橢圓形LED燈珠5484BN規格書 - 橢圓外觀 - 視角110°/40° - 順向電壓1.8-2.4V - 發光強度1220-2040mcd - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳細說明一款高性能橢圓形LED燈珠的規格。此元件的首要設計目標，是作為乘客資訊系統與各種標誌應用的可靠且高效光源。其獨特的光學設計與外型，旨在滿足室內外環境中清晰可見顯示的特定需求。

此LED的核心優勢包括其高發光強度輸出，確保即使在光線充足的條件下也能提供卓越的可視性。橢圓形狀與精確設計的輻射圖案，提供了明確的空間光分佈，對於標誌面板的均勻照明至關重要。此外，元件設計考量了使用壽命，採用抗紫外線環氧樹脂，並遵循RoHS、歐盟REACH及無鹵素要求等主要環境與安全標準，使其適用於全球市場與永續設計實務。

分級以標稱值的 ±10% 容差定義。

2. 技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

本元件設計為在以下絕對最大限制內可靠運作。超過這些額定值可能導致永久性損壞。

• 逆向電壓 (V_R):5 V。此定義了可施加於LED端子間逆向方向的最大電壓。
• 順向電流 (I_F):50 mA (連續)。正常運作時建議的最大連續電流。
• 峰值順向電流 (I_FP):160 mA。此為最大允許脈衝電流，通常在1 kHz頻率下、工作週期為1/10的條件下指定。對於涉及多工或短暫高電流脈衝的設計至關重要。
• 功率消耗 (P_d):120 mW。封裝在不超過其熱限制下所能消耗的最大功率，計算為順向電壓與電流的乘積。
• 工作溫度 (T_opr):-40°C 至 +85°C。保證元件能正常運作的環境溫度範圍。
• 儲存溫度 (T_stg):-40°C 至 +100°C。元件未通電時的安全儲存溫度範圍。
• 接面溫度 (T_j):110°C。LED內部半導體接面允許的最高溫度。
• 焊接溫度 (T_sol):260°C，持續5秒。此定義了迴流焊接曲線的耐受度，對於PCB組裝製程至關重要。

2.2 電氣與光學特性

這些參數在標準測試條件下量測 (T_a=25°C, I_F=20mA)，並定義了LED的核心性能。

• 發光強度 (I_v):1220 - 2040 mcd (毫燭光)。此表示在特定方向發射的可見光量。寬廣的範圍透過分級系統管理 (參見第3節)。
• 視角 (2θ_1/2):110° (X軸) / 40° (Y軸)。此非對稱橢圓光束圖案是一項關鍵特色。110°的寬視角非常適合標誌的水平觀看，而較窄的40°垂直視角有助於集中光線，並為觀看者提高效率。
• 峰值波長 (λ_p):632 nm (典型值)。光譜功率分佈達到最大值時的波長。
• 主波長 (λ_d):619 - 628 nm。此定義了光線的感知顏色，位於紅色光譜。此參數亦受分級管理。
• 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):1.8 - 2.4 V。在測試電流驅動下，LED兩端的電壓降。此範圍透過分級管理，並影響驅動電路設計。
• 逆向電流 (I_R):10 μA (最大值)，於 V_R=5V 條件下。二極體在關閉狀態下漏電流的量測值。

3. 分級系統說明

為確保量產時性能一致，LED會根據關鍵參數進行分級。這讓設計師能選擇符合其特定亮度與顏色要求的元件。

3.1 發光強度分級

Bins are defined with a ±10% tolerance on the nominal value.

• 分級 H2:1220 - 1440 mcd
• 分級 J1:1440 - 1720 mcd
• 分級 J2:1720 - 2040 mcd

選擇較高的分級 (例如 J2) 可保證更高的最低亮度，這對於需要最大可視性或補償標誌擴散片光學損失的應用可能是必要的。

3.2 主波長分級

分級確保顏色一致性，具有嚴格的 ±1 nm 容差。

• 分級 1:619 - 622 nm
• 分級 2:622 - 625 nm
• 分級 3:625 - 628 nm

對於混色應用 (例如與黃色或綠色LED搭配)，從相同或相鄰波長分級中選擇LED，對於實現預期的最終顏色且單元間無明顯差異至關重要。

3.3 順向電壓分級

分級具有 ±0.1V 的容差。

• 分級 1:1.8 - 2.0 V
• 分級 2:2.0 - 2.2 V
• 分級 3:2.2 - 2.4 V

使用來自相同電壓分級的LED，可簡化串聯或並聯陣列中的限流電阻計算，確保更均勻的電流分佈與亮度。

4. 性能曲線分析

所提供的特性曲線提供了LED在不同條件下行為的深入見解。

4.1 相對強度 vs. 波長

此光譜分佈曲線確認了以632 nm為中心的單色紅光輸出，典型頻寬為20 nm。窄頻譜是AlGaInP材料技術的特徵，提供飽和的色彩純度，非常適合標誌應用。

4.2 指向性圖案

極座標輻射圖案以視覺方式呈現非對稱的110° x 40°視角。該圖案顯示出明確的橢圓形狀，證實了特色中聲稱的受控空間輻射。此圖案經過設計，以匹配資訊顯示區段的典型長寬比。

4.3 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V曲線)

此曲線顯示了二極體典型的指數關係。順向電壓隨電流增加而增加。設計師利用此曲線來決定工作點並設計適當的驅動電路 (建議對LED使用恆流驅動)。此曲線亦有助於理解元件的動態電阻。

4.4 相對強度 vs. 順向電流

此曲線展示了LED的光輸出 (發光強度) 作為驅動電流的函數。在一定範圍內通常是線性的，但在較高電流下會因熱效應與效率下降而飽和。在建議的50mA或以下運作，可確保最佳效率與使用壽命。

4.5 熱特性

以下曲線對於熱管理至關重要：相對強度 vs. 環境溫度以及順向電流 vs. 環境溫度。它們顯示發光強度隨著環境溫度升高而降低，這是所有LED共通的現象。相反地，對於恆壓驅動，順向電流通常會因V_F的負溫度係數而隨溫度升高，這凸顯了恆流驅動器對於在溫度範圍內保持穩定性能的重要性。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

LED以表面黏著元件封裝形式提供。關鍵尺寸註記包括：

• 所有尺寸單位為毫米，除非另有說明。
• 大多數尺寸適用 ±0.25mm 的標準公差。
• 元件凸緣下方樹脂的最大允許突出量為1.5mm，這對於PCB間隙計算很重要。
• 規格書說明了兩種變體：一種帶有止擋結構，一種沒有。止擋結構可能在組裝時有助於放置精度，或提供物理定位點。

詳細圖面指定了引腳間距、本體尺寸與總高度，這些對於建立準確的PCB封裝圖並確保貼片機正確放置至關重要。

5.2 極性識別

雖然在擷取的文字中未明確詳述，但標準LED封裝通常使用視覺標記，例如凹口、透鏡上的平邊或不同形狀的引腳來表示陰極。PCB封裝圖設計必須與此極性標記對齊，以確保焊接時方向正確。

6. 焊接與組裝指南

正確的處理對於維持元件完整性與性能至關重要。

• 引腳成型:若收到元件後需要進行穿孔安裝，引腳必須在距離環氧樹脂燈泡底部至少3mm處彎曲。所有成型必須在焊接前完成，以避免將應力轉移到半導體接面。
• 避免應力:在處理與放置過程中，避免對LED封裝或其引腳施加機械應力。未對齊的PCB孔強迫引腳就位，可能導致樹脂破裂或內部損壞，從而導致早期失效。
• 剪腳:引腳剪切應在室溫下進行。使用熱剪工具可能損壞內部打線接合。
• 迴流焊接:本元件可承受最高260°C的峰值焊接溫度長達5秒，這與標準無鉛 (SnAgCu) 迴流曲線相容。遵循建議的溫度曲線以避免熱衝擊至關重要。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 防潮包裝

元件以防潮包裝供應，適合長期儲存，並與標準SMD載帶捲盤自動組裝設備相容。

7.2 載帶與捲盤規格

提供了載帶的詳細尺寸，包括：

• 元件間距 (F):2.54 mm
• 載帶寬度 (W3):18.00 mm
• 捲盤送料孔間距 (P):12.70 mm
• 整體帶裝封裝厚度 (T):最大 1.42 mm

這些尺寸已標準化，以確保與自動放置設備的相容性。

7.3 包裝數量

• 每內盒 2000 顆。
• 每主 (外) 箱 10 個內盒，總計每主箱 20,000 顆。

7.4 標籤說明與料號編碼

捲盤標籤包含可追溯性與正確應用的關鍵資訊：

• CPN:客戶料號
• P/N:製造商產品編號 (例如：5484BN/R7DC-AHJB/XR/MS)
• CAT, HUE, REF:分別表示發光強度、主波長與順向電壓特定分級的代碼。
• LOT No:製造批號，用於品質管制追溯。

料號結構允許選擇特定變體，例如帶或不帶止擋結構 (例如：/R/MS 對比 /PR/MS)。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

• 乘客資訊顯示器 (PIS):用於公車、火車及機場，顯示路線、目的地與訊息。
• 可變訊息標誌 (VMS):用於高速公路，顯示交通警示、速限及琥珀/銀色警示。
• 商業戶外廣告:用於大型數位看板與標誌。
• 訊息看板:用於體育場、金融行情顯示器及工業控制面板。

8.2 設計考量

• 電流驅動:務必使用恆流驅動器或限流電阻。建議的測試工作電流為20mA，但設計可根據散熱考量優化至最大50mA。
• 熱管理:雖然功率消耗相對較低 (最大120mW)，仍建議採用具有足夠銅面積以利散熱的有效PCB佈局，特別是用於高密度陣列或高環境溫度的場合。這有助於維持光輸出與使用壽命。
• 光學設計:非對稱光束圖案 (110°x40°) 應與顯示器佈局對齊。例如，在水平文字顯示器中，應將LED定向，使其110°軸線呈水平，以最大化觀看區域。
• 混色:當與其他顏色 (黃色、藍色、綠色) 一起使用時，確保所有LED均來自嚴格的波長分級，以實現一致且可預測的混合顏色 (例如特定的橙色或白色色調)。
• 靜電防護:在處理與組裝過程中實施標準的ESD預防措施，因為LED對靜電放電敏感。

9. 技術比較與差異化

此橢圓形LED透過以下幾個關鍵特色與標準圓形LED區分開來：

• 光束形狀:主要區別在於橢圓形輻射圖案 (110°x40°)，與標準圓形光束相比，本質上對於照明矩形標誌區段更為高效，減少了光線浪費，並可能在相同感知亮度下降低功耗。
• 應用特定設計:它明確專為乘客資訊顯示器設計，意味著其光學性能、封裝尺寸與可靠性目標，皆針對涉及連續運作、振動與寬廣溫度變化的嚴苛使用情境進行了優化。
• 材料:基於AlGaInP晶片技術，該技術以在紅色與琥珀色區域的高效率著稱，與舊技術相比，能提供良好的發光效率與隨時間變化的顏色穩定性。
• 合規性:單一元件同時符合RoHS、REACH及無鹵素要求，簡化了針對全球市場 (特別是歐盟) 的終端產品製造商的材料宣告流程。

10. 常見問題 (基於技術參數)

問：峰值波長 (632nm) 與主波長 (619-628nm) 有何不同？

答：峰值波長是發射光譜的物理峰值。主波長是會引起相同感知顏色的單色光波長。對於LED，主波長通常與顏色規格更相關。分級是根據主波長進行的。

問：我可以讓此LED在其最大順向電流50mA下連續運作嗎？

答：可以，50mA額定值適用於連續運作。然而，在最大額定值下運作會產生更多熱量，與在較低電流 (如20mA) 下運作相比，可能縮短LED的使用壽命。若以最大電流運作，設計應包含足夠的熱管理。

問：為什麼視角是非對稱的 (110° x 40°)？

答：這是刻意的光學設計。資訊標誌通常寬度大於高度。110°的寬視角確保了良好的水平可視性，而40°的垂直視角則集中光線，使標誌從遠處看起來更亮，並透過將光線導向觀看者可能所在的位置來提高光學效率。

問：我該如何為我的應用選擇正確的分級？

答：對於要求外觀一致的應用 (如大型顯示器)，請指定單一的發光強度分級 (例如 J1) 與主波長分級 (例如 分級 2)。對於成本敏感且可接受輕微變化的應用，可以使用較寬的分級或混合分級。請參閱第3節中的分級表。

問：恆流驅動器是必要的嗎？

答：雖然可以使用簡單的電阻搭配穩定的電源供應，但強烈建議使用恆流驅動器，原因如下：它能補償V_F的負溫度係數 (防止熱失控)，確保所有單元無論V_F分級差異如何都能保持一致的亮度，並在工作溫度範圍內提供更好的性能。

11. 設計與使用案例研究

情境：設計公車目的地顯示器。

一家製造商正在為市區公車設計一款新的LED目的地顯示器。該顯示器必須在明亮的白天與夜晚都能清晰閱讀，承受公車運作產生的振動，並具有長使用壽命以減少維護。

元件選擇:此橢圓形LED是理想的選擇。其高發光強度 (最高達2040mcd) 確保了日間可視性。寬廣的110°水平視角讓乘客能在公車站從各種角度閱讀顯示器。堅固的SMD封裝與抗紫外線環氧樹脂適合戶外、高振動的環境。

實施方式:LED將以點矩陣或區段格式排列。設計師會從單一的發光強度分級 (例如 J1) 與單一的主波長分級 (例如 分級 2) 中選擇LED，以保證整個顯示器亮度與顏色均勻。將使用恆流驅動IC來驅動每一行或每一列的LED，確保在公車波動的電力系統以及從夏季高溫到冬季低溫的極端溫度下穩定運作。非對稱光束將以110°軸線水平定向，以匹配目的地顯示器典型的寬短格式。

12. 技術原理介紹

此LED基於磷化鋁鎵銦 (AlGaInP) 半導體材料。當順向電壓施加於p-n接面時，電子與電洞被注入主動區域並在其中復合。在AlGaInP LED中，此復合過程以光子 (光) 的形式釋放能量，其波長位於可見光譜的紅色至琥珀色部分。特定波長 (主波長) 由AlGaInP合金的精確能隙決定，這是在晶體生長過程中控制的。橢圓形光束形狀是透過LED晶片 (若為矩形) 的特定幾何形狀，結合模製環氧樹脂圓頂的透鏡效應實現的，該圓頂的形狀設計使其在一個軸向上的折射比另一個軸向更多。

13. 技術趨勢與背景

雖然此規格書代表了一個成熟可靠的產品，但更廣泛的LED產業趨勢提供了背景。業界持續推動更高的發光效率 (每瓦更多流明)，以降低能耗與熱量產生。對於標誌應用，趨勢包括整合具有診斷功能的智慧驅動器、使用晶片級封裝 (CSP) LED以實現更高密度顯示，以及專注於改善全彩RGB顯示器的色彩再現與一致性。此外，對環境合規性 (RoHS、REACH、無鹵素) 的重視已成為基本要求而非差異化因素，推動所有製造商採用更清潔的材料與製程。此元件穩固地屬於針對專業標誌應用優化、可靠的基礎型LED類別，在此類應用中，特定條件下的長壽命與穩定性能比原始的峰值性能指標更受重視。