LTST-E683RGBW SMD LED 数据手册 - 3.2x2.8x1.9mm - 红 2.4V/绿 3.8V/蓝 3.8V - 72-80mW - 英文技术文档

产品概述

LTST-E683RGBW是一款表面贴装器件（SMD）LED，在单个紧凑封装内集成了三个独立的半导体光源。它结合了一个用于发光的AlInGaP（铝铟镓磷）芯片和两个用于绿光与蓝光的InGaN（铟镓氮）芯片，所有芯片均覆盖有扩散透镜。这种配置能够生成广泛的色彩光谱，包括当三种颜色以适当强度混合时产生的白光。其主要应用于背光、状态指示灯、装饰照明以及全彩显示模块，这些应用对节省空间和自动化组装至关重要。其核心优势包括兼容标准的红外和回流焊接工艺、符合RoHS指令的无铅结构，以及适用于8毫米卷带上的大批量自动化贴片设备的封装。

深入技术参数分析

2.1 绝对最大额定值

这些额定值定义了器件的应力极限，超出此极限可能导致永久性损坏。不建议使LED持续在或接近这些极限下工作。关键参数包括：

• 功耗 (Pd)： 红色：72mW，绿/蓝：80mW。这是在25°C环境温度下连续直流运行时，LED可作为热量耗散的最大允许功率。超过此限制可能导致热失控并缩短使用寿命。
• 峰值正向电流 (Ifp)： 红色：80mA，绿色/蓝色：100mA。这是最大允许脉冲电流，规定条件为1/10占空比和0.1ms脉冲宽度。该值显著高于直流额定值，允许短暂的高强度闪光。
• 直流正向电流 (If): 红色：30mA，绿色/蓝色：20mA。这是为确保长期可靠运行而推荐的最大连续正向电流。驱动电流超过此值将增加光输出，但同时会产生更多热量，长期可能使半导体材料和荧光粉（如果存在）性能退化。
• 温度范围： 工作温度：-40°C 至 +85°C；存储温度：-40°C 至 +100°C。这些范围确保了LED在使用和非工作期间机械与电气性能的完整性。

2.2 Electrical & Optical Characteristics

这些是在标准测试条件（Ta=25°C，If=20mA）下测得的典型性能参数。

• 发光强度 (Iv): 以毫坎德拉 (mcd) 为单位进行测量，它代表LED在人眼看来（使用CIE明视滤光片）的感知亮度。规定的范围是：红色：71-224 mcd，绿色：355-900 mcd，蓝色：140-355 mcd。绿色芯片通常表现出最高的发光效能。
• 视角 (2θ1/2): 120度的典型值表示一种宽泛、扩散的光发射模式。此角度定义为光强降至中心轴（0度）处光强一半时的全角。
• Peak Wavelength (λp) & Dominant Wavelength (λd): λp（红：639nm，绿：518nm，蓝：468nm）是光谱功率分布达到最大值时的波长。λd（红：631nm，绿：525nm，蓝：470nm）是人眼感知到的、与LED颜色相匹配的单色光波长，源自CIE色度图。两者密切相关但并不相同，尤其是对于宽光谱光源而言。
• 谱线半宽度（Δλ）： 该参数通常为20nm（红）、35nm（绿）和25nm（蓝），表示所发光的光谱纯度或带宽。数值越小，表示光源的单色性越好。
• 正向电压（Vf）： LED在20mA驱动电流下的压降。范围如下：红色：1.8-2.4V，绿色：2.8-3.8V，蓝色：2.8-3.8V。绿色和蓝色InGaN芯片的Vf高于红色AlInGaP芯片，是由于其半导体带隙能量不同。正常工作必须使用限流电阻或恒流驱动器。
• 反向电流 (Ir)： 在VR=5V时最大10μA。此LED并非为反向偏置工作而设计。施加反向电压可能导致半导体结因低反向击穿电压而立即发生灾难性故障。

3. Binning System 说明

为确保生产中的颜色和亮度一致性，LED会按性能进行分档。数据手册仅提供了每种颜色的光强分档代码。

• 红色光强分档： Q1 (71-90 mcd), Q2 (90-112 mcd), R1 (112-140 mcd), R2 (140-180 mcd), S1 (180-224 mcd)。每个分级内的容差为±11%。
• 绿色发光强度分级： T2 (355-450 mcd), U1 (450-560 mcd), U2 (560-710 mcd), V1 (710-900 mcd)。每个分级内的容差为±11%。
• 蓝色发光强度分级： R2 (140-180 mcd), S1 (180-224 mcd), S2 (224-280 mcd), T1 (280-355 mcd)。每个分级内的容差为±11%。

在订购或设计时，指定所需的分级代码对于实现阵列或显示器外观均匀性至关重要。混合使用不同分级可能导致可见的亮度或颜色差异。

4. 性能曲线分析

虽然PDF在第5页引用了典型的特性曲线，但文中并未提供具体的图表。根据LED的标准特性，这些曲线通常包括：

• Forward Current vs. Forward Voltage (I-V Curve): 呈现指数关系。"膝点"电压是导通起始点，此后电流随电压微小增加而迅速上升。
• 发光强度与正向电流关系曲线（I-L曲线）： 在较低电流下通常呈线性关系，但在较高电流下可能因热效应和效率下降效应而趋于饱和。
• 光强与环境温度关系： 展示了光输出如何随结温升高而下降。与蓝/绿光InGaN LED相比，红光AlInGaP LED通常具有更显著的热猝灭效应。
• 光谱功率分布： 显示每种颜色芯片在波长光谱范围内发光相对强度的图表。

这些曲线对于理解LED在非标准条件（不同驱动电流、温度）下的行为以及热管理设计至关重要。

5. Mechanical & Package Information

5.1 封装尺寸

该LED符合EIA标准的SMD封装外形。关键尺寸（单位：毫米，除非另有说明，公差为±0.2mm）定义了其在PCB上的布局。引脚定义为：引脚1：红色阳极，引脚4：绿色阳极，引脚3：蓝色阳极。公共阴极可能在内部连接到另一个引脚或散热焊盘（具体连接需查阅尺寸图进行确认）。其漫射透镜有助于实现更宽、更均匀的视角。

5.2 推荐的PCB焊盘设计

建议采用适用于红外或气相回流焊接的焊盘布局图。遵循此建议可确保形成正确的焊点、良好的LED结区热传导以及机械稳定性。该焊盘设计考虑了焊料圆角的形成，并防止回流焊接过程中发生立碑现象。

6. Soldering & Assembly Guidelines

6.1 回流焊接温度曲线

对于无铅工艺，建议采用符合J-STD-020B标准的温度曲线。关键参数包括：

• 预热： 150-200°C，最长120秒，用以逐步加热电路板并激活助焊剂。
• 峰值温度： 最高260°C。液相线以上时间（无铅焊料通常约为~217°C）需加以控制，以形成可靠的焊点，同时避免LED过热。
• 总焊接时间： 峰值温度下最多10秒，最多允许两次回流焊接循环。

遵循此温度曲线可防止热冲击（热冲击可能导致环氧树脂透镜或半导体芯片破裂），并防止焊点处金属间化合物过度生长。

6.2 手工焊接

如有必要，允许使用烙铁进行手工焊接，但有严格限制：烙铁头温度不得超过300°C，且每个焊点的焊接时间不得超过3秒。只允许进行一次手工焊接操作。必须避免将烙铁直接接触LED本体；热量应施加在PCB焊盘上。

6.3 清洗

若需进行焊后清洁，仅可使用指定的醇基溶剂（如乙醇或异丙醇），在常温下操作不超过一分钟。使用刺激性或未指定的化学品可能损坏环氧树脂透镜材料，导致雾化、开裂或变色。

6.4 Storage & Moisture Sensitivity

LED封装对湿气敏感。若原厂密封防潮袋（内含干燥剂）未开封，应在≤30°C、≤70%相对湿度条件下储存，建议在一年内使用。一旦开封，元件应在≤30°C、≤60%相对湿度条件下储存。若元件暴露在环境湿度中超过168小时（7天），应在回流焊接前以约60°C烘烤至少48小时，以去除吸收的湿气，防止“爆米花”现象（因回流过程中湿气快速膨胀导致封装开裂）。

7. Packaging & Ordering Information

本产品采用适用于自动化组装的行业标准包装供货：

• Tape & Reel: 元器件置于8mm宽的载带中。
• 卷盘尺寸： 直径7英寸（178毫米）。
• 每卷数量： 2000件。
• 最小起订量 (MOQ): 剩余数量需500件起订。
• Cover Tape: 空袋由顶部盖带密封。
• 缺件： 根据卷盘规格，最多允许连续缺失两个LED。
• 标准： 包装符合 EIA-481-1-B 规范。

部件编号 LTST-E683RGBW 遵循制造商内部编码系统，其中“RGBW”表示能够产生白光的光源颜色组合。

8. 应用建议

8.1 典型应用场景

• Full-Color Display Panels: 用作大型视频墙或室内标牌中的独立像素或子像素。
• 背光照明： 用于消费电子产品、汽车仪表板或工业控制中的LCD面板，通常与导光板和扩散片结合使用。
• Status & Indicator Lights: 适用于需要多色状态编码的网络设备、电器和仪器仪表。
• Decorative & Architectural Lighting: 用于灯带或模组以实现变色效果。

8.2 设计考量

• 电流驱动： 务必为每个颜色通道串联使用恒流驱动器或限流电阻。使用公式 R = (电源电压 - LED正向电压) / 正向电流 计算电阻值。请使用数据手册中的最大正向电压值进行计算，以确保即使使用高正向电压的LED，电流也不会超过限值。
• 热管理： 尽管功耗较低，但采用具有足够铜箔面积（散热焊盘）的适当PCB布局对于将热量从LED结传导出去至关重要，尤其是在高电流驱动或高环境温度下。这有助于维持光输出和延长使用寿命。
• Color Mixing & Control: 为实现特定色彩或白点，脉宽调制（PWM）是各通道强度控制的首选方法，因为它能保持恒定的正向电压和色彩色度，这与模拟调光不同。
• ESD 保护： LED 对静电放电敏感。在组装过程中需实施防静电安全操作程序。

9. Technical Comparison & Differentiation

虽然PDF中未直接与其他型号进行对比，但可以推断出LTST-E683RGBW的关键差异化优势：

• 集成RGB封装： 将三颗芯片集成于3.2x2.8mm的封装内，与使用三颗分立单色LED相比，节省了PCB空间。
• 散射广角透镜： 120度视角提供了宽广、均匀的发射光型，适用于需要宽视锥角且无需次级光学器件的应用。
• 工艺兼容性： 明确兼容标准红外/回流焊接和自动贴装工艺，使其适合大批量、高性价比的制造。
• 材料选择： 对于红光，使用AlInGaP相比旧技术（如GaP上的GaAsP）能提供更高的效率和更好的温度稳定性。

10. 常见问题解答（基于技术参数）

10.1 我可以同时以30mA驱动红色LED，以20mA驱动绿色/蓝色LED吗？

可以，每个通道可以独立地在其各自的最大直流正向电流下驱动。但是，必须考虑封装的总功耗。如果三个通道都以最大电流工作，请计算总功耗：Pred = 30mA * 2.4V(最大值) = 72mW；Pgreen = 20mA * 3.8V(最大值) = 76mW；Pblue = 20mA * 3.8V(最大值) = 76mW。总和（224mW）很可能超过封装的总散热能力。因此，同时全功率运行可能需要降额或加强热管理。请查阅详细的热阻数据（如果有）。

10.2 为什么每种颜色的正向电压不同？

正向电压主要由半导体材料的带隙能量决定。AlInGaP（红光）的带隙（约1.9-2.0 eV）低于InGaN（绿光/约2.4 eV，蓝光/约2.7 eV）。更高的带隙需要更多能量使电子跨越，从而导致更高的正向压降。

10.3 如何使用这个RGB LED实现白光？

白光是通过以特定的强度比例混合三原色（红、绿、蓝）产生的。并不存在一个单一的“正确”比例，因为它取决于目标白点（例如，冷白、暖白）。您需要为每个通道尝试不同的电流水平或PWM占空比。使用具有PWM输出的微控制器是最灵活的方法。请注意，与荧光粉转换的白光LED相比，RGB混合产生的白光通常具有较低的显色指数（CRI）。

10.4 如果极性接反了会发生什么？

施加反向电压，即使是很小的电压（如Ir测试条件中的5V），也可能导致高反向电流流过，可能造成立即且不可逆的损坏（结击穿）。施加电源前务必确认极性。在电源线上串联一个二极管进行反极性保护，对整个电路来说是一种良好的设计实践。

11. 实际设计案例研究

场景： 为便携设备设计一个多色状态指示灯。为节省空间，必须使用单个LTST-E683RGBW器件来显示红色（错误）、绿色（正常）、蓝色（活动）和青色（活动+正常）状态。

实现：

1. 驱动电路： 使用一个具有三个支持PWM功能的GPIO引脚的微控制器。每个引脚连接到一个小型信号NPN晶体管（例如，2N3904）的基极。每个晶体管的集电极通过一个限流电阻连接到相应LED颜色（共阴极）的阴极。LED的阳极连接到3.3V电源轨。
2. 电阻计算（针对绿色LED，最坏情况正向压降Vf=3.8V）： R = (3.3V - 3.8V) / 0.02A = 负值。这表明3.3V电压不足以使绿色/蓝色LED在其典型Vf下正向偏置。解决方案：为LED电路使用更高的电源电压（例如5V）。在5V下重新计算绿色LED电阻：R = (5.0V - 3.8V) / 0.02A = 60欧姆。使用标准62欧姆电阻。对于红色LED：R = (5.0V - 2.4V) / 0.03A ≈ 87欧姆，使用91欧姆电阻。
3. 软件控制： 对微控制器进行编程以设置PWM占空比：纯色设置为100%。对于青色（蓝+绿），将蓝色和绿色通道均设置为100%。绿色和蓝色之间的强度平衡可通过PWM调整，以微调青色色调。
4. 热检查： 最大功率场景为青色（绿色+蓝色均处于20mA）。总功耗 Ptotal ≈ (5V-3.8V)*0.02A * 2 = 48mW，完全在封装限制范围内。确保PCB在LED下方有一小块铺铜以利于散热。

12. 工作原理介绍

LED的发光原理基于半导体p-n结的电致发光现象。当施加正向电压时，来自n型区域的电子和来自p型区域的空穴被注入有源区（即p-n结）。当电子与空穴复合时，会释放能量。在AlInGaP和InGaN这类直接带隙半导体中，能量主要以光子（光粒子）的形式释放。发射光子的波长（颜色）由半导体材料的带隙能量（Eg）决定，遵循公式λ ≈ 1240 / Eg（其中λ单位为nm，Eg单位为eV）。扩散型环氧树脂透镜的作用是保护半导体芯片、塑造出射光束形状，并提升芯片的光提取效率。

13. 技术发展趋势

SMD RGB LED领域的发展受到以下几大关键趋势的驱动：

• Increased Efficiency & Luminance: 外延生长、芯片设计和光提取技术的持续改进，不断提升发光效率（流明每瓦），从而实现更明亮的显示或更低的功耗。
• 小型化： 封装尺寸正变得越来越小（例如2.0x1.6mm、1.6x1.6mm），同时保持或提升光学性能，从而实现更高分辨率的显示。
• Improved Color Consistency & Binning: 针对光强、主波长和正向电压的更严格分档容差正成为标准，减少了终端产品中的校准需求。
• Integrated Drivers & Smart LEDs: 一个日益增长的趋势是将控制电路（如I2C或SPI接口）集成到LED封装内部，从而形成可寻址的“智能”RGB LED，这简化了系统设计和布线。
• Enhanced Reliability & Lifetime: 封装材料（例如，采用高温硅胶替代环氧树脂）和芯片贴装技术的改进，正在提升LED的最高工作温度和整体使用寿命，尤其适用于汽车和工业应用领域。