目錄
- 1. 產品概述
- 2. 深入技術參數分析
- 2.1 光度與色度特性
- 2.2 電氣參數
- 2.3 熱特性
- 3. 分級系統說明
- 3.1 波長/色溫分級
- 3.2 光通量分級
- 3.3 順向電壓分級
- 4. 性能曲線分析
- 4.1 電流-電壓(I-V)特性曲線
- 4.2 溫度依賴特性
- 4.3 光譜功率分佈(SPD)
- 5. 機械與封裝資訊
- 5.1 外型尺寸與圖面
- 5.2 焊墊佈局與焊盤設計
- 5.3 極性識別
- 6. 焊接與組裝指南
- 6.1 迴流焊溫度曲線
- 6.2 操作與組裝注意事項
- 6.3 儲存條件
- 7. 包裝與訂購資訊
- 7.1 包裝規格
- 7.2 標籤與標記
- 7.3 料號編碼系統
- 8. 應用建議
- 8.1 典型應用電路
- 8.2 設計考量要點
- 9. 技術比較與差異化
- 10. 常見問題(FAQ)
- 11. 實際應用範例
- 12. 工作原理簡介
- 13. 技術趨勢與發展
1. 產品概述
本技術文件提供發光二極體(LED)元件的完整規格與應用指南。此裝置的主要功能是將電能高效且可靠地轉換為可見光。LED是現代照明與顯示技術的基礎元件，具有使用壽命長、功耗低，以及在各種環境條件下性能穩固等優勢。本規格書涵蓋工程師與設計師將此元件成功整合至其系統所需的關鍵參數。
此LED的核心優勢包括其標準化外型尺寸、一致的光學輸出，以及穩定的電氣特性。其設計適用於以可靠性和成本效益為首要考量的大量生產應用。目標市場涵蓋廣泛產業，包括一般照明、汽車照明、消費性電子產品、標誌看板，以及顯示器背光。
2. 深入技術參數分析
透徹理解技術參數對於實現最佳設計與性能至關重要。
2.1 光度與色度特性
光度特性定義了LED的光輸出。關鍵參數包括光通量，用於量測感知的光輸出功率，通常在特定測試條件下以流明(lm)為單位指定。白光LED的相關色溫(CCT)表示白光的色調，範圍從暖白光(例如2700K-3000K)到冷白光(例如5000K-6500K)。對於彩色LED，主波長是主要指標，定義了感知的顏色。色度座標(例如CIE x, y)提供了標準色度圖上的精確色點。視角或光束角則指定了光強度的角度分佈，通常定義為強度降至峰值50%時的角度。
2.2 電氣參數
電氣特性決定了LED的工作條件。順向電壓(Vf)是在施加特定順向電流(If)時，LED兩端的電壓降。此參數有典型值和最大額定值。絕對最大額定值定義了可能導致永久損壞的極限，包括最大順向電流、峰值脈衝電流和反向電壓。功率消耗計算為順向電壓與電流的乘積，必須妥善管理以防止過熱。
2.3 熱特性
熱管理對於LED的性能和壽命至關重要。接面溫度(Tj)是半導體晶片本身的溫度。從接面到焊點(Rth j-sp)或環境(Rth j-a)的熱阻量化了熱量從晶片傳導出去的效率。較低的熱阻表示散熱效果更好。工作與儲存溫度範圍則定義了可靠運作和非運作儲存的環境極限。
3. 分級系統說明
由於製造過程中的變異，LED會根據性能進行分級，以確保最終產品的一致性。
3.1 波長/色溫分級
LED根據其主波長(單色LED)或相關色溫與色度座標(白光LED)進行分組。分級定義於CIE色度圖上，通常遵循ANSI C78.377等標準。這確保了單一應用內的顏色均勻性。
3.2 光通量分級
LED根據其在特定測試電流下的光輸出進行分類。分級通常以最小流明範圍定義(例如20-22 lm, 22-24 lm)。這讓設計師能夠選擇符合特定亮度要求的元件。
3.3 順向電壓分級
元件根據其在給定測試電流下的順向電壓降進行分類。常見的分級範圍可能如2.8V - 3.0V, 3.0V - 3.2V。一致的電壓分級有助於設計穩定的驅動電路，並管理陣列中的功率分配。
4. 性能曲線分析
4.1 電流-電壓(I-V)特性曲線
I-V曲線是基礎，顯示了流經LED的順向電流與其兩端電壓之間的關係。它是非線性的，具有一個閾值電壓，低於此電壓時幾乎沒有電流流動。在工作區域的曲線斜率決定了動態電阻。此圖表對於選擇適當的限流電路至關重要。
4.2 溫度依賴特性
數個關鍵參數會隨溫度變化。光通量通常隨著接面溫度升高而降低。對於大多數LED類型，順向電壓通常隨著溫度升高而降低。繪製這些關係圖有助於設計師了解在實際熱條件下的性能，並實施必要的補償或冷卻策略。
4.3 光譜功率分佈(SPD)
SPD圖表繪製了在電磁波譜範圍內發射光的相對強度。對於白光LED(通常使用帶有螢光粉塗層的藍光晶片)，它顯示了藍光激發峰值和更寬的螢光粉轉換發射光譜。對於彩色LED，它顯示了在主波長處的窄峰。SPD決定了光的演色性與色彩品質。
5. 機械與封裝資訊
5.1 外型尺寸與圖面
詳細的機械圖面提供了LED封裝的精確物理尺寸，包括長度、寬度、高度和任何曲率。關鍵公差均有指定。此資訊對於PCB焊盤設計和確保在最終組裝中的正確配合至關重要。
5.2 焊墊佈局與焊盤設計
提供了建議的PCB焊墊圖案(Footprint)，顯示了銅焊墊的尺寸、形狀和間距。這確保了在迴流焊接過程中形成可靠的焊點。設計通常包含用於散熱的散熱焊墊。
5.3 極性識別
明確標示了識別陽極(+)和陰極(-)端子的方法。通常透過封裝上的標記(例如凹口、圓點或切角)、不同的引腳長度或內部視覺提示來完成。正確的極性對於電路運作至關重要。
6. 焊接與組裝指南
6.1 迴流焊溫度曲線
指定了建議的迴流焊溫度曲線，包括預熱、均熱、迴流(峰值溫度)和冷卻階段。關鍵參數包括峰值溫度(通常短時間內不超過260°C)、液相線以上時間和最大升溫速率。遵循此曲線可防止對LED封裝和焊點造成熱損傷。
6.2 操作與組裝注意事項
注意事項包括：避免對LED透鏡施加機械應力；防止光學表面污染；操作時使用靜電放電(ESD)防護；確保沒有助焊劑殘留物留在透鏡上。通常不建議使用烙鐵進行手工焊接。
6.3 儲存條件
LED應儲存在乾燥、惰性的環境中。具體條件包括溫度範圍(例如5°C至30°C)、相對濕度低於特定閾值(例如60% RH)，以及避免陽光直射和腐蝕性氣體。濕度敏感等級(MSL)評級指示了在暴露於環境濕度後，使用前是否需要烘烤。
7. 包裝與訂購資訊
7.1 包裝規格
元件以業界標準包裝供應。常見格式包括用於自動化組裝的捲帶包裝，並指定了捲盤直徑、帶寬、口袋間距和元件方向。每捲數量均有指定(例如，13英吋捲盤每捲2000顆)。
7.2 標籤與標記
包裝標籤包含料號、數量、日期代碼、批號，以及光通量、顏色和電壓的分級代碼等資訊。個別LED封裝上則標有料號或簡化代碼以供識別。
7.3 料號編碼系統
料號是一個封裝了關鍵屬性的代碼。它通常包含代表產品系列、封裝尺寸、顏色/波長、光通量分級、電壓分級，有時還包括特殊功能的欄位。提供了解碼表，可將料號轉譯為其組成規格。
8. 應用建議
8.1 典型應用電路
圖示了基本的應用電路。最常見的是使用串聯電阻來限制電流，當使用恆壓源(如電池或直流電源)供電時。為了更精確的控制，建議使用恆流驅動電路(線性或開關穩壓器)，特別是用於陣列或當亮度一致性至關重要時。
8.2 設計考量要點
關鍵設計考量包括：透過足夠的PCB銅箔面積或散熱器進行熱管理；確保驅動器能在LED的電壓範圍內提供所需電流；防止反極性和電壓突波；考慮光學設計(透鏡、擴散板)以實現所需的光分佈；以及為可製造性和可靠性進行設計。
9. 技術比較與差異化
與前一代LED或替代技術相比，此元件可能在光效(每瓦流明數)上有所提升，在相同的電氣輸入下提供更多的光輸出。它可能具有更緊湊的封裝尺寸，實現更高密度的設計。增強的顏色一致性(更嚴格的分級)改善了多LED應用的均勻性。更優越的可靠性指標，例如更長的L70壽命(光輸出降至初始值70%的時間)，降低了總持有成本。封裝也可能經過設計以改善熱性能，允許更高的驅動電流或更好的持續輸出。
10. 常見問題(FAQ)
問：我可以驅動此LED的最大連續電流是多少？
答：請參閱絕對最大額定值表。超過指定的最大順向電流可能導致LED立即或逐漸劣化，縮短其使用壽命並降低光輸出。
問：如何選擇正確的限流電阻？
答：使用歐姆定律：R = (電源電壓 - LED順向電壓) / 期望電流。初始計算時使用規格書中的典型Vf，但穩健設計需考慮分級範圍和溫度效應。確保電阻的額定功率足夠：P = (期望電流)^2 * R。
問：為什麼我的LED光輸出會隨時間下降？
答：流明衰減是正常現象。規格書中的Lxx壽命評級(例如L70)預測了輸出降至初始值百分比(例如70%)之前的工作時數。過高的驅動電流或高接面溫度會加速此衰減。
問：我可以將多個LED串聯或並聯嗎？
答：使用恆流驅動器時，通常首選串聯連接，因為它能確保流經每個LED的電流相同。並聯連接需要仔細匹配順向電壓分級，以防止電流不平衡，這可能導致亮度不均和個別LED潛在的過度應力。
11. 實際應用範例
範例1：線性LED燈具。多個LED安裝在長條形的金屬基板PCB(MCPCB)上。它們以串並聯組合方式連接，由單一恆流驅動器供電。金屬基板提供了必要的散熱。在陣列上方放置擴散板或反射器等光學元件，為辦公室或零售照明創造均勻的線性照明。
範例2：汽車內裝照明。使用一小群LED(可能為不同顏色)用於車頂燈、閱讀燈或氣氛燈。設計必須考慮車輛電氣系統的寬輸入電壓範圍(例如9V-16V)，使用適當的穩壓器或降壓轉換器。LED還必須符合汽車級別的可靠性和溫度要求。
12. 工作原理簡介
LED是一種半導體p-n接面二極體。當施加順向電壓時，來自n型區域的電子和來自p型區域的電洞被注入接面區域。當這些電荷載子復合時，能量以光子(光)的形式釋放。發射光的波長(顏色)由所用半導體材料的能隙決定(例如，藍/綠光用InGaN，紅/琥珀光用AlInGaP)。白光LED通常是透過在藍光LED晶片上塗覆黃色螢光粉來製造；部分藍光被轉換為黃光，藍光與黃光的混合光被感知為白光。
13. 技術趨勢與發展
LED產業持續演進，有幾個明顯的趨勢。光效(每瓦流明數)穩步提升，降低了特定光輸出下的能耗。色彩品質指標，如演色性指數(CRI)和TM-30等新指標正在改善，特別是在博物館和零售照明等高CRI應用中。微型化持續發展，使得直視顯示器的像素間距越來越小。在專業領域也有顯著發展，例如用於消毒的UV-C LED、用於下一代顯示器的微型LED，以及針對植物生長光譜量身打造的園藝LED。在各種操作條件下的可靠性和壽命，仍然是工業和汽車應用的關鍵焦點。
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。 |