Техническая документация на светодиодную лампу T-1 3/4 - Теплый белый - 30мА - 110мВт

1. Обзор продукта

В данном документе подробно описаны характеристики высокопроизводительной светодиодной лампы теплого белого свечения. Устройство спроектировано для обеспечения высокой световой интенсивности, что делает его подходящим для применений, требующих яркого, четкого освещения. Основой устройства является полупроводниковый чип на основе InGaN. Излучаемый этим чипом синий свет преобразуется в теплый белый цвет с помощью люминофорного слоя, нанесенного в отражающей чаше корпуса. Такой подход позволяет обеспечить точный контроль цвета и высокую эффективность.

Светодиод размещен в популярном круглом корпусе T-1 3/4, который является стандартным выводным форм-фактором, широко используемым в отрасли благодаря своей надежности и простоте монтажа. Устройство соответствует ключевым экологическим и нормам безопасности, включая RoHS, EU REACH и стандарты по отсутствию галогенов, что гарантирует его соответствие современным производственным требованиям.

1.1 Ключевые преимущества и целевой рынок

Основным преимуществом данной серии светодиодов является сочетание высокой световой отдачи в стандартном, экономичном корпусе. Типичная световая интенсивность является значительной, обеспечивая достаточную яркость для индикации и подсветки. Теплый белый цвет (с типичными координатами цветности CIE 1931 x=0.40, y=0.39) разработан для визуального комфорта и часто предпочтителен для подсветки дисплеев и индикаторов панелей.

Целевые применения разнообразны и сосредоточены в областях, где важна четкая, надежная визуальная индикация. К ним относятся информационные панели и табло, где отдельные светодиоды формируют символы или графику. Он также идеально подходит для универсальных оптических индикаторов в потребительской электронике, промышленном оборудовании и автомобильных интерьерах. Кроме того, его яркость делает его пригодным для подсветки небольших панелей, переключателей или шкал. Маркерные огни, например, в бытовой технике или вывесках, также выигрывают от его характеристик.

2. Подробный анализ технических параметров

Полное понимание предельных и рабочих характеристик устройства необходимо для надежного проектирования схемы и долгосрочной работы.

2.1 Абсолютные максимальные параметры

Эти параметры определяют предельные значения, превышение которых может привести к необратимому повреждению устройства. Работа на этих пределах или за ними не гарантируется.

• Непрерывный прямой ток (I_F):30 мА. Это максимальный постоянный ток, который можно непрерывно подавать на анод светодиода.
• Пиковый прямой ток (I_FP):100 мА. Этот более высокий ток допустим только в импульсном режиме, указанном здесь при скважности 1/10 и частоте 1 кГц. Превышение номинального непрерывного тока даже кратковременно может ухудшить характеристики светодиода.
• Обратное напряжение (V_R):5 В. Приложение обратного смещения выше этого значения может вызвать пробой p-n перехода.
• Рассеиваемая мощность (P_d):110 мВт. Это максимальное количество мощности, которое устройство может рассеять в виде тепла, рассчитываемое как прямое напряжение (V_F), умноженное на прямой ток (I_F).
• Рабочая и температура хранения:Устройство может работать при температуре окружающей среды от -40°C до +85°C и храниться при температуре от -40°C до +100°C.
• Стойкость к ЭСР (HBM):4 кВ. Устройство обеспечивает хороший уровень защиты от электростатического разряда по модели человеческого тела, что важно для безопасного обращения при сборке.
• Температура пайки:Выводы могут выдерживать температуру пайки 260°C до 5 секунд, что совместимо со стандартными процессами волновой или ручной пайки.

2.2 Электрооптические характеристики

Эти параметры измерены в типичных условиях (Ta=25°C) и определяют рабочие характеристики устройства.

• Прямое напряжение (V_F):Диапазон от 2.8В до 3.6В при испытательном токе 20мА. Этот диапазон критически важен для проектирования схемы ограничения тока. Типичное значение находится в этом диапазоне, а фактическое напряжение будет зависеть от конкретного бина (см. раздел 3).
• Световая интенсивность (I_V):Имеет минимальное значение 7150 милликандел (мкд) при 20мА. Это мера воспринимаемой яркости светодиода в определенном направлении. Фактическая интенсивность для конкретного экземпляра будет попадать в определенный бин (T, U или V).
• Угол обзора (2θ_1/2):Типичный полный угол обзора по половинной интенсивности составляет 30 градусов. Это описывает угловое распределение светового потока; такой малый угол указывает на более сфокусированный, направленный луч.
• Координаты цветности:Типичная цветовая точка определяется как x=0.40, y=0.39 на диаграмме цветности CIE 1931. Это помещает белый свет в область "теплого белого". Отдельные экземпляры группируются в определенные цветовые бины (D1, D2, E1, E2, F1, F2) для обеспечения цветовой однородности.
• Обратный ток (I_R):Максимум 50 мкА при подаче обратного смещения 5В.
• Стабилитронное обратное напряжение (V_z):Отмечено типичное значение 5.2В при токе стабилитрона (I_z) 5мА. Это говорит о том, что устройство может иметь встроенную защиту от обратного напряжения, что является ценным свойством для предотвращения повреждений при случайном обратном подключении.

3. Объяснение системы бинов

Для обеспечения однородности яркости, цвета и электрических характеристик при массовом производстве светодиоды сортируются по бинам. Это позволяет разработчикам выбирать компоненты, соответствующие конкретным требованиям применения.

3.1 Биннинг по световой интенсивности

Светодиоды классифицируются на три бина на основе измеренной световой интенсивности при 20мА:

- Бин T:от 7150 мкд до 9000 мкд.

- Бин U:от 9000 мкд до 11250 мкд.

- Бин V:от 11250 мкд до 14250 мкд.

Допуск по световой интенсивности составляет ±10%. Выбор более высокого бина (например, V) гарантирует более яркий минимальный выход.

3.2 Биннинг по прямому напряжению

Прямое напряжение сортируется на четыре бина для помощи в проектировании источника питания и согласовании тока в многодиодных массивах:

- Бин 0:от 2.8В до 3.0В.

- Бин 1:от 3.0В до 3.2В.

- Бин 2:от 3.2В до 3.4В.

- Бин 3:от 3.4В до 3.6В.

Погрешность измерения V_Fсоставляет ±0.1В.

3.3 Биннинг по цвету

Теплый белый цвет строго контролируется путем группировки светодиодов в определенные области цветности на диаграмме CIE, обозначенные как D1, D2, E1, E2, F1 и F2. В даташите указаны диапазоны координат углов для каждого из этих шестиугольных бинов. Для заказа они объединены в одну группу (Группа 1: D1+D2+E1+E2+F1+F2), что означает, что поставляемый продукт может быть из любого из этих шести цветовых рангов, гарантируя, что все они соответствуют спецификации теплого белого цвета. Погрешность измерения координат цвета составляет ±0.01.

4. Анализ характеристических кривых

Представленные характеристические кривые дают представление о поведении устройства в различных условиях.

4.1 Относительная интенсивность в зависимости от длины волны

Эта кривая спектрального распределения показывает, что светодиод излучает широкий спектр, характерный для белого светодиода с люминофорным преобразованием. Он имеет пик в синей области (от чипа InGaN) и более широкий пик в желтой/красной области (от люминофора), которые в совокупности создают белый свет. Кривая подтверждает "теплое" качество за счет значительной энергии на более длинных волнах.

4.2 Диаграмма направленности

Диаграмма излучения подтверждает типичный угол обзора 30 градусов. Интенсивность максимальна при 0 градусах (на оси) и симметрично уменьшается до половины значения примерно при ±15 градусах.

3.3 Прямой ток в зависимости от прямого напряжения (IV-кривая)

Эта кривая показывает экспоненциальную зависимость, типичную для диода. Прямое напряжение увеличивается с ростом тока. Разработчики используют это для определения необходимого напряжения питания для выбранного рабочего тока, обеспечивая правильный подбор токоограничивающего резистора или драйвера.

4.4 Относительная интенсивность в зависимости от прямого тока

Эта кривая демонстрирует, что световой выход (относительная интенсивность) увеличивается с ростом прямого тока, но зависимость не является идеально линейной, особенно при более высоких токах. Это подчеркивает важность стабильного управления током для обеспечения постоянной яркости.

4.5 Цветность в зависимости от прямого тока

Этот график показывает, как координаты цветности (x, y) слегка смещаются при изменении тока накачки. Это известное явление в белых светодиодах, обусловленное изменением эффективности люминофора и характеристик чипа. Для применений, критичных к цвету, работа при рекомендуемых 20мА гарантирует, что цвет находится в пределах указанных диапазонов бинов.

4.6 Прямой ток в зависимости от температуры окружающей среды

Эта кривая снижения номинальных значений критически важна для надежности. Она указывает, что максимально допустимый прямой ток уменьшается с ростом температуры окружающей среды. Чтобы предотвратить перегрев и преждевременный выход из строя, ток накачки должен быть уменьшен при работе в условиях высокой температуры окружающей среды, оставаясь в пределах ограничений по рассеиваемой мощности.

5. Механическая информация и данные о корпусе

Устройство использует стандартный круглый корпус светодиода T-1 3/4 (5мм) с двумя аксиальными выводами. Ключевые размерные примечания включают:

- Все размеры указаны в миллиметрах с общим допуском ±0.25мм, если не указано иное.

- Расстояние между выводами измеряется в точке выхода выводов из корпуса.

- Максимально допустимый выступ эпоксидной линзы ниже фланца составляет 1.5мм.

Чертеж корпуса предоставляет точные размеры диаметра линзы, высоты корпуса, длины выводов и расстояния между ними, что необходимо для проектирования посадочного места на печатной плате и обеспечения правильной установки в корпуса или панели.

6. Рекомендации по пайке и монтажу

Правильное обращение критически важно для сохранения целостности и производительности устройства.

6.1 Формовка выводов

• Изгиб должен производиться на расстоянии не менее 3мм от основания эпоксидной линзы, чтобы избежать напряжения на внутреннем кристалле и проводных соединениях.
• Формовка должна быть завершенадопроцесса пайки.
• Чрезмерное усилие при изгибе может привести к растрескиванию эпоксидной смолы или повреждению внутренних соединений.
• Обрезка выводов должна производиться при комнатной температуре; горячая обрезка может вызвать тепловой удар.
• Отверстия на печатной плате должны идеально совпадать с выводами светодиода, чтобы избежать монтажного напряжения.

6.2 Условия хранения

• Рекомендуемые условия хранения после получения: ≤30°C и ≤70% относительной влажности до 3 месяцев.
• Для более длительного хранения (до 1 года) устройства должны храниться в герметичном контейнере, заполненном азотом, с осушителем.
• Избегайте резких перепадов температуры во влажной среде, чтобы предотвратить конденсацию на устройствах.

6.3 Процесс пайки

• Соблюдайте расстояние более 3мм от места пайки до эпоксидной линзы.
• Рекомендуется паять только до основания перемычки на выводной рамке.
• При ручной пайке контролируйте температуру жала паяльника и время, чтобы предотвратить перегрев.
• При погружной/волновой пайке выводы могут выдерживать 260°C в течение 5 секунд.

7. Упаковка и информация для заказа

7.1 Спецификация упаковки

Светодиоды упакованы для предотвращения повреждений и ЭСР:

- Они помещены в антистатические пакеты.

- Каждый пакет содержит от 200 до 500 штук.

- Пять пакетов упакованы во внутреннюю коробку.

- Десять внутренних коробок упакованы в основную (внешнюю) коробку.

7.2 Расшифровка маркировки

Маркировка на упаковке включает:

- CPN:Ссылка на номер детали заказчика.

- P/N:Номер детали производителя.

- QTY:Количество устройств в упаковке.

- CAT:Комбинированный код для бинов световой интенсивности и прямого напряжения.

- HUE:Код цветового ранга (например, D1, E2).

- REF:Справочная информация.

- LOT No:Отслеживаемый номер производственной партии.

7.3 Обозначение модели

Номер детали следует структурированному формату:334-15/X2C3- □ □ □ □. Пустые квадраты (□) являются заполнителями для кодов, определяющих точный выбор бинов для световой интенсивности, прямого напряжения и цветового ранга. Это позволяет клиентам заказывать детали, адаптированные к их конкретным потребностям в яркости, падении напряжения и цветовой однородности.

8. Рекомендации по применению и конструктивные соображения

8.1 Типовые схемы включения

Наиболее распространенный метод управления - простой последовательный резистор. Значение резистора (R_series) рассчитывается как: R_series= (V_supply- V_F) / I_F. Используйте максимальное V_Fиз бина или даташита (например, 3.6В), чтобы гарантировать, что ток не превысит желаемый I_F(например, 20мА) даже при низком сопротивлении светодиода. Например, при питании 5В: R = (5В - 3.6В) / 0.020А = 70 Ом. Подойдет стандартный резистор на 68 или 75 Ом. Для нескольких светодиодов соедините их последовательно с одним токоограничивающим резистором, если напряжение питания достаточно высокое, или используйте параллельные цепочки, каждая со своим резистором, для лучшего согласования тока.

8.2 Тепловой режим

Хотя рассеиваемая мощность относительно невелика (макс. 110мВт), правильный тепловой расчет продлевает срок службы и поддерживает световой поток. Убедитесь, что на печатной плате вокруг выводов светодиода имеется достаточная площадь меди для отвода тепла, особенно при работе, близкой к максимальному току или при высокой температуре окружающей среды. Избегайте размещения светодиода рядом с другими теплообразующими компонентами.

8.3 Оптическая интеграция

Угол обзора 30 градусов обеспечивает сфокусированный луч. Для более широкого освещения могут потребоваться вторичная оптика, такая как рассеиватели или линзы. Теплый белый цвет менее склонен вызывать блики, чем холодный белый, что делает его подходящим для индикаторов прямого наблюдения.

9. Техническое сравнение и дифференциация

По сравнению с обычными 5мм белыми светодиодами, данное устройство предлагает ключевые преимущества:

1. Высокая световая интенсивность:С минимумом 7150 мкд он значительно ярче стандартных индикаторных светодиодов, что позволяет использовать его в дисплеях, читаемых на солнце, или в качестве источника света для малых площадей.

2. Интегрированная защита:Стойкость к ЭСР 4кВ и предполагаемое стабилитронное ограничение (Vz=5.2В) обеспечивают устойчивость к обращению и электрическим переходным процессам, что в базовых светодиодах часто требует дополнительных затрат или внешних компонентов.

3. Строгий биннинг:Детальный биннинг по интенсивности, напряжению и цвету позволяет осуществлять точный отбор и обеспечивать лучшую однородность в применениях, где критически важна равномерная яркость или цвет нескольких устройств.

4. Соответствие экологическим нормам:Полное соответствие стандартам RoHS, REACH и отсутствия галогенов делает его пригодным для глобальных рынков со строгими экологическими нормами.

10. Часто задаваемые вопросы (на основе технических параметров)

В: Могу ли я питать этот светодиод током 30мА непрерывно?

О: Да, 30мА - это абсолютный максимальный непрерывный прямой ток. Для оптимального срока службы и надежности общепринятой практикой является работа ниже этого максимума, например, при 20мА, как указано в типичных характеристиках.

В: Какова цель различных цветовых бинов (D1, F2 и т.д.)?

О: Все бины (от D1 до F2) производят теплый белый свет, но с небольшими вариациями точного оттенка (например, более желтоватый или более розоватый). Их группировка позволяет производителю использовать все произведенные светодиоды, гарантируя при этом, что они попадают в приемлемый диапазон теплого белого цвета. Для большинства применений достаточно Группы 1. Для применений, требующих очень точного соответствия цветов, может потребоваться указание одного конкретного бина.

В: Как интерпретировать бин прямого напряжения?

О: Если ваша конструкция чувствительна к падению напряжения (например, работа от низковольтной батареи), выбор бина с более низким V_F(0 или 1) обеспечит более стабильную яркость по мере разряда батареи, так как меньшее падение напряжения оставляет больше напряжения на токоограничивающем резисторе.

В: Всегда ли требуется токоограничивающий резистор?

О: Да. Светодиод - это устройство с токовым управлением. Подключение его непосредственно к источнику напряжения без ограничения тока приведет к потреблению чрезмерного тока и немедленному выходу из строя. Последовательный резистор или драйвер постоянного тока обязательны.

11. Практический пример проектирования и использования

Пример: Проектирование панели индикации состояния для промышленного оборудования

Инженеру необходимо спроектировать панель с 20 яркими индикаторами состояния теплого белого цвета. Требования: равномерная яркость и цвет, питание 24В постоянного тока, высокая надежность.

Шаги проектирования:

1. Метод управления:Используйте последовательный резистор для простоты и экономической эффективности. Соедините светодиоды последовательно-параллельно для эффективного использования питания 24В. Четыре светодиода последовательно имеют максимальное V_F~14.4В (4 * 3.6В). Значение резистора: R = (24В - 14.4В) / 0.020А = 480 Ом. Используйте резистор 470 Ом, 1/4Вт. Создайте 5 одинаковых цепочек из 4 светодиодов + 1 резистора.

2. Выбор бинов:Для обеспечения единообразного внешнего вида укажите одинаковый бин световой интенсивности (например, Бин U) и одинаковую группу цветовых бинов для всех устройств в заказе.

3. Разводка печатной платы:Обеспечьте достаточный размер контактных площадок для выводов светодиода. Включите небольшую медную площадку, соединенную с катодным выводом, для небольшого отвода тепла. Убедитесь, что правило изгиба выводов на 3мм соблюдено в проекте посадочного места.

4. Сборка:Следуйте рекомендациям по пайке, используя контролируемый процесс, чтобы избежать теплового повреждения.

12. Введение в принцип работы

Этот светодиод работает по принципу электролюминесценции в полупроводнике. Активная область изготовлена из нитрида индия-галлия (InGaN). При подаче прямого напряжения электроны и дырки инжектируются в активную область, где они рекомбинируют, высвобождая энергию в виде фотонов. Конкретный состав слоя InGaN определяет, что эти фотоны находятся в синем диапазоне длин волн (~450-470 нм).

Для создания белого света на синий чип наносится люминофорное покрытие. Этот люминофор представляет собой керамический материал, легированный редкоземельными элементами. Когда высокоэнергетические синие фотоны попадают на люминофор, они поглощаются и переизлучаются в виде фотонов с более низкой энергией в широком спектре, в основном в желтой и красной областях. Комбинация неизлученного синего света и преобразованного желтого/красного света воспринимается человеческим глазом как белый свет. "Теплое" качество достигается путем настройки состава люминофора для усиления длинноволновой (красной) составляющей спектра.

13. Технологические тренды и контекст

Использование синих чипов на основе InGaN с люминофорным преобразованием является доминирующей технологией производства белых светодиодов, известных как pc-LED. Данное устройство представляет собой зрелый, массовый продукт в выводном корпусе. Отраслевые тенденции движутся в направлении:

1. Повышение эффективности (лм/Вт):Постоянные улучшения в конструкции чипа, эффективности люминофора и извлечении света из корпуса продолжают повышать световую отдачу, снижая энергопотребление при том же световом потоке.

2. Качество цвета:Достижения в технологии люминофоров, включая использование нескольких люминофоров или квантовых точек, улучшают индекс цветопередачи (CRI), делая белый свет более естественным и точным для отображения цветов.

3. Миниатюризация корпусов и переход на SMT:Хотя T-1 3/4 остается популярным, корпуса для поверхностного монтажа (SMD) (такие как 3528, 5050) становятся все более распространенными для автоматизированной сборки и проектов с более высокой плотностью. Тем не менее, выводные светодиоды, подобные этому, сохраняют преимущества при прототипировании, ремонте и применениях, требующих более высокой яркости в одной точке или устойчивости к вибрации.

4. Умное и связанное освещение:Более широкий рынок интегрирует светодиоды с датчиками и контроллерами для интеллектуальных систем освещения, хотя это в первую очередь затрагивает мощные осветительные модули, а не дискретные индикаторные лампы.

Данный конкретный светодиод занимает стабильную, оптимизированную по производительности нишу, предлагая надежное решение для применений, где требуется именно его конкретное сочетание яркости, типа корпуса и цвета.