LED元件規格書 - 第三版修訂 - 產品生命週期資訊

1. 產品概述

本技術規格書提供特定LED（發光二極體）元件的完整資訊。文件目前為第三版修訂，代表產品規格已臻成熟穩定。生命週期階段標示為修訂版，此特定版本的發布日期為2014年11月27日。有效期限標示為永久，意指除非被新版修訂取代，否則本文件將持續作為產品規格的有效參考依據。此元件的核心優勢在於其明確且最終確定的技術參數，為設計工程師提供了可靠性和一致性。目標市場包括一般照明、背光模組、汽車照明以及對性能穩定性要求嚴苛的消費性電子產品應用。

2. 深度技術參數分析

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和熱管理至關重要。

2.1 光度與色彩特性

光度特性定義了光輸出。關鍵參數包括光通量（以流明，lm為單位），表示光的總感知功率。發光強度（以燭光，cd為單位）描述特定方向的光輸出。主波長或相關色溫（CCT，以克耳文，K為單位）指定了發射光的顏色，範圍從暖白光（例如2700K）到冷白光（例如6500K）。演色性指數（CRI，Ra）是衡量光源相較於自然光源，還原物體色彩準確度的指標，數值越高（越接近100）對於色彩要求嚴苛的應用越有利。

2.2 電氣參數

電氣參數對於安全且高效地驅動LED至關重要。順向電壓（Vf）是LED在其指定電流下工作時兩端的電壓降。對於標準白光LED，其範圍通常在2.8V至3.6V之間。順向電流（If）是建議的工作電流，根據功率等級不同，通常為20mA、60mA、150mA或更高。逆向電壓（Vr）是LED在非導通方向上可承受而不損壞的最大電壓，通常約為5V。超過電流或電壓的最大額定值可能導致永久性劣化或故障。

2.3 熱特性

LED的性能和壽命高度依賴於溫度。接面溫度（Tj）是半導體晶片本身的溫度。熱阻（Rth j-a，以°C/W為單位）表示熱量從接面傳遞到周圍環境的效率。較低的熱阻更佳，因為這意味著在給定的功耗下，接面溫度能保持較低。為確保長期可靠性，不得超過最大允許接面溫度（Tj max）。適當的散熱設計對於將Tj維持在安全範圍內至關重要。

3. 分級系統說明

由於製造過程中的變異，LED會根據關鍵參數進行分級，以確保同一生產批次內的一致性。

3.1 波長 / 色溫分級

LED根據其主波長（針對彩色LED）或相關色溫（針對白光LED）進行分級。這確保了組裝體中的所有LED具有幾乎相同的色彩外觀，防止可見的色偏或照明不均。分級通常由CIE色度圖上的一個小範圍來定義。

3.2 光通量分級

光通量輸出也會進行分級。這使得設計師可以選擇符合特定最低亮度要求的LED，或將輸出相近的LED分組以實現均勻照明。通量分級通常定義為一個百分比範圍（例如，標稱通量的100-110%）。

3.3 順向電壓分級

順向電壓分級旨在簡化驅動器設計，並提高串聯/並聯配置的效率。將具有相似Vf值的LED分組有助於確保電流均勻分佈，尤其是在多個LED並聯連接時。

4. 性能曲線分析

圖形數據提供了在不同工作條件下LED行為的深入洞察。

4.1 電流-電壓 (I-V) 特性曲線

I-V曲線顯示了順向電流與順向電壓之間的關係。它是非線性的，表現出一個臨界電壓，低於此電壓時幾乎沒有電流流動。超過此臨界值後，電流會隨著電壓的微小增加而迅速增加。此特性使得為了穩定運行，必須使用恆流驅動器而非恆壓源。

4.2 溫度依存性

幾個關鍵參數會隨溫度變化。通常，順向電壓（Vf）會隨著接面溫度的升高而降低。相反地，光通量輸出通常會隨著溫度升高而下降。理解這些關係對於設計能在其工作溫度範圍內保持性能一致的系統至關重要。

4.3 光譜功率分佈 (SPD)

SPD圖繪製了每個波長下發射光的相對強度。對於白光LED，這通常顯示來自LED晶片的藍色峰值，以及來自螢光粉塗層的更寬的黃色/紅色峰值。SPD的形狀直接決定了LED的CCT和CRI。

5. 機械與封裝資訊

物理封裝保護半導體晶粒，並提供電氣連接和熱傳導路徑。

5.1 尺寸外型圖

詳細圖紙提供了LED封裝的所有關鍵尺寸，包括長度、寬度、高度以及任何透鏡曲率。每個尺寸都指定了公差。此資訊對於PCB（印刷電路板）佈局以及最終產品的機械整合至關重要。

5.2 焊墊佈局與焊盤設計

提供了建議的PCB焊墊圖形（焊盤幾何形狀和尺寸），以確保在迴流焊接過程中形成可靠的焊點。這包括焊盤尺寸、焊盤間距，以及連接到大面積銅箔用於散熱的焊盤的任何散熱設計圖案。

5.3 極性識別

清晰的標記指示了陽極（+）和陰極（-）端子。這通常通過凹口、圓點、斜角或不同的引腳長度來實現。正確的極性是LED正常工作的必要條件。

6. 焊接與組裝指南

正確的操作和組裝對於防止LED損壞至關重要。

6.1 迴流焊溫度曲線

提供了建議的迴流焊接溫度曲線。此圖顯示溫度與時間的關係，指定了關鍵區域：預熱、均熱、迴流（含峰值溫度）和冷卻。最大允許本體溫度和峰值溫度的持續時間是關鍵限制，不得超過，以避免損壞塑膠封裝或內部引線鍵合。

6.2 注意事項與操作

LED對靜電放電（ESD）敏感。應在防靜電工作站使用接地腕帶進行操作。避免對透鏡施加機械應力。請勿用裸手觸摸透鏡，因為污染物會影響光輸出，並隨著時間推移導致變色。

6.3 儲存條件

LED應儲存在指定溫度和濕度範圍內的涼爽乾燥環境中。它們通常裝在帶有濕度指示卡的防潮袋中供應。如果袋子已打開或濕度超過特定閾值，元件在進行迴流焊之前可能需要烘烤，以防止爆米花現象（因焊接過程中水汽快速膨脹導致封裝破裂）。

7. 包裝與訂購資訊

本節詳細說明了產品的供應方式以及訂購時的指定方法。

7.1 包裝規格

LED以帶狀和捲盤形式供應，用於自動化組裝。規格包括捲盤直徑、帶寬、料袋間距以及每捲盤的元件數量。

7.2 標籤資訊

捲盤標籤包含重要資訊，例如料號、數量、批號/批次號、日期代碼以及光通量和色彩的分級代碼。

7.3 料號編碼系統

料號是一個編碼，包含了LED的關鍵屬性，例如封裝尺寸、顏色、通量分級、電壓分級，有時還包括視角。理解此命名法對於正確採購至關重要。

8. 應用建議

關於如何在實際設計中最佳化使用LED的指導。

8.1 典型應用電路

通常會提供基本的恆流驅動器電路圖。這些可能包括用於低電流LED的簡單電阻式驅動器，或使用專用LED驅動IC的用於更高功率或多個LED的更複雜電路。

8.2 設計考量

關鍵設計要點包括熱管理（計算所需的散熱器性能）、光學設計（為所需光束圖案選擇透鏡）以及電氣設計（確保驅動器能在預期的輸入電壓範圍和環境溫度下提供穩定電流）。降額曲線顯示了最大允許順向電流隨環境溫度的變化關係，對於可靠的設計至關重要。

9. 技術比較

雖然此規格書描述的是單一產品，但設計師經常將其與替代方案進行比較。潛在的比較點可能包括更高的發光效率（每瓦流明數）、更好的演色性（更高的CRI）、更寬的工作溫度範圍，或與前代產品或競爭對手產品相比更緊湊的封裝尺寸。第三版修訂狀態意味著相較於早期版本在效率、可靠性或色彩一致性等方面的逐步改進。

10. 常見問題 (FAQ)

基於技術參數的常見問題包括：我應該使用多大的驅動電流？（答案：指定的典型順向電流，If）。為什麼我的LED比預期的暗？（可能原因：接面溫度過高、驅動電流低於規格，或選擇了錯誤的通量分級）。我可以將多個LED並聯嗎？（答案：由於Vf存在變異，不建議在沒有個別電流平衡的情況下並聯；首選使用恆流驅動器的串聯連接）。預期壽命是多少？（答案：通常定義為在指定條件下工作，光通量衰減至初始值70%或50%的時間，通常為50,000小時）。

11. 實際應用案例

基於一份已定稿規格書的元件常見規格，實際應用包括：建築照明：用於線性燈具或崁燈，其中一致的色彩和長壽命至關重要。消費性電子產品：在需要可靠、低功耗照明的設備中作為狀態指示燈或鍵盤背光。汽車內飾照明：提供閱讀燈、頂燈或氣氛照明，受益於在寬廣溫度範圍內的穩定性能。

12. 工作原理簡介

LED是一種半導體二極體。當施加順向電壓時，來自n型半導體的電子和來自p型半導體的電洞被注入到主動區。當電子和電洞復合時，能量以光子（光）的形式釋放。發射光的波長（顏色）由主動區所用半導體材料的能隙決定。白光LED通常是通過在藍光LED晶片上塗覆黃色螢光粉製成；部分藍光被轉換為黃光，藍光與黃光的混合光被人眼感知為白光。

13. 技術趨勢

LED產業持續演進。總體趨勢包括提高發光效率，允許以更少的電能和熱量輸出更多的光。對於零售照明和博物館等應用，正推動更高的演色性指數（CRI >90，甚至>95）。微型化持續發展，使超薄顯示器等新應用成為可能。此外，在非傳統基板上開發LED以及新的螢光粉系統旨在提高性能並降低成本。第三版修訂規格書的存在反映了這種產品改進和精煉的迭代過程。

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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