Техническая спецификация SMD 5050 RGBW светодиода - 5.0x5.0x1.6мм - Красный 2.6В/Зеленый 3.8В/Синий 3.8В/Белый 3.6В - 0.2Вт на кристалл

1. Обзор продукта

В данном документе подробно описаны характеристики компактного, поверхностно-монтируемого, низковольтного светодиодного корпуса в форм-факторе 5050. Устройство объединяет четыре отдельных полупроводниковых кристалла в одном корпусе из белой смолы: Красный (R), Зеленый (G), Синий (B) и Белый (W). Такая многокристальная конфигурация позволяет генерировать широкий спектр цветов, включая чистый белый свет от отдельного белого кристалла и смешанные цвета от комбинации RGB. Корпус спроектирован с 8-выводной рамкой, обеспечивающей индивидуальный электрический доступ к каждому кристаллу для независимого управления.

Ключевые преимущества данного светодиода включают высокую световую отдачу, низкое энергопотребление и широкий угол обзора 120 градусов. Его компактный SMD форм-фактор делает его подходящим для автоматизированных процессов сборки, таких как пайка оплавлением. Продукт соответствует ключевым экологическим и стандартам безопасности, включая RoHS, EU REACH и требования по отсутствию галогенов (Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm).

Области применения разнообразны, благодаря его способности смешивать цвета и общим осветительным свойствам. Основные применения включают общее декоративное и развлекательное освещение, индикаторы состояния, подсветку или освещение переключателей и панелей, а также другие приложения, где требуются компактные многоцветные источники света.

2. Подробный анализ технических параметров

2.1 Абсолютные максимальные режимы

Все режимы указаны при температуре точки пайки (T_пайки) 25°C. Превышение этих пределов может привести к необратимому повреждению.

• Обратное напряжение (V_R):Максимум 5В для всех кристаллов (R, G, B, W). Приложение более высокого обратного напряжения может вызвать пробой перехода.
• Постоянный прямой ток (I_F):Красный и Белый кристаллы рассчитаны на 200мА. Зеленый и Синий кристаллы рассчитаны на 180мА. Это пределы постоянного тока.
• Пиковый прямой ток (I_FP):Для импульсного режима работы с коэффициентом заполнения 1/10 и длительностью импульса 10мс. Красный/Белый: 400мА. Зеленый/Синий: 360мА.
• Рассеиваемая мощность (P_d):Максимально допустимая мощность рассеяния на кристалл. R: 520мВт, G/B: 684мВт, W: 720мВт. Это критически важно для теплового менеджмента.
• Температурные диапазоны:Рабочий: -40°C до +85°C. Хранения: -40°C до +100°C. Максимальная температура перехода (T_j): 110°C.
• Тепловое сопротивление (R_{th J-S}):Переход-точка пайки. R: 60°C/Вт, G: 110°C/Вт, B: 75°C/Вт, W: 75°C/Вт. Более низкие значения указывают на лучший отвод тепла от кристалла к плате.
• Температура пайки:Пайка оплавлением: пиковая температура 260°C максимум 10 секунд. Ручная пайка: 350°C максимум 3 секунды.

2.2 Электрооптические характеристики

Типичные характеристики измерены при T_пайки=25°C и I_F=100мА, если не указано иное.

• Сила света (I_v):Измеряется в милликанделах (мкд). Типичные значения: R: 5000 мкд, G: 11000 мкд, B: 3000 мкд, W: 10000 мкд. Также указаны минимальные значения. Допуск ±11%.
• Прямое напряжение (V_F):Падение напряжения на светодиоде при 100мА. Типичное/Макс: R: 2.10В/2.60В, G: 3.00В/3.80В, B: 3.10В/3.80В, W: 2.90В/3.60В. Допуск ±0.1В. Этот параметр критически важен для проектирования драйвера.
• Угол обзора (2θ_1/2):120 градусов. Это полный угол, при котором сила света составляет половину пиковой интенсивности (на оси).
• Доминирующая длина волны (λ_p):Пиковая длина волны излучаемого света. R: 619-629нм, G: 520-535нм, B: 460-475нм. Допуск ±1нм. Цвет белого светодиода описан как "Желтоватый".
• Обратный ток (I_R):Максимальный ток утечки 10мкА при V_R= -5В для всех кристаллов.

3. Объяснение системы сортировки

Для обеспечения согласованности цвета и яркости светодиоды сортируются в группы (бины) на основе измеренных характеристик.

3.1 Сортировка по силе света

Светодиоды группируются по измеренной силе света при I_F=100мА. Каждый бин имеет код (например, CB, DA, EA), определяющий диапазон минимальной/максимальной интенсивности в мкд.

• Красный (R):Бины CB (3550-4500 мкд), DA (4500-5600 мкд), DB (5600-7100 мкд).
• Зеленый (G):Бины EA (7100-9000 мкд), EB (9000-11200 мкд), FA (11200-14000 мкд).
• Синий (B):Бины BA (1800-2240 мкд), BB (2240-2800 мкд), CA (2800-3550 мкд), CB (3550-4500 мкд).
• Белый (W):Бины DB (5600-7100 мкд), EA (7100-9000 мкд), EB (9000-11200 мкд), FA (11200-14000 мкд), FB (14000-18000 мкд).

3.2 Сортировка по доминирующей длине волны

Светодиоды также сортируются по пиковой длине волны излучаемого света для контроля цветового оттенка.

• Красный (R):Бины RB (619-624 нм), RC (624-629 нм).
• Зеленый (G):Бины G7 (520-525 нм), G8 (525-530 нм), G9 (530-535 нм).
• Синий (B):Бины B3 (460-465 нм), B4 (465-470 нм), B5 (470-475 нм).

3.3 Сортировка по координатам цветности (Белый светодиод)

Для белого светодиода цвет точно определяется с помощью координат цветности (x, y) на диаграмме CIE 1931. В спецификации приведена подробная таблица кодов бинов (например, A11, A12, A21) с соответствующими им четырехугольными областями, определенными четырьмя наборами координат (x,y). Допуск для этих координат составляет ±0.01. Эта система обеспечивает жесткий контроль над цветовой точкой белого света (например, холодный белый, нейтральный белый, теплый белый).

4. Анализ кривых производительности

Спецификация включает типичные характеристические кривые, которые необходимы для понимания поведения устройства в различных рабочих условиях.

4.1 Спектральное распределение

Показана типичная кривая спектрального распределения, отображающая относительную интенсивность в зависимости от длины волны. Эта кривая визуально представляет состав светового потока. Для RGB кристаллов она показывает узкие пики на их доминирующих длинах волн. Для белого светодиода (обычно синий кристалл с люминофорным покрытием) кривая показывает широкий пик от преобразованного света люминофора, в сочетании с меньшим синим пиком от возбуждающего светодиода. Стандартная кривая чувствительности человеческого глаза (V(λ)) также используется для фотометрических расчетов.

4.2 Прямой ток vs. Прямое напряжение (Вольт-амперная характеристика)

Отдельные кривые для кристаллов R, G, B и W показывают зависимость между прямым током (I_F) и прямым напряжением (V_F) при 25°C. Эти кривые по своей природе экспоненциальны. Они критически важны для проектирования схем ограничения тока или драйверов постоянного тока. Кривые подтверждают, что при типичном рабочем токе 100мА, V_Fсоответствует типичным значениям, указанным в электрической таблице.

4.3 Длина волны vs. Прямой ток

Эти кривые иллюстрируют, как доминирующая длина волны (цвет) каждого кристалла смещается с увеличением прямого тока. Как правило, длина волны может незначительно увеличиваться с током из-за нагрева перехода и других эффектов. Это важное соображение для приложений, требующих точной стабильности цвета в диапазоне уровней яркости.

4.4 Относительная интенсивность vs. Прямой ток

Эти графики показывают, как световой выход (относительная сила света для G/W, относительная радиометрическая интенсивность для R/B) увеличивается с прямым током. Зависимость, как правило, линейна при низких токах, но может насыщаться при высоких токах из-за теплового спада и снижения эффективности. Эти данные используются для определения оптимального тока накачки для желаемого уровня яркости.

4.5 Максимально допустимый прямой ток vs. Температура

Эта кривая снижения номинальных характеристик является одной из самых важных для надежности. Она показывает, как максимально допустимый постоянный прямой ток должен быть уменьшен с увеличением температуры окружающей среды (или точки пайки). Например, при 85°C допустимый ток будет значительно ниже, чем номинал при 25°C. Работа выше этой кривой рискует превышением максимальной температуры перехода, что приводит к ускоренной деградации светового потока и значительному сокращению срока службы.

5. Рекомендации по пайке и монтажу

Светодиод чувствителен к электростатическому разряду (ESD) и должен обрабатываться с соответствующими мерами предосторожности. Рекомендуемые методы пайки:

• Пайка оплавлением:Это предпочтительный метод для SMD монтажа. Максимальная пиковая температура не должна превышать 260°C, а время выше 260°C должно быть ограничено 10 секундами. Подходит стандартный профиль бессвинцовой пайки оплавлением.
• Ручная пайка:При необходимости можно выполнить ручную пайку с температурой жала паяльника не выше 350°C. Время контакта на вывод должно быть ограничено 3 секундами, чтобы предотвратить тепловое повреждение корпуса и проводных соединений.

Необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать механических нагрузок на корпус во время и после пайки. Диапазон температур хранения составляет от -40°C до +100°C.

6. Рекомендации по применению и соображения по проектированию

6.1 Типовые схемы включения

Каждый кристалл (R, G, B, W) требует своей собственной схемы ограничения тока из-за их различных характеристик прямого напряжения. Настоятельно рекомендуется использовать драйвер постоянного тока вместо простого последовательного резистора для лучшей согласованности яркости и стабильности цвета, особенно при работе от переменного источника напряжения, такого как аккумулятор. Для смешения цветов RGB стандартным методом управления интенсивностью является широтно-импульсная модуляция (ШИМ), поскольку она поддерживает постоянное прямое напряжение и ток, сохраняя таким образом цветность каждого основного цвета.

6.2 Тепловой менеджмент

Эффективный теплоотвод критически важен для производительности и долговечности. Значения теплового сопротивления (R_{th J-S}) указывают, насколько легко тепло отводится от кристалла к печатной плате. Конструкторы должны обеспечить, чтобы печатная плата имела достаточную площадь меди (тепловые площадки или переходные отверстия на внутренние слои) для рассеивания общего выделяемого тепла (сумма I_F* V_Fдля всех активных кристаллов). Работа вблизи или на максимальных номинальных токах без надлежащего охлаждения приведет к высокой температуре перехода, вызывая падение светового потока (деградация люменов) и значительное сокращение рабочего ресурса светодиода.

6.3 Оптическое проектирование

Широкий угол обзора 120 градусов делает этот светодиод подходящим для приложений, требующих широкого, рассеянного освещения. Для более направленного света могут потребоваться вторичная оптика (линзы). При проектировании для смешения цветов физическая близость четырех кристаллов в корпусе 5050 обеспечивает хорошее пространственное смешение цветов на расстоянии, но при очень близком рассмотрении могут быть различимы отдельные цветные точки.

7. Техническое сравнение и дифференциация

Данный светодиод 5050 RGBW отличается тем, что объединяет четыре различных излучателя в очень компактном, отраслевом стандартном форм-факторе 5.0мм x 5.0мм. По сравнению с использованием четырех отдельных одноцветных светодиодов 5050, этот интегрированный корпус экономит место на печатной плате и упрощает сборку методом "поднять и установить". Включение отдельного белого кристалла в дополнение к RGB кристаллам обеспечивает высококачественный источник белого света без необходимости смешения цветов, что иногда может приводить к снижению эффективности или проблемам с цветопередачей. Индивидуальная 8-выводная конфигурация обеспечивает максимальную гибкость управления, позволяя управлять каждым цветом независимо или в любой комбинации.

8. Часто задаваемые вопросы (На основе технических параметров)

В: Могу ли я подключить все четыре кристалла (RGBW) параллельно от одного источника постоянного напряжения с одним последовательным резистором?

О: Не рекомендуется. Прямые напряжения (V_F) значительно различаются (например, Красный ~2.1В, Синий ~3.1В). Их параллельное подключение вызовет сильный дисбаланс токов: красный кристалл будет потреблять большую часть тока, потенциально превышая свой номинал, в то время как другие останутся тусклыми или не будут светиться. Каждый цветовой канал требует отдельного управления током.

В: В чем разница между силой света (мкд) и мощностью (мВт) в характеристиках?

О: Сила света (измеряется в канделах или милликанделах) - это воспринимаемая яркость света человеческим глазом, взвешенная по кривой чувствительности глаза. Рассеиваемая мощность (в милливаттах) - это электрическая мощность, преобразуемая в тепло (I_F*V_F) на переходе светодиода. Часть входной мощности преобразуется в свет (излучаемая мощность), но в спецификации указано максимальное количество тепла, которым необходимо управлять.

В: Как интерпретировать бины координат цветности для белого светодиода?

О: Каждый бин (например, A11) определяет небольшую четырехугольную область на цветовой диаграмме CIE. Четыре пары координат (x,y) являются углами этой области. Светодиоды, измеренный цвет которых попадает в этот четырехугольник, получают этот код бина. Это гарантирует, что все светодиоды в партии имеют практически идентичную цветовую точку белого света.

В: Почему пиковый прямой ток (I_FP) выше, чем постоянный ток (I_F)?

О: Полупроводниковый переход может выдерживать более высокие импульсы тока в течение очень коротких промежутков времени (в данном случае 10мс), потому что выделяемое тепло не успевает поднять температуру перехода до критического уровня. Это полезно для ШИМ-диммирования или создания кратких ярких вспышек.

9. Практический пример проектирования и использования

Сценарий: Проектирование цветной светодиодной лампы для создания настроения.

Конструктор выбирает этот светодиод для настольной лампы с питанием от USB. Он использует микроконтроллер с четырьмя каналами ШИМ для независимого управления токами R, G, B и W. Белый светодиод обеспечивает чистый режим освещения для чтения. Светодиоды RGB смешиваются для создания миллионов цветов для окружающего освещения. В конструкции используется микросхема драйвера светодиодов постоянного тока, способная выдавать до 200мА на канал. Печатная плата включает большую земляную полигонную площадку, соединенную с тепловой площадкой светодиода через несколько переходных отверстий, которая действует как радиатор. Прошивка реализует алгоритмы плавного изменения цвета и включает логику теплового менеджмента, которая снижает максимальный ток накачки, если датчик температуры микроконтроллера (расположенный рядом со светодиодом на плате) показывает температуру выше 70°C, обеспечивая работу светодиода в пределах его безопасной кривой снижения номинальных характеристик по температуре.

10. Введение в принцип работы

Излучение света основано на электролюминесценции в полупроводниковых материалах. Когда прямое напряжение прикладывается к p-n переходу светодиода, электроны и дырки рекомбинируют, высвобождая энергию в виде фотонов (света). Цвет (длина волны) света определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала. Красный кристалл использует AlInGaP (фосфид алюминия-индия-галлия). Зеленый и синий кристаллы используют InGaN (нитрид индия-галлия) с различным соотношением индия/галлия для настройки запрещенной зоны. Белый светодиод обычно использует синий кристалл InGaN, покрытый желтым (или многоцветным) люминофором. Синий свет от кристалла возбуждает люминофор, который затем излучает широкий спектр более длинных волн (желтый, красный), сочетаясь с оставшимся синим светом для получения белого света. Описание "Желтоватый" предполагает коррелированную цветовую температуру (CCT) в более теплой части спектра белого света.

11. Технологические тренды и контекст

Интегрированные многокристальные корпуса, такие как этот 5050 RGBW, представляют собой тренд в сторону более высокой функциональной плотности и упрощения системного проектирования в светодиодном освещении. Переход к более широким углам обзора (например, 120 градусов) отвечает потребностям приложений, требующих равномерного, безбликового освещения, а не сфокусированных прожекторов. В отрасли наблюдается постоянное стремление к повышению световой отдачи (больше светового потока на ватт) и улучшению цветопередачи, особенно для белого компонента. Более того, более жесткие допуски при сортировке, как видно из подробных таблиц координат цветности, отражают рыночный спрос на превосходную согласованность цвета как в монохромных, так и в белых светодиодных приложениях, что критически важно для многодиодных светильников и дисплеев.