目錄
- 1. 產品概述
- 1.1 核心優勢
- 1.2 目標市場與應用
- 2. 技術參數分析
- 2.1 光度與電氣特性 (Ta=25°C)
- 2.2 熱特性
- 3. 分級系統說明
- 3.1 波長分級標準
- 4. 性能曲線分析
- 4.1 順向電壓 vs. 順向電流 (IV 曲線)
- 4.2 相對光譜能量 vs. 接面溫度
- 4.3 環境溫度 vs. 允許順向電流
- 4.4 輻射模式 (視角曲線)
- 5. 機械與封裝資訊
- 5.1 封裝尺寸與外型圖
- 5.2 建議的焊墊佈局與鋼板設計
- 6. 焊接與組裝指南
- 6.1 迴焊參數
- 6.2 操作與儲存注意事項
- 7. 包裝與訂購資訊
- 7.1 產品包裝規格
- 7.2 料號系統 (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. 可靠性與品質標準
- 9.1 可靠性測試標準
- 10. 常見問題 (FAQ)
- 10.1 如何使用此 RGB LED 實現純白光？
- 10.2 我可以從單一恆流源並聯驅動所有三個通道嗎？
- 10.3 接面溫度對色彩有什麼影響？
- 11. 實務設計案例研究
- 11.1 可調色桌燈的設計
- 12. 技術原理介紹
- 12.1 RGB LED 的工作原理
- 13. 技術趨勢
- 13.1 全彩 LED 的演進
1. 產品概述
SMD5050 RGB 全彩 LED 是一款表面黏著元件，專為需要鮮豔多彩照明的應用而設計。它將紅、綠、藍（RGB）三種半導體晶片整合在單一 5.0mm x 5.0mm 的封裝內，透過加色混合原理，能夠創造出廣泛的光譜色彩。此元件採用緊湊型設計，具備高亮度輸出與可靠性能，非常適合現代照明設計。
1.1 核心優勢
此 LED 的主要優勢包括其高發光強度、120 度的寬廣視角，以及透過獨立控制紅、綠、藍二極體的強度來產生數百萬種色彩的能力。其 SMD 設計便於自動化組裝製程，提高了製造效率與一致性。
1.2 目標市場與應用
此 LED 主要針對消費性電子產品、建築照明、標誌看板、汽車裝飾照明及娛樂產業。典型應用包括 LED 顯示牆、裝飾燈條、狀態指示燈、顯示器背光，以及需要變色功能的動態環境照明系統。
2. 技術參數分析
2.1 光度與電氣特性 (Ta=25°C)
下表詳細列出了在典型條件下，每個顏色通道的關鍵操作參數。遵守最大額定值對於確保元件壽命與性能至關重要。
| 參數 | 符號 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|
| 功率損耗 | PD | 200 | 306 | mW |
| 順向電流 | IF | 60 | 90 | mA |
| 順向電壓 (紅) | VF | 2.2 | 2.6 | V |
| 順向電壓 (綠) | VF | 3.2 | 3.4 | V |
| 順向電壓 (藍) | VF | 3.2 | 3.4 | V |
| 逆向電壓 | VR | - | 5 | V |
| 逆向電流 | IR | - | ≤5 | μA |
| 峰值波長 (λd) 紅 | λd | 625 | - | nm |
| 峰值波長 (λd) 綠 | λd | 525 | - | nm |
| 峰值波長 (λd) 藍 | λd | 460 | - | nm |
| 視角 (2θ½) | 2θ½ | 120 | - | ° |
| 操作溫度 | Topr | -40 至 +80 | - | °C |
| 儲存溫度 | Tstg | -40 至 +80 | - | °C |
| 接面溫度 | Tj | - | 125 | °C |
2.2 熱特性
最大接面溫度 (Tj) 規定為 125°C。在高電流或高環境溫度下操作時，需要適當的熱管理（包括足夠的 PCB 銅箔面積和可能的散熱措施），以防止性能下降和過早失效。
3. 分級系統說明
3.1 波長分級標準
為確保生產中的色彩一致性，LED 會根據其峰值發射波長進行分級。以下代碼定義了每種顏色的波長範圍。
| 代碼 | 最小值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|
| R1 | 620 | 625 | nm |
| R2 | 625 | 630 | nm |
| G5 | 519 | 522.5 | nm |
| G6 | 522.5 | 526 | nm |
| G7 | 526 | 530 | nm |
| B1 | 445 | 450 | nm |
| B2 | 450 | 455 | nm |
| B3 | 455 | 460 | B4 |
| B4 | 460 | 465 | nm |
此分級方式讓設計師能夠為要求色彩外觀均勻的應用（例如大型顯示器或協調的照明裝置）選擇具有精確色度的 LED。
4. 性能曲線分析
4.1 順向電壓 vs. 順向電流 (IV 曲線)
IV 曲線說明了紅、綠、藍晶片的順向電壓 (VF) 與順向電流 (IF) 之間的關係。與綠光和藍光 LED（約 3.2V）相比，紅光 LED 通常表現出較低的順向電壓（約 2.2V）。此特性對於為每個通道設計適當的限流電路或恆流驅動器至關重要，以實現平衡的色彩輸出並防止過電流狀況。
4.2 相對光譜能量 vs. 接面溫度
此圖表顯示了每個顏色晶片的光輸出（相對光譜能量）如何隨著接面溫度 (Tj) 升高而變化。通常，發光輸出會隨著接面溫度上升而降低。不同半導體材料（藍/綠光用 InGaN，紅光用 AlInGaP）的下降速率可能不同。有效的散熱對於在產品壽命期間維持穩定的色彩輸出和亮度至關重要。
4.3 環境溫度 vs. 允許順向電流
此降額曲線定義了最大允許順向電流與環境溫度 (Ta) 的函數關係。隨著環境溫度升高，必須降低最大允許電流，以防止接面溫度超過其 125°C 的限制。設計師必須參考此曲線，以確定其特定應用環境下的安全工作電流。
4.4 輻射模式 (視角曲線)
極座標強度分佈圖確認了 120 度的視角。發光模式通常是朗伯型或接近朗伯型，提供寬廣且均勻的照明區域，適用於許多通用照明和指示燈應用。
5. 機械與封裝資訊
5.1 封裝尺寸與外型圖
LED 封裝在標準的 SMD5050 封裝內，尺寸為 5.0mm (長) x 5.0mm (寬)。精確的高度和尺寸公差（例如，.X 尺寸為 ±0.10mm，.XX 尺寸為 ±0.05mm）應參考原始規格書中的詳細機械圖，以進行精確的 PCB 佈局。
5.2 建議的焊墊佈局與鋼板設計
提供了建議的焊墊圖案（佔位面積）和錫膏鋼板設計，以確保可靠的焊接。焊墊佈局通常具有六個焊墊——三個顏色晶片各兩個，根據特定料號，它們共享一個共陰極或共陽極配置。遵循此建議佈局可最大限度地減少立碑等焊接缺陷，並確保良好的熱連接和電氣連接。
6. 焊接與組裝指南
6.1 迴焊參數
此 LED 與用於表面黏著技術 (SMT) 的標準紅外線 (IR) 或對流迴焊製程相容。通常適用典型的無鉛迴焊溫度曲線，其峰值溫度不超過 260°C，持續時間符合 JEDEC 標準（例如，在 240°C 以上 10-30 秒）。避免過度的熱應力以防止損壞內部打線和環氧樹脂透鏡至關重要。
6.2 操作與儲存注意事項
LED 對靜電放電 (ESD) 敏感。務必在防靜電環境中使用接地腕帶和導電容器進行操作。將元件儲存在其原始的防潮袋中，並在建議的條件下（溫度 < 40°C，濕度 < 70% RH），以防止吸濕，這可能在迴焊過程中導致 "爆米花效應"。
7. 包裝與訂購資訊
7.1 產品包裝規格
LED 以壓紋載帶形式供應，用於自動化取放組裝。載帶寬度、口袋尺寸和捲盤數量遵循 EIA-481 標準。具有指定剝離強度（10 度角下 0.1 - 0.7N）的蓋帶將元件密封在適當位置。此包裝確保了元件保護、方向一致性以及在高速組裝機中的供料可靠性。
7.2 料號系統 (型號命名規則)
料號遵循結構化格式，對關鍵屬性進行編碼：
T [形狀代碼] [晶片數量] [光學代碼] [內部代碼] [顏色代碼] [光通量代碼] - [色溫代碼] [其他代碼]。
例如，代碼 "5A" 表示 5050N 形狀，"3" 表示三個晶片 (RGB)，"00" 表示無二次透鏡，"F" 表示全彩等。理解此命名法對於正確指定和訂購具有正確顏色、亮度和光學特性的所需 LED 型號至關重要。
8. 應用建議
8.1 典型應用電路
RGB LED 的每個顏色通道應使用恆流源或與切換式電壓源串聯的限流電阻獨立驅動。脈衝寬度調變 (PWM) 是強度控制（調光和混色）的首選方法，因為它能保持一致的順向電壓和色度，這與可能導致色彩偏移的類比調光不同。通常使用具有 PWM 輸出的微控制器來產生控制訊號。
8.2 設計考量
- 電流匹配：由於 R、G、B 晶片的 Vf 和效率不同，需要單獨的電流設定電阻或驅動器來實現白平衡或所需的色彩比例。
- 熱管理：在 PCB 上包含足夠的散熱孔和銅箔面積，特別是在高電流或高密度陣列中操作時。
- ESD 保護：在靠近 LED 的訊號線上加入 ESD 保護二極體，特別是在便攜式或消費性應用中。
- 光學設計：在設計透鏡或導光板時，考慮 120 度的視角，以實現所需的光束模式和空間分佈。
9. 可靠性與品質標準
9.1 可靠性測試標準
產品根據行業標準 (JESD22, MIL-STD-202G) 進行嚴格的可靠性測試。主要測試包括：
- 操作壽命測試：在室溫、高溫 (85°C) 和低溫 (-40°C) 下，以最大電流進行 1008 小時。
- 高溫/高濕操作壽命：在 60°C/90% RH 下進行 1008 小時。
- 溫度循環：將元件暴露於極端溫度之間的快速轉換（例如，-40°C 至 +125°C）。
10. 常見問題 (FAQ)
10.1 如何使用此 RGB LED 實現純白光？
純白光透過混合特定強度的紅、綠、藍光而產生。所需的確切電流比例（例如，IR:IG:IB）取決於特定 LED 分級的個別效率和色度座標。對於高精度應用，通常需要校準和來自色彩感測器的回饋。使用 PWM 控制可以對此比例進行微調。
10.2 我可以從單一恆流源並聯驅動所有三個通道嗎？
不行。由於紅光晶片（約 2.2V）和藍/綠光晶片（約 3.2V）之間的順向電壓存在顯著差異，將它們並聯會導致嚴重的電流不平衡，可能使紅光通道過驅動，而其他通道驅動不足。每個顏色通道必須有自己的電流控制電路。
10.3 接面溫度對色彩有什麼影響？
接面溫度升高會導致峰值波長偏移（通常 AlInGaP 紅光波長變長，InGaN 藍/綠光波長變短）並降低光輸出。如果管理不當，這可能導致 RGB 系統中出現可見的色彩偏移。透過良好的熱設計維持穩定且低的接面溫度，對於色彩穩定的應用至關重要。
11. 實務設計案例研究
11.1 可調色桌燈的設計
考慮一款使用此 SMD5050 RGB LED 陣列的桌燈。設計將涉及：
- 驅動電路：一個專用的 LED 驅動器 IC，具有三個獨立的恆流輸出和每個通道的 PWM 調光能力，透過微控制器的 I2C 或類似介面控制。
- 熱設計：金屬核心 PCB (MCPCB) 作為散熱片。散熱孔將 LED 的散熱焊墊連接到電路板背面的大面積銅箔，以有效散熱。
- 光學：在 LED 陣列上方放置一個擴散板，將各個光點混合成均勻、無眩光的照明區域。
- 控制：使用者介面（按鈕、觸控感測器或應用程式）允許選擇預設顏色（白光、暖白光、冷白光）或透過 RGB 滑桿自訂顏色。微控制器將這些輸入轉換為 R、G、B 通道對應的 PWM 工作週期。
12. 技術原理介紹
12.1 RGB LED 的工作原理
RGB LED 本質上是三個獨立的發光二極體——紅、綠、藍——封裝在一起。每個二極體透過電致發光發光：當順向電壓施加在半導體材料（紅光用 AlInGaP，綠光和藍光用 InGaN）的 p-n 接面上時，電子與電洞重新結合，以光子的形式釋放能量。發射光的波長（顏色）由半導體材料的能隙能量決定。透過獨立控制這三原色的強度，可以透過加色混合產生大量的二次色。
13. 技術趨勢
13.1 全彩 LED 的演進
全彩 LED 市場持續演進，趨勢集中在：
- 更高效率 (lm/W)：磊晶生長和晶片設計的持續改進，使每單位電功率產生更多光輸出，降低能耗和熱負載。
- 改善的色彩再現與色域：開發新的螢光粉系統和窄頻發射器（如量子點），以擴大顯示器的色域並提高照明的色彩再現指數 (CRI)，即使在基於 RGB 的系統中也是如此。
- 微型化：開發更小的封裝尺寸（例如，2020、1515），具有相似或改進的性能，適用於空間受限的應用，如電視和顯示器的 mini-LED 背光。
- 整合智慧功能：出現內建驅動器、控制器和通訊介面（例如，I2C、SPI 或無線如 Zigbee/BLE）的 LED，簡化了物聯網連接照明的系統設計。
- 增強可靠性：封裝材料（矽膠、陶瓷）的進步，以更好地承受更高的溫度和更惡劣的環境條件，延長產品壽命。
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。 |