T-1 3mm 화이트 LED 램프 데이터시트 - 직경 3.0mm x 높이 5.0mm - 순방향 전압 2.8-4.0V - 연속 전류 30mA - 소비 전력 110mW - 기술 문서

1. 제품 개요

본 문서는 널리 사용되는 T-1(3mm) 원형 패키지에 캡슐화된 고휘도 화이트 발광 다이오드(LED)의 사양을 상세히 설명합니다. 이 소자는 우수한 광 출력을 제공하도록 설계되어 높은 밝기와 선명한 가시성이 요구되는 응용 분야에 적합합니다. 핵심 기술은 청색광을 방출하는 InGaN 반도체 칩을 사용합니다. 이 청색 방출은 LED의 반사 컵 내부에 도포된 형광체 층을 통해 광범위한 스펙트럼의 백색광으로 변환됩니다. 그 결과, CIE 1931 색 공간 표준에 따르면 일반적인 색도 좌표는 x=0.29, y=0.28로, 중립에서 차가운 백색의 색온도를 나타냅니다. 이 부품은 신뢰성을 위해 설계되었으며 최대 4KV(HBM)의 정전기 방전(ESD) 보호 및 관련 환경 규정 준수와 같은 기능을 포함합니다.

1.1 핵심 장점 및 목표 시장

이 LED의 주요 장점은 컴팩트하고 산업 표준인 T-1 폼 팩터 내에서 높은 광도입니다. 이 작은 크기와 높은 밝기의 조합은 설계 엔지니어에게 상당한 유연성을 제공합니다. 이 소자는 자동화 조립 공정을 위해 벌크 또는 테이프 앤 릴 형태로 공급되어 제조 효율성을 향상시킵니다. 주요 응용 분야는 선명하고 밝은 표시 또는 조명이 필요한 영역을 중심으로 합니다. 목표 시장에는 소비자 가전, 산업용 제어 패널, 자동차 실내 조명 및 일반 간판이 포함됩니다.

2. 기술 파라미터 심층 분석

전기적 및 광학적 한계에 대한 포괄적인 이해는 신뢰할 수 있는 회로 설계와 장기적인 성능에 중요합니다.

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 소자에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 응력 한계를 정의합니다. 이 한계에서 또는 그 이하에서의 동작은 보장되지 않으며 신뢰할 수 있는 성능을 위해 피해야 합니다.

• 연속 순방향 전류 (I_F): 30 mA. 이는 LED에 연속적으로 인가할 수 있는 최대 DC 전류입니다.
• 피크 순방향 전류 (I_FP): 100 mA. 이 더 높은 전류는 듀티 사이클 1/10, 주파수 1 kHz로 지정된 펄스 조건에서만 허용됩니다.
• 역방향 전압 (V_R): 5 V. 이 값을 초과하는 역방향 바이어스 전압을 인가하면 접합 파괴가 발생할 수 있습니다.
• 소비 전력 (P_d): 110 mW. 이는 패키지가 열로 방산할 수 있는 최대 전력으로, 순방향 전압(V_F)에 순방향 전류(I_F)를 곱하여 계산됩니다.
• 동작 및 저장 온도: 소자는 주변 온도 -40°C에서 +85°C에서 작동할 수 있으며, -40°C에서 +100°C의 온도에서 저장할 수 있습니다.
• 솔더링 온도: 리드는 최대 5초 동안 260°C의 솔더링 온도를 견딜 수 있으며, 이는 표준 리플로우 및 핸드 솔더링 공정과 호환됩니다.

2.2 전기광학적 특성

이 파라미터들은 표준 테스트 조건(Ta=25°C)에서 측정되며 LED의 일반적인 성능을 정의합니다.

• 순방향 전압 (V_F): 테스트 전류 20mA에서 2.8V(최소)에서 4.0V(최대)까지 범위를 가집니다. 일반적인 값은 이 범위 내에 있습니다. 공급 전압 및 LED의 특정 V_F에 따라 전류를 제어하기 위해 LED와 직렬로 전류 제한 저항이 필수적입니다.
• 광도 (I_V): 20mA에서 최소값 1800 밀리칸델라(mcd)를 가집니다. 특정 빈에 따라(섹션 3 참조) 광도는 최대 4500 mcd까지 도달할 수 있습니다. 이 높은 광도는 핵심 특징입니다.
• 시야각 (2θ_1/2): 절반 광도에서의 일반적인 전체 시야각은 25도입니다. 이는 비교적 집중된 빔 패턴을 나타내며, 방향성 표시에 이상적입니다.
• 역방향 전류 (I_R): 5V 역방향 바이어스가 인가될 때 최대 50 µA로 제한되며, 이는 양호한 접합 무결성을 나타냅니다.
• 제너 다이오드 기능: 데이터시트는 5mA에서 제너 역방향 전압(V_Z)이 5.2V(일반값)이고, 제너 역방향 전류(I_Z) 정격이 100mA임을 명시합니다. 이는 일부 단위가 통합 역방향 전압 보호 제너 다이오드를 포함할 수 있음을 시사하지만, 설계자는 특정 응용 분야에 대해 이 기능의 가용성 및 사양을 확인해야 합니다.

3. 빈닝 시스템 설명

제조 변동으로 인해 LED는 성능 빈으로 분류됩니다. 이러한 빈을 이해하는 것은 응용 분야에서 일관된 색상과 밝기를 달성하는 데 중요합니다.

3.1 광도 빈닝

LED는 20mA에서 측정된 광 출력에 따라 네 가지 광도 빈(M, N, P, Q)으로 분류됩니다. 각 빈 내에서 광도 허용 오차는 ±10%입니다.

• 빈 M: 1800 mcd ~ 2250 mcd
• 빈 N: 2250 mcd ~ 2850 mcd
• 빈 P: 2850 mcd ~ 3600 mcd
• 빈 Q: 3600 mcd ~ 4500 mcd

3.2 순방향 전압 빈닝

LED는 또한 20mA에서의 순방향 전압 강하에 따라 빈닝되며, 측정 불확도는 ±0.1V입니다. 이는 특히 여러 LED가 병렬로 연결될 때 일관된 전류 구동 회로 설계에 도움이 됩니다.

• 빈 0: 2.8V ~ 3.0V
• 빈 1: 3.0V ~ 3.5V
• 빈 2: 3.5V ~ 4.0V

3.3 색도 좌표 빈닝 (색도)

백색광 색상은 CIE 1931 색도도 상의 좌표로 정의됩니다. LED는 8개의 색상 등급(A1, A2, B1, B2, C1, C2, D1, D2)으로 그룹화되며, 각 등급은 x 및 y 좌표 모두에 대해 정의된 최소 및 최대 경계를 가집니다. 일반적인 좌표는 x=0.29, y=0.28이며, 이는 C1 또는 C2 빈 내에 속할 것입니다. 색도 좌표의 측정 불확도는 ±0.01입니다. 이 빈닝은 균일한 백색 외관이 중요한 응용 분야에서 색상 일관성을 보장합니다.

4. 성능 곡선 분석

그래픽 데이터는 다양한 조건에서 LED가 어떻게 동작하는지에 대한 통찰력을 제공합니다.

4.1 상대 강도 대 파장

스펙트럼 파워 분포 곡선은 다양한 파장에 걸쳐 방출되는 빛의 상대 강도를 보여줍니다. 청색 칩 + 형광체 시스템을 사용하는 화이트 LED의 경우, 이 곡선은 일반적으로 청색 영역(InGaN 칩에서 약 450-460nm)에서 지배적인 피크와 노란색/녹색/적색 영역(형광체에서)에서 더 넓은 피크 또는 고원을 보여줍니다. 결합된 출력은 백색광으로 인지됩니다.

4.2 순방향 전류 대 순방향 전압 (I-V 곡선)

이 곡선은 다이오드 특성상 비선형입니다. 전압은 처음에 전류와 함께 점차 증가하다가 더 가파르게 증가합니다. 권장 20mA에서 LED를 동작시키면 이 곡선의 효율적이고 안정적인 부분에 있게 됩니다.

4.3 상대 강도 대 순방향 전류

광 출력은 순방향 전류에 정비례하지만, 특히 효율 저하 및 열 효과로 인해 높은 전류에서 관계가 완벽하게 선형적이지는 않습니다. 권장 최대치를 초과하여 전류를 증가시키면 빛의 비례적 증가를 가져오지 않고 과도한 열을 발생시킵니다.

4.4 색도 좌표 대 순방향 전류

이 그래프는 구동 전류 변화에 따라 색상점(x, y 좌표)이 약간 이동할 수 있는 방식을 설명합니다. 일반적으로, 더 높은 전류는 칩 온도 증가 및 형광체 변환 효율 변화로 인해 작은 청색 편이를 일으킬 수 있습니다.

4.5 순방향 전류 대 주변 온도

LED의 최대 허용 순방향 전류는 주변 온도가 증가함에 따라 감소합니다. 이 디레이팅은 접합 온도가 한계를 초과하는 것을 방지하기 위해 필요하며, 그렇지 않으면 루멘 감가 및 수명 단축을 가속화합니다. 설계자는 구동 전류를 설정할 때 동작 환경의 온도를 고려해야 합니다.

5. 기계적 및 패키징 정보

5.1 패키지 치수

LED는 표준 T-1 3mm 원형 패키지 치수를 준수합니다. 주요 측정값에는 일반적인 본체 직경 3.0mm 및 플랜지 하단에서 렌즈 상단까지의 높이 약 5.0mm가 포함됩니다. 리드 직경은 0.45mm이며 간격은 2.54mm(표준 0.1인치 피치)입니다. 렌즈는 투명합니다. 별도로 명시되지 않는 한 모든 치수 허용 오차는 ±0.25mm입니다. 리드 간격은 리드가 패키지 본체에서 나오는 지점에서 측정됩니다. 플랜지 아래 최대 1.5mm의 수지 돌출이 허용됩니다.

5.2 극성 식별

LED는 극성을 가진 부품입니다. 더 긴 리드는 일반적으로 애노드(양극)이고, 더 짧은 리드는 캐소드(음극)입니다. 또한, 캐소드 측에는 종종 플라스틱 플랜지에 평평한 부분 또는 림에 노치가 있습니다. 회로 조립 중 올바른 극성을 준수해야 합니다.

6. 솔더링 및 조립 지침

손상을 방지하고 신뢰성을 보장하기 위해 적절한 취급이 필수적입니다.

6.1 리드 성형

• 굽힘은 내부 와이어 본드 및 다이에 대한 응력을 피하기 위해 에폭시 불브 기저에서 최소 3mm 떨어진 지점에서 이루어져야 합니다.
• 성형은 항상이전에 soldering.
• 굽힘 중 패키지에 과도한 응력이 가해지는 것을 피해야 합니다.
• 리드 절단은 실온에서 수행해야 합니다.
• PCB 구멍은 장착 응력을 피하기 위해 LED 리드와 정확히 정렬되어야 합니다.

6.2 저장 조건

LED는 습기에 민감한 소자입니다. 수령 후, 30°C 이하 및 상대 습도(RH) 70% 이하에서 저장해야 합니다. 이러한 조건에서 권장 저장 수명은 3개월입니다. 더 긴 저장(최대 1년)의 경우, 가능하면 건조제와 함께 질소 분위기에서 밀봉된 습기 차단 백에 보관해야 합니다. 습한 환경에서의 급격한 온도 변화는 응결을 방지하기 위해 피해야 합니다.

6.3 솔더링 권장 사항

솔더 접합부와 에폭시 불브 사이에 최소 3mm의 거리를 유지하여 열 손상을 방지해야 합니다.

• 핸드 솔더링: 팁 온도가 300°C를 초과하지 않는(최대 30W 인두) 인두를 사용하십시오. 접촉 시간은 리드당 3초 이하여야 합니다.
• 웨이브 또는 딥 솔더링: 예열 온도는 최대 60초 동안 100°C를 초과하지 않아야 합니다. 솔더 배스 온도는 260°C를 초과하지 않아야 하며, 접촉 시간은 5초 이하여야 합니다.

7. 패키징 및 주문 정보

7.1 포장 사양

LED는 정전기 방전으로부터 보호하기 위해 정전기 방지 백에 포장됩니다. 포장 계층 구조는 다음과 같습니다:

1. 내부 포장: 최소 200개에서 최대 500개가 하나의 정전기 방지 백에 배치됩니다.
2. 내부 카톤: 5개의 정전기 방지 백이 하나의 내부 카톤에 포장됩니다.
3. 마스터(외부) 카톤: 10개의 내부 카톤이 하나의 마스터 운송 카톤에 포장됩니다.

7.2 라벨 정보

포장 라벨에는 여러 코드가 포함됩니다: 고객 생산 번호(CPN), 생산 번호(P/N), 포장 수량(QTY), 광도 및 순방향 전압에 대한 결합 등급(CAT), 색상 등급(HUE), 참조(REF) 및 로트 번호(LOT No.).

8. 응용 제안

8.1 일반적인 응용 시나리오

• 메시지 패널 및 간판: 높은 밝기로 인해 정보 디스플레이의 백라이트 또는 개별 상태 표시등에 이상적입니다.
• 광학 표시기: 소비자 가전, 산업 장비 및 자동차 계기판의 전원, 상태 또는 경고 표시기에 완벽합니다.
• 백라이트: 스위치, 키패드 또는 LCD 패널의 소규모 백라이트에 사용할 수 있습니다.
• 마커 라이트: 장식용 또는 위치 조명에 적합합니다.

8.2 설계 고려 사항

• 전류 제한: 순방향 전류를 설정하기 위해 항상 직렬 저항 또는 정전류 드라이버를 사용하십시오. 저항 값을 R = (V_공급- V_F) / I_F.
• 열 관리: 전력은 낮지만, 제한된 공간에 여러 LED를 사용하거나 높은 주변 온도에서 동작하는 경우 적절한 환기를 보장하십시오.
• 역방향 전압 보호: 통합 제너 기능이 확인되지 않거나 충분하지 않은 경우, 회로가 역방향 전압 과도 현상에 노출되는 경우 LED와 병렬로(캐소드에서 애노드로) 외부 보호 다이오드를 추가하는 것을 고려하십시오.
• 일관성을 위한 빈닝: 균일한 밝기 또는 색상이 필요한 응용 분야의 경우, 주문 시 필요한 광도 및 색상 빈을 지정하십시오.

9. 기술 비교 및 차별화

표준 표시등 LED와 비교하여, 이 소자의 주요 차별화 요소는 일반적인 T-1 패키지 내에서 매우 높은 광도(최대 4500 mcd)입니다. 많은 표준 화이트 T-1 LED는 200-1000 mcd 범위의 광도를 제공합니다. 이는 풋프린트나 렌즈 광학을 변경하지 않고 밝기를 크게 높여야 하는 응용 분야에 대한 드롭인 대체품으로 적합하게 만듭니다. ESD 보호(4KV HBM) 포함은 또한 그러한 보호 기능이 없는 기본 LED에 비해 견고성을 향상시켜, 취급 또는 정전기 방전 문제가 있는 환경에 더 적합하게 만듭니다.

10. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

10.1 5V 공급 전압에 필요한 저항은 무엇입니까?

최악의 경우 최대 순방향 전압(V_F= 4.0V)과 목표 전류 20mA를 사용하여 계산하면: R = (5V - 4.0V) / 0.020A = 50 옴입니다. 가장 가까운 표준 값은 51 옴입니다. 저항에서 소산되는 전력은 P = I²R = (0.02)²* 51 = 0.0204W이므로, 표준 1/4W 저항으로 충분합니다. 최적의 전류를 위해 특정 LED 빈의 실제 V_F로 항상 확인하십시오.

10.2 30mA로 연속 구동할 수 있습니까?

예, 30mA는 절대 최대 연속 순방향 전류 정격입니다. 그러나 최대 수명과 응용 분야에서의 잠재적 온도 상승을 고려하여, 일반적인 20mA에서 또는 약간 아래에서 동작하는 것이 권장됩니다. 30mA에서, 주변 온도가 상한 85°C에 도달하지 않도록 하십시오.

10.3 색상 빈(A1, B2 등)을 어떻게 해석합니까?

문자(A, B, C, D)는 일반적으로 CIE 다이어그램 상의 영역을 나타내며, 종종 상관 색온도(CCT)와 관련이 있습니다. 'A' 빈은 일반적으로 더 따뜻한 백색(더 노란색/적색)이며, 'D' 빈으로 갈수록 더 차가운 백색(더 청색)이 됩니다. 숫자(1, 2)는 영역을 더 세분화합니다. 대부분의 일반적인 응용 분야에서는 B-C와 같은 범위를 지정하는 것으로 충분합니다. 중요한 색상 일치 응용 분야의 경우, 정확한 빈을 지정하고 제어해야 합니다.

11. 실용적인 설계 사례 연구

시나리오: 야외 통신 캐비닛을 위한 고가시성 상태 표시 패널 설계패널에는 직사광선에서도 선명하게 보여야 하는 10개의 표시등이 있습니다. 공간이 제한되어 작은 부품이 필요합니다. 크기 때문에 T-1 패키지가 선택되었습니다. 이 고휘도 LED(최대 밝기를 위해 빈 Q 사용)가 선택되었습니다. 캐비닛 내에 12V 공급 전압이 있습니다. 설계 단계: 1) 직렬 저항 계산. V_F(빈 1 일반값 ~3.2V) 및 I_F=20mA 사용: R = (12V - 3.2V) / 0.02A = 440 옴(표준 470 옴 사용, 결과 I_F≈ 18.7mA). 2) 저항 전력 계산: P = (0.0187)²* 470 ≈ 0.164W(1/4W 저항이 적절하지만 1/2W는 여유를 제공). 3) 레이아웃: 솔더링을 위해 PCB 구멍에서 LED 본체까지 3mm 간격을 확보하십시오. 4) 환경이 전기적으로 노이즈가 많은 경우 12V 라인에 과도 전압 억제 다이오드를 추가하는 것을 고려하십시오.

12. 동작 원리 소개

이는 형광체 변환 화이트 LED입니다. 소자의 핵심은 인듐 갈륨 나이트라이드(InGaN)로 만들어진 반도체 다이입니다. 순방향 전압이 인가되면, 전자와 정공이 InGaN 구조의 활성 영역 내에서 재결합하여 광자를 방출합니다. InGaN 물질의 밴드갭은 약 450-460 나노미터 파장의 청색광을 생성하도록 설계되었습니다. 이 청색광은 그런 다음 형광체 층에 충돌하는데, 이는 희토류 원소(종종 세륨이 도핑된 이트륨 알루미늄 가닛 또는 YAG:Ce)로 도핑된 세라믹 물질입니다. 형광체는 청색 광자의 일부를 흡수하고 더 길고 넓은 파장의 노란색 및 적색 스펙트럼 전체에 걸쳐 빛을 재방출합니다. 인간의 눈은 남은 직접 청색광과 형광체 변환된 노란색/적색광의 혼합을 백색광으로 인지합니다. 청색 대 노란색/적색의 특정 비율이 색온도와 색도 좌표를 결정합니다.

13. 기술 동향 및 맥락

2014년 노벨 물리학상이 수여된 효율적인 청색 InGaN LED의 개발은 형광체 변환을 통한 실용적인 화이트 LED의 창출을 가능하게 했습니다. 산업의 동향은 점점 더 높은 효율(와트당 더 많은 루멘), 더 높은 신뢰성 및 더 나은 색 재현성으로 이동해 왔습니다. 이 데이터시트는 스루홀 패키지의 중간 전력 LED를 설명하지만, 더 넓은 시장은 더 나은 열 성능과 자동화 조립 적합성으로 인해 대부분의 일반 조명 및 백라이트 응용 분야에 대해 표면 실장 장치(SMD) 패키지(예: 2835, 3030, 5050)로의 대규모 전환을 보았습니다. 그러나 이 T-1 패키지와 같은 스루홀 LED는 프로토타이핑, 교육용, 수리 시장 및 수동 조립 또는 리드 연결의 견고성이 선호되는 응용 분야에서 여전히 중요합니다. 이 데이터시트에서 볼 수 있는 ESD 보호 및 더 정밀한 빈닝과 같은 기능의 통합은 현대의 신뢰성 및 성능 요구 사항을 충족하기 위해 이러한 성숙한 패키지 유형의 진화를 나타냅니다.