LED元件技術規格書 - 修訂版2 - 生命週期：永久有效 - 發佈日期：2014-11-28 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件提供特定LED元件的完整技術規格與應用指南。核心資訊確立了文件的有效性與修訂狀態。生命週期階段確認為修訂版2，表示此為元件技術資料的第二版正式修訂。此修訂版的發佈日期為2014年11月28日，10:08:02。關鍵在於，其失效期限標示為永久，意味著此修訂版內含的規格被視為永久有效，不會因預定的淘汰或新版修訂日期而自動失效。此永久性是長期設計與製造規劃的關鍵特性。

此元件專為可靠性與一致性能而設計。其目標市場包括需要穩定、長期光輸出的應用，例如一般照明、指示燈、顯示器背光以及汽車內飾照明。核心優勢在於其固定的規格集，讓工程師能夠放心設計系統，確信未來生產批次的關鍵參數不會意外變更。

2. 深入技術參數分析

雖然提供的摘要聚焦於文件元數據，但一份完整的LED元件技術規格書應包含詳細的客觀參數。以下章節概述了通常包含的關鍵數據及其重要性。

2.1 光度與色彩特性

光度特性定義了LED的光輸出。關鍵參數包括：

• 光通量（Φ_v）：以流明（lm）為單位，表示發射光的總感知功率。規格書通常會提供在特定測試電流（例如20mA、60mA）和接面溫度（T_j）下的典型值與最小值。
• 發光強度（I_v）：以毫坎德拉（mcd）為單位，描述每單位立體角的光功率。對於定向照明應用至關重要。視角會與此參數一同指定（例如120°）。
• 主波長（λ_D）或相關色溫（CCT）：對於彩色LED（紅、綠、藍、琥珀色），主波長定義了感知顏色。對於白光LED，相關色溫（以開爾文，K為單位）指定了光線是暖色（例如2700K）、中性色（例如4000K）還是冷色（例如6500K）。
• 顯色指數（CRI - R_a）：對於白光LED，CRI表示光源相較於自然光源，還原物體顏色的準確度。在色彩辨識重要的應用中，較高的CRI（接近100）更佳。

2.2 電氣參數

這些參數決定了電氣驅動要求與功耗。

• 順向電壓（V_F）：LED在特定順向電流（I_F）下工作時的電壓降。通常以一個範圍給出（例如在20mA時為2.8V至3.4V）。此參數對於設計限流電路或選擇合適的驅動器至關重要。
• 順向電流（I_F）：建議的連續工作電流。超過最大額定順向電流會大幅縮短使用壽命或導致立即故障。
• 逆向電壓（V_R）：LED在反向偏壓連接時能承受的最大電壓。超過此電壓可能導致不可逆的損壞。

2.3 熱特性

LED的性能與壽命高度依賴於溫度管理。

• 接面溫度（T_j）：半導體晶片本身的溫度。最大允許T_j（例如125°C）是一個關鍵的設計限制。
• 熱阻（R_θJA）：以°C/W為單位，表示熱量從LED接面傳遞到周圍空氣的效率。數值越低表示散熱效果越好，這對於維持光輸出與壽命至關重要。
• 儲存溫度範圍：元件在未通電時允許的溫度範圍。

3. 分級系統說明

由於製造差異，LED會根據性能進行分級。這確保客戶收到的元件在指定的公差範圍內。

• 波長/色溫分級：根據測量的主波長或CCT對LED進行分組。一個分級代碼（例如"3A"）對應一個特定的波長範圍（例如525-530nm）。
• 光通量分級：根據標準測試條件下的光輸出對LED進行分類。這讓設計師可以選擇符合其應用最低亮度要求的元件。
• 順向電壓分級：按V_F範圍進行分類，有助於在多個LED串聯時設計更均勻的電流分佈。

4. 性能曲線分析

圖形數據提供了元件在不同條件下行為的更深入見解。

• I-V（電流-電壓）曲線：此圖顯示順向電流與順向電壓之間的關係。它是非線性的，具有二極體的特性。該曲線有助於理解LED的動態電阻。
• 溫度特性：圖表通常顯示光通量或順向電壓如何隨接面溫度升高而變化。光通量通常隨溫度升高而降低。
• 相對光譜功率分佈：此圖顯示每個波長發射的光強度。它定義了色彩特性，並可以顯示次峰的存在（例如在螢光粉轉換的白光LED中）。

5. 機械與封裝資訊

物理規格對於PCB設計與組裝至關重要。

• 封裝尺寸：詳細的機械圖紙，指定長度、寬度、高度以及任何透鏡曲率。始終會提供公差。
• 焊墊佈局（封裝腳位）：PCB上建議用於焊接的銅焊墊圖案。這包括焊墊尺寸、形狀和間距，以確保形成適當的焊點和機械穩定性。
• 極性識別：明確標示陽極（+）和陰極（-）端子。通常通過凹口、切角、透鏡上的標記或不同的引腳長度來指示。

6. 焊接與組裝指南

正確的處理確保可靠性。

• 迴流焊溫度曲線：一個時間-溫度圖，指定建議的預熱、保溫、迴流和冷卻階段。關鍵參數包括峰值溫度（通常最高260°C，持續數秒）和液相線以上時間。
• 處理注意事項：關於ESD（靜電放電）敏感性、濕度敏感等級（MSL）以及儲存建議（如果MSL > 1，通常需存放在乾燥櫃中）的說明。
• 清潔：與常見PCB清潔溶劑的相容性。

7. 包裝與訂購資訊

用於採購與物流的資訊。

• 包裝規格：描述載帶寬度、口袋尺寸、捲盤直徑以及每捲數量（例如，13英吋捲盤每捲4000件）。
• 標籤：解釋印在捲盤標籤上的資訊，包括料號、數量、日期代碼和分級代碼。
• 料號編碼系統：解碼料號以指示關鍵屬性，如顏色、亮度分級、電壓分級和封裝類型。

8. 應用建議

有效實施元件的指導。

• 典型應用電路：顯示恆流驅動器電路、串聯/並聯電阻計算以及保護元件（如瞬態電壓抑制器）的示意圖。
• 設計考量：關於熱管理（PCB銅面積、散熱）、光學設計（選擇所需光束圖案的透鏡）以及高溫環境下降額指南的建議。
• 典型使用案例：

  基於永久修訂狀態和常見LED特性，此元件適用於具有長生命週期或設計穩定性至關重要的產品。範例包括：

  • 工業控制面板：可能運行數十年的機械設備上的狀態指示燈。
  • 基礎設施照明：維護和零件更換困難的出口標誌、緊急照明或建築裝飾照明。
  • 消費性電器：冰箱或烤箱等設備上的電源指示燈或控制按鈕背光。
  • 汽車內飾照明：在車輛整個生命週期中，色彩和亮度一致性很重要的閱讀燈、儀表板背光或開關照明。

  9. 技術比較與差異化

  所提供的數據突顯的主要差異化因素是永久失效期限。許多電子元件的規格書與特定修訂版綁定，可能頻繁更新。此元件的文件聲明為永久有效（修訂版2）。這提供了顯著優勢：

  • 長期供應保證：製造商可以囤積或規劃長期生產，無需擔心規格變更。
  • 設計穩定性：圍繞此元件設計的產品將不需要因規格書變更而重新驗證或重新認證。
  • 降低風險：消除了不同修訂版之間細微性能變化影響最終產品品質或合規性的風險。

  與規格書頻繁更新的元件相比，此元件優先考慮絕對的一致性，而非潛在的漸進式性能改進。

  10. 常見問題（基於技術參數）

  問：生命週期階段：修訂版是什麼意思？
  答：它表示文件在其控制流程中的階段。修訂版意味著這是先前發佈的規格書的更新版本（修訂版2），可能包含更正或增強的資訊。

  問：發佈日期是2014年。這個元件是否已停產？
  答：不一定。失效期限：永久明確說明規格永久有效。該元件可能仍在積極生產中。其相關性取決於其技術參數是否符合當前應用需求。

  問：我應該如何驅動這個LED？
  答：您必須使用恆流源或帶有串聯限流電阻的電壓源。具體電路取決於順向電壓（V_F）和順向電流（I_F）規格，這些將在完整的規格書中詳細說明。切勿在沒有電流控制的情況下將LED直接連接到電壓源。

  問：為什麼熱管理對LED很重要？
  答：高接面溫度會加速半導體材料和螢光粉（在白光LED中）的劣化，導致光輸出永久性下降（流明衰減）和潛在的色彩偏移。它也可能導致災難性故障。適當的散熱對於性能和壽命至關重要。

  11. 實務設計與使用案例研究

  情境：設計一個長壽命的工業狀態指示燈面板。

  一位工程師正在為預期有20年使用壽命的工業設備設計控制面板。該面板需要紅色、綠色和黃色狀態LED。一致性和可靠性至關重要。

  選擇理由：工程師選擇此特定LED元件（修訂版2，永久有效）的原因如下：

  1. 規格保證：永久有效的規格書確保為初始生產以及第15年備件/維修套件購買的LED將具有相同的性能規格，保持面板的一致性。
  2. 供應鏈規劃：公司可以與經銷商簽訂長期採購協議，確信該零件不會以需要重新設計的方式被改進。
  3. 設計實施：使用詳細的V_F和I_F數據，工程師在PCB上為每種顏色的LED設計了一個簡單的基於電阻的驅動電路。熱阻（R_θJA）數據用於計算，確保即使設備處於50°C的環境溫度下，PCB銅箔也能安全地散發LED產生的少量熱量，使接面溫度遠低於最大額定值。
  4. 結果：最終產品在其整個使用壽命期間受益於穩定、可預測的指示燈性能，減少了保固索賠和維護的複雜性。

  12. 工作原理介紹

  LED（發光二極體）是一種當電流通過時會發光的半導體元件。其核心原理是電致發光.

  1. 。半導體晶片包含一個p-n接面，其中p型材料（帶有電洞）與n型材料（帶有自由電子）相遇。
  2. 當施加順向電壓（正極接p側，負極接n側）時，來自n區的電子獲得足夠能量穿過接面，並與p區的電洞重新結合。
  3. 這個重新結合過程會釋放能量。在標準二極體中，此能量以熱的形式釋放。在LED中，所選的半導體材料（例如用於藍光/白光的氮化鎵，或用於紅光/黃光的砷化鎵磷化物）使得此能量主要以光子（光粒子）的形式釋放。
  4. 發射光的波長（顏色）由半導體材料的能隙決定。較大的能隙產生更高能量的光子（波長較短，如藍光）。白光LED通常使用塗有黃色螢光粉的藍光LED晶片；部分藍光被轉換為黃光，混合後被感知為白光。

  13. 技術趨勢與發展

  LED產業持續發展，儘管一份具有永久凍結規格書的元件代表了一個成熟、穩定的技術點。在更廣泛的市場中可觀察到的一般趨勢包括：

  • 效率提升（lm/W）：內部量子效率和光提取技術的持續改進，導致每瓦電輸入產生更多流明，在相同光輸出下減少能耗。
  • 色彩品質改善：白光LED新型螢光粉系統的開發，帶來更高的顯色指數（CRI）值以及生產分級間更一致的色溫。
  • 微型化：封裝尺寸持續縮小（例如從3528到2016再到1010公制代碼），實現更高密度的照明陣列並整合到更小的設備中。
  • 更高功率密度：能夠處理1A、3A或更高電流的高功率LED封裝的開發，通常需要複雜的主動冷卻解決方案。
  • 智慧與聯網照明：將控制電子元件、感測器和通訊介面（如Zigbee或藍牙）直接整合到LED模組中，從簡單的元件邁向智慧照明系統。

  本文檔描述的元件，以其永久修訂版，在這個不斷發展的技術格局中，作為一個可靠、特性明確的基礎構件，適用於那些已驗證的一致性比最新性能指標更重要的應用。

  LED規格術語詳解

  LED技術術語完整解釋

  一、光電性能核心指標

  術語	單位/表示	通俗解釋	為什麼重要
  光效（Luminous Efficacy）	lm/W（流明/瓦）	每瓦電能發出的光通量，越高越節能。	直接決定燈具的能效等級與電費成本。
  光通量（Luminous Flux）	lm（流明）	光源發出的總光量，俗稱"亮度"。	決定燈具夠不夠亮。
  發光角度（Viewing Angle）	°（度），如120°	光強降至一半時的角度，決定光束寬窄。	影響光照範圍與均勻度。
  色溫（CCT）	K（開爾文），如2700K/6500K	光的顏色冷暖，低值偏黃/暖，高值偏白/冷。	決定照明氛圍與適用場景。
  顯色指數（CRI / Ra）	無單位，0–100	光源還原物體真實顏色的能力，Ra≥80為佳。	影響色彩真實性，用於商場、美術館等高要求場所。
  色容差（SDCM）	麥克亞當橢圓步數，如"5-step"	顏色一致性的量化指標，步數越小顏色越一致。	保證同一批燈具顏色無差異。
  主波長（Dominant Wavelength）	nm（奈米），如620nm（紅）	彩色LED顏色對應的波長值。	決定紅、黃、綠等單色LED的色相。
  光譜分佈（Spectral Distribution）	波長 vs. 強度曲線	顯示LED發出的光在各波長的強度分佈。	影響顯色性與顏色品質。

  二、電氣參數

  術語	符號	通俗解釋	設計注意事項
  順向電壓（Forward Voltage）	Vf	LED點亮所需的最小電壓，類似"啟動門檻"。	驅動電源電壓需≥Vf，多個LED串聯時電壓累加。
  順向電流（Forward Current）	If	使LED正常發光的電流值。	常採用恆流驅動，電流決定亮度與壽命。
  最大脈衝電流（Pulse Current）	Ifp	短時間內可承受的峰值電流，用於調光或閃光。	脈衝寬度與佔空比需嚴格控制，否則過熱損壞。
  反向電壓（Reverse Voltage）	Vr	LED能承受的最大反向電壓，超過則可能擊穿。	電路中需防止反接或電壓衝擊。
  熱阻（Thermal Resistance）	Rth（°C/W）	熱量從晶片傳到焊點的阻力，值越低散熱越好。	高熱阻需更強散熱設計，否則結溫升高。
  靜電放電耐受（ESD Immunity）	V（HBM），如1000V	抗靜電打擊能力，值越高越不易被靜電損壞。	生產中需做好防靜電措施，尤其高靈敏度LED。

  三、熱管理與可靠性

  術語	關鍵指標	通俗解釋	影響
  結溫（Junction Temperature）	Tj（°C）	LED晶片內部的實際工作溫度。	每降低10°C，壽命可能延長一倍；過高導致光衰、色漂移。
  光衰（Lumen Depreciation）	L70 / L80（小時）	亮度降至初始值70%或80%所需時間。	直接定義LED的"使用壽命"。
  流明維持率（Lumen Maintenance）	%（如70%）	使用一段時間後剩餘亮度的百分比。	表徵長期使用後的亮度保持能力。
  色漂移（Color Shift）	Δu′v′ 或 麥克亞當橢圓	使用過程中顏色的變化程度。	影響照明場景的顏色一致性。
  熱老化（Thermal Aging）	材料性能下降	因長期高溫導致的封裝材料劣化。	可能導致亮度下降、顏色變化或開路失效。

  四、封裝與材料

  術語	常見類型	通俗解釋	特點與應用
  封裝類型	EMC、PPA、陶瓷	保護晶片並提供光學、熱學介面的外殼材料。	EMC耐熱好、成本低；陶瓷散熱優、壽命長。
  晶片結構	正裝、倒裝（Flip Chip）	晶片電極佈置方式。	倒裝散熱更好、光效更高，適用於高功率。
  螢光粉塗層	YAG、矽酸鹽、氮化物	覆蓋在藍光晶片上，部分轉化為黃/紅光，混合成白光。	不同螢光粉影響光效、色溫與顯色性。
  透鏡/光學設計	平面、微透鏡、全反射	封裝表面的光學結構，控制光線分佈。	決定發光角度與配光曲線。

  五、質量控制與分檔

  術語	分檔內容	通俗解釋	目的
  光通量分檔	代碼如 2G、2H	按亮度高低分組，每組有最小/最大流明值。	確保同一批產品亮度一致。
  電壓分檔	代碼如 6W、6X	按順向電壓範圍分組。	便於驅動電源匹配，提高系統效率。
  色區分檔	5-step MacAdam橢圓	按顏色坐標分組，確保顏色落在極小範圍內。	保證顏色一致性，避免同一燈具內顏色不均。
  色溫分檔	2700K、3000K等	按色溫分組，每組有對應的坐標範圍。	滿足不同場景的色溫需求。

  六、測試與認證

  術語	標準/測試	通俗解釋	意義
  LM-80	流明維持測試	在恆溫條件下長期點亮，記錄亮度衰減數據。	用於推算LED壽命（結合TM-21）。
  TM-21	壽命推演標準	基於LM-80數據推算實際使用條件下的壽命。	提供科學的壽命預測。
  IESNA標準	照明工程學會標準	涵蓋光學、電氣、熱學測試方法。	行業公認的測試依據。
  RoHS / REACH	環保認證	確保產品不含有害物質（如鉛、汞）。	進入國際市場的准入條件。
  ENERGY STAR / DLC	能效認證	針對照明產品的能效與性能認證。	常用於政府採購、補貼項目，提升市場競爭力。