode is clearly indicated, typically through a visual marker on the package (e.g., a notch, cut corner, or dot) or asymmetrical lead design.

. Soldering and Assembly Guidelines

.1 Reflow Soldering Profile

A recommended reflow temperature profile is provided, including preheat, soak, reflow, and cooling phases with specific time and temperature limits (e.g., peak temperature, time above liquidus). Exceeding these limits can damage the LED's internal structure or epoxy lens.

.2 Handling and Storage Precautions

LEDs are sensitive to electrostatic discharge (ESD) and moisture. Guidelines include using ESD-safe handling procedures and storing components in a dry environment. For moisture-sensitive packages, baking instructions before soldering may be required.

. Packaging and Ordering Information

.1 Tape and Reel Specifications

Details on carrier tape width, pocket dimensions, reel diameter, and orientation are provided for automated assembly equipment.

.2 Label Information and Part Numbering System

The part number structure is explained, with each segment representing specific attributes like color, flux bin, voltage bin, and packaging type. This allows for precise ordering of the required specification.

. Application Notes and Design Considerations

.1 Typical Application Circuits

Basic circuit configurations are discussed, such as using a series resistor with a constant-voltage source or employing a dedicated constant-current LED driver IC for better efficiency and control.

.2 Thermal Design Considerations

Practical advice is given for PCB layout to enhance heat dissipation: using thermal vias under the thermal pad, employing a copper pour, and ensuring adequate airflow in the enclosure.

.3 Optical Design Considerations

Factors affecting the final light distribution are mentioned, such as the LED's viewing angle, the potential use of secondary optics (lenses, diffusers), and the impact of nearby reflective or absorptive surfaces.

. Reliability and Quality Assurance

The document references standard reliability tests performed on the product, which may include tests for high-temperature operation life (HTOL), low-temperature storage, temperature cycling, and humidity resistance. These tests ensure the component meets industry standards for durability in various environmental conditions.

. Technical Comparison and Differentiation

While specific competitor names are omitted, the document may highlight this product family's key advantages in areas such as higher luminous efficacy (lumens per watt), better color consistency across bins, lower thermal resistance, or a more compact package size compared to previous generations or common alternatives.

. Frequently Asked Questions (FAQ)

This section addresses common queries based on the technical parameters.

.1 How is the luminous flux measured?

Flux is typically measured in an integrating sphere under pulsed conditions at a specified current (e.g., 20mA for small-signal LEDs) and at a stabilized junction temperature (often 25°C) to provide a standardized baseline.

.2 Can I drive the LED above the absolute maximum rated current?

No. Exceeding the absolute maximum ratings, even briefly, can cause immediate catastrophic failure or significantly reduce long-term reliability due to accelerated degradation mechanisms.

.3 What causes the gradual decrease in light output over time?

This is known as lumen depreciation. It is primarily caused by gradual degradation of the semiconductor materials and phosphors (if present) due to factors like high junction temperature, high drive current, and environmental stress.

. Practical Application Examples

.1 Example 1: Backlighting Unit for a Small Display

For a monochrome LCD backlight, multiple LEDs of the same color bin would be arranged in an array. A constant-current driver ensures uniform brightness. The design must manage heat generated by the array within the confined space of the display assembly.

.2 Example 2: Status Indicator on a Consumer Device

A single LED, driven by a GPIO pin through a current-limiting resistor, provides simple status indication. The choice of resistor value is calculated based on the supply voltage, LED forward voltage, and desired current.

. Operating Principle Introduction

An LED is a semiconductor diode. When a forward voltage is applied, electrons recombine with holes within the device, releasing energy in the form of photons. The wavelength (color) of the emitted light is determined by the energy bandgap of the semiconductor material used. White LEDs are typically created by coating a blue LED chip with a yellow phosphor, which converts some blue light to yellow, resulting in the perception of white light.

. Industry Trends and Developments

The LED industry continues to evolve. General trends include the ongoing pursuit of higher luminous efficacy to reduce energy consumption, improvements in color quality and consistency, the development of novel form factors (e.g., mini-LEDs, micro-LEDs), and increased integration with smart control systems for dynamic lighting applications. Advancements in materials science and packaging technologies are key drivers behind these trends.

Disclaimer:All information contained in this document is subject to change without notice. It is the responsibility of the user to verify the suitability of the product for their specific application and to ensure their design complies with all relevant safety and regulatory standards.

Terminologie des spécifications LED

Explication complète des termes techniques LED

Performance photoelectrique

Terme Unité/Représentation Explication simple Pourquoi important
Efficacité lumineuse lm/W (lumens par watt) Sortie de lumière par watt d'électricité, plus élevé signifie plus économe en énergie. Détermine directement le grade d'efficacité énergétique et le coût de l'électricité.
Flux lumineux lm (lumens) Lumière totale émise par la source, communément appelée "luminosité". Détermine si la lumière est assez brillante.
Angle de vision ° (degrés), par exemple 120° Angle où l'intensité lumineuse tombe à moitié, détermine la largeur du faisceau. Affecte la portée d'éclairage et l'uniformité.
CCT (Température de couleur) K (Kelvin), par exemple 2700K/6500K Chaleur/fraîcheur de la lumière, valeurs inférieures jaunâtres/chaudes, supérieures blanchâtres/fraîches. Détermine l'atmosphère d'éclairage et les scénarios appropriés.
CRI / Ra Sans unité, 0–100 Capacité à restituer avec précision les couleurs des objets, Ra≥80 est bon. Affecte l'authenticité des couleurs, utilisé dans des lieux à forte demande comme les centres commerciaux, musées.
SDCM Étapes d'ellipse MacAdam, par exemple "5 étapes" Métrique de cohérence des couleurs, des étapes plus petites signifient une couleur plus cohérente. Garantit une couleur uniforme sur le même lot de LED.
Longueur d'onde dominante nm (nanomètres), par exemple 620nm (rouge) Longueur d'onde correspondant à la couleur des LED colorées. Détermine la teinte des LED monochromes rouges, jaunes, vertes.
Distribution spectrale Courbe longueur d'onde vs intensité Montre la distribution d'intensité sur les longueurs d'onde. Affecte le rendu des couleurs et la qualité.

Paramètres électriques

Terme Symbole Explication simple Considérations de conception
Tension directe Vf Tension minimale pour allumer la LED, comme "seuil de démarrage". La tension du pilote doit être ≥Vf, les tensions s'ajoutent pour les LED en série.
Courant direct If Valeur du courant pour le fonctionnement normal de la LED. Habituellement entraînement à courant constant, le courant détermine la luminosité et la durée de vie.
Courant pulsé max Ifp Courant de crête tolérable pour de courtes périodes, utilisé pour le gradation ou le flash. La largeur d'impulsion et le cycle de service doivent être strictement contrôlés pour éviter les dommages.
Tension inverse Vr Tension inverse max que la LED peut supporter, au-delà peut provoquer une panne. Le circuit doit empêcher la connexion inverse ou les pics de tension.
Résistance thermique Rth (°C/W) Résistance au transfert de chaleur de la puce à la soudure, plus bas est meilleur. Une résistance thermique élevée nécessite une dissipation thermique plus forte.
Immunité ESD V (HBM), par exemple 1000V Capacité à résister à la décharge électrostatique, plus élevé signifie moins vulnérable. Des mesures anti-statiques nécessaires en production, surtout pour les LED sensibles.

Gestion thermique et fiabilité

Terme Métrique clé Explication simple Impact
Température de jonction Tj (°C) Température de fonctionnement réelle à l'intérieur de la puce LED. Chaque réduction de 10°C peut doubler la durée de vie; trop élevée provoque une dégradation de la lumière, un décalage de couleur.
Dépréciation du lumen L70 / L80 (heures) Temps pour que la luminosité tombe à 70% ou 80% de l'initiale. Définit directement la "durée de vie" de la LED.
Maintien du lumen % (par exemple 70%) Pourcentage de luminosité conservé après le temps. Indique la rétention de luminosité sur une utilisation à long terme.
Décalage de couleur Δu′v′ ou ellipse MacAdam Degré de changement de couleur pendant l'utilisation. Affecte la cohérence des couleurs dans les scènes d'éclairage.
Vieillissement thermique Dégradation du matériau Détérioration due à une température élevée à long terme. Peut entraîner une baisse de luminosité, un changement de couleur ou une défaillance en circuit ouvert.

Emballage et matériaux

Terme Types communs Explication simple Caractéristiques et applications
Type de boîtier EMC, PPA, Céramique Matériau de boîtier protégeant la puce, fournissant une interface optique/thermique. EMC: bonne résistance à la chaleur, faible coût; Céramique: meilleure dissipation thermique, durée de vie plus longue.
Structure de puce Avant, Flip Chip Agencement des électrodes de puce. Flip chip: meilleure dissipation thermique, efficacité plus élevée, pour haute puissance.
Revêtement phosphore YAG, Silicate, Nitrure Couvre la puce bleue, convertit une partie en jaune/rouge, mélange en blanc. Différents phosphores affectent l'efficacité, CCT et CRI.
Lentille/Optique Plat, Microlentille, TIR Structure optique en surface contrôlant la distribution de la lumière. Détermine l'angle de vision et la courbe de distribution de la lumière.

Contrôle qualité et classement

Terme Contenu de tri Explication simple But
Bac de flux lumineux Code par exemple 2G, 2H Regroupé par luminosité, chaque groupe a des valeurs lumen min/max. Assure une luminosité uniforme dans le même lot.
Bac de tension Code par exemple 6W, 6X Regroupé par plage de tension directe. Facilite l'appariement du pilote, améliore l'efficacité du système.
Bac de couleur Ellipse MacAdam 5 étapes Regroupé par coordonnées de couleur, garantissant une plage étroite. Garantit la cohérence des couleurs, évite les couleurs inégales dans le luminaire.
Bac CCT 2700K, 3000K etc. Regroupé par CCT, chacun a une plage de coordonnées correspondante. Répond aux différentes exigences CCT de scène.

Tests et certification

Terme Norme/Test Explication simple Signification
LM-80 Test de maintien du lumen Éclairage à long terme à température constante, enregistrant la dégradation de la luminosité. Utilisé pour estimer la vie LED (avec TM-21).
TM-21 Norme d'estimation de vie Estime la vie dans des conditions réelles basées sur les données LM-80. Fournit une prévision scientifique de la vie.
IESNA Société d'ingénierie de l'éclairage Couvre les méthodes de test optiques, électriques, thermiques. Base de test reconnue par l'industrie.
RoHS / REACH Certification environnementale Assure l'absence de substances nocives (plomb, mercure). Exigence d'accès au marché internationalement.
ENERGY STAR / DLC Certification d'efficacité énergétique Certification d'efficacité énergétique et de performance pour l'éclairage. Utilisé dans les achats gouvernementaux, programmes de subventions, améliore la compétitivité.