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1. 产品概述
本文档详细阐述了一款高亮度白光LED灯珠的技术规格。该器件采用业界通用的T-1 3/4圆形封装,适用于广泛的指示灯和照明应用。其核心优势在于将紧凑、符合行业标准的外形尺寸与高光输出完美结合。
主要目标市场包括需要清晰、明亮视觉指示的应用,例如信息面板、状态指示灯、小型显示屏背光以及标识灯。本产品旨在满足消费电子和工业电子领域对可靠性和性能的通用要求。
2. 技术参数详解
2.1 绝对最大额定值
为确保长期可靠性,该器件设计在严格的电气和热限值内工作。连续正向电流(IF)额定值为30 mA,在脉冲条件下(占空比1/10,频率1 kHz)允许的峰值正向电流(IFP)为100 mA。最大反向电压(VR)为5 V。总功耗(Pd)不得超过110 mW。工作温度范围为-40°C至+85°C,储存温度范围为-40°C至+100°C。器件可承受高达4 kV(人体模型)的静电放电(ESD)。最大焊接温度为260°C,持续5秒。
2.2 光电特性
关键性能参数在标准测试条件下测量:正向电流20 mA,环境温度(Ta)25°C。正向电压(VF)典型值介于2.8 V至3.6 V之间。发光强度(IV)具有典型值,分级范围较宽,从11,250 mcd到22,500 mcd。视角(2θ1/2)约为20度,提供相对聚焦的光束。根据CIE 1931色度图,典型色度坐标为x=0.30,y=0.29,表明白色光点。在5 V反向偏压下,反向电流(IR)最大限制为50 μA。
3. 分级系统说明
3.1 发光强度分级
LED根据其在20 mA电流下测得的发光强度进行分类,以确保生产应用中亮度的一致性。分级代码为V(11,250-14,250 mcd)、W(14,250-18,000 mcd)和X(18,000-22,500 mcd)。发光强度的通用容差为±10%。
3.2 正向电压分级
为便于电路设计时考虑压降和电流调节,LED也按正向电压分级。分级为0(2.8-3.0V)、1(3.0-3.2V)、2(3.2-3.4V)和3(3.4-3.6V)。该参数的测量不确定度为±0.1V。
3.3 颜色分级
白色光点在CIE色度图上的特定区域内受到控制。本产品采用颜色组组合,具体为B5和B6。这些组的坐标在CIE图表上定义了一个四边形区域,确保白光输出落在可接受的相关色温(CCT)范围内,在提供的图表上视觉指示为5600K至9000K之间。
4. 性能曲线分析
规格书包含多条对设计工程师至关重要的特性曲线。相对强度 vs. 波长曲线显示了白光的光谱功率分布,这是由蓝光InGaN芯片激发荧光粉产生的宽光谱。指向性图说明了光的空间分布,证实了20度的视角。正向电流 vs. 正向电压(I-V曲线)对于确定工作点和设计限流电路至关重要。相对强度 vs. 正向电流曲线显示了光输出如何随驱动电流变化,对于调光或过驱动考虑很重要。色度坐标 vs. 正向电流图指示了白色光点如何随不同驱动电流偏移。最后,正向电流 vs. 环境温度曲线对于理解应用中的降额要求和热管理需求至关重要。
5. 机械与封装信息
LED采用标准T-1 3/4(5mm)圆形封装,带有两根轴向引脚。提供了详细的尺寸标注图。关键尺寸包括引脚直径、灯珠直径和总长度。引脚间距在引脚伸出封装体的位置测量。注释说明所有尺寸单位均为毫米,标准公差为±0.25mm,除非另有说明。凸缘下方树脂的最大突出量为1.5mm。强调PCB孔与LED引脚的精确对准,以避免安装过程中的机械应力。
6. 焊接与组装指南
需要正确处理以保持器件完整性。对于引脚成型,弯曲点必须距离环氧树脂灯珠底部至少3mm,并且应在焊接前完成。必须避免对封装施加应力。切割引脚应在室温下进行。对于储存,LED应保存在温度≤30°C、相对湿度≤70%的环境中。自发货起的保质期为3个月;如需更长时间储存,建议使用充氮、控湿的环境。应避免在潮湿条件下温度骤变。对于焊接,焊点必须距离环氧树脂灯珠至少3mm。推荐条件为:手工焊接,烙铁头温度≤300°C(最大30W),时间≤3秒;波峰焊或浸焊,预热≤100°C,时间≤60秒,焊锡槽温度≤260°C,时间≤5秒。
7. 包装与订购信息
LED采用防潮、防静电材料包装。它们被装入防静电袋中,放入内盒,然后装入外箱。包装数量灵活:每袋最少200片,最多500片,每内盒5袋,每主(外)箱10个内盒。包装标签包含以下字段:客户产品编号(CPN)、零件号(P/N)、数量(QTY)、发光强度与电压等级(CAT)、颜色等级(HUE)、参考号(REF)、批号(LOT No.)和生产地。
8. 应用建议
8.1 典型应用场景
这款高亮度LED非常适合需要明亮点光源的应用。主要用途包括:信息面板与标牌:需要单个像素清晰可见的场合。光学状态指示器:用于设备中需要明亮的“电源接通”或“系统运行”信号,即使在光照充足的环境中。背光:用于小型LCD显示屏、键盘或面板图例。标识与位置灯:用于消费电子产品、汽车内饰或工业控制设备。
8.2 设计考量
使用此LED进行设计时,工程师必须考虑:限流:始终使用串联电阻或恒流驱动器,将正向电流维持在30 mA连续电流或以下。应参考特定VF bin. 热管理:尽管功耗较低,但确保器件在其额定温度范围内工作对于延长寿命至关重要,尤其是在密闭空间或高环境温度下。请参考降额曲线。视角:20度的光束相对较窄。如需更宽的照明,可能需要使用漫射器或透镜。ESD防护:虽然额定值为4kV HBM,但仍建议在操作和组装过程中采取标准的ESD预防措施。
9. 技术对比与差异化
与通用的5mm白光LED相比,本产品主要通过其高发光强度分级实现差异化,提供高达22,500 mcd的保证最小输出,显著亮于标准产品。提供详细的正向电压和颜色分级,使得在对颜色一致性或精确压降要求苛刻的应用(如多LED阵列或电池供电设备)中能够实现更严格的设计控制。内置齐纳二极管(具有指定的VZ和IZ)用于反向电压保护,这是并非所有基础LED都具备的特性,为易受电压瞬变影响的电路设计增加了一层鲁棒性。
10. 常见问题解答(基于技术参数)
问:对于12V电源,我应该使用多大的电阻值?
答:使用欧姆定律(R = (V电源- VF) / IF),并假设典型VF为3.2V,期望IF为20mA:R = (12V - 3.2V) / 0.02A = 440 Ω。使用下一个标准值(例如,470 Ω),并检查电阻的实际电流和额定功率。
问:我可以连续以30mA驱动此LED吗?
答:可以,30mA是额定连续正向电流。然而,在最大额定值下工作可能会缩短寿命并增加结温。为获得最佳寿命,如果发光强度足够,建议以20mA或更低的电流驱动。
问:温度如何影响性能?
答:如正向电流 vs. 环境温度曲线所示,当环境温度超过25°C时,允许的正向电流会降低,以将结温保持在安全限值内。发光输出通常也会随着结温升高而降低。
问:颜色分级B5和B6的目的是什么?
答:这些分级在CIE色度图上定义了特定区域。混合来自这些分级的LED,即使在单个单元存在微小差异的情况下,也能确保组件中白色外观的一致性。它确保白色光点保持在视觉可接受的范围内,通常呈现冷白色。
11. 实际设计与使用案例
案例:为户外设备设计高可见度状态指示灯
工程师需要一个在直射阳光下可见的状态LED。选择来自最高光强分级(X: 18,000-22,500 mcd)的LED至关重要。为确保在温度极端的户外环境中的可靠性,需使用降额曲线进行热分析。LED将使用恒流电路以20mA驱动,以在小幅电池电压波动下保持亮度。此处,20度的窄视角是一个优势,将光线集中到用户预期的视线方向。可能对PCB施加保形涂层,但必须注意不要污染LED透镜,且涂层必须与环氧树脂兼容。
12. 工作原理简介
这是一款荧光粉转换型白光LED。核心发光元件是由氮化铟镓(InGaN)制成的半导体芯片。当施加正向电流时,电子和空穴在芯片内复合,主要发射光谱蓝色区域的光子。这种蓝光并不直接发射。相反,它照射到沉积在LED封装反射杯内的一层荧光粉材料(通常是掺铈的钇铝石榴石,即YAG:Ce)上。荧光粉吸收部分蓝光,并以宽光谱的黄光形式重新发射。剩余的蓝光与产生的黄光混合,在人眼中产生白光的感知。白光的确切色调或相关色温(CCT)由荧光粉层的成分和厚度决定。
13. 技术趋势与背景
T-1 3/4(5mm)圆形LED封装是一项成熟且广泛采用的技术。其主要优势是成本低、易于通孔组装处理以及可靠性高。更广泛的LED行业趋势是转向表面贴装器件(SMD)封装(如2835、5050等),以实现更高的密度、更好的热管理和自动化组装。然而,对于需要高单点亮度、高振动环境下的鲁棒性、手动组装或维修,以及教育或爱好者场景的应用,通孔封装仍然具有相关性。此处描述的技术代表了对经典封装类型的优化,专注于提供高发光强度和明确的性能参数,以满足传统应用和特定现代应用的需求,在这些应用中,其外形尺寸和性能特点是理想的选择。
LED规格术语详解
LED技术术语完整解释
一、光电性能核心指标
| 术语 | 单位/表示 | 通俗解释 | 为什么重要 |
|---|---|---|---|
| 光效(Luminous Efficacy) | lm/W(流明/瓦) | 每瓦电能发出的光通量,越高越节能。 | 直接决定灯具的能效等级与电费成本。 |
| 光通量(Luminous Flux) | lm(流明) | 光源发出的总光量,俗称"亮度"。 | 决定灯具够不够亮。 |
| 发光角度(Viewing Angle) | °(度),如120° | 光强降至一半时的角度,决定光束宽窄。 | 影响光照范围与均匀度。 |
| 色温(CCT) | K(开尔文),如2700K/6500K | 光的颜色冷暖,低值偏黄/暖,高值偏白/冷。 | 决定照明氛围与适用场景。 |
| 显色指数(CRI / Ra) | 无单位,0–100 | 光源还原物体真实颜色的能力,Ra≥80为佳。 | 影响色彩真实性,用于商场、美术馆等高要求场所。 |
| 色容差(SDCM) | 麦克亚当椭圆步数,如"5-step" | 颜色一致性的量化指标,步数越小颜色越一致。 | 保证同一批灯具颜色无差异。 |
| 主波长(Dominant Wavelength) | nm(纳米),如620nm(红) | 彩色LED颜色对应的波长值。 | 决定红、黄、绿等单色LED的色相。 |
| 光谱分布(Spectral Distribution) | 波长 vs. 强度曲线 | 显示LED发出的光在各波长的强度分布。 | 影响显色性与颜色品质。 |
二、电气参数
| 术语 | 符号 | 通俗解释 | 设计注意事项 |
|---|---|---|---|
| 正向电压(Forward Voltage) | Vf | LED点亮所需的最小电压,类似"启动门槛"。 | 驱动电源电压需≥Vf,多个LED串联时电压累加。 |
| 正向电流(Forward Current) | If | 使LED正常发光的电流值。 | 常采用恒流驱动,电流决定亮度与寿命。 |
| 最大脉冲电流(Pulse Current) | Ifp | 短时间内可承受的峰值电流,用于调光或闪光。 | 脉冲宽度与占空比需严格控制,否则过热损坏。 |
| 反向电压(Reverse Voltage) | Vr | LED能承受的最大反向电压,超过则可能击穿。 | 电路中需防止反接或电压冲击。 |
| 热阻(Thermal Resistance) | Rth(°C/W) | 热量从芯片传到焊点的阻力,值越低散热越好。 | 高热阻需更强散热设计,否则结温升高。 |
| 静电放电耐受(ESD Immunity) | V(HBM),如1000V | 抗静电打击能力,值越高越不易被静电损坏。 | 生产中需做好防静电措施,尤其高灵敏度LED。 |
三、热管理与可靠性
| 术语 | 关键指标 | 通俗解释 | 影响 |
|---|---|---|---|
| 结温(Junction Temperature) | Tj(°C) | LED芯片内部的实际工作温度。 | 每降低10°C,寿命可能延长一倍;过高导致光衰、色漂移。 |
| 光衰(Lumen Depreciation) | L70 / L80(小时) | 亮度降至初始值70%或80%所需时间。 | 直接定义LED的"使用寿命"。 |
| 流明维持率(Lumen Maintenance) | %(如70%) | 使用一段时间后剩余亮度的百分比。 | 表征长期使用后的亮度保持能力。 |
| 色漂移(Color Shift) | Δu′v′ 或 麦克亚当椭圆 | 使用过程中颜色的变化程度。 | 影响照明场景的颜色一致性。 |
| 热老化(Thermal Aging) | 材料性能下降 | 因长期高温导致的封装材料劣化。 | 可能导致亮度下降、颜色变化或开路失效。 |
四、封装与材料
| 术语 | 常见类型 | 通俗解释 | 特点与应用 |
|---|---|---|---|
| 封装类型 | EMC、PPA、陶瓷 | 保护芯片并提供光学、热学接口的外壳材料。 | EMC耐热好、成本低;陶瓷散热优、寿命长。 |
| 芯片结构 | 正装、倒装(Flip Chip) | 芯片电极布置方式。 | 倒装散热更好、光效更高,适用于高功率。 |
| 荧光粉涂层 | YAG、硅酸盐、氮化物 | 覆盖在蓝光芯片上,部分转化为黄/红光,混合成白光。 | 不同荧光粉影响光效、色温与显色性。 |
| 透镜/光学设计 | 平面、微透镜、全反射 | 封装表面的光学结构,控制光线分布。 | 决定发光角度与配光曲线。 |
五、质量控制与分档
| 术语 | 分档内容 | 通俗解释 | 目的 |
|---|---|---|---|
| 光通量分档 | 代码如 2G、2H | 按亮度高低分组,每组有最小/最大流明值。 | 确保同一批产品亮度一致。 |
| 电压分档 | 代码如 6W、6X | 按正向电压范围分组。 | 便于驱动电源匹配,提高系统效率。 |
| 色区分档 | 5-step MacAdam椭圆 | 按颜色坐标分组,确保颜色落在极小范围内。 | 保证颜色一致性,避免同一灯具内颜色不均。 |
| 色温分档 | 2700K、3000K等 | 按色温分组,每组有对应的坐标范围。 | 满足不同场景的色温需求。 |
六、测试与认证
| 术语 | 标准/测试 | 通俗解释 | 意义 |
|---|---|---|---|
| LM-80 | 流明维持测试 | 在恒温条件下长期点亮,记录亮度衰减数据。 | 用于推算LED寿命(结合TM-21)。 |
| TM-21 | 寿命推演标准 | 基于LM-80数据推算实际使用条件下的寿命。 | 提供科学的寿命预测。 |
| IESNA标准 | 照明工程学会标准 | 涵盖光学、电气、热学测试方法。 | 行业公认的测试依据。 |
| RoHS / REACH | 环保认证 | 确保产品不含有害物质(如铅、汞)。 | 进入国际市场的准入条件。 |
| ENERGY STAR / DLC | 能效认证 | 针对照明产品的能效与性能认证。 | 常用于政府采购、补贴项目,提升市场竞争力。 |