3.1mm 穿孔式 LED 燈泡超級紅光 639nm - 2.4V 20mA - 400mcd

1. 產品概述

本文件詳述一款高效能、直徑 3.1mm 的穿孔式 LED 燈泡規格。此元件採用 AlInGaP（磷化鋁銦鎵）技術，以產生超級紅光輸出。其設計適用於各類電子設備中的通用指示器與照明應用，提供高發光強度、低功耗與可靠運作之間的平衡。

此 LED 的核心優勢在於其高效率，使其能在相對較低的驅動電流下產生明亮的輸出，從而與積體電路相容。其通用封裝便於直接安裝於印刷電路板（PCB）或面板上。主要目標市場為消費性電子產品、工業控制、通訊設備及辦公設備，這些領域皆需要清晰可靠的視覺指示器。

2. 深入技術參數分析

2.1 絕對最大額定值

為確保長期可靠性，定義了元件的操作極限。在環境溫度（T_A）為 25°C 時，最大連續功耗為 75 mW。直流順向電流不應超過 30 mA。對於脈衝操作，在特定條件下（1/10 工作週期與 0.1ms 脈衝寬度）允許峰值順向電流達 90 mA。最大逆向電壓額定值為 5 V。操作與儲存溫度範圍為 -40°C 至 +100°C。進行焊接時，在距離 LED 本體 1.6mm 處測量，引腳可承受 260°C 達 5 秒。當環境溫度超過 50°C 時，順向電流需以 0.4 mA/°C 的降額因子進行調整。

2.2 電氣與光學特性

關鍵性能參數是在 T_A=25°C 與 I_F=20mA 的條件下測量。發光強度（I_V）的典型值為 400 毫燭光（mcd），最小值為 140 mcd。光分佈特性以 45 度視角（2θ_1/2）表示，定義為強度降至軸向值一半時的離軸角度。

光譜特性包括峰值發射波長（λ_P）為 639 nm，以及主波長（λ_d）為 631 nm，後者定義了人眼感知的顏色。光譜線半寬度（Δλ）為 20 nm。電氣特性方面，順向電壓（V_F）在 20mA 下典型值為 2.4 V，最大值為 2.4 V。逆向電流（I_R）在 5 V 逆向偏壓下最大值為 100 µA，而接面電容（C）在 0V 與 1MHz 下測量為 40 pF。

3. 分級系統說明

為確保應用中的一致性，LED 會根據關鍵參數進行分級。

3.1 發光強度分級

發光強度以兩個字母的代碼進行分級。例如，等級 'GH' 涵蓋 140 mcd 至 240 mcd 的強度，'JK' 涵蓋 240 mcd 至 400 mcd，'LM' 涵蓋 400 mcd 至 680 mcd，所有測量均在 20mA 下進行。每個等級界限的容差為 ±15%。具體的等級代碼標示於每個包裝袋上以供追溯。

3.2 主波長分級

定義色座標的主波長亦進行分級。代碼如 H29 至 H33 代表特定的波長範圍（單位：奈米，例如 H31：629.0 – 633.0 nm）。每個等級界限的容差為 ±1 nm。這種精確的分級讓設計師能為其專案選用色彩一致性極高的 LED。

4. 性能曲線分析

規格書中參考了對設計分析至關重要的典型性能曲線。這些曲線（除非另有說明，均以環境溫度為變數繪製）以視覺化方式呈現關鍵參數間的關係。雖然具體圖表未以文字重現，但通常包括：

相對發光強度 vs. 順向電流：顯示光輸出如何隨電流增加，通常呈非線性關係，突顯出效率點。
順向電壓 vs. 順向電流：說明二極體的 I-V 特性，對於計算串聯電阻值與功耗至關重要。
相對發光強度 vs. 環境溫度：展示光輸出的熱降額效應，這對於高溫環境應用至關重要。
光譜分佈：相對強度對波長的圖表，顯示光輸出集中在 639 nm 峰值與 20 nm 半寬度附近。

這些曲線使工程師能夠預測元件在非標準條件（不同電流、溫度）下的行為，是進行穩健電路設計的基礎。

5. 機械與封裝資訊

此 LED 封裝於直徑 3.1mm 的圓形封裝內，並配有水清透鏡。關鍵尺寸註記包括：所有尺寸單位為毫米（附英制等效值），除非另有規定，標準公差為 ±0.25mm。法蘭下方的樹脂可能凸出，最大可達 1.0mm。引腳間距是在引腳從封裝本體伸出的位置測量。詳細的尺寸圖通常會顯示本體直徑、透鏡形狀、引腳長度與引腳直徑，這些對於 PCB 佔位設計與面板開孔尺寸至關重要。

6. 焊接與組裝指南

6.1 引腳成型

若需彎折引腳，必須在焊接前於常溫下進行。彎折點應距離 LED 透鏡基座至少 3mm。關鍵在於，彎折時絕不可將引線框架的基座本身作為支點，因為這會對內部晶粒黏著點造成應力。

6.2 焊接參數

透鏡基座與焊接點之間必須保持至少 2mm 的間隙。透鏡絕不可浸入焊料中。建議條件如下：

手工焊接（烙鐵）：最高溫度 300°C，每支引腳最長時間 3 秒（僅限一次）。
波峰焊接：最高預熱溫度 100°C，最長 60 秒。焊波最高溫度 260°C，最長接觸時間 10 秒。

超過這些溫度或時間限制可能導致透鏡變形或 LED 的災難性故障。

6.3 儲存與處理

若需在原始包裝外長期儲存，建議將 LED 置於放有乾燥劑的密封容器中，或置於氮氣環境中。離開原始包裝的元件理想上應在三個月內使用完畢。儲存環境不應超過 30°C 與 70% 相對濕度。清潔時，僅應使用如異丙醇等酒精類溶劑。

7. 包裝與訂購資訊

標準包裝規格為分層式：每抗靜電包裝袋裝有 1000、500 或 250 件。十個此類包裝袋放入一個內箱，總計 10,000 件。八個內箱再裝入一個主外箱，形成每批標準出貨量 80,000 件。請注意，在一個出貨批次內，僅最終包裝可能包含非滿額數量。所列的特定料號為 LTL1CHKRKNN。

8. 應用建議

8.1 典型應用電路

LED 是電流驅動元件。為確保多個 LED 並聯連接時的亮度均勻，強烈建議為每個 LED 串聯一個獨立的限流電阻。不建議將多個 LED 直接並聯到單一電阻上（規格書中的電路 B），因為每個 LED 順向電壓（V_F）特性的微小差異會導致電流分配出現顯著差異，從而影響感知亮度。

8.2 ESD（靜電放電）防護

此 LED 易受靜電放電損壞。在處理與組裝過程中應實施全面的 ESD 控制計畫。這包括：使用接地腕帶或抗靜電手套；確保所有設備、工作站和儲物架妥善接地；以及使用離子產生器來中和因處理摩擦可能積聚在塑膠透鏡表面的靜電荷。

8.3 應用範圍與注意事項

此 LED 適用於普通電子設備。對於需要極高可靠性，且故障可能危及生命或健康的應用（例如航空、醫療設備、關鍵安全系統），使用前必須進行特定諮詢與資格認證。

9. 技術比較與差異化

與舊技術如標準 GaAsP（磷化鎵砷）紅光 LED 相比，此基於 AlInGaP 的超級紅光 LED 提供了顯著更高的發光效率。這意味著在相同的 20mA 驅動電流下，它能實現更高的光輸出（以 mcd 計），或者能在較低電流下提供相似的亮度，從而降低整體系統功耗。3.1mm 直徑是常見的業界標準，確保了與現有為 "T-1" 尺寸 LED 設計的 PCB 佈局和面板開孔的廣泛相容性。水清透鏡（相對於擴散透鏡）提供了最高的軸向發光強度，使其適用於需要明亮、聚焦光點的應用。

10. 常見問題（FAQ）

問：我可以直接用 5V 邏輯輸出驅動此 LED 嗎？

答：不行。其典型 V_F為 2.4V，直接連接到 5V 會導致過大電流流過，從而損壞 LED。必須始終使用一個串聯電阻將電流限制在所需值（例如 20mA）。電阻值的計算公式為 R = (V_電源- V_F) / I_F.

問：峰值波長與主波長有何區別？

答：峰值波長（λ_P）是光譜輸出在物理上最強的單一波長（此處為 639 nm）。主波長（λ_d）是從 CIE 色度圖上的色座標計算得出的值（此處為 631 nm）；它代表純光譜光的單一波長，人眼會將其感知為與 LED 的混合輸出具有相同顏色。

問：我該如何解讀視角？

答：45 度視角（2θ_1/2= 45°）意味著半強度點位於偏離中心軸 22.5 度處。超過此角度仍可見光，但強度較低。這定義了 LED 的光束寬度。

11. 實用設計與使用範例

範例 1：電源供應器上的狀態指示燈。一個 LED 串聯一個電阻即可指示 "電源開啟"。使用典型 V_F2.4V 與來自 12V 電源的期望 I_F20mA，電阻值為 (12V - 2.4V) / 0.02A = 480 歐姆。標準的 470 歐姆或 510 歐姆電阻皆適用。電阻消耗的功率為 (12V-2.4V)*0.02A = 0.192W，因此 1/4 瓦電阻已足夠。

範例 2：多 LED 條狀圖顯示器。對於 10 段條狀圖，建議的設計是使用 10 個獨立的限流電阻，每個電阻與其自身的 LED 串聯。然後將所有 LED-電阻對並聯連接到驅動電壓源。這確保了每個 LED 都能獲得正確的電流，而不受 V_F微小變化的影響，從而保證各段亮度均勻。

12. 工作原理簡介

此 LED 是一種基於 AlInGaP 材料的半導體二極體。當施加超過二極體接面電位（約 2.0-2.4V）的順向電壓時，電子與電洞分別從 n 型與 p 型材料注入主動區。這些電荷載子復合，以光子（光）的形式釋放能量。AlInGaP 晶格的特定成分決定了能隙能量，這直接對應於發射光的波長（顏色）——在此例中，為約 639 nm 的紅色光譜。水清環氧樹脂透鏡封裝了半導體晶片，提供機械保護，並塑造光輸出模式。

13. 技術趨勢

AlInGaP 材料的發展相較於早期的紅光 LED 技術是一項重大進步，提供了極大改善的效率與亮度。指示器 LED 的總體趨勢持續朝向更高效率（每瓦電輸入產生更多光輸出）發展，這使得終端產品功耗更低、發熱更少。同時，為了滿足需要高視覺一致性的應用（如全彩顯示器和汽車儀表板）的需求，對於顏色和強度的分級公差也趨向更嚴格。雖然表面黏著元件（SMD）封裝因小型化需求主導了新設計，但像此類穿孔式 LED 在原型製作、維修、舊有系統以及優先考慮機械穩固性和易於手工焊接的應用中，仍然具有其重要性。

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。

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