ELCH08 LED データシート - 高効率白色LED - 290lm @ 1A - 2.85-3.9V - 120° 視野角 - 日本語技術文書

1. 製品概要

本資料は、高効率白色発光ダイオード（LED）部品の仕様を詳細に説明します。本デバイスは、コンパクトなパッケージ設計が特徴で、高い光束出力を実現し、明るい照明を必要とするスペースに制約のある用途に適しています。その中核的な利点には、駆動電流1アンペアにおける290ルーメンの標準光束、および約87ルーメン/ワットの光学効率が含まれます。LEDは堅牢なESD保護を内蔵しており、取り扱いおよび実装時の信頼性を向上させています。RoHS指令に完全準拠し、鉛フリープロセスで製造されています。

1.1 主な用途

本LEDは、幅広い照明目的のために設計されています。主な用途としては、モバイルデバイスやデジタルビデオ機器におけるカメラフラッシュまたはストロボ光源としての使用が挙げられます。また、一般的な屋内照明、TFTディスプレイのバックライト、各種装飾またはエンターテインメント照明システムにも適しています。さらに、自動車照明（内装・外装機能両方）や、非常口標識やステップマーカーなどの安全・誘導照明にも使用されます。

2. 技術パラメータ：詳細な客観的解釈

以下のセクションでは、絶対最大定格および標準動作条件から導き出された、デバイスの主要な技術パラメータの詳細な分析を提供します。

2.1 絶対最大定格

これらの定格は、デバイスに永久的な損傷が発生する可能性のある応力限界を定義します。通常動作を意図したものではありません。

• 直流順電流（トーチモード）: 350 mA。これはLEDが連続的に扱える最大順電流です。
• ピークパルス電流: 1500 mA。この高電流は、特定のパルス条件下（最大400ms持続時間、10%デューティサイクル）でのみ印加可能であり、カメラフラッシュ動作に典型的です。
• ESD耐性（HBM）: 8 kV。本デバイスは、JEDEC JS-001-2017（旧JEDEC 3b）規格に基づく高い静電気放電保護を提供し、実装および取り扱いの信頼性にとって重要です。
• 接合温度（Tj）: 150 °C。半導体接合部で許容される最高温度です。
• 動作・保管温度: -40 °C ～ +85 °C（動作）、-40 °C ～ +100 °C（保管）。
• 熱抵抗（Rth）: 3.4 °C/W。このパラメータは、接合部から周囲への熱伝達の効率を示します。値が低いほど熱性能が優れていることを意味します。
• 電力損失（パルスモード）: 6.42 W。パルス条件下でデバイスが放散できる最大電力です。
• 視野角（2θ1/2）: 120度 ± 5°。これは、光度がピーク強度の少なくとも半分である角度範囲を定義し、広くランバート分布に近い放射パターンをもたらします。

重要な注意事項: 本デバイスは逆バイアス動作用に設計されていません。最大定格での連続動作は禁止されており、劣化や故障の原因となります。すべての信頼性仕様は、1.0 cm²の金属基板プリント回路基板（MCPCB）上での制御された熱管理下で検証されています。

2.2 電気光学特性（Ts=25°C）

これらのパラメータは、標準試験条件（50msパルス、はんだパッド温度25°C）で測定され、期待される性能を表します。

• 光束（Iv）: IF=1000mA時、260 lm（最小）、300 lm（標準）。
• 順方向電圧（VF）: IF=1000mA時、2.85V（最小）、3.90V（最大）。標準値はこの範囲内に収まります。
• 相関色温度（CCT）: 5500K ～ 6500K。これはクールホワイトまたはデイライトホワイトの色温度範囲に位置します。

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は主要な性能パラメータに基づいてビン（区分）に分類されます。これにより、設計者は輝度、電圧降下、色に関する特定のアプリケーション要件を満たす部品を選択できます。

3.1 順方向電圧ビニング

LEDは、IF=1000mA時に3つの電圧ビンに分類されます：
- ビン 2832: VF = 2.85V ～ 3.25V。
- ビン 3235: VF = 3.25V ～ 3.55V。
- ビン 3539: VF = 3.55V ～ 3.90V。
このビニングは、順方向電圧の変動を考慮することで、安定した駆動回路の設計に役立ちます。

3.2 光束ビニング

LEDは、IF=1000mA時の光出力によって分類されます：
- ビン J7: Iv = 260 lm ～ 300 lm。
- ビン J8: Iv = 300 lm ～ 330 lm。
- ビン J9: Iv = 330 lm ～ 360 lm。
これにより、最終アプリケーションでの予測可能な輝度レベルが確保されます。

3.3 色度（色）ビニング

白色光の色度は、CIE 1931 (x, y) 色度座標によって定義されます。本デバイスの主要ビンは5565であり、5500Kから6500KのCCT範囲を目標としています。このビンの特定の基準点は座標 (0.3166, 0.3003) にあり、CIE図上に定義された四角形の許容範囲ボックスを持ちます。色度座標の測定許容差は±0.01です。

4. 性能曲線分析

グラフデータは、様々な動作条件下でのデバイスの挙動に関する洞察を提供します。

4.1 相対分光分布

分光パワー分布曲線は、各波長で放射される光の強度を示します。蛍光体コーティングを施した青色InGaNチップに基づく白色LEDの場合、スペクトルは通常、チップからの支配的な青色ピークと、蛍光体からのより広い黄色/赤色放射帯域を特徴とします。これらが組み合わさって白色光が生成されます。ピーク波長（λp）と完全なスペクトル形状は、演色評価数（CRI）と知覚される色品質に影響を与えます。

4.2 標準放射パターン

極座標放射パターンは、光強度の空間分布を示します。提供される曲線は、強度が視野角の余弦にほぼ比例する、ほぼランバート分布を示しています。これにより、一般的な照明やフラッシュ用途に適した、広く均一な照射が得られます。X軸とY軸のパターンは類似しており、対称的な放射を示しています。

4.3 順方向電圧 vs. 順方向電流（V-I曲線）

この曲線は、ダイオードに典型的な指数関数的関係を示しています。順方向電圧は電流とともに増加しますが、線形ではありません。この曲線を理解することは、熱管理と駆動回路設計にとって不可欠です。なぜなら、損失電力（Vf * If）が熱を発生させるからです。

4.4 相対光束 vs. 順方向電流

このグラフは、光出力が駆動電流とともにどのように変化するかを示しています。最初、光束は電流とほぼ線形に増加します。しかし、より高い電流では、接合温度の上昇やその他の半導体物理効果により効率低下が発生し、光束の相対的な増加が減少します。推奨電流を超えて動作させると、効率が低下し、劣化が加速します。

4.5 CCT vs. 順方向電流

この曲線は、相関色温度が駆動電流とともにどのようにシフトするかを明らかにします。一般的に、蛍光体変換白色LEDでは、青色励起LEDと蛍光体の間の効率変化の差により、非常に高い電流でCCTが上昇（光がより冷たく/青くなる）する可能性があります。グラフは、動作電流範囲全体でCCTが比較的安定していることを示しており、これは一貫した色性能にとって望ましいことです。

5. 機械的・パッケージ情報

LEDパッケージの物理的寸法と構造は、PCBレイアウト、熱管理、光学設計にとって重要です。

5.1 パッケージ寸法図

データシートには、SMD（表面実装デバイス）パッケージの詳細な寸法図が含まれています。主要寸法には、全長、全幅、全高、およびパッド（端子）サイズと間隔が含まれます。特に指定がない限り、公差は通常±0.1mmです。この図面は、CADソフトウェアでPCBフットプリント（ランドパターン）を作成するために不可欠です。

5.2 極性識別

パッケージには極性マーカーが付いています。実装時の正しい向きは必須であり、サポートされていない逆バイアスを防ぎ、デバイスの損傷を回避します。極性は、自動実装機用のキャリアテープにも表示されています。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けパラメータ

本デバイスは260°Cのピークはんだ付け温度に耐えることができ、標準的な鉛フリーリフロープロファイル（例：IPC/JEDEC J-STD-020）と互換性があります。許容される最大リフローサイクル数は3回です。熱衝撃を防止し、LED部品を損傷することなく信頼性の高いはんだ接合を確保するために、推奨される温度プロファイル（立ち上がり、ソーク、リフローピーク、冷却速度）に従うことが極めて重要です。

6.2 湿気感受性レベル（MSL）

本コンポーネントのMSL定格はレベル1です。これは最高レベルの耐湿性を意味し、条件≤30°C/相対湿度85%では無期限のフロアライフを持ち、これらの条件下で保管されている場合は使用前にベーキングを必要としません。これは、より高いMSLレベルの部品と比較して在庫管理を簡素化します。

6.3 保管条件

推奨保管温度範囲は-40°C～+100°Cです。MSL 1定格を維持するため、コンポーネントは使用準備が整うまで、乾燥剤入りの元の防湿バッグ内で保管する必要があります。

7. 梱包および発注情報

7.1 梱包仕様

LEDは、エンボス加工されたキャリアテープに載せられリールに巻かれた状態で供給されます。これは自動SMD実装の標準です。データシートには、キャリアテープ（ポケットピッチ、幅など）とリール（直径、ハブサイズ）の両方の寸法が記載されています。標準リールには2000個が含まれています。テープには、実装機用の極性と送り方向が表示されています。

7.2 製品ラベリング

リールと梱包には、トレーサビリティと正しい使用のための主要情報がラベル表示されています：
- P/N: メーカー部品番号（例：ELCH08-NF5565J7J9283910-FDH）。
- LOT NO: 品質管理のための製造ロット番号。
- QTY: 梱包内の個数。
- CAT: 光束ビンコード（例：J7）。
- HUE: 色ビンコード（例：5565）。
- REF: 順方向電圧ビンコード（例：2832、3235、3539）。
- MSL-X: 湿気感受性レベル。

8. アプリケーション推奨事項

8.1 設計上の考慮事項

熱管理: これはLEDの性能と寿命にとって最も重要な単一の要素です。低い熱抵抗（3.4°C/W）は、適切な放熱対策があって初めて効果を発揮します。はんだパッドから熱を逃がすために、十分な銅面積を持つPCBまたは専用の金属基板PCB（MCPCB）を使用してください。IF=1000mA時の最大基板温度は70°Cと規定されています。
電流駆動: 安定した光出力を確保し、熱暴走を防ぐために、定電圧源ではなく定電流LEDドライバを使用してください。連続（トーチ）モードとパルス（フラッシュ）モードの両方について、絶対最大電流定格を遵守してください。
光学設計: 広い120度の視野角は、広範囲の照射を必要とする用途に適しています。集光ビームの場合は、二次光学系（レンズ、リフレクター）が必要になります。ランバート放射パターンは光学モデリングを簡素化します。

8.2 ESD対策

デバイスは高いESD保護（8kV HBM）を備えていますが、累積的な損傷や潜在的な欠陥を防ぐために、取り扱いおよび実装中も標準的なESD管理対策（接地された作業台、リストストラップの使用など）を遵守する必要があります。

9. 技術比較と差別化

データシート内で他の特定モデルとの直接的な比較は提供されていませんが、本LEDの主要な差別化機能は以下のように推測できます：
- 高光束効率: 1Aで87 lm/Wは、同クラスの高電力SMD LEDにおいて競争力のある効率であり、所定の光出力に対してエネルギー消費を低減し、熱負荷を軽減します。
- 高電流パルス対応能力: フラッシュ用途の1500mAピークパルス定格は重要な機能であり、カメラフラッシュに適した非常に明るく短時間の光バーストを可能にします。
- 堅牢なESD定格: 8kV HBMは、ESD定格が低い、または規定されていない多くのLEDと比較して、優れた取り扱い堅牢性を提供します。
- 包括的なビニング: 3パラメータ（光束、電圧、色）のビニングにより、システム性能のより厳密な制御が可能となり、色と輝度の一貫性を要求するアプリケーションに有利です。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: このLEDを3.3V電源で駆動できますか？
A: 直接はできません。順方向電圧（Vf）は1A時に2.85Vから3.90Vの範囲です。3.3V電源では、低Vfのユニットをかろうじて点灯させるかもしれませんが、適切な電流制御は提供できません。定電流駆動回路が必要です。

Q2: トーチモード（350mA）と試験条件（1000mA）の違いは何ですか？
A: トーチモードは、最大連続直流電流（350mA）を指します。1000mAの仕様は、パルス動作（例：50msパルス）用であり、通常は性能ベンチマークやフラッシュ用途に使用されます。1000mAでの連続動作は最大定格を超え、故障の原因となります。

Q3: 光束ビンJ7、J8、J9はどのように解釈すればよいですか？
A: これらは輝度ビンです。設計で最低300ルーメンが必要な場合は、ビンJ8またはJ9を選択する必要があります。ビンJ7を使用すると、要求される輝度を下回るユニットが発生する可能性があります。発注時には必要なビンを指定してください。

Q4: ヒートシンクは必要ですか？
A: 絶対に必要です。1Aパルス時の電力損失は最大で約4W（3.9V * 1A）に達する可能性があります。適切な放熱対策がなければ、接合温度はすぐに限界を超え、急速な光束維持率の低下、色ずれ、および致命的な故障を引き起こします。

11. 実用的な使用例

シナリオ: 携帯電話カメラフラッシュの設計
1. ドライバ選択: パルス幅（例：～400ms）とデューティサイクル（<10%）を厳密に制御しながら1500mAパルスを供給できる、コンパクトで高効率のスイッチング方式定電流ドライバICを選択します。
2. PCBレイアウト: LEDを、大きな銅面または内部グラウンドプレーンに接続された専用の熱放散パッド上に配置します。パッドの下に複数のビアを使用して、熱を他の層に伝導させます。ドライバICは近くに配置し、トレースインダクタンスを最小限に抑えます。
3. 光学統合: LEDの上にシンプルなプラスチックレンズまたは光導波路を配置して光を拡散させ、ホットスポットを除去し、カメラシーンに均一な照明を確保します。LEDの広い視野角は、この拡散に役立ちます。
4. 部品選択: 何百万台もの携帯電話で一貫したフラッシュの色と輝度を実現するために、厳密なビンを指定します。例：色ビン5565、光束ビンJ8またはJ9、およびドライバ設計を簡素化するための特定の電圧ビン。

12. 動作原理の紹介

これは蛍光体変換白色LEDです。コアは窒化インジウムガリウム（InGaN）で作られた半導体チップであり、順方向電圧が印加されると電子がチップのバンドギャップを横切って正孔と再結合し、青色光を放射します。この青色光の一部は、チップをコーティングしているセリウム添加ヤグ（YAG:Ce）蛍光体層に吸収されます。蛍光体は、青色光子の一部を黄色スペクトルのより長い波長にダウンコンバートします。残りの青色光と変換された黄色光の混合は、人間の目には白色光として知覚されます。青色と黄色の放射の比率が相関色温度（CCT）を決定します。

13. 技術トレンド

白色LEDの開発は、いくつかの主要な方向性に沿って進んでいます：
- 効率向上（lm/W）: 青色チップの内部量子効率、パッケージからの光取り出し効率、および蛍光体変換効率の継続的な改善により、効率が向上し、エネルギー消費が削減されています。
- 色品質の改善: 単純な青色+YAGシステムから、より高い演色評価数（CRI）と角度にわたるより一貫した色（角度色均一性）を実現するための多蛍光体またはバイオレット励起システムへ移行しています。
- 高出力密度化と小型化: 本デバイスに見られるように、より小さなパッケージにより多くのルーメンを詰め込む傾向にあり、先進的な基板やパッケージ材料などのより優れた熱管理ソリューションが求められています。
- 信頼性の向上: 材料（蛍光体、封止材）とパッケージング技術の改善により、動作寿命と光束維持率（L70、L90定格）が継続的に延長されています。
- スマートおよび統合ソリューション: 市場では、統合ドライバ、センサー、または通信機能（Li-Fi）を備えたLEDの成長が見られますが、このデータシートで説明されているのは個別の従来型コンポーネントです。