目錄
- 1. 產品概述
- 1.1 核心優勢與目標市場
- 2. 深入技術參數分析
- 2.1 絕對最大額定值
- 2.2 電光特性
- 3. 分級系統說明
- 3.1 發光強度分級
- 3.2 主波長分級
- 3.3 順向電壓分級
- 4. 性能曲線分析
- 4.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V曲線)
- 4.2 相對發光強度 vs. 順向電流
- 4.3 相對發光強度 vs. 環境溫度
- 4.4 光譜分佈
- 4.5 輻射圖樣（極座標圖）
- 5. 機械與包裝資訊
- 5.1 封裝外觀與尺寸
- 5.2 載帶與捲盤規格
- 5.3 濕度敏感性與包裝
- 6. 焊接與組裝指南
- 6.1 迴焊參數
- 6.2 儲存與處理注意事項
- 7. 應用設計建議
- 7.1 典型應用電路
- 7.2 導光管應用設計考量
- 7.3 熱管理
- 8. 可靠性與品質保證
- 9. 常見問題 (FAQ)
- 9.1 為什麼限流電阻絕對必要？
- 9.2 我可以直接從微控制器GPIO引腳驅動此LED嗎？
- 9.3 峰值波長和主波長有什麼區別？
- 9.4 如何解讀捲盤標籤上的分級代碼？
1. 產品概述
45-21系列代表了一款採用緊湊型P-LCC-2（塑膠引腳晶片載體）表面黏著封裝的頂視LED家族。此元件主要設計為光學指示器，具有無色透明視窗和白色封裝本體，可增強光線反射與擴散。其核心設計優勢在於廣視角，這是通過封裝內部的優化內反射器設計實現的。此特性使其特別適合使用導光管的應用，在這些應用中，從LED光源到導光管的高效光耦合至關重要。該系列提供多種顏色，包括本文件詳細說明的亮紅色型號，其採用AlGaInP半導體技術。
一個關鍵的操作優勢是其低電流需求。標準操作下的典型順向電流為20mA，非常適合對功耗敏感的應用，例如便攜式和電池供電設備。該元件設計與現代大批量製造流程相容，適用於氣相迴焊、紅外線迴焊和波峰焊接。它亦與自動貼片設備相容，並以8mm載帶和捲盤包裝供應，以實現高效組裝。產品採用無鉛材料製造，並符合相關環保法規。
1.1 核心優勢與目標市場
此LED系列的主要優勢源於其封裝幾何形狀和材料選擇。廣視角（典型值120度）確保從廣泛位置都能清晰可見，這對於消費性電子產品、工業面板和通訊設備上的狀態指示器至關重要。優化的光耦合效率在使用導光管時直接轉化為更明亮的感知輸出，從而減少對更高驅動電流的需求並節省電力。
目標市場廣泛，涵蓋電信（用於電話和傳真機的指示器與背光）、消費性電子、工業控制和汽車內裝。其可靠性及與自動化流程的相容性，使其成為大批量生產中具成本效益的選擇。低功耗特性特別針對便攜式電子產品領域，延長電池壽命是該領域首要的設計考量。
2. 深入技術參數分析
本節提供對定義LED性能範圍及指導正確電路設計的關鍵電氣、光學和熱參數的詳細、客觀解讀。
2.1 絕對最大額定值
絕對最大額定值定義了可能對元件造成永久損壞的應力極限。這些並非正常操作條件。
- 逆向電壓 (VR):5V。在逆向偏壓下超過此電壓可能導致接面崩潰。
- 順向電流 (IF):50mA DC。連續電流不應超過此限制。
- 峰值順向電流 (IFP):100mA，僅允許在脈衝條件下（1kHz下工作週期1/10）。這允許短時間的高亮度操作。
- 功率耗散 (Pd):120mW。這是封裝在不超過其熱額定值的情況下，能以熱量形式耗散的最大功率。
- 靜電放電 (ESD):2000V（人體放電模型）。組裝過程中必須遵循正確的ESD處理程序。
- 操作與儲存溫度:範圍從-40°C至+85°C（操作）和-40°C至+90°C（儲存）。
- 焊接溫度:可承受260°C持續10秒（迴焊）或350°C持續3秒（手工焊接）。
2.2 電光特性
這些參數是在接面溫度(Tj)為25°C、標準測試電流20mA下測量。它們代表典型性能。
- 發光強度 (Iv):範圍從450 mcd（最小）到900 mcd（最大），典型容差為±11%。這是感知亮度的主要衡量標準。
- 視角 (2θ1/2):120度（典型值）。這是發光強度降至其軸向峰值一半時的全角。
- 峰值波長 (λp):632 nm（典型值）。這是光譜功率分佈達到最大值時的波長。
- 主波長 (λd):範圍從617.5 nm到633.5 nm，容差為±1nm。此波長對應於感知的顏色（亮紅色）。
- 頻譜頻寬 (Δλ):20 nm（典型值）。這表示所發射紅光的光譜純度。
- 順向電壓 (VF):在20mA下範圍從1.75V到2.35V，典型容差為±0.1V。這對於設計限流電阻至關重要。
- 逆向電流 (IR):在5V逆向偏壓下最大為10 µA，表示接面品質良好。
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。設計師可以指定分級，以保證應用中顏色和亮度的均勻性。
3.1 發光強度分級
強度根據在IF=20mA下測量的最小值和最大值分為三個主要級別（U1、U2、V1）。例如，U1級涵蓋450-565 mcd，U2級涵蓋565-715 mcd，V1級涵蓋715-900 mcd。選擇較高的級別（例如V1）可保證更亮的最小輸出。
3.2 主波長分級
亮紅色歸類於A組，並進一步分為四個波長級別：E4（617.5-621.5 nm）、E5（621.5-625.5 nm）、E6（625.5-629.5 nm）和E7（629.5-633.5 nm）。選擇更嚴格的級別（例如僅指定E5）可確保組裝中所有LED的紅色色調更加一致。
3.3 順向電壓分級
順向電壓歸類於B組，分為三個級別：0（1.75-1.95V）、1（1.95-2.15V）和2（2.15-2.35V）。雖然對於指示器而言，電壓分級通常不如顏色和亮度關鍵，但在大型陣列的電源設計中，或是在沒有個別電阻的情況下並聯驅動LED時，指定電壓分級可能很重要。
4. 性能曲線分析
所提供的特性曲線提供了關於LED在不同條件下行為的寶貴見解。
4.1 順向電流 vs. 順向電壓 (I-V曲線)
該曲線顯示了典型的二極體指數關係。在25°C下，一旦超過開啟閾值，電壓會隨著電流急遽上升。這種非線性關係強調了使用限流電阻或恆流驅動器的必要性，因為電壓的微小變化可能導致電流發生巨大且可能具有破壞性的變化。
4.2 相對發光強度 vs. 順向電流
此曲線表明，在一定範圍內，光輸出與電流大致呈線性增加，但在較高電流下最終會因熱效應和效率影響而飽和。在建議的20mA下操作，可在亮度和效率之間取得良好平衡。
4.3 相對發光強度 vs. 環境溫度
發光強度隨著環境溫度升高而降低。此降額曲線對於在高溫環境中運作的應用至關重要。設計師必須考慮這種衰減，以確保在所有操作條件下都能維持足夠的亮度。
4.4 光譜分佈
光譜圖確認了AlGaInP LED的單色性質，具有一個以632 nm為中心的狹窄單峰，產生飽和的亮紅色，在其他波長波段沒有顯著發射。
4.5 輻射圖樣（極座標圖）
該圖直觀地確認了寬廣、類似朗伯分佈的發射圖樣。強度在寬廣的中心區域幾乎均勻，向邊緣逐漸減弱，這對於廣角觀看非常理想。
5. 機械與包裝資訊
5.1 封裝外觀與尺寸
P-LCC-2封裝具有緊湊的佔位面積。關鍵尺寸包括總長度、寬度和高度，以及引腳間距和尺寸。極性指示器（通常是封裝上的凹口或圓點，或切角）用於識別陰極。規格書提供了建議的焊墊圖案，以確保在迴焊過程中形成可靠的焊點和正確對齊。
5.2 載帶與捲盤規格
元件以8mm載帶供應，捲繞在標準捲盤上。載帶尺寸（凹槽尺寸、間距）和捲盤尺寸（軸心直徑、凸緣直徑）均有規定，以與自動組裝設備相容。每捲包含2000個元件。
5.3 濕度敏感性與包裝
LED包裝在防潮鋁箔袋中，內含乾燥劑以防止吸濕，吸濕可能在高溫迴焊過程中導致爆米花效應（封裝開裂）。袋上的標籤包含關鍵資訊，如濕度敏感等級（由包裝方式暗示）、數量和料號。
6. 焊接與組裝指南
6.1 迴焊參數
此元件額定可承受峰值迴焊溫度260°C，最長10秒。這符合標準無鉛迴焊曲線。必須控制PCB的熱容量和特定曲線（升溫、預熱、峰值、冷卻），以保持在該限制內並避免熱衝擊。
6.2 儲存與處理注意事項
- 開封前:防潮袋應儲存在≤30°C和≤70% RH的環境中。元件應在袋子密封日期後一年內使用。
- 開封後:若未立即使用，暴露於環境濕氣中的元件在焊接前可能需要根據標準IPC/JEDEC指南進行烘烤，以去除吸收的濕氣。
- ESD防護:處理過程中必須遵守標準ESD預防措施（接地工作站、靜電手環）。
7. 應用設計建議
7.1 典型應用電路
最常見的驅動電路是連接到電壓源(VCC)的串聯限流電阻。電阻值計算為 R = (VCC- VF) / IF。在此計算中使用規格書中的最大VF（2.35V），可確保即使存在元件間的差異，電流也永遠不會超過所需的IF。例如，使用5V電源和目標IF為20mA：R = (5V - 2.35V) / 0.02A = 132.5Ω。標準的130Ω或150Ω電阻將是合適的。
7.2 導光管應用設計考量
當與導光管耦合時，將LED對準導光管輸入表面的中心。此LED的廣視角有助於填滿導光管的輸入孔徑。LED透鏡與導光管之間的距離應最小化，以減少光損失。白色封裝有助於將原本向下損失的光線反射回發射方向，從而提高整體耦合效率。機械圖紙應考慮LED的高度和建議的禁置區域。
7.3 熱管理
雖然功率耗散很低，但在高環境溫度下以最大電流（50mA）連續運作可能接近元件的極限。對於此類使用情況，確保LED散熱焊墊（如有）周圍有足夠的PCB銅箔面積或使用散熱通孔，有助於散熱並維持較低的接面溫度，從而保持光輸出和長期可靠性。
8. 可靠性與品質保證
規格書概述了一套全面的可靠性測試，這些測試以90%的信心水準和10%的批容許不良率（LTPD）執行。這些測試模擬了嚴苛的操作和儲存條件，以確保現場可靠性。
- 耐迴焊性:驗證封裝能否承受焊接過程。
- 溫度循環與熱衝擊:測試對抗重複溫度變化引起的機械應力的穩健性。
- 高/低溫儲存:評估在極端非操作條件下的長期穩定性。
- 直流操作壽命:在額定電流（20mA）和溫度（25°C）下進行1000小時壽命測試。
- 高溫/高濕操作壽命（85°C/85% RH）:針對偏壓下的耐濕性和腐蝕的加速測試。
通過這些測試表明這是一款適合要求嚴苛的商業和工業應用的穩健產品。
9. 常見問題 (FAQ)
9.1 為什麼限流電阻絕對必要？
LED的I-V特性是指數性的。供應電壓略高於LED順向壓降的微小增加，會導致電流極大且可能具有破壞性的增加。電阻提供線性、可預測的壓降，從而穩定電流，保護LED免受由正常電壓容差或瞬變引起的過流狀況影響。
9.2 我可以直接從微控制器GPIO引腳驅動此LED嗎？
可以，但有重要的注意事項。GPIO引腳必須配置為輸出。您仍然必須包含一個串聯電阻。此外，您必須確保微控制器的引腳能夠持續提供（或吸收，取決於您的電路配置）所需的20mA電流，這對於某些通用I/O引腳來說已達到或超過其限制。請查閱微控制器規格書。對於較高電流或驅動多個LED的情況，使用電晶體作為開關通常是更安全、更靈活的選擇。
9.3 峰值波長和主波長有什麼區別？
峰值波長 (λp):光譜功率輸出在物理上最高的單一波長。主波長 (λd):人眼感知為與LED輸出顏色相同的單色光波長。對於像這種紅色LED這樣的單色LED，兩者非常接近。主波長通常是顏色規格和分級更相關的參數。
9.4 如何解讀捲盤標籤上的分級代碼？
標籤使用CAT、HUE和REF等代碼。'CAT'對應發光強度分級（例如U1、V1）。'HUE'對應主波長分級（例如E5、E6）。'REF'對應順向電壓分級（例如0、1、2）。了解這些代碼可以讓您驗證是否收到了您訂購的特定性能等級。
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。 |