EMC3030 フルカラーLED データシート - 外形寸法 3.0x3.0mm - 電圧 1.6-3.4V - 消費電力 0.468-0.648W - 英語技術文書

製品概要

EMC3030シリーズは、高要求の照明用途向けに設計された高性能フルカラー表面実装LEDです。このコンポーネントは、赤、緑、青（RGB）チップをコンパクトな3.0mm x 3.0mmパッケージ内に統合し、加法混色による広範なカラースペクトルの生成を可能にします。その主な設計焦点は、高駆動電流下での堅牢な動作を維持しながら、高い光束出力と効率を実現することにあります。

中核的利点： このLEDの主な強みは、高いルーメン出力、大電流動作への適性、そして低い熱抵抗にあります。これらの特徴により、様々な環境下での安定した性能と長い動作寿命が実現されています。

ターゲット市場： このLEDは、鮮やかでダイナミック、あるいは調色可能な白色光を必要とする用途向けに設計されています。主なターゲット市場は、色彩効果、耐久性、エネルギー効率が最も重要視される屋外照明および建築照明分野です。

詳細技術仕様分析

本セクションでは、データシートに記載されている主要な技術パラメータについて、詳細かつ客観的な解釈を提供します。

2.1 電気光学特性

光束出力は標準試験電流（I_F) 150mAの電流と周囲温度（T_a) 25°Cにおいて。典型的な範囲は以下の通りです：

• レッドチップ： 22から28ルーメン（lm）
• グリーンチップ： 44から51 lm
• ブルーチップ： 7～12 lm

これらの光束値には±7%の測定許容差が適用されます。白色光混合の相関色温度（CCT）は、個々のチップの出力を組み合わせたものに基づき、CIE 1931色度図から導出されます。

本デバイスは広い視野角（2θ_1/2) 120度の半値角であり、これは光度がピーク値の半分に低下するオフアクシス角度です。これにより、広く均一な光分布が確保されます。

2.2 電気パラメータ

順方向電圧（V_F）は、I_F = 150mAにおけるチップの色によって異なります：

• 赤： 1.6Vから2.6V（代表値）
• 緑： 2.6Vから3.4V（代表値）
• 青： 2.6Vから3.4V（代表値）

順方向電圧測定許容差は±0.1Vです。すべてのチップの逆方向電圧（V_R）定格は最大5Vであり、この電圧における逆方向電流（I_R）は10µA未満です。本デバイスの静電気放電（ESD）耐性は1000V（人体モデル）です。

2.3 熱特性および絶対最大定格

LEDをこれらの限界を超えて動作させると、永久損傷を引き起こす可能性があります。

• 最大順方向電流（I_F）: 全色で180mA（連続）。
• 最大パルス順方向電流（I_FP）: 250mA（パルス幅≤100µs、デューティサイクル≤1/10）。
• 最大消費電力 (P_D）:
  • 赤: 468 mW
  • 緑: 648 mW
  • ブルー: 648 mW
• 動作温度 (T_opr）: -40°Cから+85°C。
• 保存温度（T_stg）: -40°Cから+105°C。
• 熱抵抗 (R_{th j-sp}）: MCPCB上のLED接合部からはんだ付けポイントまでの熱抵抗は、I=150mAにおいて全ての色で典型的に5°C/Wです。_Fこの低い値は、効果的な熱管理にとって極めて重要です。

アプリケーションにおける総消費電力が、信頼性を確保するために規定されたP定格を超えないことが極めて重要です。_D 定格を超えないことが信頼性を確保するために重要です。

3. ビニングシステムの説明

LEDは、生産ロット間の一貫性を確保するため、主要な性能パラメータに基づいて選別（ビニング）されます。このビニングはI_F = 150mA および T_a = 25°C.

3.1 主波長ビニング

これは、各チップが発する光の正確な色を定義します。

• 赤： コードRB2（615-620nm）、RC1（620-625nm）、RC2（625-630nm）にビニングされます。
• 緑： 単一コードGC3にビニングされ、2.5nmステップで520nmから535nmの範囲をカバーします（例：520-522.5nm、522.5-525nmなど）。
• 青： 複数のコードにビニングされます：BB3（450-452.5nm）、BB4（452.5-455nm）、BC6（467.5-470nm）まで。

波長測定の許容誤差は±1nmです。

3.2 光束ビニング

LEDは、その光束出力に基づいてグループ分けされます。

• 赤： Code DR0 (22-28 lm)
• 緑： Code DG0 (44-51 lm)
• 青： Code DB0 (7-12 lm)

光束測定の許容誤差は±7%です。

3.3 順方向電圧ビニング

この選別により、回路設計における電気的互換性が確保されます。電圧ビンの範囲はAB2 (1.8-2.0V)からAF1 (3.2-3.4V)まであり、測定許容差は±0.1Vです。

4. 性能曲線分析

データシートには、様々な条件下でのLEDの動作を示すグラフがいくつか含まれています。これらを理解することが最適な設計の鍵となります。

• 順方向電流 vs. 相対強度 (Fig. 3): この曲線は、駆動電流の増加に伴う光出力の変化を示しています。一般的に非線形であり、最大電流付近での使用は効率と寿命を低下させる可能性があります。
• 順方向電流対順方向電圧（図4）： このIV特性曲線はドライバ設計に不可欠です。順方向電圧は電流の増加とともに上昇し、赤、緑、青の各チップは半導体材料が異なるため、その関係性はわずかに異なります。
• 周囲温度対相対光束（図5）： このグラフは熱的デレーティングを示しています。周囲温度が上昇すると、光束出力は減少します。設計者は、高温環境でも一定の輝度を維持するために、この点を考慮する必要があります。
• 周囲温度 vs. 順方向相対電圧（図6）: 順方向電圧は、一般的に温度の上昇とともに低下します。この特性は定電流ドライバーの安定性にとって重要です。
• 周囲温度と最大順方向電流（図7）： このデレーティング曲線は重要です。過熱を防ぐため、周囲温度の上昇に伴い最大許容順方向電流を減らす必要があることを示しています。例えば、85°Cでは、赤色チップの最大電流は約136.4mA、緑色/青色チップではそれぞれ約93.7mAと90.9mAです。
• Color Spectrum (Fig. 1) & 視野角 Distribution (Fig. 2): これらの図は、LEDのスペクトル出力とビームパターンを視覚的に参照するためのものです。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

LEDはEMC3030表面実装パッケージに収められています。全体の寸法は長さ3.0mm、幅3.0mmです。詳細な機械図面には、LEDチップの正確な配置、カソード/アノードのマーキング、およびレンズ構造が規定されています。特に断りのない限り、寸法の一般公差は±0.2mmです。

5.2 推奨はんだパッド設計

PCB設計用のランドパターン（フットプリント）が提供されています。信頼性の高いはんだ付け、適切な熱伝達、およびリフロー中のトゥームストーニング防止のためには、この推奨パッドレイアウトを遵守することが不可欠です。パッド寸法の公差は±0.1mmです。

5.3 極性マーキング

各色チップのカソード（負極）端子を識別するためのマーキングがパッケージに施されています。LEDを損傷しないよう、正しい極性接続が必須です。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けパラメータ

このLEDは鉛フリー（Pbフリー）リフローはんだ付けプロセスに対応しています。指定されたプロファイルは極めて重要です：

• ピークパッケージ本体温度（T_p）: 最大260°C。
• 液相線温度以上での時間（T_L=217°C）： 60秒から150秒。
• ピーク温度の5°C以内の時間： 最大30秒。
• 立ち上がり速度（T_L Tまで_p）: 最大3°C/秒。
• ランプダウン速度（T_p Tまで_L）: 最大6°C/秒。
• 25°Cからピークまでの総時間： 最大8分。

このプロファイルを厳密に遵守することで、LEDパッケージおよび内部ワイヤーボンドへのサーマルショックや損傷を防止します。

6.2 取り扱いおよび保管上の注意

LEDは静電気放電（ESD）に敏感です。適切なESD対策手順（リストストラップ、導電マット）を使用してください。指定された温度範囲（-40°C～+105°C）内の乾燥した静電気防止環境で保管してください。はんだ付け前に湿気にさらさないでください。必要に応じて、メーカーのベーキング指示に従ってください。

7. 梱包および注文情報

7.1 テープ・リール梱包

LEDは、自動実装用にエンボス加工されたキャリアテープに巻き取られ、リールに供給されます。リールには最大5,000個を収容可能です。テープの寸法図（ポケット間隔やリール直径を含む）が提供されています。10ピッチにわたる累積公差は±0.25mmです。

7.2 部品番号体系

部品番号は以下の構造化されたフォーマットに従います： T □□ □□ □ □ □ – □ □□ □□ □主な構成要素は以下の通りです：

• タイプコード: 3030パッケージの場合は「3C」。
• CCT/カラーコード: RGB（フルカラー）の「CW」。
• 直列/並列チップ数、部品コード、カラーコード： これらの数字は、内部構成、ビニング選択（波長や光束など）、およびその他の製品バリアントを指定します。

特定の型番を解読し、正確な性能特性を得るには、完全なビニングテーブルを参照する必要があります。

8. アプリケーション推奨事項

8.1 典型的なアプリケーションシナリオ

• 建築ファサード照明： 建物に動的なカラーチェンジ効果を創出する。
• 屋外景観照明： カラフルな光で小道、樹木、水景を照らし出す。
• 看板・ディスプレイのバックライト： 鮮やかで目を引く看板のために。
• エンターテインメント・ステージ照明： プログラマブルカラーが必要とされる用途。

8.2 重要な設計上の考慮事項

• 熱管理： これは寿命にとって最も重要な要素です。十分な熱ビアを備えたPCBを使用し、必要に応じて外部ヒートシンクを用いて、特に高電流駆動時や高温環境下において、はんだ接点温度を安全範囲内に保ってください。
• 駆動電流： RGB LED専用に設計された定電流ドライバを使用してください。電流値は、必要な輝度と熱減衰曲線に基づいて設定する必要があります。絶対最大定格を超えないようにしてください。
• カラーミキシングと制御： 均一な白色光または特定の色を実現するには、パルス幅変調（PWM）を使用して各チップの輝度を独立して制御します。制御アルゴリズムでは、赤、緑、青の各チップの異なる発光効率を考慮してください。
• オプティクス： 所望のビーム角と色混合の均一性を達成するには、二次光学部品（レンズ、ディフューザー）が必要となる場合があります。

9. 技術比較と差別化

データシートには直接的な競合製品との比較は記載されていませんが、EMC3030の仕様はその競争力のあるポジショニングを浮き彫りにしています：

• 小型パッケージ（例：3528）との比較： 3030パッケージは、より大きな放熱経路と潜在的に大きなチップサイズにより、通常、より高い電力耐性とルーメン出力を提供します。
• 標準5050 RGB LEDとの比較： 3030は、同様またはそれ以上の性能を維持しながら、よりコンパクトなソリューションを提供し、高密度アレイや微細ピッチディスプレイでのより高い画素密度を可能にします。
• 主要な差別化要因： 規定された低い熱抵抗（5°C/W）と高い最大駆動電流（180mA）は、熱性能に最適化された設計を示唆しており、熱抵抗の高い部品と比較して持続的な高輝度動作を可能にします。

10. よくあるご質問（技術パラメータに基づく）

Q: RGBの3チップすべてを同時に180mAで駆動できますか？
A: いいえ。絶対最大許容損失（P_D）を超えてはなりません。赤を180mA（V_F~2.1V)では約378mWとなり、その468mWの制限値を下回っています。ただし、緑または青を180mA (V_F~3.0V)で駆動すると約540mWとなり、それらの648mWの制限値を下回っています。 合計 3つ全ての合計電力は約1.46Wとなり、これはPCB/ヒートシンクによって放散されなければなりません。さらに重要なのは、より高い周囲温度では許容電流が減少するデレーティング曲線 (Fig. 7) を参照する必要があることです。

Q: なぜ青色チップの光束は赤色や緑色よりも低いのですか？
A: これは人間の目の感度（明所視応答）に関係しています。目は青色光（～450-470nm）に対して最も感度が低いです。そのため、青色LEDは、目の感度がピークに達する緑色LEDと同じ知覚輝度（光束）を達成するために、より多くの放射パワーを必要とします。指定された値はこの生理学的現実を反映しています。

Q: 私のプロジェクトに適切なビンコードを選択するにはどうすればよいですか？
A: 色再現性が重要な用途（例：複数のLED間での均一な白色光）では、主波長（特に緑と青）および順方向電圧について厳密なビニング指定が必要です。重要度が低い用途では、より広いビニング範囲が許容され、コスト効率も高くなります。発注時には必ず完全なビニング表を参照してください。

11. 実践的設計ケーススタディ

シナリオ: 屋外建築用調光可能な白色光（2700Kから6500K）リニアライトの設計。

実装：

1. LED選定： EMC3030 RGB LEDを使用する。赤、緑、青の出力を混合し、黒体軌跡に沿った様々な白色点をシミュレートする。
2. 熱設計: 器具本体はアルミニウム製である。PCBは金属基板PCB（MCPCB）を使用し、LEDのはんだ接合部から器具本体へ効率的に熱を伝達する。最大周囲温度（例：40°C）および駆動電流において、接合部温度が85°Cを超えないよう計算を行う。
3. 電気設計： 3つの独立したPWMチャネルを備えた定電流LEDドライバーを使用しています。チップあたりの電流は150mAに設定され、輝度と効率の良好なバランスを提供します。順方向電圧のビン分けを考慮し、生産される全てのユニットに対してドライバーのコンプライアンス電圧が十分であることを保証しています。
4. 光学設計： LEDアレイの上に乳白色の拡散カバーを配置し、個々のRGB発光点を均一でグレアのない線状光源に融合させます。
5. 制御： マイクロコントローラは、使用するLEDの実際のビンニングに基づいて較正された、所望のCCT値からR、G、Bチャネルへの特定のPWMデューティサイクルへのマッピングアルゴリズムを実行します。

12. 動作原理の紹介

EMC3030はマルチチップLEDです。各チップは異なる材料システムから作られた半導体ダイオードです：

• 赤： 一般的にアルミニウムガリウムインジウムリン（AlGaInP）をベースとしています。
• Green & 青： 一般的に窒化インジウムガリウム (InGaN) を基盤としています。

順方向電圧が印加されると、電子と正孔が半導体の活性領域内で再結合し、エネルギーが光子（光）の形で放出されます。光の特定の波長（色）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。三原色（赤、緑、青）は、単一パッケージ内で加法混色されます。各チップの輝度を独立して制御することで、様々な白色光の色調を含む広範な色スペクトルを生成することが可能です。

13. 技術トレンド

EMC3030のようなフルカラーLEDの開発は、照明業界におけるいくつかの継続的なトレンドによって推進されています：

• 効率向上（lm/W）： エピタキシャル成長とチップ設計の継続的な改善により、電気ワット当たりの光出力が向上し、エネルギー効率が高まっています。
• 改良された演色性と一貫性： 蛍光体技術（白色LED向け）の進歩とより厳格なビニングプロセスにより、より正確で一貫した色再現が可能となり、建築照明や小売照明において極めて重要です。
• より高い電力密度と優れた熱管理： パッケージ設計は、より効率的な放熱を実現し、コンパクトなフォームファクターで高い駆動電流と持続的なルーメン出力を可能にする方向に進化しています。
• スマートコントロールとの統合： LEDは、インテリジェントドライバーやIoT接続機能と組み合わせる設計が増えており、人間中心で省エネな照明ソリューションのための動的な色調調整、スケジューリング、データ収集を可能にしています。
• 小型化: ファインピッチ・ダイレクトビューLEDディスプレイにおけるより小さなピクセルの追求は続いているが、これは熱性能と光出力の必要性とのバランスを考慮する必要がある。