Техническая документация на светодиоды серии LTL1CHKxKNN - Корпус T-1 3мм - Прямое напряжение 2.0-2.4В - Постоянный ток 30мА - Цвета от гиперкрасного до зеленого

1. Обзор продукта

В данном документе подробно описаны технические характеристики серии светодиодов (LED) LTL1CHKxKNN. Данное семейство продуктов состоит из стандартных светодиодных ламп в корпусе T-1 (3мм) для монтажа в отверстия, предназначенных для применения в качестве индикаторов общего назначения, требующих более высокого уровня световой силы. Устройства изготовлены с использованием технологии материала фосфида алюминия-индия-галлия (AlInGaP), выращенного на подложке из арсенида галлия (GaAs), которая известна своей способностью производить высокоэффективный видимый свет в диапазоне цветов от красного до зеленого.

Основные преимущества этой серии включают низкое энергопотребление, высокую световую отдачу и совместимость с уровнями управления интегральных схем (ИС) благодаря низким требованиям к току. Все варианты в этой серии оснащены прозрачной линзой, которая не рассеивает свет, что обеспечивает более сфокусированный и интенсивный луч, подходящий для четкой индикации.

Целевой рынок для этих светодиодов широк и охватывает любые электронные устройства, требующие индикаторов состояния, панельных ламп или простого освещения, где ключевыми факторами являются надежность, видимость и экономическая эффективность.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Абсолютные максимальные параметры

Абсолютные максимальные параметры определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Для надежной работы эти пределы никогда не должны превышаться, даже кратковременно.

• Рассеиваемая мощность (Pd):Все устройства в серии имеют максимальную рассеиваемую мощность 75 мВт при температуре окружающей среды (T_A) 25°C. Превышение этого предела может привести к перегреву и катастрофическому отказу.
• Прямой ток:Указаны два номинала тока:
  • Постоянный прямой ток (I_F):Максимальный постоянный ток, который можно непрерывно подавать, составляет 30 мА для всех цветов.
  • Пиковый прямой ток:Более высокий импульсный ток допускается при определенных условиях. Для красных вариантов (Гиперкрасный, Суперкрасный, Красный) пиковый ток составляет 90 мА при скважности 1/10 и длительности импульса 0,1 мс. Для оранжевых, желтых и зеленых вариантов пиковый ток составляет 60 мА при тех же условиях. Этот параметр имеет решающее значение для схем мультиплексирования или импульсной работы.
• Тепловое снижение номинала:Максимальный постоянный прямой ток должен линейно снижаться выше 70°C со скоростью 0,4 мА/°C. Это означает, что допустимый постоянный ток уменьшается с ростом температуры окружающей среды, что является критически важным фактором при проектировании для высокотемпературных сред.
• Обратное напряжение (V_R):Максимально допустимое обратное напряжение составляет 5В при обратном токе (I_R) 100 мкА. Приложение более высокого обратного напряжения может привести к пробою PN-перехода светодиода.
• Температурные диапазоны:Диапазон рабочих температур составляет от -40°C до +100°C, а диапазон температур хранения — от -55°C до +100°C, что указывает на надежную работу в широком диапазоне условий.
• Температура пайки:Выводы можно паять при температуре 260°C не более 5 секунд, при этом точка пайки должна находиться на расстоянии не менее 1,6 мм (0,063") от корпуса светодиода, чтобы предотвратить тепловое повреждение эпоксидной линзы и внутреннего кристалла.

2.2 Электрические и оптические характеристики

Эти параметры измеряются в стандартных условиях испытаний (T_A=25°C) и определяют типичные характеристики устройства.

• Сила света (I_v):Это ключевой оптический параметр. Все устройства имеют минимальную силу света 140 мкд (милликандел) при прямом токе (I_F) 20мА. Типичные значения варьируются от 210 мкд до 320 мкд в зависимости от конкретного цветового варианта. Интенсивность измеряется с помощью комбинации датчика и фильтра, приближенной к кривой спектральной чувствительности человеческого глаза (CIE). В документации отмечается, что продукты классифицируются на два ранга силы света, код ранга указан на упаковке.
• Угол обзора (2θ_1/2):Серия характеризуется узким углом обзора 45 градусов. Он определяется как полный угол, при котором сила света падает до половины значения, измеренного на центральной оси (0°). Эта характеристика обеспечивает более направленный луч света.
• Спецификации длины волны:Предоставлены три ключевых метрики длины волны:
  • Пиковая длина волны (λ_P):Длина волны, на которой выходная оптическая мощность максимальна. Диапазон от 575 нм (Зеленый) до 650 нм (Гиперкрасный).
  • Доминирующая длина волны (λ_d):Единая длина волны, полученная из диаграммы цветности CIE, которая наилучшим образом представляет воспринимаемый цвет света. Как правило, она более актуальна для определения цвета, чем пиковая длина волны. Значения варьируются от 572 нм (Зеленый) до 639 нм (Гиперкрасный).
  • Полуширина спектральной линии (Δλ):Ширина спектра излучения на половине максимальной мощности (полная ширина на половине максимума - FWHM). Указывает на чистоту цвета. Красные светодиоды имеют более широкий спектр (20 нм), в то время как желтые и зеленые светодиоды имеют более узкий спектр (15-17 нм).
• Прямое напряжение (V_F):Падение напряжения на светодиоде при токе 20мА. Минимальное V_Fсоставляет от 2,0В до 2,05В, а типичное V_F— от 2,3В до 2,4В, в зависимости от цвета. Этот параметр необходим для проектирования токоограничивающего резистора, включенного последовательно со светодиодом.
• Обратный ток (I_R):Ток утечки при приложении обратного напряжения 5В. Обычно составляет 100 мкА или менее.
• Емкость (C):Емкость перехода обычно составляет 40 пФ при измерении при смещении 0В и частоте 1 МГц. Это может быть фактором в высокоскоростных коммутационных приложениях.

3. Объяснение системы бинов

В документации указано использование системы бинов в основном для силы света. Продукты классифицируются на два ранга интенсивности (бина). Конкретный код бина для данного светодиода указан на его индивидуальной упаковочной пакете. Это позволяет разработчикам выбирать светодиоды с постоянным уровнем яркости для своих приложений. Хотя в этом документе не указаны явно допуски для длины волны или прямого напряжения, такие параметры часто имеют диапазоны допусков (Мин./Тип./Макс.), которые эффективно определяют неявные бины.

4. Анализ характеристических кривых

В документации есть страница, посвященная "Типичным электрическим / оптическим характеристическим кривым". Хотя конкретные графики не приведены в тексте, основываясь на стандартных спецификациях светодиодов, они обычно включают:

• Относительная сила света в зависимости от прямого тока (I-V кривая):Показывает, как световой выход увеличивается с током, обычно в почти линейной зависимости в рабочем диапазоне.
• Прямое напряжение в зависимости от прямого тока:Иллюстрирует экспоненциальную ВАХ диода.
• Относительная сила света в зависимости от температуры окружающей среды:Демонстрирует уменьшение светового выхода при повышении температуры перехода, подчеркивая важность теплового управления.
• Спектральное распределение:График, показывающий относительную мощность, излучаемую на разных длинах волн, визуально представляющий пиковую длину волны и спектральную полуширину.
• Диаграмма направленности (угол обзора):Полярная диаграмма, показывающая пространственное распределение интенсивности света вокруг светодиода.

Эти кривые неоценимы для понимания поведения устройства в нестандартных условиях и для точного проектирования схем.

5. Механическая информация и данные по корпусу

5.1 Габаритные размеры корпуса

Светодиод использует стандартный радиальный корпус T-1 (3мм) для монтажа в отверстия. Ключевые размерные примечания включают:

• Все размеры указаны в миллиметрах, дюймы приведены в скобках.
• Стандартный допуск ±0,25 мм (±0,010") применяется, если не указано иное.
• Смола под фланцем может выступать максимум на 1,0 мм (0,04").
• Расстояние между выводами измеряется в точке выхода выводов из корпуса, что критически важно для размещения отверстий на печатной плате.
• Чертеж корпуса (обозначенный как серия LTL1CHx) обычно показывает общую длину, диаметр линзы, длину и диаметр выводов, а также положение плоского среза или другого индикатора полярности на фланце.

5.2 Определение полярности

Для светодиодов для монтажа в отверстия более длинный вывод всегда является анодом (плюсом), а более короткий — катодом (минусом). Кроме того, большинство корпусов имеют плоский срез на ободке фланца, который обычно расположен на стороне катода. Всегда проверяйте полярность перед пайкой, чтобы предотвратить повреждение от обратного смещения.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

Основная рекомендация для ручной или волновой пайки: жало паяльника должно находиться на расстоянии не менее 1,6 мм от пластикового корпуса светодиода, а температура не должна превышать 260°C более 5 секунд. Длительное воздействие тепла может привести к обугливанию эпоксидной линзы, внутреннему расслоению или повреждению проводных соединений.

Общие замечания по монтажу:

• Избегайте приложения механических напряжений к выводам вблизи корпуса.
• Не очищайте светодиод с помощью ультразвуковых очистителей, так как кавитация может повредить внутреннюю структуру.
• Используйте соответствующие процедуры антистатической обработки во время сборки, чтобы защитить полупроводниковый кристалл от электростатического разряда (ESD), хотя светодиоды, как правило, более устойчивы, чем некоторые ИС.

7. Упаковка и информация для заказа

Схема нумерации деталей для серии — LTL1CHKxKNN, где "x" обозначает цветовой код:

• D:Гиперкрасный (AlInGaP)
• R:Суперкрасный (AlInGaP)
• E:Красный (AlInGaP)
• F:Желто-оранжевый (AlInGaP)
• Y:Янтарно-желтый (AlInGaP)
• S:Желтый (AlInGaP)
• G:Зеленый (AlInGaP)

Все варианты имеют прозрачную линзу и одинаковый базовый корпус. Конкретный тип упаковки (например, насыпная, на ленте и катушке) не указан в предоставленном содержании, но определяется поставщиком.

8. Рекомендации по применению

8.1 Типовые сценарии применения

Как лампы индикации общего назначения, эти светодиоды подходят для:

• Индикаторов включения/состояния на потребительской электронике, бытовой технике и промышленных панелях управления.
• Подсветки переключателей, кнопок и надписей.
• Простого декоративного освещения.
• Базовых применений в оптоизоляторах или датчиках (использование светодиода в качестве источника света).

8.2 Особенности проектирования

• Ограничение тока:Внешний токоограничивающий резистор обязателен. Рассчитайте значение резистора, используя закон Ома: R = (V_{питания}- V_F) / I_F. Всегда используйте максимальное V_Fиз спецификации для консервативного проектирования, чтобы гарантировать, что ток не превысит желаемый уровень.
• Тепловое управление:Для непрерывной работы, близкой к максимальному номинальному току или при высоких температурах окружающей среды, учитывайте кривую снижения номинала. Обеспечьте достаточный поток воздуха, если несколько светодиодов используются в ограниченном пространстве.
• Угол обзора:Угол обзора 45° создает более сфокусированное световое пятно. Для освещения более широкой области более подойдет светодиод с рассеивающей линзой или внешний рассеиватель.
• Схемы управления:Светодиоды могут управляться непосредственно с выводов GPIO микроконтроллера (которые обычно обеспечивают ток до 20-25мА) или через транзисторные драйверы для более высокого тока или мультиплексирования многих светодиодов.

9. Техническое сравнение и отличия

Ключевым отличием серии LTL1CHKxKNN является использование технологии AlInGaP для цветов от красного до желтого/зеленого. По сравнению со старыми технологиями, такими как GaAsP (фосфид арсенида галлия), AlInGaP обеспечивает значительно более высокую световую отдачу, что означает более яркий световой выход при том же количестве электрического тока. Прозрачная линза обеспечивает максимально возможный световой выход из корпуса, поскольку свет не рассеивается и не поглощается окрашенным рассеивателем. Узкий угол обзора 45° является специфическим выбором для применений, требующих направленного луча, а не широкого рассеянного свечения.

10. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В: Могу ли я питать этот светодиод напрямую от источника 5В без резистора?

О:No.Без токоограничивающего резистора светодиод будет пытаться потреблять чрезмерный ток, быстро превышая свои максимальные параметры и приводя к немедленному отказу. Последовательный резистор всегда требуется при питании от постоянного напряжения.

В: В чем разница между пиковой длиной волны и доминирующей длиной волны?

О: Пиковая длина волны — это та, на которой излучается наибольшая оптическая мощность. Доминирующая длина волна рассчитывается из цветовых координат и наилучшим образом соответствует цвету, воспринимаемому человеческим глазом. Для монохроматических светодиодов они часто близки, но доминирующая длина волна является стандартом для определения цвета.

В: Светодиод нагревается во время работы. Это нормально?

О: Да, для светодиода нормально выделять тепло. Эффективность не составляет 100%; часть электрической мощности преобразуется в тепло на переходе. Вот почему спецификация снижения номинала и тепловые соображения важны для долгосрочной надежности.

В: Могу ли я использовать ШИМ (широтно-импульсную модуляцию) для диммирования этого светодиода?

О: Да, эти светодиоды хорошо подходят для ШИМ-диммирования. Вы можете управлять ими пиковым прямым током (60мА или 90мА в зависимости от цвета) при низкой скважности, чтобы достичь среднего тока, который затемняет светодиод. Убедитесь, что частота ШИМ достаточно высока (обычно >100 Гц), чтобы избежать видимого мерцания.

11. Практические примеры проектирования и использования

Пример 1: Индикатор состояния микроконтроллера

Распространенное применение — в качестве индикатора питания. Подключите анод красного светодиода (LTL1CHKEKNN) к шине питания микроконтроллера 3,3В через резистор. Рассчитайте резистор: Предполагая V_F= 2,4В и желаемый I_F= 10мА (для меньшей мощности), R = (3,3В - 2,4В) / 0,01А = 90 Ом. Стандартный резистор 100 Ом обеспечит примерно 9мА, что безопасно и достаточно ярко.

Пример 2: Панельный индикатор на 12В

Для панели на 12В (автомобильной или промышленной) последовательный резистор будет рассеивать больше мощности. Для зеленого светодиода (LTL1CHKGKNN) при 20мА: R = (12В - 2,4В) / 0,02А = 480 Ом. Мощность на резисторе P = I²R = (0,02)²* 480 = 0,192 Вт. Стандартный резистор 1/4 Вт (0,25 Вт) достаточен, но будет нагреваться. Использование резистора 1/2 Вт обеспечивает лучший запас по мощности.

12. Введение в принцип работы технологии

Эти светодиоды основаны на структуре с двойным гетеропереходом, использующей фосфид алюминия-индия-галлия (AlInGaP) в качестве активного светоизлучающего слоя. При приложении прямого напряжения электроны и дырки инжектируются в активную область из N-типа и P-типа полупроводниковых слоев соответственно. Они рекомбинируют с излучением, высвобождая энергию в виде фотонов (света). Конкретный состав сплава AlInGaP определяет ширину запрещенной зоны материала, которая напрямую диктует длину волны (цвет) излучаемого света. Более широкая запрещенная зона производит более короткие длины волн (зеленый/желтый), а более узкая — более длинные длины волны (красный). Прозрачная эпоксидная линза служит для защиты полупроводникового кристалла, формирования луча за счет своей куполообразной геометрии и обеспечения среды для эффективного вывода света из полупроводникового материала с высоким показателем преломления.

13. Тенденции развития технологии

Хотя эта спецификация представляет собой зрелый и широко используемый продукт, технология светодиодов продолжает развиваться. Тенденции, актуальные для этого класса устройств, включают:

• Повышение эффективности:Постоянные улучшения в материаловедении и эпитаксиальном росте приводят к увеличению люмен на ватт (лм/Вт), что означает более яркий свет или меньшее энергопотребление при той же яркости.
• Цветовая однородность:Более жесткие допуски бинов для длины волны и силы света становятся стандартом, позволяя добиться более однородного внешнего вида в приложениях с несколькими светодиодами.
• Корпусирование:Хотя корпуса для монтажа в отверстия остаются популярными для прототипирования и определенных применений, корпуса для поверхностного монтажа (SMD) (такие как 0603, 0805) в значительной степени стали отраслевым стандартом для крупносерийного производства благодаря их меньшему размеру и пригодности для автоматизированной сборки.
• Расширение областей применения:Фундаментальная надежность и эффективность таких светодиодов продолжают способствовать их внедрению в новые области, помимо простых индикаторов, такие как общее освещение низкого уровня, вывески и автомобильное внутреннее освещение.