目錄
- 1. 產品概述
- 1.1 核心優勢與目標市場
- 2. 技術參數深度分析
- 2.1 絕對最大額定值
- 2.2 電光特性
- 3. 分級代碼系統說明
- 3.1 順向電壓 (VF) 分級
- 3.2 輻射通量 (Φe) 分級
- 3.3 峰值波長 (Wp) 分級
- 4. 性能曲線分析
- 4.1 相對光譜分佈
- 4.2 輻射模式
- 4.3 相對輻射通量 vs. 順向電流
- 4.4 順向電壓 vs. 順向電流
- 4.5 溫度相依性曲線
- 4.6 順向電流降額曲線
- 5. 機械與封裝資訊
- 6. 焊接與組裝指南
- 6.1 迴焊溫度曲線
- 6.2 清潔與處理
- 7. 包裝與訂購資訊
- 8. 應用建議與設計考量
- 8.1 典型應用場景
- 8.2 關鍵設計考量
- 9. 可靠性與使用壽命
- 10. 技術比較與差異化
- 11. 常見問題解答 (基於技術參數)
- 12. 設計與使用案例研究
- 13. 工作原理介紹
- 14. 技術趨勢與發展
1. 產品概述
LTPL-G35UVC275GS 是一款專為殺菌與醫療應用設計的高效能紫外線-C (UVC) 發光二極體 (LED)。此產品代表固態照明技術的重大進步，提供了一種相較於傳統汞燈等紫外線光源更為可靠且節能的替代方案。該元件運作於殺菌波長範圍，通常約為 275 奈米，對於滅活包括細菌和病毒在內的微生物極為有效。
此 LED 系列結合了 LED 技術的固有優勢——例如長使用壽命、瞬間開關能力以及緊湊的外形尺寸——與有效消毒所需的特定光學輸出。它為開發殺菌設備、空氣淨化器、水處理系統和醫療裝置的工程師提供了更大的設計自由度。透過取代舊有的紫外線技術，它促成了具有更低運作成本、減少維護需求，以及因不含汞而改善環境效益的系統。
1.1 核心優勢與目標市場
此 UVC LED 的主要優勢包括其與積體電路 (IC) 驅動系統的相容性、符合 RoHS (有害物質限制) 指令，以及其無鉛結構。這些特性使其適合整合到具有嚴格法規和環境要求的現代電子產品中。目標市場主要是醫療保健、消費性電器和工業設備領域，這些領域對有效且可靠的表面、空氣或水消毒至關重要。應用範圍從攜帶式殺菌器和 HVAC 系統到專業的醫療器械清潔器。
2. 技術參數深度分析
LTPL-G35UVC275GS 的性能由一整套在標準條件下 (Ta=25°C) 量測的電氣、光學和熱參數所定義。理解這些參數對於正確的電路設計和熱管理至關重要，以確保可靠性並達到預期的輻射輸出。
2.1 絕對最大額定值
這些額定值定義了可能導致元件永久損壞的應力極限，並非用於正常操作。最大功耗 (Po) 為 0.7 瓦特，這是在不損壞 LED 的情況下可以轉換為熱和光的總電功率。最大連續順向電流 (IF) 為 100 毫安培 (mA)。該元件的額定工作溫度範圍 (Topr) 為 -40°C 至 +80°C，儲存溫度範圍 (Tstg) 為 -40°C 至 +100°C。最大允許接面溫度 (Tj) 為 90°C。超過接面溫度是 LED 失效和光通量加速衰減的主要原因。
2.2 電光特性
這些是在指定測試條件下的典型性能參數。順向電壓 (VF) 在測試電流 60mA 時，範圍從最小值 5.0V 到最大值 7.0V，典型值為 5.5V。這種相對較高的電壓是 UVC LED 的特點，源於其寬能隙半導體材料。輻射通量 (Φe)，即 UVC 光譜中的總光功率輸出，在 60mA 時通常為 10.0 毫瓦 (mW)。在較低的 20mA 電流下，它降至 3.5 mW；在最大電流 100mA 時，則達到 14.0 mW。峰值波長 (Wp) 以 275nm 為中心，範圍從 265nm 到 280nm，使其穩固地位於最有效的殺菌範圍內 (約 260nm-280nm)。視角 (2θ1/2) 為寬廣的 120 度，提供廣泛的照射。從接面到焊點的熱阻 (Rth j-s) 通常為 38 K/W，表示熱量從半導體晶片傳遞到電路板的效率。較低的值對熱管理更有利。
3. 分級代碼系統說明
為了考量製造變異，LED 會根據性能進行分級。這使得設計師可以選擇符合其應用特定需求的元件。LTPL-G35UVC275GS 採用三維分級系統。
3.1 順向電壓 (VF) 分級
LED 分為四個電壓等級：V1 (5.0V - 5.5V)、V2 (5.5V - 6.0V)、V3 (6.0V - 6.5V) 和 V4 (6.5V - 7.0V)，均在 IF=60mA 下量測。從相同電壓等級中選擇 LED 可確保在多個元件並聯驅動時電流分配一致。
3.2 輻射通量 (Φe) 分級
光學輸出分為四個等級：X1 (7.0 - 8.0 mW)、X2 (8.0 - 9.0 mW)、X3 (9.0 - 10.0 mW) 和 X4 (10.0 mW 及以上)，在 IF=60mA 下量測。這使得消毒性能和劑量計算具有可預測性。
3.3 峰值波長 (Wp) 分級
所有元件均落在單一波長等級 W1 內，範圍從 265nm 到 280nm。圍繞 275nm 的嚴格控制確保了最佳的殺菌效能，因為紫外線破壞 DNA/RNA 的效果在此區域達到峰值。
4. 性能曲線分析
規格書提供了數個圖表，說明元件在不同條件下的行為。這些曲線對於動態建模和理解性能權衡至關重要。
4.1 相對光譜分佈
此曲線顯示了在紫外線光譜範圍內發射的光強度。它確認了以峰值波長為中心的窄發射帶，在 UVC 範圍外的發射極少，這對於安全性和效能很重要。
4.2 輻射模式
輻射特性圖 (通常是極座標圖) 可視化了 120 度的視角，顯示光學強度如何從中心 (0 度) 向邊緣 (±60 度) 遞減。這為實現均勻照射的光學設計提供了參考。
4.3 相對輻射通量 vs. 順向電流
此圖表顯示輻射輸出隨著驅動電流增加而增加，但並非線性關係。由於熱量增加和效率下降，它在較高電流下趨於飽和。這凸顯了以最佳電流驅動 LED 以平衡輸出和壽命的重要性。
4.4 順向電壓 vs. 順向電流
IV 曲線顯示了電壓與電流之間的指數關係，這是二極體的典型特性。它用於在設計限流電路時確定工作點。
4.5 溫度相依性曲線
顯示相對輻射通量和順向電壓作為接面溫度函數的圖表至關重要。UVC LED 輸出通常隨著溫度升高而降低。順向電壓則隨著溫度升高而降低。對於在非環境條件下運作或散熱不足的設計，必須考慮這些關係。
4.6 順向電流降額曲線
這是可靠性方面最重要的圖表之一。它顯示了最大允許順向電流作為環境溫度的函數。隨著溫度升高，最大安全電流會降低，以防止接面溫度超過其 90°C 的限制。此曲線對於確定散熱器要求是強制性的。
5. 機械與封裝資訊
此 LED 採用表面黏著元件 (SMD) 封裝，尺寸約為 3.5mm x 3.5mm。外形圖提供了用於焊墊設計的精確尺寸。封裝包含清晰的極性標記 (通常是陰極指示器)，以防止組裝時錯誤放置。提供了建議的印刷電路板 (PCB) 焊墊佈局，以確保正確的焊接和熱連接。焊墊設計對於將熱量從 LED 的散熱焊墊 (焊點) 傳遞到作為主要散熱器的 PCB 銅層至關重要。
6. 焊接與組裝指南
正確的處理和焊接對於維持 LED 性能和可靠性至關重要。
6.1 迴焊溫度曲線
建議採用無鉛迴焊曲線。關鍵參數包括預熱階段 (150-200°C，持續 60-120 秒)、液相線以上時間 (217°C) 為 60-150 秒，以及峰值溫度 260°C (建議 245°C) 保持 10-30 秒。升溫和冷卻速率應分別控制在最高 3°C/s 和 6°C/s，以最小化熱衝擊。不建議採用快速冷卻過程。
6.2 清潔與處理
如果焊接後需要清潔，應僅使用酒精類溶劑，如異丙醇。未指定的化學清潔劑可能會損壞矽膠透鏡或封裝材料。LED 對靜電放電 (ESD) 敏感，最大耐受電壓為 2000V (人體放電模型)。處理時應遵守標準的 ESD 預防措施。
7. 包裝與訂購資訊
LED 以捲帶包裝供應，適用於自動貼片組裝。捲帶尺寸和捲盤規格 (7 英吋捲盤最多可容納 500 個元件) 符合 EIA-481-1-B 標準。分級代碼標記在每個包裝袋上，允許追溯批次的電氣和光學特性。
8. 應用建議與設計考量
8.1 典型應用場景
主要應用於殺菌設備：手機或小型物體的表面消毒器、使用點系統的水殺菌單元、HVAC 系統或攜帶式空氣清淨機中的空氣淨化模組，以及醫療或牙科工具的殺菌腔室。其小巧尺寸使其能夠整合到緊湊和攜帶式產品中。
8.2 關鍵設計考量
驅動電路：恆流驅動器是必不可少的，而非恆壓源，以確保穩定的光學輸出並防止熱失控。驅動器必須能夠在設定電流下提供所需的電壓 (≥ VF 最大值)。
熱管理：這是 UVC LED 系統設計中最關鍵的方面。高熱阻 (38 K/W) 意味著熱量在接面處快速累積。必須使用金屬核心 PCB (MCPCB) 或其他有效的熱管理解決方案，以將接面溫度保持在 90°C 以下，特別是在以最大電流或接近最大電流運作時。必須遵循降額曲線。
光學設計：寬廣的 120 度光束可能需要反射器或透鏡將 UVC 光引導到目標表面以進行有效消毒。材料必須是 UVC 穩定的 (例如，某些等級的鋁、PTFE、石英)，因為許多塑膠在 UVC 照射下會降解。
安全性：UVC 輻射對人體皮膚和眼睛有害。產品必須包含安全互鎖裝置、計時器和屏蔽，以防止使用者暴露。需要適當的標籤。
9. 可靠性與使用壽命
規格書包含全面的可靠性測試計畫。進行了諸如室溫工作壽命 (RTOL)、高/低溫工作壽命 (HTOL/LTOL) 和溫度循環等測試，持續時間長達 3000 小時。失效標準定義為順向電壓偏移超過 10%、輻射通量降至初始值的 50% 以下，或峰值波長偏移超過 ±2nm。這些測試驗證了產品在各種環境應力下的穩健性，支持其在規格範圍內使用時具有長使用壽命的聲稱。
10. 技術比較與差異化
與傳統的汞基 UVC 燈相比，此 LED 提供了顯著優勢：即時啟動 (無需預熱時間)、無有害汞含量、更長的使用壽命、緊湊尺寸和數位調光能力。與其他 UVC LED 相比，其光功率 (典型值 10mW @60mA)、波長 (275nm) 和封裝尺寸 (3.5x3.5mm) 的特定組合，使其適用於需要平衡輸出和外形尺寸的應用。詳細的分級系統為大量生產提供了可預測性。
11. 常見問題解答 (基於技術參數)
問：我需要什麼驅動器電壓？
答：您的恆流驅動器的輸出電壓順應範圍必須高於您所使用的 LED 等級的最大順向電壓 (VF 最大值，通常為 7.0V)，再加上一些用於線路和連接損耗的餘裕。
問：如何計算消毒劑量？
答：劑量 (單位為每平方公分焦耳，J/cm²) 是輻照度 (單位面積的光功率，W/cm²) 和照射時間 (秒) 的乘積。您必須根據 LED 的輻射通量、光束角、距離和光學元件，量測或計算目標表面的輻照度。並將其與滅活目標病原體所需的劑量進行比較。
問：我可以連續以 100mA 驅動它嗎？
答：只有當您能保證接面溫度保持在 90°C 以下時，才能以 100mA 驅動它，這需要卓越的熱管理。請參考電流降額曲線；在較高的環境溫度下，最大允許電流會顯著降低。
問：為什麼順向電壓這麼高？
答：UVC LED 基於具有非常寬能隙的氮化鋁鎵 (AlGaN) 半導體，這本質上需要更高的電壓來激發電子跨越能隙並產生短波長光子。
12. 設計與使用案例研究
案例：設計一款攜帶式水殺菌瓶。一位設計師旨在創造一個能在 60 秒內為 500 毫升水殺菌的瓶子。使用 LTPL-G35UVC275GS (X3 等級，9-10mW)，他們計劃使用 4 個 LED。總輻射通量約為 36-40mW。水在一個薄腔室中流經 LED。假設光耦合效率為 50%，且對常見細菌所需的 UV 劑量為 40 mJ/cm²，他們計算出所需的腔室表面積和流速。選擇了一個設定為每顆 LED 60mA、輸出能力為 9V 的恆流驅動器。一個小型鋁製散熱器與 LED MCPCB 整合，以在一分鐘的循環期間管理熱量，使接面溫度遠低於限制。安全功能包括蓋子互鎖開關和不透明外殼。
13. 工作原理介紹
UVC LED 是一種半導體 p-n 接面二極體。當施加順向電壓時，電子被注入跨越接面，並在主動區與電洞復合。在 UVC LED 中，半導體材料 (AlGaN) 的能隙非常大 (約 4.5 電子伏特)。當復合發生時，此能量以光子 (光粒子) 的形式釋放。此光子的波長與能隙能量成反比 (λ = hc/Eg)。約 4.5 eV 的能隙對應於約 275 奈米的光子波長，這屬於 UVC 範圍。這種高能量的光被微生物的 DNA 和 RNA 吸收，導致胸腺嘧啶二聚體的形成，從而阻止複製，進而使病原體失活。
14. 技術趨勢與發展
UVC LED 領域正在快速發展。主要趨勢包括：
提高電光轉換效率 (WPE)：研究重點在於提高內部量子效率 (多少電子產生光子) 和光提取效率 (將光子從晶片中取出)，這直接增加了給定電氣輸入下的輻射通量，降低了系統功率和熱負載。
更長波長 >280nm：雖然約 275nm 對於殺菌作用是最佳的，但在稍長波長 (例如 280-285nm) 發射的 LED 可以提供更高的輸出功率和效率，同時仍保持顯著的消毒能力，為設計師創造了權衡選擇。
改善使用壽命與可靠性：晶片設計、封裝材料 (特別是 UVC 穩定的封裝材料) 和熱管理方面的進步正在穩步提高 UVC LED 的運作壽命 (L70，輸出降至初始值 70% 的時間)，使其更適合連續運作的應用。
降低成本：隨著製造量的增加和良率的提高，每毫瓦 UVC 光功率的成本正在下降，加速了 LED 技術在從專業到消費性產品等更多市場領域的採用。
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。 |