LED元件規格書 - 生命週期階段：修訂版1 - 發佈日期：2013-03-15

1. 產品概述

本技術規格書適用於LED元件的特定修訂版本。主要資訊顯示此元件為其第一修訂版（修訂版1），並於2013年3月15日正式發佈。生命週期階段標記為修訂，表示其為先前版本的更新或修改。失效期限註記為永久，這通常意味著此規格書對於此特定修訂版將持續有效，或此版本的元件沒有計劃的淘汰日期。本文件是此元件修訂版在電氣、光學及機械規格方面的權威來源，旨在供參與產品開發與製造的工程師、設計師及採購專家使用。

2. 技術參數深度客觀解讀

儘管提供的片段有限，一份完整的修訂版1 LED元件規格書應包含詳細的技術參數。這些參數對於正確的電路設計及確保性能符合預期至關重要。

2.1 光度與色彩特性

完整的規格書會明確列出關鍵的光度參數。主波長或相關色溫定義了發光顏色，例如冷白光、暖白光或特定的單色光如紅色或藍色。以流明為單位測量的光通量，表示總感知光輸出。色度座標（例如在CIE 1931圖上）提供了色點的準確定義。對於白光LED，可能會指定顯色指數，表示光源相較於自然光源，呈現物體顏色的準確程度。視角通常以發光強度為最大值一半時的角度給出（例如120度），描述了光的空間分佈。

2.2 電氣參數

電氣規格是驅動器設計的基礎。順向電壓是在特定測試電流下，LED兩端的電壓降。這對於確定電源供應要求至關重要。順向電流是建議的工作電流，直接影響光輸出和壽命。反向電壓、峰值順向電流和功耗的最大額定值定義了絕對極限，超過此極限可能導致永久性損壞。動態電阻也可能被提供，用於在脈衝或變化電流應用中進行更進階的建模。

2.3 熱特性

LED的性能與壽命極度依賴於熱管理。結點至環境熱阻量化了熱量從半導體結點傳遞到周圍環境的效率。較低的值表示更好的散熱能力。最高結點溫度是LED晶片在不發生性能衰減的情況下所能承受的最高溫度。透過適當的散熱措施，使LED在此溫度以下工作，對於維持光通量、色彩穩定性以及達到額定壽命（通常定義為L70或L50，即光通量衰減至初始值70%或50%的時間）至關重要。

3. 分級系統說明

製造過程中的變異性使得分級系統成為必要，它根據關鍵參數對LED進行分類，確保生產批次內的一致性。

3.1 波長/色溫分級

LED根據其精確的色度座標或主波長被分類到不同的分級區間。這確保了使用多顆LED的產品具有一致的色彩外觀。對於白光LED，分級區間由CIE圖上的範圍和/或相關色溫範圍（例如3000K ± 150K）定義。

3.2 光通量分級

LED也會根據其在標準測試電流下的光輸出進行分級。一個分級代碼（例如光通量分級A、B、C）對應一個最小和最大光通量範圍。這使得設計師可以選擇符合其應用特定亮度要求的LED。

3.3 順向電壓分級

順向電壓是另一個存在變異性的參數。根據Vf進行分級有助於設計高效的驅動電路，特別是在串聯多顆LED時，因為它可以最小化電流不平衡和功率損耗。

4. 性能曲線分析

圖形數據提供了在不同條件下LED行為的更深入見解。

4.1 電流-電壓（I-V）特性曲線

I-V曲線說明了順向電流與順向電壓之間的非線性關係。它顯示了導通電壓以及Vf如何隨電流增加而增加。這條曲線對於選擇適當的限流方法（電阻、恆流驅動器）至關重要。

4.2 溫度依賴性

圖表通常顯示順向電壓如何隨著結點溫度升高而降低（負溫度係數）。更重要的是，它們描繪了相對光通量作為結點溫度的函數，顯示光輸出隨溫度升高而下降。這強調了有效熱設計的必要性。

4.3 光譜功率分佈

光譜分佈圖顯示了每個波長下發射光的相對強度。對於單色LED，它顯示了峰值波長和光譜寬度（半高全寬）。對於白光LED（通常是螢光粉轉換型），它顯示了藍光激發LED的峰值和更寬的螢光粉發射光譜。

5. 機械與封裝資訊

物理規格確保了正確的PCB佈局與組裝。

5.1 尺寸外型圖

詳細的機械圖提供了所有關鍵尺寸：長度、寬度、高度、透鏡形狀以及任何突起部分。每個尺寸都指定了公差。

5.2 焊墊佈局與封裝佔位設計

提供了建議的PCB焊墊圖形（封裝佔位），包括焊墊尺寸、形狀和間距。這對於焊點可靠性以及與PCB的正確熱連接至關重要。

5.3 極性識別

明確標示了識別陽極和陰極的方法。這通常是透過元件本體上的標記（例如凹口、圓點或切角）或不對稱的焊墊設計來實現。

6. 焊接與組裝指南

正確的操作處理與組裝對於可靠性至關重要。

6.1 迴流焊溫度曲線

提供了建議的迴流焊溫度曲線，包括預熱、保溫、迴流峰值溫度和冷卻速率。指定了最高溫度和液相線以上的時間，以防止損壞LED封裝和內部材料。

6.2 注意事項與操作處理

指南涵蓋了ESD（靜電放電）防護，因為LED對靜電敏感。提供了儲存條件（溫度、濕度）的建議，以保持可焊性並防止吸濕（MSL等級）。

7. 包裝與訂購資訊

物流與採購相關資訊。

7.1 包裝規格

詳細說明LED的供應方式：捲帶類型（例如7英吋、13英吋）、載帶寬度、口袋間距以及每捲數量。指定了元件在載帶內的方向。

7.2 標籤與料號編碼

捲帶或包裝盒上的標籤包含完整料號、數量、日期代碼和批號。料號本身是一個編碼，封裝了關鍵屬性，如顏色、光通量分級、電壓分級和封裝類型。

8. 應用建議

在設計中實施此元件的指導。

8.1 典型應用電路

展示了基本驅動電路的示意圖，例如使用串聯電阻搭配恆壓源，或採用專用的恆流LED驅動器IC以獲得更好的效率和穩定性。

8.2 設計考量

關鍵考量包括熱管理（PCB銅箔面積、散熱孔、可能的外部散熱器）、光學設計（透鏡選擇、二次光學元件）以及電氣佈局以最小化雜訊並確保電流穩定。

9. 技術比較

雖然是針對此修訂版，其優勢可能包括相較於前一修訂版或競爭產品，具有更高的發光效率（每瓦流明數）、更好的色彩一致性（更嚴格的分級）、增強的可靠性數據（更長的L70壽命），或更緊湊的封裝尺寸以實現更高密度的設計。修訂版1狀態本身即表示基於初始版本的反饋或技術進步所進行的改進與優化。

10. 常見問題

基於技術參數的常見問題包括：為獲得最長壽命，建議的驅動電流是多少？（答案：通常為額定If或更低）。光通量隨時間如何衰減？（請參考壽命曲線和L70/L50等級）。我可以用電壓源驅動這顆LED嗎？（答案：由於LED的指數型I-V特性，不建議在沒有限流機制的情況下使用）。PWM調光對色彩有什麼影響？（通常影響極小，如果頻率足夠高，但規格書可能會有具體說明）。

11. 實際應用案例

基於常見的LED應用，此元件可用於：通用照明模組（筒燈、面板燈），其中一致的色彩和高效率是關鍵。汽車內飾照明（頂燈、氛圍燈），需要在寬廣溫度範圍內具備可靠性。LCD顯示器的背光單元，其中均勻亮度至關重要。裝飾與建築照明，利用其特定的色點。消費性電子產品的指示燈，利用其緊湊尺寸。

12. 原理簡介

發光二極體是一種當電流通過時會發光的半導體元件。這種稱為電致發光的現象發生在元件內電子與電洞重新結合時，以光子的形式釋放能量。光的顏色由所用半導體材料的能隙決定。對於白光LED，藍光或紫外光LED晶片塗覆了一層螢光粉材料，該材料吸收部分藍光/紫外光並重新發射為黃光或更寬的光譜，組合產生白光。

13. 發展趨勢

LED產業持續演進。趨勢包括追求更高的發光效率以降低能耗。針對要求優異顯色性的應用，改善色彩品質，例如更高的CRI和R9（飽和紅色）值。開發新型螢光粉系統，以在壽命期內和不同溫度下實現更穩定的色彩。針對超高密度應用的封裝微型化。將控制電子元件直接整合到LED晶片或封裝中，催生智慧或連網LED。更加關注可靠性與壽命預測模型，特別是對於汽車頭燈等要求嚴苛的應用。

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。

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