3.1mm 藍光 LED LTL1CHTBK5 規格書 - 直徑 3.1mm - 電壓 3.8V - 功率 120mW - 繁體中文技術文件

1. 產品概述

本文件詳述一款高效能、低功耗藍光發光二極體（LED）的技術規格，專為印刷電路板（PCB）或面板的插件式安裝而設計。此元件採用 3.1mm 直徑封裝，並運用 InGaN（氮化銦鎵）技術產生藍光。其核心優勢包括因低電流需求而與積體電路相容，以及多樣的安裝選項，使其適用於消費性電子產品、儀器儀表及通用電子設備中廣泛的指示燈與背光應用。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

元件的操作極限定義於環境溫度（T_A）為 25°C 時。超過這些額定值可能導致永久性損壞。

• 功率消耗（P_D）：120 mW - 元件可安全消耗的最大總功率。
• 峰值順向電流（I_FP）：100 mA - 允許在脈衝條件下（1/10 工作週期，0.1ms 脈衝寬度）。
• 直流順向電流（I_F）：30 mA - 最大連續順向電流。
• 操作溫度範圍：-25°C 至 +80°C。
• 儲存溫度範圍：-30°C 至 +100°C。
• 引腳焊接溫度：260°C 持續 5 秒，測量點距離 LED 本體 1.6mm。

2.2 電氣與光學特性

關鍵效能參數在 T_A=25°C 及標準測試電流（I_F）為 20mA 下量測。

• 發光強度（I_V）：310 mcd（最小值），880 mcd（典型值）。此為經濾波器匹配人眼明視覺響應（CIE 曲線）之感測器所量測的感知亮度。保證值具有 ±15% 的容差。
• 視角（2θ_1/2）：30 度（典型值）。此為發光強度降至其軸向（中心）值一半時的全角。
• 峰值發射波長（λ_P）：468 nm（典型值）。光譜功率輸出最高的波長。
• 主波長（λ_d）：470 nm（典型值）。源自 CIE 色度圖，此單一波長最能代表 LED 的感知顏色。
• 光譜線半高寬（Δλ）：25 nm（典型值）。發射光譜在其最大功率一半處的寬度，表示顏色純度。
• 順向電壓（V_F）：3.5V（最小值），3.8V（典型值），於 I_F=20mA 時。
• 逆向電流（I_R）：100 µA（最大值），於逆向電壓（V_R）為 5V 時。重要：此元件並非設計用於逆向操作；此測試條件僅供特性分析。

3. 分級系統說明

為確保應用中的一致性，LED 會根據關鍵光學參數進行分類（分級）。

3.1 發光強度分級

單位：mcd @ 20mA。每個級別在其上下限具有 ±15% 的容差。

• K：310 - 400 mcd
• L：400 - 520 mcd
• M：520 - 680 mcd
• N：680 - 880 mcd
• P：880 - 1150 mcd
• Q：1150 - 1500 mcd

分級代碼標示於每個包裝袋上以供識別。

3.2 主波長分級

單位：nm @ 20mA。每個級別具有 ±1nm 的容差。

• B08：465.0 - 470.0 nm
• B09：470.0 - 475.0 nm

4. 效能曲線分析

雖然規格書中參考了特定圖表（第 4 頁的典型電氣/光學特性曲線），但以下趨勢是此類元件的典型表現：

• I-V 曲線：順向電壓（V_F）與順向電流（I_F）呈現對數關係，在約 3V 處有一個特徵性的膝點電壓，之後上升更趨線性。
• 發光強度 vs. 電流： I_V在建議操作範圍內，發光強度大致與 I_F成正比，但在極高電流下可能飽和或衰減。
• 溫度依賴性：發光強度通常隨著接面溫度升高而降低。順向電壓也具有負溫度係數（隨溫度升高而降低）。
• 光譜分佈：發射光譜是一個以峰值波長（468 nm）為中心的鐘形曲線，典型半高寬為 25 nm。

5. 機械與封裝資訊

5.1 封裝尺寸

元件封裝於直徑 3.1mm 的圓柱形透明透鏡封裝內。關鍵尺寸註記包括：

• 所有尺寸單位為毫米（括號內為英吋）。
• 除非另有說明，一般公差為 ±0.25mm。
• 法蘭下方樹脂的最大突出量為 1.0mm。
• 引腳間距在引腳從封裝本體伸出的點進行量測。

極性識別：較長的引腳為陽極（正極），較短的引腳為陰極（負極）。這是插件式 LED 的標準慣例。

6. 焊接與組裝指南

6.1 引腳成型與處理

• 在距離 LED 透鏡基座至少 3mm 處彎折引腳。切勿以封裝基座作為支點。
• 引腳成型必須在室溫下進行，且必須在焊接前 soldering.
• 完成。在 PCB 組裝過程中，使用最小的夾緊力以避免機械應力。

6.2 焊接製程

• 保持透鏡基座到焊點之間至少有 2mm 的間距。避免將透鏡浸入焊料中。
• 當 LED 因焊接而處於高溫時，避免對引腳施加外部應力。
• 紅外線迴焊不適用於此插件式 LED。

建議焊接條件：

• 電烙鐵：最高 300°C，最多 3 秒（僅限一次）。
• 波峰焊：預熱至最高 100°C，最多 60 秒，然後在最高 260°C 的焊波中焊接，最多 10 秒。

過高的溫度或時間可能導致透鏡變形或造成災難性故障。

6.3 清潔與儲存

• 清潔：必要時使用酒精類溶劑，如異丙醇。
• 儲存：儲存在不超過 30°C 和 70% 相對濕度的環境中。從原始包裝中取出的 LED 應在三個月內使用。如需長期儲存，請使用帶有乾燥劑的密封容器或氮氣環境。

7. 包裝與訂購資訊

7.1 包裝規格

• 包裝袋：每袋 1000、500 或 250 顆。
• 內盒：每盒 10 袋（總計 10,000 顆）。
• 外箱：每外箱 8 個內盒（總計 80,000 顆）。
• 註：在每個出貨批次中，僅最後一包可能非滿裝。

7.2 料號

本規格書涵蓋的特定料號為LTL1CHTBK5。透鏡為透明，光源為 InGaN，發光顏色為藍色。

8. 應用設計建議

8.1 驅動電路設計

LED 是電流驅動元件。為了在並聯驅動多個 LED 時確保亮度均勻，強烈建議為每個 LED 串聯一個限流電阻（電路模型 A）。不建議直接並聯驅動 LED（電路模型 B），因為個別 LED 之間順向電壓（V_F）特性的微小差異，可能導致電流分配顯著不同，進而造成感知亮度不均。

串聯電阻值（R_s）可使用歐姆定律計算：R_s= (V_電源- V_F) / I_F，其中 V_F為典型順向電壓（例如 3.8V），I_F為期望的工作電流（例如 20mA）。

8.2 靜電放電（ESD）防護

此 LED 易受靜電放電損壞。必須採取預防措施：

• 操作人員應佩戴導電腕帶或防靜電手套。
• 所有設備、工作檯和儲物架必須妥善接地。
• 使用離子風機來中和因操作摩擦可能在塑膠透鏡上積累的靜電荷。

8.3 應用範圍與注意事項

此 LED 適用於普通電子設備（辦公室、通訊、家用）。未經事先諮詢與特定認證，不適用於故障可能危及生命或健康的應用（例如航空、醫療生命維持、關鍵安全裝置）。

9. 技術比較與差異化

與舊技術藍光 LED（例如基於碳化矽）相比，此基於 InGaN 的 LED 在給定光輸出下，提供了顯著更高的發光效率和更低的功耗。3.1mm 直徑是常見的業界標準，在光輸出和電路板空間之間取得了良好平衡。其關鍵差異化特點在於結合了相對較窄的視角（30°），提供更集中的光線，以及提供精確的強度和波長分級，使得在多 LED 應用中能夠實現更緊密的顏色和亮度匹配。

10. 常見問題（FAQ）

10.1 峰值波長與主波長有何不同？

峰值波長（λ_P)）是光譜功率輸出達到最大值時的物理波長（468 nm）。主波長（λ_d)）是色彩科學中計算出的值（470 nm），最能代表人眼感知的單一波長顏色。對於像此藍光 LED 這樣的單色 LED，兩者通常接近但不完全相同。

10.2 我可以不用串聯電阻驅動此 LED 嗎？

No.LED 的電流-電壓關係是指數性的。電壓略高於其順向電壓的微小增加，可能導致電流極大且可能具破壞性的增加。對於電壓源供電，串聯電阻對於穩定、安全且可預測的操作至關重要。

10.3 為什麼發光強度有 ±15% 的容差？

此容差考慮了半導體製造和封裝製程中的正常變異。實施分級系統是為了在整體變異範圍內，將 LED 分類到更緊密的組別中（例如 K、L、M 級），以滿足特定應用對亮度一致性的需求。

10.4 "I.C. compatible" 是什麼意思？

這表示 LED 的電氣特性，特別是低順向電流需求（例如 20mA），使其適合由許多標準積體電路（IC）和微控制器的輸出引腳直接驅動，這些引腳通常能夠在此範圍內提供或吸收電流。

11. 設計實例分析

情境：設計一個需要 10 個亮度均勻的藍色指示燈的狀態指示面板。

1. 分級選擇：指定來自相同發光強度級別（例如全部來自 'M' 級）和相同主波長級別（例如全部 B09）的 LED，以確保視覺一致性。
2. 電路設計：使用 5V 電源。計算串聯電阻：R_s= (5V - 3.8V) / 0.020A = 60 Ω。標準的 62 Ω 或 68 Ω 電阻皆適用。將此電阻與每一個LED 串聯，並將這 10 個 LED 從 5V 電源軌並聯連接。
3. 佈局與組裝：放置 LED 時，在彎折前至少保留 3mm 的引腳長度以緩解應力。確保根據波峰焊指南進行焊接，保持烙鐵或焊波接觸點距離透鏡 >2mm。
4. ESD 防護：確保組裝線具備 ESD 防護。在使用前，將 LED 儲存並處理在其原始包裝中。

12. 技術原理介紹

此 LED 基於 InGaN（氮化銦鎵）半導體材料。當順向電壓施加於 p-n 接面時，電子和電洞被注入活性區域並在此復合。復合過程中釋放的能量以光子（光）的形式發射。InGaN 合金的特定成分決定了能隙能量，這直接決定了發射光的波長（顏色）。對於藍光發射，使用特定的銦鎵比例。透明環氧樹脂透鏡用於保護半導體晶片、塑造光輸出光束（30° 視角），並增強從封裝中提取的光量。

13. 產業趨勢與發展

雖然這是一個標準的插件式元件，但底層的 InGaN 技術正在不斷發展。更廣泛的 LED 產業趨勢包括：

• 效率提升：磊晶生長和晶片設計的持續改進，帶來更高的發光效率（每瓦電輸入產生更多光輸出）。
• 顏色一致性：製造控制和分級演算法的進步，使得主波長和強度的容差更緊密，這對於全彩顯示器等應用至關重要。
• 封裝：雖然插件式封裝在某些應用中仍然流行，但表面黏著元件（SMD）封裝因其更小的佔位面積和適合自動化取放組裝，主導了新的設計。然而，像此類的插件式 LED 在需要更高機械穩固性、更容易手動原型製作或特定徑向封裝光學特性的應用中，仍保持其相關性。
• 可靠性：材料（例如環氧樹脂、導線架）和封裝技術的改進，持續延長了 LED 在各種環境條件下的操作壽命和穩定性。