目錄
- 1. 產品概述
- 2. 深度技術參數分析
- 2.1 絕對最大額定值
- 2.2 電氣與光學特性
- 3. 分級系統說明
- 3.1 發光強度 (Iv) 分級
- 3.2 順向電壓 (VF) 分級
- 3.3 色調 (色度) 分級
- 4. 性能曲線分析
- 5. 機械與封裝資訊
- 5.1 封裝尺寸
- 5.2 極性識別與引腳成型
- 6. 焊接與組裝指南
- 6.1 焊接參數
- 6.2 儲存與清潔
- 6.3 靜電放電 (ESD) 預防措施
- 7. 包裝與訂購資訊
- 8. 應用建議
- 8.1 典型應用場景
- 8.2 電路設計考量
- 8.3 熱管理
- 9. 技術比較與差異化
- 10. 常見問題 (FAQ)
- 11. 實務設計案例分析
- 12. 工作原理簡介
- 13. 技術趨勢
1. 產品概述
本文件詳述一款專為印刷電路板 (PCB) 或面板插件式安裝而設計的高亮度白光發光二極體 (LED) 規格。此元件採用 InGaN (氮化銦鎵) 技術產生白光，並封裝於廣為使用的 T-1 3/4 (5mm) 直徑、水清透鏡的封裝中。其設計旨在實現低功耗與高效率，適用於需要可靠性能的各種指示燈與照明應用。
此 LED 的核心優勢包括符合 RoHS (有害物質限制) 指令，意即其為無鉛產品。由於其低電流需求，設計上與積體電路相容。其多樣化的安裝能力允許靈活整合至各種電子組件中。
2. 深度技術參數分析
2.1 絕對最大額定值
不得在超出這些限制的條件下操作本裝置，否則可能導致永久性損壞。
- 功耗 (Pd)：120 mW。這是 LED 能以熱能形式散發的最大總功率。
- 峰值順向電流 (IFP)：100 mA。這是最大允許的脈衝電流，在 1/10 工作週期、0.1ms 脈衝寬度下指定。此值遠高於直流額定值，以適應短暫的高強度脈衝。
- 直流順向電流 (IF)：30 mA。這是建議用於可靠長期運作的最大連續順向電流。
- 工作溫度範圍 (Topr)：-25°C 至 +80°C。LED 設計在此環境溫度範圍內運作。
- 儲存溫度範圍 (Tstg)：-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 (0.063")。此定義了引腳在手動或波峰焊接期間可承受的熱曲線。
2.2 電氣與光學特性
這些參數在環境溫度 (Ta) 為 25°C 下量測，定義了裝置的典型性能。
- 發光強度 (Iv)：在順向電流 (IF) 為 20mA 時，10000 - 16000 mcd (毫燭光)。這是衡量在特定方向發射光線感知功率的指標。實際值有 ±15% 的公差，並分級歸類 (參見第 3 節)。量測遵循 CIE 人眼響應曲線。
- 視角 (2θ1/2)：15 度 (典型值)。這是發光強度降至其軸向峰值一半時的全角。如此窄的視角表示光束更為集中，類似聚光燈。
- 色度座標 (x, y)：在 IF= 20mA 時，約為 0.30, 0.30。這些座標在 CIE 1931 色度圖上定義了白光的色點。為更嚴格的色彩控制定義了特定分級 (參見第 3 節)。
- 順向電壓 (VF)：在 IF= 20mA 時，3.3V (最小) / 3.6V (最大)。這是 LED 工作時兩端的電壓降。為確保一致性，此參數亦進行分級。
- 逆向電流 (IR)：在逆向電壓 (VR) 為 5V 時，100 µA (最大)。重要注意事項：此參數僅供測試用途。LED 並非設計用於逆向偏壓操作，在實際電路中施加逆向電壓可能損壞裝置。
3. 分級系統說明
為確保量產的一致性，LED 會根據性能進行分級。這讓設計師能選擇符合特定亮度、電壓和色彩要求的元件。
3.1 發光強度 (Iv) 分級
基於 IF=20mA 時的最小與最大發光強度值：
- Y1：10000 - 13000 mcd
- Z1：13000 - 17000 mcd
- Z2：17000 - 22000 mcd
適用 15% 的量測允差。
3.2 順向電壓 (VF) 分級
基於 IF=20mA 時的順向電壓：
- 3H：2.75V - 3.00V
- 4H：3.00V - 3.25V
- 5H：3.25V - 3.50V
- 6H：3.50V - 3.60V
適用 15% 的量測允差。
3.3 色調 (色度) 分級
由 CIE 1931 圖上的 (x,y) 座標四邊形定義，例如：
- 分級 40：圍繞特定白點形成四邊形的座標。
- 分級 50, 60, 70：後續分級具有漸進不同的色彩座標，允許從較冷到可能較暖的白光色調中選擇 (具體解釋需參閱圖表)。
適用 ±0.01 的色彩座標量測允差。
4. 性能曲線分析
雖然規格書中引用了特定圖表，但此類 LED 的典型曲線包括：
- 相對發光強度 vs. 順向電流 (Ivvs. IF)：顯示光輸出如何隨電流增加，通常呈次線性關係，強調了電流調節相對於電壓調節的重要性。
- 順向電壓 vs. 順向電流 (VFvs. IF)：展示了二極體的指數型 I-V 特性。一旦超過開啟閾值，電壓會急遽上升。
- 相對發光強度 vs. 環境溫度 (Ivvs. Ta)：說明隨著接面溫度升高，光輸出會下降，這是高功率或高環境溫度應用中熱管理的關鍵考量。
這些曲線對於理解裝置在非標準條件 (不同電流或溫度) 下的行為以及進行精確的電路設計至關重要。
5. 機械與封裝資訊
5.1 封裝尺寸
LED 採用標準 T-1 3/4 (5mm) 圓形插件式封裝。關鍵尺寸註記包括：
- 所有尺寸單位為毫米 (括號內為英吋)。
- 除非另有規定，適用 ±0.25mm (±0.010") 的一般公差。
- 法蘭下方樹脂的最大突出量為 1.0mm (0.04")。
- 引腳間距在引腳從封裝本體伸出的位置量測。
5.2 極性識別與引腳成型
通常，較長的引腳表示陽極 (正極)，較短的引腳或封裝邊緣的平面標記表示陰極 (負極)。規格書強調關鍵處理規則：
- 引腳成型必須在焊接前且於正常室溫下進行。
- 彎曲處應距離 LED 透鏡底座至少 3mm。禁止使用封裝本體作為支點。
- 引腳應在常溫下剪裁。
6. 焊接與組裝指南
6.1 焊接參數
手動焊接 (烙鐵)：
- 溫度：最高 300°C。
- 時間：每引腳最多 3 秒 (僅限一次)。
- 預熱溫度：最高 100°C。
- 預熱時間：最多 60 秒。
- 焊錫波溫度：最高 260°C。
- 接觸時間：最多 5 秒。
6.2 儲存與清潔
- 儲存：建議儲存條件為 ≤30°C 且 ≤70% 相對濕度。從原始防潮袋中取出的 LED 應在三個月內使用。如需更長時間儲存，請使用帶有乾燥劑或氮氣環境的密封容器。
- 清潔：若需清潔，請使用異丙醇等酒精類溶劑。
6.3 靜電放電 (ESD) 預防措施
LED 對靜電敏感。處理預防措施包括使用腕帶、防靜電手套，並確保所有設備妥善接地。
7. 包裝與訂購資訊
標準包裝流程如下：
- 基本單位：每防靜電防潮袋 500 或 250 件。
- 內盒：包含 10 袋，總計 5,000 件。
- 外箱：包含 8 個內盒，總計 40,000 件。
特定料號 (例如：LTW-2S3D7) 用於識別產品。發光強度分級代碼標示於每個包裝袋上。
8. 應用建議
8.1 典型應用場景
此 LED 適用於通用指示燈、狀態顯示器、小型面板背光，以及消費性電子產品、家電、工業控制面板和汽車內裝應用 (符合環境規格) 中的裝飾照明。其預期用於普通電子設備。
8.2 電路設計考量
驅動方式：LED 是電流驅動裝置。為確保亮度均勻，特別是在並聯多個 LED 時，強烈建議為每個 LED 使用一個串聯限流電阻 (電路模型 A)。不建議直接從電壓源並聯驅動多個 LED (電路模型 B)，因為個別 LED 之間的順向電壓 (VF) 存在差異，可能導致電流及隨之而來的亮度出現顯著差異。
串聯電阻值可使用歐姆定律計算：R = (Vsupply- VF) / IF，其中 VF和 IF是 LED 的期望工作點。
8.3 熱管理
雖然這是低功率裝置，但遵守最大功耗和工作溫度額定值對於使用壽命至關重要。在環境溫度高或密閉空間的應用中，應確保足夠的氣流或考慮降低工作電流。
9. 技術比較與差異化
與白熾燈泡等舊技術相比，此 LED 提供了遠優異的效率、更長的使用壽命和更低的熱產生。在 LED 市場中，其關鍵差異化特點在於其特定的組合：來自標準 5mm 封裝的高發光強度 (10,000+ mcd)、用於定向光的窄 15 度視角，以及用於亮度和色彩一致性的明確定義的分級結構。符合 RoHS 是標準要求，但對於現代電子製造而言仍是關鍵特性。
10. 常見問題 (FAQ)
問：我可以不使用電阻，直接從 5V 電源驅動此 LED 嗎？
答：No.這很可能會損壞 LED。順向電壓約為 3.6V。施加 5V 會導致過量電流流過，超出最大直流額定值。務必使用串聯限流電阻。
問：峰值順向電流 (100mA) 和直流順向電流 (30mA) 有何不同？
答：LED 可以承受較高電流 (100mA) 的短脈衝，但僅限於低工作週期。對於連續操作，電流不得超過 30mA。超過直流額定值會導致過熱和快速劣化。
問：為什麼視角這麼窄 (15°)？
答：水清透鏡和內部晶片反射器旨在將光線準直成聚焦光束。這對於需要從特定方向觀看光線的應用非常理想，例如正面觀看的面板指示燈。
問：如何解讀色調分級 (40, 50 等)？
答：這些分級代表 CIE 色度圖上的不同區域。較低的數字 (例如分級 40) 通常對應於具有不同相關色溫 (CCT) 的白光。如需精確的色彩匹配，請參閱完整規格書中提供的特定色度圖和座標範圍。
11. 實務設計案例分析
情境：設計一個具有 10 個相同白光 LED 的狀態指示燈面板。可用電源為 12V DC。目標是實現明亮、均勻的照明。
設計步驟：
- 電路拓撲：為確保均勻性，將 10 個 LED 串聯，每個 LED 使用自己的電阻 (或如果 VF分級緊密，可為整個串聯使用單一較高功率的電阻)。由於 VF variation.
- 工作點：選擇順向電流 (IF)。一個安全且明亮的點是 20mA，這是測試條件且在 30mA 最大值內。
- 電壓計算：假設最壞情況的 VF來自分級 6H：3.6V。對於 10 個串聯的 LED，總 VF= 36V。這超過了 12V 電源，因此將所有 10 個串聯是不可能的。取而代之，使用兩個並聯分支，每個分支串聯 5 個 LED。
- 一個分支 (5 個 LED) 的電阻計算：
總 VF(5 個 LED) = 5 * 3.6V = 18V。這已經高於 12V，因此此方法也失敗。重新評估：使用 12V 電源，您只能串聯少數幾個 LED。對於 3 個串聯的 LED：VF= 10.8V。電阻 R = (12V - 10.8V) / 0.020A = 60 歐姆。電阻功率 P = I2R = (0.02^2)*60 = 0.024W，因此標準 1/4W 電阻即可。您需要 4 個這樣的串聯 (3+3+3+1) 來組成 10 個 LED，並為每個串聯使用適當的電阻。 - 實作：此設計為每個串聯提供均勻的亮度，並透過自身的電流限制保護每個 LED。
12. 工作原理簡介
此白光 LED 基於 InGaN 半導體技術。與使用藍光晶片搭配黃色螢光粉的傳統白光 LED 不同，規格書指定為 "InGaN White"，這通常表示類似的原理：半導體晶片發出藍光。此藍光接著激發封裝內部的黃色 (或黃色和紅色) 螢光粉塗層。來自晶片的藍光與來自螢光粉的黃/紅光混合，產生人眼感知為白色的光線。螢光粉的特定混合決定了白光的相關色溫 (CCT) 和顯色指數 (CRI)。水清透鏡允許完全混合的光線以最小的擴散通過，這有助於形成窄視角。
13. 技術趨勢
白光 LED 技術的發展受到效率 (每瓦流明)、色彩品質 (CRI 和 CCT 一致性) 持續改進以及成本降低的驅動。雖然表面黏著裝置 (SMD) LED 由於尺寸更小且更適合自動化組裝而主導新設計，但像此 T-1 3/4 封裝的插件式 LED 在原型製作、業餘愛好者專案、維修工作以及需要穩固機械安裝或從分立封裝獲得更高單點亮度的應用中仍然具有相關性。材料科學的趨勢集中在開發更高效、更穩定的螢光粉，以及探索新的半導體結構以改善光提取和熱性能。根本驅動力是朝著跨所有領域更永續和節能的照明解決方案邁進。
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。 |