目錄
產品概述
3020 系列代表一款專為通用照明應用設計的高性能中功率 LED 解決方案。此 LED 採用熱增強型環氧樹脂模塑料 (EMC) 封裝，在發光效率、可靠性和成本效益之間取得了絕佳平衡。此產品的主要定位在於改裝和通用照明市場，目標應用是每單位成本光輸出高且色彩品質優良至關重要的場合。其核心優勢包括同級產品中最佳的每瓦流明和每元流明比值之一、可處理高達 0.8W 的堅固封裝，以及 80 或以上的高演色性指數 (CRI)。目標市場涵蓋廣泛的照明解決方案，從傳統燈具的直接替代品到建築和裝飾照明。
深入技術參數分析
光度學與光學特性
電光性能是在 150mA 順向電流 (IF) 和 25°C 環境溫度 (Ta) 的標準測試條件下指定的。此產品系列提供從暖白光 (2580K-3220K) 到冷白光 (5310K-7040K) 的相關色溫 (CCT)。對於典型的中性白變體（例如 T3450811C），光通量最高可達 68 流明。一個關鍵特點是所有分級均保證最低演色性指數 (CRI 或 Ra) 為 80，確保良好的色彩保真度。空間光分佈的特點是 110 度的寬視角 (2θ1/2)，提供均勻的照明。請務必注意指定的測量公差：光通量為 ±7%，CRI 為 ±2。
電氣與熱參數
電氣特性定義了操作邊界。在 150mA 下，典型的順向電壓 (VF) 為 3.4V，公差為 ±0.1V。絕對最大額定值對於可靠設計至關重要：最大連續順向電流 (IF) 為 240mA，在特定條件下允許脈衝電流 (IFP) 為 300mA（脈衝寬度 ≤ 100µs，工作週期 ≤ 1/10）。最大功耗 (PD) 為 816mW。低熱阻 (Rth j-sp) 為 21°C/W（接面至焊點），有助於熱管理，這對於維持性能和壽命至關重要。最大允許接面溫度 (Tj) 為 115°C。
分級系統說明
波長 / 色溫分級
LED 的色彩一致性是透過基於 CIE 1931 色度圖的精確分級結構來控制的。該系統使用由中心點（x, y 座標）、半長軸 (a)、半短軸 (b) 和旋轉角度 (Φ) 定義的橢圓形分級。例如，中性白的 40M5 分級中心位於 (0.3825, 0.3798)。2600K 至 7000K 之間色溫的分級遵循 Energy Star 標準，確保了需要均勻白光的應用具有緊密的色彩一致性。色座標的測量不確定度為 ±0.007。
光通量分級
光輸出也分為不同等級以保證性能。每個色彩分級（例如 27M5、30M5）進一步細分為由 E7、E8、F1 等代碼標識的光通量等級。例如，在 30M5 色彩分級內，光通量代碼為 F1 的 LED 在 150mA 下的光通量將介於 66 至 70 流明之間。這使設計師能夠根據其特定應用需求選擇具有可預測光輸出的 LED。
順向電壓分級
為了輔助電路設計和電流匹配，特別是在多 LED 陣列中，順向電壓被分為三個等級：代碼 1 (2.8V - 3.0V)、代碼 2 (3.0V - 3.2V) 和代碼 3 (3.2V - 3.4V)。這有助於更有效地預測電源需求和管理熱負載。
性能曲線分析
電流-電壓 (I-V) 與電流-光通量 (I-Φ) 特性
圖 3 說明了順向電流與相對光通量之間的關係。在建議的工作電流以下，輸出幾乎是線性的，顯示出良好的效率。圖 4 顯示了順向電壓與電流的關係曲線，這對於驅動器設計至關重要。電壓的正溫度係數很明顯，意味著 VF 隨著溫度升高而降低，這是 LED 的典型行為。
溫度依賴性
性能隨溫度的變化是一個關鍵的設計因素。圖 6 顯示，相對光通量隨著環境溫度 (Ta) 升高而降低，突顯了熱管理對於維持光輸出的重要性。圖 7 展示了順向電壓隨溫度升高而降低的情況。圖 8 提供了基於環境溫度的最大允許順向電流的降額曲線，這對於確保不同操作條件下的可靠性至關重要。
光譜與角度分佈
圖 1 提供了相對光譜功率分佈，定義了色彩品質和 CCT。圖 2 描繪了視角分佈（空間輻射模式），確認了用於均勻照明的 110 度寬光束角。
隨溫度變化的色偏移
圖 5 繪製了 CIE x, y 色度座標隨環境溫度升高（從 25°C 到 85°C）的偏移。對於要求色彩隨溫度穩定的應用，此資訊至關重要。
焊接與組裝指南
此 LED 與無鉛迴流焊接製程相容。焊接溫度的絕對最大額定值為 230°C 或 260°C，最長持續時間為 10 秒。必須遵循建議的迴流焊溫度曲線，以防止對 EMC 封裝和內部晶片造成熱損壞。操作溫度範圍為 -40°C 至 +85°C，儲存溫度範圍相同。操作時必須注意不要超過絕對最大額定值，否則可能導致 LED 不可逆的損壞。
應用建議
典型應用場景
規格書指出了幾個關鍵應用：改裝傳統燈具（如白熾燈或 CFL）、通用室內外照明、室內/外標誌板的背光照明，以及建築/裝飾照明。高效率、良好的 CRI 和寬光束角的結合使其適用於這些多樣化的用途。
設計考量
設計師必須密切注意熱管理。利用提供的熱阻值 (21°C/W)，必須計算適當的散熱，以在最壞的操作條件下將接面溫度保持在 115°C 以下。對於高環境溫度的應用，必須遵循電流的降額曲線（圖 8）。為了獲得恆定的光輸出，建議使用恆流驅動器而非恆壓驅動器。設計多 LED 陣列時，請考慮使用來自相同電壓和光通量分級的 LED，以確保均勻的亮度和電流分擔。
技術比較與差異化
與傳統塑膠封裝的中功率 LED 相比，EMC 封裝提供了顯著更好的熱性能，允許更高的驅動電流和功耗（高達 0.8W），同時保持可靠性。這意味著在類似尺寸的封裝中能實現更高的流明輸出。保證的 80+ CRI 在色彩品質重要的應用中提供了競爭優勢，相較於 CRI 較低的標準產品。寬廣的 110 度視角對於需要寬廣、均勻照明而無需二次光學元件的應用具有優勢。
常見問題（基於技術參數）
Q: What is the maximum power I can drive this LED at?
A: The absolute maximum power dissipation is 816mW. However, the recommended operating condition is based on 0.5W nominal. Operating at higher power requires excellent thermal management to stay within the junction temperature limit.
Q: How do I interpret the luminous flux bins (E7, F1, etc.)?
A: These codes represent ranges of luminous output at 150mA. You must cross-reference the code with the specific color bin table (Table 6) to find the minimum and maximum lumen values for that group.
Q: Can I use a constant voltage source to drive this LED?
A: It is not recommended. LEDs are current-driven devices. A small change in forward voltage can cause a large change in current, potentially exceeding maximum ratings. Always use a constant current driver or a circuit that actively limits current.
Q: What is the impact of the ±7% flux tolerance?
A: This means the actual measured luminous flux of a production LED can vary by ±7% from the typical value listed in the datasheet. The binning system helps control this variation by grouping LEDs into tighter flux ranges.
實際使用案例
Scenario: Designing a 10W LED Bulb Retrofit
A designer aims to create an A19 bulb replacement using this 3020 LED. Targeting 800 lumens, they might use 16 LEDs driven at approximately 140mA each (slightly below the test current for better efficacy and thermal headroom). They would select LEDs from the same color bin (e.g., 40M5 for 4000K Neutral White) and a consistent flux bin (e.g., F1) to ensure color and brightness uniformity. The total forward voltage for 16 LEDs in series would be roughly 16 * 3.4V = 54.4V, dictating the driver specifications. A properly designed aluminum PCB with thermal vias would be necessary to sink the heat from the 10W total dissipation, keeping individual junction temperatures well below the 115°C maximum.
工作原理介紹
發光二極體 (LED) 是透過電致發光發光的半導體元件。當順向電壓施加於 p-n 接面時，電子和電洞在主動區複合，以光子的形式釋放能量。發射光的波長（顏色）由所用半導體材料的能隙決定。此 LED 中的白光通常是使用塗有螢光粉層的藍光發射半導體晶片產生的。部分藍光被螢光粉轉換為更長的波長（黃色、紅色），藍光和螢光粉轉換光的混合在人眼中呈現白色。EMC 封裝的作用是保護半導體晶片和焊線，提供主要光學透鏡，最重要的是，提供從接面有效導熱的路徑。
技術趨勢
中功率 LED 領域持續朝著更高效率（每瓦流明）和更高可靠性、更低成本的方向發展。關鍵趨勢包括採用更堅固的封裝材料，如 EMC 和陶瓷，以實現更高的工作溫度和電流，從而提高流明密度。持續推動改進螢光粉技術，以實現更高的演色性指數 (CRI) 值和跨批次更一致的色彩品質。此外，在單一封裝內整合多個晶片（COB - 板上晶片或多晶片中功率）是一種趨勢，旨在簡化組裝並降低高流明應用的系統成本。智慧照明的驅動力也影響著 LED 設計，重點在於與調光協議和可調白光系統的相容性。
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。 |