LTST-E683RGBW SMD LED 資料手冊 - 3.2x2.8x1.9mm - 紅光 2.4V/綠光 3.8V/藍光 3.8V - 72-80mW - 英文技術文件

1. 產品概述

LTST-E683RGBW是一款表面黏著元件（SMD）LED，在單一緊湊封裝內整合了三個獨立的半導體光源。它結合了一個用於發射紅光的AlInGaP（磷化鋁銦鎵）晶片，以及兩個用於發射綠光與藍光的InGaN（氮化銦鎵）晶片，所有晶片均由擴散透鏡覆蓋。此配置能產生廣泛的色譜，當三種顏色以適當強度混合時，亦能產生白光。其主要應用於背光、狀態指示器、裝飾照明以及全彩顯示模組，這些應用對節省空間與自動化組裝至關重要。其核心優勢包括相容於標準紅外線與迴焊製程、符合RoHS指令的無鉛結構，以及適用於8mm捲帶包裝之高產量自動化取放設備。

2. 深度技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

這些額定值定義了壓力極限，超過此極限可能對元件造成永久性損壞。不建議讓LED持續在或接近這些極限下運作。關鍵參數包括：

• 功率耗散 (Pd)： 紅光：72mW，綠光/藍光：80mW。此為LED在25°C環境溫度下連續直流操作時，能以熱量形式耗散的最大允許功率。超過此限制可能導致熱失控並縮短使用壽命。
• 峰值順向電流 (Ifp)： 紅色: 80mA，綠色/藍色: 100mA。此為最大允許脈衝電流，指定條件為1/10工作週期與0.1ms脈衝寬度。其數值顯著高於直流額定值，允許短暫的高強度閃光。
• 直流順向電流 (If): 紅色: 30mA，綠色/藍色: 20mA。此為建議的最大連續順向電流，以確保長期可靠運作。驅動電流超過此值將增加光輸出，但也會產生更多熱量，可能隨時間推移使半導體材料與螢光粉（如有）劣化。
• 溫度範圍： 操作：-40°C 至 +85°C；儲存：-40°C 至 +100°C。此範圍確保LED在使用期間與非工作狀態下的機械與電氣完整性。

2.2 Electrical & Optical Characteristics

這些是在標準測試條件下（Ta=25°C，If=20mA）量測的典型性能參數。

• 發光強度 (Iv)： 以毫燭光 (mcd) 為單位，代表 LED 在人眼感知下的亮度（使用 CIE 明視濾鏡）。指定範圍為：紅色：71-224 mcd，綠色：355-900 mcd，藍色：140-355 mcd。綠色晶片通常具有最高的發光效率。
• 視角 (2θ1/2): 典型值120度表示一種寬廣、擴散的光線發射模式。此角度定義為發光強度降至中心軸（0度）值一半時的全角。
• Peak Wavelength (λp) & Dominant Wavelength (λd): λp（紅光：639nm，綠光：518nm，藍光：468nm）是指光譜功率分佈達到峰值時的波長。λd（紅光：631nm，綠光：525nm，藍光：470nm）則是根據CIE色度圖推導出、人眼感知與LED顏色相匹配的單一波長。兩者密切相關但並不完全相同，尤其是對於寬頻譜光源而言。
• 譜線半寬度（Δλ）： 此參數通常為20nm（紅光）、35nm（綠光）及25nm（藍光），用以表示發射光的光譜純度或頻寬。數值越小，代表光源的單色性越好。
• 順向電壓（Vf）： LED在20mA驅動電流下的壓降。範圍為：紅光：1.8-2.4V，綠光：2.8-3.8V，藍光：2.8-3.8V。綠光和藍光InGaN晶片的Vf高於紅光AlInGaP晶片，原因在於其半導體能隙能量不同。必須使用限流電阻或恆流驅動器才能正常運作。
• 逆向電流 (Ir)： 在VR=5V時最大為10μA。此LED並非設計用於逆向偏壓操作。施加逆向電壓可能因半導體接面的低逆向崩潰電壓而導致立即且災難性的故障。

3. Binning System 說明

為確保生產中的顏色與亮度一致性，LED會依性能分級。資料手冊僅針對每種顏色提供發光強度的分級代碼。

• 紅色發光強度分級： Q1 (71-90 mcd)、Q2 (90-112 mcd)、R1 (112-140 mcd)、R2 (140-180 mcd)、S1 (180-224 mcd)。各分級容差為 ±11%。
• 綠色發光強度分級： T2 (355-450 mcd)、U1 (450-560 mcd)、U2 (560-710 mcd)、V1 (710-900 mcd)。各分級容差為 ±11%。
• 藍光發光強度分級： R2 (140-180 mcd), S1 (180-224 mcd), S2 (224-280 mcd), T1 (280-355 mcd)。各分級容差為±11%。

訂購或設計時，指定所需的分級代碼對於實現陣列或顯示器外觀均勻至關重要。混合使用不同分級可能導致可見的亮度或色彩差異。

4. 性能曲線分析

雖然PDF在第5頁提及了典型的特性曲線，但文中並未提供具體的圖表。根據標準LED的行為，這些曲線通常會包括：

• Forward Current vs. Forward Voltage (I-V Curve): 顯示指數關係。「膝點」電壓是導通開始之處，之後電流隨電壓小幅增加而迅速上升。
• 發光強度 vs. 順向電流 (I-L 曲線)： 在較低電流下通常呈線性關係，但在較高電流下可能因熱效應與效率下降而飽和。
• 發光強度 vs. 環境溫度： 顯示光輸出如何隨著接面溫度升高而下降。與藍/綠光 InGaN LED 相比，紅光 AlInGaP LED 通常具有更顯著的熱淬滅效應。
• 光譜功率分佈： 顯示每種顏色晶片在波長光譜範圍內發光相對強度的圖表。

這些曲線對於理解LED在非標準條件（不同驅動電流、溫度）下的行為以及熱管理設計至關重要。

5. Mechanical & Package Information

5.1 封裝尺寸

此LED符合EIA標準的SMD封裝尺寸。關鍵尺寸（單位為毫米，公差為±0.2毫米，除非另有說明）定義了其在PCB上的放置位置。引腳分配為：引腳1：紅色陽極，引腳4：綠色陽極，引腳3：藍色陽極。共陰極可能在內部連接至另一個引腳或散熱焊盤（具體連接需從尺寸圖確認）。擴散透鏡有助於實現更寬廣、更均勻的視角。

5.2 推薦PCB焊墊設計

建議使用紅外線或氣相迴焊的焊墊佈局圖。遵循此建議可確保焊點正確形成、良好的熱傳導遠離LED接面，以及機械穩定性。焊墊設計考慮了焊錫圓角的形成，並防止迴焊時發生墓碑效應。

6. Soldering & Assembly Guidelines

6.1 迴流焊溫度曲線

對於無鉛製程，建議採用符合 J-STD-020B 標準的溫度曲線。關鍵參數包括：

• 預熱： 150-200°C，最長120秒，以逐步加熱電路板並活化助焊劑。
• 峰值溫度： 最高260°C。高於液相線（無鉛焊料通常約為~217°C）的時間應加以控制，以形成可靠的焊點，同時避免LED過熱。
• 總焊接時間： 峰值溫度下最多10秒，最多允許兩次回流焊接循環。

遵循此溫度曲線可防止熱衝擊，避免環氧樹脂透鏡或半導體晶片破裂，並防止焊點處金屬間化合物過度生長。

6.2 手工焊接

如有必要，允許使用烙鐵進行手工焊接，但有嚴格限制：烙鐵頭溫度不得超過300°C，且每個焊點的焊接時間不得超過3秒。僅允許進行一次手工焊接循環。必須避免將烙鐵直接接觸LED本體；熱量應施加於PCB焊墊上。

6.3 清潔

若需進行焊後清潔，僅可使用指定之酒精類溶劑（如乙醇或異丙醇），於常溫下操作且時間少於一分鐘。使用強效或未指定之化學品可能損壞環氧樹脂透鏡材料，導致霧化、破裂或變色。

6.4 Storage & Moisture Sensitivity

LED封裝具濕氣敏感性。若原廠密封防潮袋（內含乾燥劑）未拆封，應儲存於≤30°C且≤70% RH環境中，建議使用期限為一年。一旦拆封，元件應儲存於≤30°C且≤60% RH環境。若元件暴露於環境濕度超過168小時（7天），在進行迴焊前應以約60°C烘烤至少48小時，以去除吸收的濕氣並防止「爆米花效應」（因迴焊期間水氣快速膨脹導致封裝破裂）。

7. Packaging & Ordering Information

本產品採用業界標準封裝，適用於自動化組裝：

• Tape & Reel: 元件置於8mm寬的載帶中。
• 捲盤尺寸： 直徑7英吋（178公釐）。
• 每捲數量： 2000件。
• 最低訂購量 (MOQ): 剩餘數量需訂購500件。
• Cover Tape: 空置的凹槽會以頂部蓋帶封合。
• 缺件： 依據捲盤規格，每捲最多允許連續缺損兩顆LED。
• 標準： 包裝符合 EIA-481-1-B 規範。

零件編號 LTST-E683RGBW 遵循製造商的內部編碼系統，其中「RGBW」表示能夠產生白光之顏色組合。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

• Full-Color Display Panels: 用作大型影像牆或室內標誌的單獨像素或子像素。
• 背光照明： 用於消費性電子產品的LCD面板、汽車儀表板或工業控制裝置，通常搭配導光板與擴散片使用。
• Status & Indicator Lights: 適用於需要多色狀態編碼的網路設備、電器及儀器儀表。
• Decorative & Architectural Lighting: 用於燈條或模組以實現色彩變化效果。

8.2 設計考量

• 電流驅動： 務必為每個顏色通道串聯使用恆流驅動器或限流電阻。使用公式 R = (電源電壓 - LED順向電壓) / 順向電流 計算電阻值。請使用數據手冊中的最大順向電壓值進行計算，以確保即使使用高順向電壓的LED，電流也不會超過限值。
• 熱管理： 儘管功耗較低，但採用具有足夠銅箔面積（散熱焊盤）的適當PCB佈局，對於將熱量從LED晶片導出至關重要，尤其是在高電流驅動或高環境溫度下。這有助於維持光輸出與使用壽命。
• Color Mixing & Control: 為實現特定色彩或白點，脈衝寬度調變（PWM）是各通道強度控制的首選方法，因為與類比調光不同，它能維持穩定的順向電壓與色彩色度。
• ESD Protection: LED對靜電放電敏感，組裝時應實施ESD安全處理程序。

9. Technical Comparison & Differentiation

雖然PDF中未直接與其他型號進行比較，但可推斷出LTST-E683RGBW的主要差異化特點：

• 整合式RGB封裝： 將三顆晶片整合於單一3.2x2.8mm封裝內，相較於使用三顆獨立單色LED，可節省PCB空間。
• 霧面廣角透鏡： 120度視角提供寬廣且均勻的發光模式，適用於需要寬視角錐形且無需二次光學元件的應用。
• 製程相容性： 明確相容於標準紅外線/迴焊焊接與自動貼裝，使其適合高產量、具成本效益的製造。
• 材料選擇： 使用AlInGaP製造紅色光，相較於舊技術如GaAsP on GaP，能提供更高效率與更佳的溫度穩定性。

10. 常見問題（基於技術參數）

10.1 我可以同時以30mA驅動紅色LED，並以20mA驅動綠色/藍色LED嗎？

是的，您可以獨立驅動每個通道至其各自的最大直流順向電流。然而，必須考慮封裝的總功耗。如果三個通道同時以最大電流運作，請計算總功耗：Pred = 30mA * 2.4V(最大) = 72mW；Pgreen = 20mA * 3.8V(最大) = 76mW；Pblue = 20mA * 3.8V(最大) = 76mW。其總和（224mW）很可能超過封裝的總散熱能力。因此，同時全功率運作可能需要降額使用或加強熱管理。請參考詳細的熱阻資料（如果有的話）。

10.2 為什麼每種顏色的順向電壓都不同？

正向電壓主要由半導體材料的能隙能量決定。AlInGaP（紅色）的能隙（約1.9-2.0 eV）低於InGaN（綠色/約2.4 eV，藍色/約2.7 eV）。能隙越高，電子跨越所需的能量就越多，從而導致更高的正向壓降。

10.3 我如何使用這個RGB LED來產生白光？

白光是由三原色（紅、綠、藍）以特定的強度比例混合而成。並沒有一個單一的「正確」比例，因為這取決於目標白點（例如，冷白光、暖白光）。您需要針對每個通道嘗試不同的電流水平或PWM工作週期。使用具有PWM輸出的微控制器是最靈活的方法。請注意，與螢光粉轉換的白光LED相比，RGB混合產生的白光通常具有較低的演色性指數（CRI）。

10.4 如果極性接反了會發生什麼事？

施加反向電壓，即使是很小的電壓（例如Ir測試條件中的5V），也可能導致高反向電流流動，可能造成立即且不可逆的損壞（接面崩潰）。在施加電源前，務必驗證極性。在電源線上串聯一個二極體以進行反向極性保護，是整體電路設計的良好實踐。

11. 實用設計案例研究

情境： 為便攜式裝置設計一個多色狀態指示燈。為節省空間，必須使用單一顆 LTST-E683RGBW 來顯示紅色（錯誤）、綠色（正常）、藍色（運作中）和青色（運作中且正常）。

實作：

1. 驅動電路： 使用一個具備三個PWM功能GPIO引腳的微控制器。每個引腳連接到一個小信號NPN電晶體（例如2N3904）的基極。每個電晶體的集電極透過一個限流電阻連接到相應LED顏色（共陰極）的陰極。LED的陽極則連接到3.3V電源軌。
2. 電阻計算（針對綠色LED，最差情況順向電壓Vf=3.8V）： R = (3.3V - 3.8V) / 0.02A = 負值。這表示3.3V不足以使綠光/藍光LED在其典型Vf下正向偏壓。解決方案：為LED電路使用更高的電源電壓（例如5V）。以5V重新計算綠光LED：R = (5.0V - 3.8V) / 0.02A = 60 歐姆。使用標準的62歐姆電阻。對於紅光LED：R = (5.0V - 2.4V) / 0.03A ≈ 87 歐姆，使用91歐姆電阻。
3. 軟體控制： 對微控制器進行編程以設定PWM工作週期：純色設定為100%。對於青色（藍色+綠色），將藍色和綠色通道均設定為100%。綠色和藍色之間的強度平衡可透過PWM調整，以調校青色色調。
4. 熱檢查： 最大功率情境為青色（綠+藍皆為20mA）。總功率 Ptotal ≈ (5V-3.8V)*0.02A * 2 = 48mW，完全在封裝限制內。請確保PCB在LED下方有一小塊鋪銅區域以利散熱。

12. 運作原理介紹

LED的發光原理基於半導體p-n接面的電致發光效應。當施加正向電壓時，來自n型區域的電子和p型區域的電洞會被注入主動區域（接面處）。當電子與電洞復合時，會釋放能量。在AlInGaP和InGaN這類直接能隙半導體中，此能量主要以光子（光粒子）形式釋放。發射光子的波長（顏色）取決於半導體材料的能隙能量（Eg），依據公式λ ≈ 1240 / Eg（其中λ單位為nm，Eg單位為eV）。擴散型環氧樹脂透鏡用於保護半導體晶片、塑造光輸出光束，並提升晶片的光提取效率。

13. 技術趨勢

SMD RGB LED領域受到幾項關鍵趨勢驅動：

• Increased Efficiency & Luminance: 磊晶生長、晶片設計和光提取技術的持續改進，不斷提升發光效率（每瓦流明），從而實現更明亮的顯示效果或更低的功耗。
• 微型化： 封裝尺寸正變得越來越小（例如2.0x1.6mm、1.6x1.6mm），同時保持或提升光學性能，從而實現更高解析度的顯示器。
• Improved Color Consistency & Binning: 針對發光強度、主波長和正向電壓的更嚴格分檔容差正成為標準，減少了終端產品中對校正的需求。
• Integrated Drivers & Smart LEDs: 一個日益增長的趨勢是將控制電路（如I2C或SPI介面）整合到LED封裝內部，從而形成可定址的「智慧型」RGB LED，簡化了系統設計與佈線。
• Enhanced Reliability & Lifetime: 封裝材料的改進（例如，以高溫矽膠替代環氧樹脂）以及晶片黏著技術的提升，正不斷提高LED的最高工作溫度與整體使用壽命，特別是在汽車與工業應用領域。