橢圓形LED燈珠 3474BKGR/MS 規格書 - 橢圓形狀 - 2.4-3.4V - 30mA - 亮綠色 - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款精密光學性能橢圓形LED燈珠的規格。此元件的首要設計目標是用於乘客資訊顯示器及類似需要清晰、明確照明的應用。其橢圓形狀與匹配的輻射圖案，旨在促進於使用黃色、藍色或紅色光源與主要綠色發光混合的應用中實現有效的色彩混合。

1.1 核心優勢與目標市場

此燈珠提供多項關鍵優勢，使其適用於要求嚴格的顯示器應用：

• 高發光強度輸出：提供高亮度水準，為日光下可讀的顯示器所必需。
• 橢圓形狀與明確輻射圖案：獨特的橢圓形透鏡創造出特定的空間輻射圖案 (110° x 60° 視角)，為矩形或橢圓形顯示器開口優化光線分佈。
• 材料與法規符合性：採用抗紫外線環氧樹脂封裝，確保戶外耐用性。產品符合RoHS、歐盟REACH及無鹵素標準 (Br <900ppm, Cl <900ppm, Br+Cl <1500ppm)，確保符合環保與安全規範。

目標市場與應用明確針對圖形與資訊顯示器：

• 彩色圖形顯示器
• 訊息看板
• 可變訊息標誌 (VMS)
• 商業戶外廣告

2. 技術參數：深入客觀解讀

本節根據規格書，對燈珠的電氣、光學及熱特性提供詳細、客觀的分析。除非另有說明，所有參數均在環境溫度 (Ta) 25°C下指定。

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了可能導致元件永久損壞的應力極限。為確保可靠的長期性能，不建議在或接近這些極限值下操作。

• 儲存溫度 (T_R):5V。在逆向偏壓下超過此電壓可能導致接面崩潰。
• 順向電流 (I_F):30mA (連續)。
• 峰值順向電流 (I_FP):100mA (在1/10工作週期，1kHz下)。僅適用於脈衝操作。
• 功率耗散 (P_d):110mW。允許的最大熱功率損耗。
• 操作溫度 (T_opr):-40°C 至 +85°C。正常操作的環境溫度範圍。
• Storage Temperature (T_stg):-40°C 至 +100°C。
• 焊接溫度 (T_sol):260°C 持續5秒。此定義了迴流焊接溫度曲線的耐受度。

2.2 電光特性

這些參數定義了在正常操作條件下 (I_F=20mA) 的光輸出與電氣行為。

• 發光強度 (I_v):2781-5760 mcd (典型值：4635 mcd)。這是亮度的主要量測指標。寬廣的範圍透過分級系統管理 (見第3節)。
• 視角 (2θ_1/2):110° (X軸) / 60° (Y軸)。此確認了橢圓形輻射圖案。
• 峰值波長 (λ_p):522 nm (典型值)。發射光功率達到最大值的波長。
• 主波長 (λ_d):520-535 nm (典型值：528 nm)。光線的感知顏色，同樣透過分級管理。
• 光譜輻射頻寬 (Δλ):20 nm (典型值)。在最大強度一半處 (半高全寬，FWHM) 的發射光譜寬度。
• 順向電壓 (V_F):2.4V - 3.4V (在 I_F=20mA下)。LED導通時兩端的電壓降。
• 逆向電流 (I_R):50 μA (最大值) 在 V_R=5V下。LED處於逆向偏壓時的小漏電流。

2.3 熱特性

雖然未在獨立表格中列出，但熱管理可透過功率耗散 (P_d) 額定值與操作溫度範圍推知。性能曲線 (第4節) 顯示了環境溫度如何影響光輸出與順向電流，這對於經歷極端溫度的戶外應用至關重要。

3. 分級系統說明

為確保終端產品在亮度與顏色上的一致性，LED會根據關鍵參數進行分類 (分級)。規格書定義了兩個主要的分級類別。

3.1 發光強度分級

LED根據其在20mA下量測到的發光強度，分為四個等級 (GA, GB, GC, GD)。每個等級內的發光強度容差為 ±10%。

• 等級 GA:2781 - 3335 mcd
• 等級 GB:3335 - 4000 mcd
• 等級 GC:4000 - 4800 mcd
• 等級 GD:4800 - 5760 mcd

3.2 主波長分級

LED亦根據其主波長分為五組 (G1 至 G5)，主波長決定了綠色的精確色調。每個等級內的主波長容差為 ±1 nm。

• 等級 G1:520 - 523 nm
• 等級 G2:523 - 526 nm
• 等級 G3:526 - 529 nm
• 等級 G4:529 - 532 nm
• 等級 G5:532 - 535 nm

在訂購時指定等級代碼，可讓設計師在整個顯示器上實現一致的顏色與亮度。

4. 性能曲線分析

典型特性曲線提供了在不同條件下元件行為的視覺化洞察，這對於穩健的電路與熱設計至關重要。

4.1 相對強度 vs. 波長

此曲線顯示了光譜功率分佈，峰值約在522 nm (綠色) 處，典型頻寬 (FWHM) 為20 nm。它確認了光源的單色性質。

4.2 指向性圖案

此極座標圖說明了空間輻射圖案，視覺上確認了110° x 60°的橢圓形光束形狀。這對於顯示器組件中的光學設計是關鍵。

4.3 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V曲線)

此圖表顯示了電流與電壓之間的指數關係。對於設計限流驅動電路至關重要。此曲線會隨溫度而偏移。

4.4 相對強度 vs. 順向電流

此曲線顯示光輸出在達到額定值前與電流呈相對線性關係，但設計師不得超過絕對最大額定值。

4.5 溫度依賴性曲線

相對強度 vs. 環境溫度：顯示光輸出隨著環境溫度升高而降低，這是戶外應用的關鍵因素。在高溫環境中，可能需要適當的散熱或降額使用。
順向電流 vs. 環境溫度：可能顯示了為維持恆定光輸出或其他參數，隨著溫度變化所需的電流調整，這對於具有熱回饋的恆流驅動器很重要。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

規格書包含詳細的尺寸圖。關鍵特徵包括：

• 整體封裝尺寸與引腳間距。
• 環氧樹脂透鏡的位置與尺寸。
• 引腳長度與厚度。
• 注意：尺寸單位為毫米，標準公差為 ±0.25mm，除非另有說明。樹脂在凸緣下的最大突出量為1.5mm。

5.2 極性識別

陰極 (負極) 引腳通常可透過LED封裝邊緣的平面、較短的引腳 (若已剪腳) 或圖示上的標記來識別。請查閱規格書圖示以了解此封裝的確切識別方法。

6. 焊接與組裝指南

正確的處理對於維持可靠性與性能至關重要。

6.1 引腳成型

• 在距離環氧樹脂燈泡底部至少3mm處彎折引腳。
• 引腳成型應在焊接前 soldering.
• 進行。成型過程中避免對封裝施加應力，以防止內部損壞或斷裂。
• 在室溫下剪裁引腳。高溫剪裁可能導致故障。
• 確保PCB孔位與LED引腳完美對齊，以避免安裝應力，此應力可能劣化環氧樹脂與LED。

6.2 焊接

• 焊接額定值為260°C持續5秒 (迴流焊或手焊烙鐵接觸時間)。
• 保持焊點與環氧樹脂燈泡之間的距離超過3mm，以防止熱損傷。

6.3 儲存條件

• 建議收到貨後的儲存條件：≤30°C 且 ≤70% 相對濕度。
• 在此條件下的保存期限：3個月。
• 若需儲存超過3個月至1年，請將元件置於充有氮氣並放置乾燥劑的密封容器中。
• 在潮濕環境中避免溫度急劇變化，以防止凝結。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 防潮包裝

元件以防潮包裝供應，通常包含乾燥劑與濕度指示卡，以防止在儲存與運輸過程中吸濕。

7.2 載帶與捲盤規格

LED以載帶與捲盤形式提供，用於自動化組裝。規格書提供詳細的載帶尺寸，包括口袋間距 (P=12.70mm)、元件腔體尺寸及載帶寬度 (W1=13.00mm, W3=18.00mm)。

7.3 包裝數量

• 每內盒2500顆。
• 每主 (外) 箱10個內盒 (總計25,000顆)。

7.4 標籤說明與型號編碼

捲盤標籤包含關鍵資訊：客戶料號 (CPN)、產品料號 (P/N)、數量 (QTY)，以及發光強度 (CAT)、主波長 (HUE) 和順向電壓 (REF) 的特定分級代碼，連同批號。
型號遵循以下結構：3474 B K G R - □ □ □ □，其中各欄位可能代表封裝類型 (3474)、透鏡顏色/類型、晶片顏色，而空白方格則用於填入所選的特定強度、波長及電壓等級代碼。

8. 應用建議與設計考量

8.1 典型應用電路

此LED需要一個恆流驅動器或一個與電壓源串聯的限流電阻。電阻值 (R) 可透過以下公式計算：R = (V_電源- V_F) / I_F。為進行保守設計，確保電流不超過所需水準，請始終使用規格書中的最大 V_F值。例如，使用5V電源並目標 I_F=20mA：R = (5V - 3.4V) / 0.02A = 80 歐姆。標準的82歐姆電阻將是合適的。

8.2 顯示器應用設計考量

• 均勻性：為發光強度與波長指定嚴格的等級代碼 (CAT 和 HUE)，以確保在多LED顯示器上的視覺一致性。
• 熱管理：對於高亮度操作或高環境溫度 (例如，陽光直射下的戶外顯示器)，應考慮PCB佈局以利散熱。以較低電流操作可延長使用壽命。
• 光學整合：橢圓形光束圖案應與顯示器中的導光板或擴散板形狀相匹配，以最大化效率與視角性能。
• 驅動器選擇：使用具有適當電流穩定性的驅動器，若可能，應具備熱折返保護功能，以在極端條件下保護LED。

9. 技術比較與差異化

雖然直接比較需要具體的競爭對手數據，但根據其規格書，此LED的關鍵差異化因素包括：

• 適用於矩形開口的橢圓形透鏡：與標準圓形LED不同，其光束形狀對於照亮字母數字或圖形顯示器的典型矩形段，本質上更有效率，可能減少所需LED數量或改善均勻性。
• 為色彩混合匹配的輻射特性：其特性特別針對用於結合多種顏色的系統，表明其光譜與空間特性旨在與濾光片或其他彩色LED進行可預測的互動。
• 高強度分級：提供高達5760 mcd的等級，為日光下可讀應用提供了高亮度選項。

10. 常見問題解答 (基於技術參數)

10.1 峰值波長與主波長有何不同？

峰值波長 (λ_p):LED發射最多光功率的物理波長。這是半導體材料的特性。
主波長 (λ_d):光線的感知顏色。它由人眼對LED全光譜的反應決定。對於單色綠光LED，兩者通常很接近，但 λ_d是顯示器中色彩匹配的關鍵參數。

10.2 我可以持續以30mA驅動此LED嗎？

可以，30mA是額定的連續順向電流 (I_F)。然而，在最大額定值下操作會產生更多熱量，並可能降低長期可靠性。為獲得最佳使用壽命，特別是在高溫環境中，通常建議以較低電流 (例如20mA) 驅動，並接受光輸出成比例地降低。

10.3 如何解讀110°/60°的視角？

這是一個橢圓錐體。在X平面上，光強度在中心軸左右55度處 (總計110°) 降至最大值的一半 (半強度點)；在Y平面上，則在上下30度處 (總計60°) 降至一半。這創造了一個寬而短的光束圖案，非常適合從各種角度觀看的橫向顯示器。

10.4 為何儲存條件與保存期限很重要？

LED封裝會從空氣中吸收濕氣。在高溫焊接過程中，這些被困住的濕氣可能迅速膨脹，導致內部分層或 "爆米花效應"，使環氧樹脂破裂並損壞元件。規定的儲存條件與保存期限可將此風險降至最低。

11. 實際應用案例

情境：設計公車站乘客資訊顯示器。
一位設計師正在設計一個顯示路線號碼與時間的戶外顯示器。該顯示器使用深色背景，並以背光照亮鏤空字元。

1. 元件選擇：選擇橢圓形LED是因為其光束形狀能有效照亮高而窄的字元段。高發光強度 (指定等級GC或GD) 確保了在日光下的可讀性。
2. 電路設計：選擇一個恆流驅動IC，為每個LED串提供穩定的20mA電流，補償順向電壓變化並確保亮度均勻。驅動器的輸出電壓是根據串聯LED的最大 V_F總和加上餘裕度來設計的。
3. 熱設計：PCB設計了散熱焊盤，並安裝到金屬顯示器機殼上作為散熱片，在夏季高溫時將LED接面溫度保持在安全限度內。
4. 採購：訂單指定完整的料號，包括所需的發光強度 (CAT) 與主波長 (HUE) 等級代碼，以保證所有生產的顯示器具有一致性。

12. 工作原理簡介

此LED是一種基於半導體二極體的固態光源。核心材料為氮化銦鎵 (InGaN)，如元件選擇指南所示。當施加超過二極體閾值電壓 (V_F) 的順向電壓時，電子與電洞在半導體晶片的主動區域內復合。在InGaN晶片中，此復合以光子 (光) 的形式釋放能量，其波長對應於材料的能隙能量，此能量被調整以產生綠光 (~522 nm)。環氧樹脂透鏡隨後將發射的光塑造成定義的橢圓形輻射圖案。

13. 技術趨勢 (客觀背景)

用於顯示器應用的LED持續演進。為此類元件提供背景的一般產業趨勢包括：

• 效率提升 (lm/W)：晶片設計與材料的持續改進，在相同的電氣輸入下產生更高的光輸出，降低功耗與熱負載。
• 微型化：封裝持續變小，同時維持或增加光輸出，實現更高解析度的顯示器。
• 色彩一致性改善：先進的分級與製造控制允許對波長與強度有更嚴格的公差，這對於大型、均勻的顯示器至關重要。
• 可靠性增強：環氧樹脂材料、封裝技術與熱管理的改進，帶來更長的操作壽命，對於難以維護的戶外安裝尤其重要。
• 智慧整合：一個更廣泛的趨勢是將控制電子元件或感測器直接整合到LED封裝中，儘管此特定元件是一個離散式的傳統LED。