目錄
- 1. 產品概述
- 2. 技術參數深度客觀解讀
- 2.1 光度與色彩特性
- 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 溫度特性
- 4.3 光譜功率分佈
- 5. 機械與封裝資訊
- 5.1 尺寸圖
- 5.2 焊墊佈局設計
- 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 注意事項與操作
- 6.3 儲存條件
- 7. 包裝與訂購資訊
- 7.1 包裝規格
- 7.2 標籤資訊
- 7.3 料號編碼 / 型號命名規則
- 8. 應用建議
- 8.1 典型應用電路
- 8.2 設計考量
- 9. 技術比較
- 10. 常見問題 (FAQ)
- 11. 實際應用案例
- 12. 原理介紹
- 13. 發展趨勢
- 14. 生命週期與修訂管理
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。此規格書的主要重點在於詳述產品的生命週期管理與修訂歷史，確保使用者能取得最新且準確的技術資訊。此元件專為一般照明與指示燈應用而設計，在性能、可靠性與效率之間取得平衡。其核心優勢包括生命週期內穩定的性能、清晰的修訂追蹤，以及遵循標準化的技術文件實務。目標市場涵蓋廣泛的產業，包括消費性電子、汽車照明、工業控制與一般標誌應用，這些領域對元件性能的一致性與可追溯性至關重要。
2. 技術參數深度客觀解讀
雖然提供的PDF摘錄聚焦於生命週期數據，但一份完整的LED規格書通常包含詳細的技術參數。以下章節概述了設計導入與應用所需的基本資訊標準類別。
2.1 光度與色彩特性
光度特性定義了LED的光輸出與品質。關鍵參數包括光通量，以流明 (lm) 為單位，表示發射光線的總感知功率。主波長或相關色溫 (CCT) 指定了光的顏色，對於白光LED而言，範圍從暖白光 (例如 2700K) 到冷白光 (例如 6500K)；對於彩色LED，則為特定的奈米 (nm) 值 (例如 630nm 代表紅色)。色度座標 (例如 CIE x, y) 在色度圖上提供精確的色點。視角通常定義為發光強度降至最大值一半時的角度，決定了光束模式。對於高演色性應用，演色性指數 (CRI) 是關鍵指標，數值高於80被認為適用於一般照明。
2.2 電氣參數
電氣參數是電路設計的基礎。順向電壓 (Vf) 是LED在其指定的順向電流 (If) 下工作時，兩端的電壓降。此值與溫度相關，通常是在標準測試電流 (例如 20mA, 150mA, 350mA) 與接面溫度 (例如 25°C) 下提供。順向電流額定值是LED在不受損壞的情況下可承受的最大連續電流。逆向電壓 (Vr) 指定了在發生崩潰前，可施加於逆向偏壓方向的最大電壓。動態電阻源自IV曲線的斜率，對於驅動器穩定性分析非常重要。
2.3 熱特性
LED的性能與壽命深受熱管理影響。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) 或接面到環境 (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。最大允許接面溫度 (Tj max) 是可靠運作的絕對極限。超過此溫度會加速光衰減，並可能導致災難性故障。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會根據性能進行分級，以確保同一生產批次內及不同訂單間的一致性。
3.1 波長 / 色溫分級
LED根據其主波長 (針對單色LED) 或相關色溫與色度座標 (針對白光LED) 進行分級。分級由CIE色度圖上的小範圍定義 (例如 MacAdam橢圓)。更嚴格的分級 (較小的橢圓) 能確保陣列中的色彩變化最小，但可能增加成本。
3.2 光通量分級
光通量輸出也會進行分級。典型的分級方案可能會根據LED在指定測試電流下的最小光通量進行分類。例如，分級可能以代表典型光通量值百分比範圍的代碼標示。
3.3 順向電壓分級
順向電壓進行分級有助於驅動器設計，並確保並聯配置下的亮度一致性。分級指定了Vf值的範圍 (例如 2.8V - 3.0V, 3.0V - 3.2V)。從相同Vf分級中選擇LED可以改善陣列中的電流匹配。
4. 性能曲線分析
圖形數據提供了在不同條件下LED行為的深入見解。
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，呈現一個導通電壓 (曲線的"膝部")，超過此電壓後，電流會隨著電壓的微小增加而迅速增加。這條曲線對於設計恆流驅動器至關重要，因為它凸顯了需要電流調節而非電壓調節來控制光輸出。
4.2 溫度特性
關鍵圖表說明了參數對溫度的依賴性。光通量 vs. 接面溫度圖通常顯示隨著溫度升高，輸出會下降。順向電壓 vs. 溫度圖顯示負溫度係數 (Vf 隨 Tj 增加而降低)。理解這些關係對於熱設計及預測在應用環境中的性能至關重要。
4.3 光譜功率分佈
光譜功率分佈 (SPD) 圖繪製了相對輻射功率與波長的關係。對於基於藍光晶片和螢光粉的白光LED，它顯示了藍光發射峰值以及更寬廣的螢光粉轉換黃/綠/紅光譜。SPD決定了如CRI和色溫等色彩品質指標。
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 尺寸圖
詳細的標註尺寸圖提供了所有關鍵尺寸：總長度、寬度和高度、透鏡尺寸，以及引腳間距 (針對插件式) 或焊墊尺寸 (針對SMD)。每個尺寸都指定了公差。
5.2 焊墊佈局設計
針對表面黏著元件 (SMD)，提供了PCB的建議焊墊圖形 (Footprint)。這包括焊墊尺寸、形狀和間距，這些對於實現可靠的焊點和適當的熱連接至關重要。
5.3 極性識別
明確標示了識別陽極和陰極的方法。對於SMD LED，通常是封裝上的標記 (例如綠點、凹口或切角) 或底部的不同焊墊尺寸/形狀。對於插件式LED，陰極通常由透鏡上的平邊或較短的引腳表示。
6. 焊接與組裝指南
正確的操作與組裝對於可靠性至關重要。
6.1 迴流焊溫度曲線
針對SMD元件提供了建議的迴流焊溫度曲線。這包括預熱、保溫、迴流 (峰值溫度) 和冷卻的升溫速率與持續時間。指定了最大峰值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
一般注意事項包括避免對透鏡施加機械應力、在操作過程中防止靜電放電 (ESD) (LED通常對ESD敏感)，以及不要用手直接觸摸透鏡以避免污染。也可能包含與封裝材料相容的清潔劑建議。
6.3 儲存條件
指定了維持可焊性及防止吸濕 (針對濕度敏感封裝) 的理想儲存條件。這通常涉及在中等溫度、乾燥環境 (低濕度) 下儲存，通常使用帶有乾燥劑的密封防潮袋。
7. 包裝與訂購資訊
採購與物流相關資訊。
7.1 包裝規格
描述了單元包裝 (例如SMD的捲帶包裝、管裝或托盤)。關鍵的捲帶規格包括帶寬、口袋間距 (Pitch)、捲盤直徑和每捲數量。並註明了包裝材料的防靜電特性。
7.2 標籤資訊
解釋了包裝標籤上印刷的資訊，可能包括料號、數量、批號/批次代碼、日期代碼，以及光通量和色彩的分級代碼。
7.3 料號編碼 / 型號命名規則
解碼了料號的結構。它通常包含代表產品系列、顏色、光通量分級、色彩分級、電壓分級、包裝類型，有時還包括特殊功能的欄位。這讓使用者能夠指定所需的確切性能特性。
8. 應用建議
在終端產品中實施LED的指導。
8.1 典型應用電路
通常會提供基本驅動電路的示意圖。最常見的是與恆壓源串聯的電阻，適用於低電流指示燈。對於照明應用，建議使用恆流驅動電路 (使用專用IC或電晶體)，以確保無論順向電壓如何變化，光輸出都能保持穩定。
8.2 設計考量
強調了關鍵的設計因素：熱管理 (PCB銅箔面積、散熱孔、可能的外部散熱器)、光學設計 (根據所需光束模式選擇透鏡)、電氣設計 (根據電流/電壓需求選擇驅動器、防止反極性和瞬態電壓)，以及調光相容性 (PWM vs. 類比)。
9. 技術比較
與其他LED技術或前代產品進行客觀比較，可以定位本產品的市場地位。這可能涉及比較光效 (每瓦流明)、演色性指數 (CRI)、壽命 (L70/B50等級)、封裝尺寸和熱性能，對比白熾燈泡、CFL或其他LED封裝等替代方案。差異化可能體現在特定領域，例如在給定電流下更高的光效、更好的色彩均勻性，或更緊湊的外形尺寸，從而實現新的設計可能性。
10. 常見問題 (FAQ)
基於參數對常見技術問題的解答。
- 問：我可以用恆壓源驅動這個LED嗎？答：不建議用於穩定運作。LED是電流驅動元件。順向電壓的微小變化會導致電流大幅變化。恆流驅動器對於保持亮度一致性和延長壽命至關重要，尤其是對於功率LED。
- 問：如何計算簡單指示燈電路的串聯電阻值？答：使用歐姆定律：R = (電源電壓 - LED順向電壓) / 期望電流。確保電阻的額定功率足夠：P_電阻 = (期望電流)^2 * R。
- 問：為什麼我的應用中的光通量低於規格書上的數值？答：規格書數值通常在25°C接面溫度下測量。在您的應用中，由於散熱效果不理想，接面溫度可能更高，導致光通量下降。此外，請確保您是以確切的指定測試電流驅動LED。
- 問：我可以直接並聯多個LED嗎？答：通常不鼓勵直接並聯，因為順向電壓存在差異。Vf稍低的LED會不成比例地汲取更多電流，導致亮度不均和潛在的過度應力。請為每個並聯支路使用獨立的限流電阻，或使用專用的多通道驅動器。
11. 實際應用案例
說明LED的特定參數如何轉化為實際設計的範例。
- 案例1：建築間接照明：使用經過嚴格色彩一致性分級的LED (例如在3階MacAdam橢圓內)，以確保沿著長條間接照明帶的均勻白光，沒有可見的色彩偏移。設計使用帶有PWM調光功能的恆流驅動器以實現平滑的亮度控制，並且PCB包含大型散熱焊墊來管理熱量。
- 案例2：汽車內裝開關背光：選擇特定的主波長 (例如 625nm 紅色) 以符合汽車色彩標準。設計考慮到高環境溫度，透過降低驅動電流來保持接面溫度低於最大額定值，確保長期可靠性。
- 案例3：可攜式裝置狀態指示燈：利用LED的低順向電壓和電流能力，以最小化電池的功耗。由於功率等級低，此處簡單的串聯電阻電路就足夠了。寬視角確保指示燈能從各個角度可見。
12. 原理介紹
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，InGaN用於藍/綠光，AlInGaP用於紅/琥珀光)。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。更先進的白光LED使用多種螢光粉來實現更高的演色性。
13. 發展趨勢
LED產業持續演進，有幾個明確的客觀趨勢。透過內部量子效率、光提取效率和螢光粉技術的改進，光效 (每瓦流明) 穩步提升。色彩品質正在改善，高演色性 (Ra>90) 和全光譜LED在需要準確色彩還原的應用中變得越來越普遍。微型化持續發展，使得直視顯示器中的像素密度更高，以及更小點間距的電視牆成為可能。業界高度關注各種應力條件下的可靠性和壽命預測。整合是另一個趨勢，LED封裝整合了驅動器、感測器和控制電子元件，形成"智慧"光引擎。最後，光譜輸出擴展到可見光之外也意義重大，用於消毒的UV-C LED和用於感測的IR LED正在快速發展。
14. 生命週期與修訂管理
如提供的PDF內容所示，本文件被識別為修訂版1。生命週期階段標記為修訂，表示產品規格書的現行有效版本。此修訂版的發佈日期記錄為2013-11-14 15:59:23.0。失效期限註記為永久有效，這通常表示此修訂版沒有計劃的淘汰日期，並且在更新修訂版取代之前保持有效。這種結構化的文件管理方法確保工程師和採購專家能夠準確參考其設計中所使用元件規格的特定版本，這對於品質控制、可重複性和故障排除至關重要。修訂版之間的變更通常在修訂歷史章節中總結，詳細說明修改、新增或刪除了哪些參數、文字或圖紙。
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。 |