5050フルカラーSMD LEDデータシート - 5.0x5.0x1.6mm - 赤/緑/青 - 150mA - 中国語技術文書

製品概要

本ドキュメントは、高性能フルカラー表面実装技術（SMT）LEDの技術仕様を詳細に説明する。このデバイスは、独立した赤、緑、青の半導体チップを単一の5050パッケージ内に集積し、加法混色の原理により、広範な色彩スペクトルを生成することができる。その主な設計目標は、高光束出力、広視野角を実現し、自動化組立プロセスに適用可能とすることである。

1.1 中核的特長と優位性

• 高輝度チップ：優れた光出力を実現するため、先進的な半導体材料（赤色にはGaInAlP、緑色と青色にはInGaN）を採用しています。
• SMTパッケージ：白色プラスチックSMTパッケージは、標準的な赤外線（IR）リフローはんだ付けプロセスに対応するように設計されており、大量かつ自動化されたPCB実装を容易にします。
• 独立チップ制御：6ピンリードフレームパッケージを採用し、各色（赤、緑、青）のアノードとカソードに独立してアクセス可能。これにより、各カラーチャンネルを精密に独立駆動・制御でき、カラーキャリブレーションや複数LEDの直列接続に極めて重要です。
• 広視野角：パッケージ設計は典型的な120度の視野角（2θ）を実現し、_1/2）、広い視野角範囲にわたって良好な視認性を確保します。
• 環境コンプライアンス：产品为无铅（Pb-free）设计，符合欧盟REACH法规，并满足无卤标准（Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm）。产品本身符合RoHS指令。
• 信頼性：プリコンディショニングはJEDEC J-STD-020D Level 3標準に基づいており、はんだ付けプロセスにおける湿気起因のストレスに効果的に耐えられることを示しています。

1.2 ターゲットアプリケーション

高輝度、フルカラー能力、およびSMT外形寸法の組み合わせにより、このLEDは、鮮やかで制御可能な照明を必要とする様々なアプリケーションに適しています。

• エンターテインメントおよびゲーム機器：装飾照明、状態表示灯、インタラクティブな照明効果に使用されます。
• 情報表示板：多色表示が必要な標識、情報板、その他のディスプレイに使用されます。
• モバイルデバイス用フラッシュライト：その小型サイズと色彩能力により、携帯電話やデジタルカメラのカメラフラッシュまたは補助光として適しています。
• 導光管アプリケーション：その広視野角と点光源特性により、サイドライト式パネルやインジケータシステム用の導光板や導光管への結合に理想的な選択肢となっています。

2. 技術仕様と詳細解説

2.1 絶対最大定格

これらの定格値は、デバイスに永久的な損傷を引き起こす可能性のある限界を定義しています。これらの条件下での動作は保証されません。

• 順方向電流（I_F）：各色（赤、緑、青）は150 mAです。これは信頼性の高い動作のために推奨される最大連続直流電流です。
• ピーク順方向電流（I_FP）：各色とも200 mAで、パルス条件時のみ許容（デューティ比1/10、周波数1 kHz）。連続定格を瞬時でも超過するとチップ性能の劣化を招く可能性があります。
• 消費電力（P_d）：赤色光：420 mW；緑色光/青色光：555 mW。これは25°C環境温度におけるパッケージの最大放熱量です。動作中にこの限界値を超えないようにするためには、適切なPCB熱設計が極めて重要です。
• 接合部温度（T_j）：最大115°C。半導体チップ自体の温度はこの値を超えてはなりません。
• 動作および保管温度：-40°C から +85°C（動作時）、-40°C から +100°C（保存時）。
• はんだ付け温度：リフローはんだ付け：ピーク温度260°C、最大10秒間。手はんだ付け：350°C、最大3秒間。これらの温度プロファイルは、パッケージのクラックや内部ボンディングワイヤの損傷を防ぐために重要です。

2.2 光電特性 (Ta=25°C)

これらは標準試験条件（周囲温度25°C、各色I_F=150mA）で測定された代表的な性能パラメータです。

• 光束（I_v）：総可視光出力。
  • 赤色光：代表値25ルーメン（lm）、範囲13.9-39.8 lm。
  • 緑色光：代表値40 lm、範囲13.9-51.7 lm。
  • 青色光：代表値8.5 lm、範囲4.9-18.1 lm。
• 光度（I_v）：特定方向における光出力（カンデラ）。代表値は7550 mcd（赤）、12100 mcd（緑）、2550 mcd（青）。
• 指向角（2θ_1/2）：代表値120度（範囲110-130度）。これは発光強度がピーク値の少なくとも半分である全角です。
• 主波長（λ_d）：光の知覚色。
  • 赤色光：代表値622 nm（617-629 nm）。
  • 緑色光：代表波長525 nm（518-530 nm）。
  • 青色光：代表波長457 nm（455-470 nm）。
• 順方向電圧（V_F）：試験電流におけるLED両端の電圧降下。
  • 赤色：代表値2.3V（1.8-2.8V）。
  • 緑色：代表値3.4V（2.7-3.7V）。
  • 青色LED：代表値3.2V（2.7-3.7V）。
  赤色LEDと青色/緑色LEDの電圧間に顕著な差があることにご注意ください。これにより、各チャネルに独立した定電流回路を設計する必要があります。
• 逆方向電流（I_R）：5Vの逆バイアス時で最大10 μA。LEDは逆電圧動作用に設計されていません。

3. ビニングシステムの説明

量産における一貫性を確保するため、LEDは主要な光学および電気的特性パラメータに基づいて選別（ビニング）されます。これにより、設計者は特定の用途における色と輝度の均一性要件を満たすデバイスを選択することができます。

3.1 光束グレーディング

LEDは、150mAで測定された光出力に基づいて分類されます。各色の分档範囲は重複しており、最小から最大までの完全な仕様範囲をカバーしています。

• 赤色（R）：グレーディングR1からR4まで、13.9 lmから39.8 lmをカバー。
• 緑色光（G）：グレーディングG1からG5まで、13.9 lmから51.7 lmをカバー。
• 青色光（B）：グレードB1からB5まで、4.9 lmから18.1 lmをカバー。

各グレード内の光束値には±11%の許容差が認められる。

3.2 順方向電圧グレーディング

LEDは順方向電圧降下に基づいてビニングされ、回路設計と電源選択を支援します。

• 赤色光：単一分档「1828」、1.8Vから2.8Vをカバー。
• 绿光 & 青色光：単一分档「2737」、2.7Vから3.7Vをカバー。

±0.1Vの許容差を認める。

3.3 主波長のビニング

色に敏感なアプリケーションにおいて、これは色調の一貫性を確保する最も重要なビニングである。

• 赤色光：バンドRA（617-621 nm）、RB（621-625 nm）、RC（625-629 nm）。
• 緑色光：バンドGAからGD（518-530 nm、約3nm間隔）。
• 青色光：バンドBAからBE（455-470 nm、約3nmステップ）。

主波長は±1nmの許容差を有する。

4. 性能曲線分析

4.1 スペクトル分布

典型的なスペクトル分布曲線は、各チップが異なる波長で発する光の相対強度を示している。赤色チップは中心波長約622nmの狭帯域で発光する。緑色チップは約525nmで、青色チップは約457nmで発光する。これらのスペクトルピークの純度は、飽和した色彩を実現するために非常に重要である。知覚輝度を理解するためには、この曲線を標準的な人間の目の応答曲線（V(λ)）と比較すべきである。

4.2 放射パターン

放射特性図は、光強度の空間分布（相対強度 vs. 角度）を示しています。この曲線は、典型的な視野角120度の、広くランバート型に近い放射パターンを確認しており、中心領域の強度はかなり均一で、端に向かって減衰します。

4.3 順方向電流 vs. 順方向電圧 (I-V特性)

青色チップ（およびその他のチップ）のI-Vカーブは、電流と電圧の間に指数関数的な関係があることを示している。閾値電圧以下（青色/緑色約2.7V、赤色約1.8V）では、ほとんど電流が流れない。この閾値を超えると、電圧のわずかな増加に対して電流が急速に増加する。この特性により、熱暴走を防止し安定した光出力を確保するためには、定電圧源ではなく定電流ドライバーの使用が要求される。

4.4 主波長 vs. 順方向電流

赤、緑、青チップのこれらの曲線は、駆動電流の変化に伴う発光色（主波長）の変化を示しています。一般的に、電流が増加すると接合部温度が上昇し、波長がわずかにシフトします（InGaNベースの緑/青色LEDでは、通常、より長い波長側にシフトします）。異なる輝度レベルで正確な色彩安定性を維持する必要があるアプリケーションでは、この効果が非常に重要です。

4.5 相対発光強度 vs. 順方向電流

この曲線は、駆動電流の関数としての（基準値に対する）光出力を表しています。低電流域では通常線形ですが、高電流域では熱的影響や効率低下により、飽和またはロールオフが生じる可能性があります。この曲線は、輝度と効率/発熱の間のトレードオフ関係を示しています。

4.6 最大許容順方向電流 vs. 温度

このデレーティング曲線は熱管理において極めて重要です。これは、周囲（またはケース）温度に対する最大安全連続順方向電流の関係を示しています。温度が上昇するにつれて、最大許容電流は直線的に低下します。例えば、85°Cでは許容電流は25°C時の定格150mAよりも著しく低くなります。設計者は、LEDがアプリケーションの動作環境で過駆動されないよう、この図を使用する必要があります。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

LEDは標準的な5050 SMTパッケージを採用しています。主要寸法は以下の通りです：

• パッケージ長：5.0 mm
• パッケージ幅：5.0 mm
• パッケージ高さ（典型）：1.6 mm

特に断りのない限り、公差は±0.1mmです。データシートには、ピン配置と機械的特性を示す詳細な寸法図（上面図、側面図、底面図）が提供されています。

5.2 ピン配置と極性識別

このパッケージは6ピンで、2列各3ピンの配置です。上面から見た場合、ピン番号は通常反時計回りに付けられています。データシートの図面には、赤、緑、青のチップのアノードおよびカソードピンが明確に示されています。正しい極性識別は、組立工程でのLEDの逆バイアス防止に重要です。底面図には通常、PCB上での向き合わせを支援するための極性マーク（切り欠きやドットなど）が含まれています。

6. はんだ付けと組立ガイド

6.1 リフローはんだ付けパラメータ

推奨される赤外線（IR）リフローはんだ付け温度プロファイルは重要な工程パラメータです。

• ピーク温度：最高260°C。
• 液相線以上時間（TAL）：はんだ接合部が融点以上の温度にある時間は制御すべきであり、通常、ピーク温度での保持時間は10秒が推奨されます。
• 昇温/降温速度：プラスチックパッケージや内部ボンディングワイヤへの熱衝撃を最小限に抑えるため、加熱および冷却速度（例：1-3°C/秒）を制御することが推奨されます。

JEDEC J-STD-020D Level 3の湿度感受性レベル（MSL）に基づく予防措置を遵守しなければなりません。部品が規定の工場内寿命を超えて環境空気に曝された場合、「ポップコーン」現象（水分の急速な膨張によるパッケージ割れ）を防ぐため、リフローはんだ付け前にベーキングを行う必要があります。

6.2 手はんだ付け

手はんだ付けを行う場合は、特に注意が必要です：

• はんだごて先の温度は最高350°Cに制限してください。
• 各ピンの接触時間を最長3秒に制限する。
• LEDへの過剰な熱流入を防ぐため、はんだ付け点とパッケージ本体の間のピンにヒートシンク（例：ピンセット）を使用する。

6.3 保管条件

デバイスは、元の防湿バッグ内に乾燥剤を入れ、-40°Cから+100°Cの温度範囲で、結露のない環境で保管する必要があります。密封バッグが開封された後、デバイスが環境湿度にさらされる時間は、そのMSLレベル（Level 3）によって制限されます。

7. 包装及び注文情報

7.1 リールおよびキャリアテープ仕様

LEDは、自動実装機に対応したエンボス型キャリアテープリールで供給されます。

• キャリアテープ寸法：ポケット寸法（寸法A）：5.70±0.10 mm、（寸法B）：5.38±0.10 mm、深さ（寸法C）：1.60±0.10 mm。
• リール寸法：標準的な13インチ（330mm）リール寸法を提供しています。
• 1ロットあたりの数量：標準包装は1ロットあたり1000個です。最小注文数量は1ロットあたり250個または500個とすることができます。

7.2 ラベル説明

リールラベルには、そのリール上のLEDビンニングを指定するコードが含まれています：

• CAT：光度等級（光束ビンニングに基づく）。
• HUE：主波長グレード（波長ビニングコード）。
• REF：順方向電圧グレード（電圧ビニングコード）。
• ロット番号：トレーサブルなロット番号。
• P/N：完全な製品番号。
• QTY：リール上の数量。

アプリケーションに必要な特定の光学特性および電気特性を備えたデバイスを受領するためには、注文時にこれらのコードを参照することが極めて重要です。

8. アプリケーション設計上の考慮事項

8.1 駆動回路設計

赤色光（∼2.3V）と緑色光/青色光（∼3.4V）チップの順方向電圧が異なるため、電流を均一にしたい場合、単一の電流制限抵抗を用いた単純な直列接続は最適な方法ではありません。推奨される方法は、各カラーチャンネルに独立した電流制限抵抗を使用するか、さらに良いのはマルチチャンネルを備えた専用の定電流LED駆動ICを使用することです。これにより、電源電圧の変動やV_F分档による差異があっても、一貫した輝度と色調を維持できます。パルス幅変調（PWM）は、デューティ比を変更しながら定電流（ひいては安定した色点）を保つことができるため、調光と混色に最適な方法です。

8.2 熱管理

各LEDの消費電力は最大0.555W（緑/青LED、150mA時）に達する可能性があります。1枚の基板上に複数のLEDを使用する場合、総発熱量は相当なものになることがあります。適切な熱設計が極めて重要です：

• PCBレイアウト：十分な銅箔面積（放熱パッド）を持つPCBを使用し、LEDの放熱パッド（存在する場合）またはピンに接続して熱を伝導させる。
• 放熱ビア：LEDパッドの下に放熱ビアのグループを配置し、熱を内部グランド層または基板背面に伝達する。
• デレーティング：最大電流と温度のデレーティング曲線を必ず参照してください。周囲温度が高いアプリケーションでは、接合温度が115°Cを下回るように、駆動電流を適宜低減する必要があります。

8.3 光学設計

120度の広視野角は一般照明に有利ですが、集光ビームが必要なアプリケーションでは、二次光学部品（レンズ、リフレクター）が必要になる場合があります。導光管アプリケーションでは、その小さな発光面積と広視野角が効率的な結合に有利です。混色設計では、目標位置で均一な混合色を実現するために、赤、緑、青の放射パターンの空間的重複を考慮する必要があります。

9. 技術比較と差別化

初期のRGB LEDパッケージや個別の単色LEDと比較して、本デバイスはいくつかの重要な利点を提供します：

• 集積度：3つのチップが1つのSMTパッケージに集積されており、3つの独立したLEDを使用する場合と比較して、PCBスペースを節約し、組立を簡素化します。
• 独立制御：6ピン設計により、各色に対して真に独立したアノード/カソードへのアクセスを提供し、共通アノードまたは共通カソードの4ピンRGB LEDと比較して、より高い柔軟性を実現します。これにより、例えばより高い電圧動作のための直列接続など、より複雑な駆動方式が可能になります。
• 性能：「超高輝度」チップを採用しており、同じパッケージサイズにおいて標準製品よりも高い効率と光出力を実現していることを示しています。
• コンプライアンス：現代の環境規制（RoHS、REACH、ハロゲンフリー）への完全準拠は基本要件ですが、ここで明確に確認されています。

10. よくある質問（技術仕様に基づく）

10.1 単一の5V電源と1つの抵抗器で、3色すべてを駆動できますか？

最適な方法ではありません。緑と青のLEDの順方向電圧（∼3.4V）は、5V電源下で電流制限抵抗に∼1.6Vしか残さず、安定した電流制御が可能です。しかし、赤色LED（∼2.3V）では、その抵抗にかかる電圧降下は∼2.7Vになります。3色すべてに同じ抵抗値を使用すると、異なるV_F値により、電流と輝度レベルに大きな差が生じます。独立した抵抗または定電流ドライバの使用が必要です。

10.2 光束（lm）と光度（mcd）の違いは何ですか？

光束（ルーメン）は、光源が全方向に放射する可視光の総量を測定します。光度（カンデラ）は、光源が特定の方向から見てどれだけ明るく見えるかを測定します。このような広視野角LEDの場合、強度値は通常、軸上で測定されたピーク値です。全光束は照明の総合的な光出力をより良く反映し、光度は特定の角度から見たインジケータランプの明るさに関連します。

10.3 このRGB LEDで白色光を実現するにはどうすればよいですか？

白色光は、適切な強度の赤色光、緑色光、青色光を混合することで生成されます。正確な比率は、特定の色度目標（例：クールホワイト、ウォームホワイト）および各LEDの分光特性によって異なります。チップ効率やビニングの違いにより、一貫性のある高品質の白色点を実現するには、通常、システム内での個別キャリブレーション、またはカラーセンサーを使用したフィードバックが必要です。これは、専用の白色LED蛍光体を使用する場合よりも複雑です。

10.4 なぜ最大接合温度はわずか115°Cなのか？

接合温度の限界は、LEDチップ、ボンディングワイヤ、およびパッケージングに使用される材料によって決定される。過熱は性能劣化メカニズムを加速し、光出力（光減衰）を低下させ、致命的な故障を引き起こす可能性がある。最大T_jまたは最大Tに近い状態

で動作させることは、デバイスの寿命を大幅に短縮する。優れた熱設計は、動作中の接合温度を可能な限り低く保つことを目的としている。

11. 実際の設計と使用例

11.1 例：民生電子機器の状態表示LED

スマートホームデバイスでは、5050 RGB LED 1個で多様な状態コードを提供できます：赤はエラー、緑は準備完了、青はBluetoothペアリング中、黄色（赤+緑）はスタンバイなどです。広視野角により、どの方向からでも視認性が確保されます。PWM機能付きの3本のGPIOピンと3つの電流制限抵抗（例：3.3Vまたは5V電源から約20mA駆動する場合、15-20Ωを使用）を備えたシンプルなマイクロコントローラでこのLEDを駆動できます。低電流は寿命を延長し、発熱を最小限に抑えます。

11.2 例：小型看板のバックライト

アクリル看板のエッジ照明には、このようなLEDを数個、縁に沿って配置することができる。その広い視野角は、光をアクリルに結合するのに役立つ。これらを直列ストリング（例えば、全ての赤色LEDを直列、全ての緑色LEDを直列、全ての青色LEDを直列）に配列することで、より高電圧・低電流のドライバーを使用でき、効率が向上する。独立した制御により、看板の色を動的にプログラミングすることが可能となる。熱管理は、アクリルまたは実装基板がLEDアレイ全体からの熱を放散できることを確保することを含む。

12. 動作原理

このデバイスは、半導体材料におけるエレクトロルミネセンス（電界発光）の原理に基づいて動作します。p-n接合に印加される順方向電圧がチップのバンドギャップエネルギーを超えると、電子と正孔が再結合し、そのエネルギーが光子（光）として放出されます。発光色（波長）は、半導体材料のバンドギャップエネルギーによって決定されます：赤色光（∼622 nm）にはGaInAlP材料が、緑色光（∼525 nm）および青色光（∼457 nm）にはInGaN材料が用いられます。これらの異なる材料で作られた3つの独立した半導体チップは、反射カップ内に配置され、透明または拡散性の樹脂で封止されることで、完全なLEDパッケージが形成されます。

13. 技術トレンド