EHP-C04 LED データシート - 高輝度白色LED - 160lm @ 1000mA - 5700K CCT - 2.04x1.64mm パッケージ - 日本語技術文書

1. 製品概要

EHP-C04/NT01A-P01/TRは、厳しい照明用途向けに設計された高輝度表面実装型白色LEDです。InGaNチップ技術を活用して白色光を生成し、高い光束出力とコンパクトな形状のバランスを提供します。本デバイスは量産向けに分類されており、大量生産における成熟度と信頼性を示しています。

このLEDの中核的価値提案は、小型パッケージ内での高効率性の組み合わせにあります。スペースが限られているが高い光出力が要求される用途向けに設計されています。デバイスには静電気放電（ESD）保護機能が内蔵されており、取り扱いや組立プロセス中の堅牢性が向上しています。

1.1 主な特徴と用途

このLEDは、その性能範囲を定義するいくつかの主要な特徴を備えています。順電流1000mAで駆動した場合、典型的な光束は160ルーメンを提供します。この駆動電流における典型的な相関色温度（CCT）は5700ケルビンで、クールホワイトスペクトルに位置します。同じ条件下での光学効率は1ワットあたり45ルーメンと定格されています。

信頼性の観点からは、最大8KV（人体モデル）までのESD保護を提供し、湿気感受性レベル（MSL）クラス1に適合しています。これは、条件が30°C/85%RH以下の場合、無制限のフロアライフを持ち、標準条件下でのリフローはんだ付け前にベーキングが不要であることを意味します。また、本デバイスはRoHSに準拠し、鉛フリーです。

生産における主要なグループ化パラメータは総光束と色度座標であり、光学性能の一貫性を確保しています。

主な用途：

• モバイルデバイス用カメラフラッシュ：主な用途は、携帯電話やその他のポータブルデバイス向けのカメラフラッシュまたはストロボライトであり、高い瞬間的な光出力を必要とします。
• デジタルビデオ（DV）用トーチライト：ビデオ録画アプリケーションでの定常照明に使用されます。
• 一般照明：様々な屋内照明器具に適しています。
• 建築・安全照明：階段、出口通路、その他の標識の方向指示灯に使用できます。
• TFTバックライト：表示パネルの照明を提供します。
• 自動車照明：車外・車内照明の両方に適用可能です（特定の自動車グレードの資格を満たすことが条件）。
• 装飾・エンターテインメント照明：アクセント照明やエフェクトに使用されます。

2. 絶対最大定格と熱特性

絶対最大定格を理解することは、LEDの信頼性の高い動作を確保し、永久損傷を防ぐために重要です。すべての定格は、はんだパッド温度（T_{はんだパッド}）が25°Cの条件下で規定されています。

2.1 電気的・熱的限界

直流順電流（I_F）：最大連続直流電流は350 mAです。この制限を超えると過熱や劣化の加速のリスクがあります。

ピークパルス電流（I_パルス）：パルス動作では、特定の条件下（パルス幅400ms ON、3600ms OFF）で1500 mAのピーク電流が許容されます。より短いパルスについては、データシートはピークパルス電流を最大持続時間50ms、最大デューティサイクル10%で印加することを規定しています。これは特にフラッシュ用途に関連します。

消費電力（P_d）：パルスモードでは、最大許容消費電力は6.5ワットです。この定格は熱管理と密接に関連しています。

接合部温度（T_J）：半導体接合部での最大許容温度は125°Cです。この温度に近づくか超えると、デバイスの寿命と性能は著しく低下します。

熱抵抗（R_θ）：接合部からリードまでの熱抵抗は10 °C/Wと規定されています。このパラメータは、消費電力（P_d= V_F* I_F）に基づいて接合部の温度上昇を計算するために不可欠です。特に高電流時には、T_Jを安全な限界内に維持するために効果的な放熱が必要です。

動作温度・保管温度：デバイスは-40°Cから+85°Cの周囲温度で動作でき、-40°Cから+110°Cの温度で保管できます。

はんだ付け：LEDは最大260°Cのはんだ付け温度に耐え、最大2回のリフローサイクルに耐えることができます。これはSMD部品の標準です。

2.2 重要な設計上の注意点

データシートにはいくつかの重要な警告が含まれています：

• このLEDは逆バイアス動作用に設計されていません。
• 長期信頼性を確保するため、最大動作温度で1時間を超えて動作させることは避けてください。
• すべての仕様は1000時間の信頼性試験によって保証されており、順電圧の劣化は30%未満であることが保証されています。
• 1500mAでの信頼性試験は、1.0cm x 1.0cmの金属基板PCB（MCPCB）を使用した良好な熱管理下で実施されました。1000mAでの試験は1.0cm x 1.0cmのFR4 PCBを使用しました。
• LEDを最大定格で連続動作させると永久損傷を引き起こします。複数の最大定格パラメータを同時に印加することは許可されていません。

3. 電気光学特性

これらの特性は、通常動作条件下でのLEDの期待される性能を定義し、T_{はんだパッド}= 25°C、通常は自己発熱効果を最小限に抑えるための50msパルス条件下で測定されます。

3.1 主要性能パラメータ

光束（Ф_v）：光出力。最小値は140 lm、典型的な値は160 lmで、概要表には最大値は規定されていません。測定許容差は±10%です。

順電圧（V_F）：指定された電流におけるLED両端の電圧降下。I_F=1000mAにおいて、V_Fの最小値は2.95V、最大値は4.35Vで、測定許容差は±0.1Vです。主要な表には典型的な値は記載されていませんが、ビン範囲内で定義されています。

相関色温度（CCT）：4500Kから7000Kの範囲で、1000mAにおける典型的な値は5700Kです。

指向角（2θ_1/2）：光度がピーク値の半分になる全角は120度で、許容差は±5度です。放射パターンはランバート型であり、光度は視野角の余弦に従って減少することを意味します。

4. ビニングシステムの説明

生産ばらつきを管理し、設計者が一貫した性能を持つLEDを選択できるようにするため、デバイスは主要パラメータに基づいてビンに分類されます。

4.1 順電圧（V_F）ビニング

LEDは、I_F=1000mAにおいて、5つの電圧ビンに分類されます：

- ビン 2932: 2.95V ～ 3.25V

- ビン 3235: 3.25V ～ 3.55V

- ビン 3538: 3.55V ～ 3.85V

- ビン 3841: 3.85V ～ 4.15V

- ビン 4143: 4.15V ～ 4.35V

これにより、複数のLEDを直列に使用する場合の電流マッチングや、電源要件の予測が容易になります。

4.2 光束ビニング

光出力は、I_F=1000mAにおいて、3つのカテゴリにビニングされます：

- ビン J3: 140 lm ～ 160 lm

- ビン J4: 160 lm ～ 180 lm

- ビン J5: 180 lm ～ 200 lm

これは、アレイやアプリケーションでの均一な輝度を実現するのに役立ちます。

4.3 色（白色）ビニング

色度座標（CIE x, y）は、目標CCTと色度図上の四角形領域によって定義される3つの主要ビンにグループ化されます：

1. カラービン (1) - 4550K：目標4500K-5000K。座標 (0.3738, 0.4378), (0.3524, 0.4061), (0.3440, 0.3420), (0.3620, 0.3720) で定義。

2. カラービン (2) - 5057K：目標5000K-5700K。座標 (0.3300, 0.3200), (0.3300, 0.3730), (0.3440, 0.3420), (0.3524, 0.4061) で定義。

3. カラービン (3) - 5770K：目標5700K-7000K。座標 (0.3030, 0.3330), (0.3300, 0.3730), (0.3300, 0.3200), (0.3110, 0.2920) で定義。

色度座標測定許容差は±0.01です。ビンは、I_F= 1000mA、50msパルス動作下で定義されます。

5. 性能曲線分析

データシートは、性能傾向を示すいくつかのグラフを提供しており、すべて1.0x1.0 cm²のMCPCBを使用した優れた熱管理下でテストされています。

5.1 分光分布

相対分光分布曲線は、蛍光体変換白色LEDに特徴的な広い発光スペクトルを示しており、青色領域（InGaNチップ由来）にピークを持ち、黄緑色領域（蛍光体由来）により広いピークを持ちます。この組み合わせが白色光を生成します。

5.2 順電圧対電流

この曲線は、順電圧（V_F）と順電流（I_F）の間の非線形関係を示しています。V_FはI_Fとともに増加しますが、増加率は線形ではありません。このグラフは、特に定電流ドライバの設計に不可欠です。

5.3 光束対電流

相対光束曲線は、光出力が低電流時には電流に対して超線形的に増加するが、非常に高い電流では効率低下や熱効果により、より線形的、あるいは準線形的になる傾向があることを示しています。これは効率を維持するための熱管理の重要性を強調しています。

5.4 色温度対電流

相関色温度（CCT）対順電流のグラフは、駆動電流に応じて色温度がどのようにシフトするかを示しています。一般的に、青色ダイの発光に対する蛍光体変換効率の変化により、CCTは電流が高くなるにつれて増加（光がより冷たく）する可能性があります。

5.5 順電流デレーティング曲線

これは信頼性設計において最も重要なグラフの一つです。はんだパッド温度の関数としての最大許容順電流を示しています。パッド温度が上昇すると、最大安全電流は大幅に減少します。例えば、はんだパッド温度が100°Cの場合、接合部温度を125°C以下に保つために、最大許容連続電流は約100mAまでデレートされます。この曲線は、高電流動作には効果的な放熱を義務付けています。

6. 機械的・パッケージ情報

6.1 パッケージ寸法

LEDはコンパクトな表面実装パッケージで提供されます。図面からの主要寸法は以下の通りです：

- 全体パッケージサイズ：長さ約2.04 mm、幅約1.64 mm。

- チップ位置と光学的中心が示されています。

- 極性識別のため、アノードとカソードのパッドが明確にマークされています。

- 寸法はミリメートル単位で、特に記載がない限り標準許容差は±0.1mmです。

上面図はアノードとカソードのパッドを示しており、これは正しいPCBレイアウトとはんだ付けに不可欠です。光学的中心は幾何学的中心からオフセットしており、カメラフラッシュなどの精密な光学設計において重要となる場合があります。

7. はんだ付け、組立、取り扱いガイドライン

7.1 湿気感受性とリフロー

MSLレベル1デバイスとして、30°C/85%RH以下の条件では無制限のフロアライフを持ちます。リフロー用の標準ソーク条件は、ボード上の他の部品で必要とされる場合、85°C/85%RHで168時間（+5/-0）です。デバイスは標準リフロープロファイルで最大260°Cのはんだ付けピーク温度に耐え、最大2回のリフローサイクルに耐えることができます。

7.2 保管と取り扱い

保管は指定された温度範囲-40°Cから+110°C内で行う必要があります。8KVのESD保護機能があるにもかかわらず、潜在的な潜在損傷を防ぐために、取り扱い中は標準的なESD予防策を遵守する必要があります。

8. 包装と発注情報

8.1 ラベル説明

梱包ラベルには、トレーサビリティと選択に不可欠ないくつかのコードが含まれています：

- CPN：顧客の製品番号。

- P/N：メーカーの製品番号（例：EHP-C04/NT01A-P01/TR）。

- LOT NO：トレーサビリティのための製造ロット番号。

- QTY：パッケージ内のデバイス数量。

- CAT：光束（明るさ）ビンコード（例：J3, J4, J5）。

- HUE：カラービンコード（例：1, 2, 3）。

- REF：順電圧ビンコード（例：2932, 3235）。

- MSL-X：湿気感受性レベル。

9. アプリケーション設計上の考慮事項

9.1 熱管理

これは、信頼性の高い動作と性能にとって最も重要な単一の要素です。デレーティング曲線は、はんだパッド温度を低く保つ必要性を明確に示しています。設計者は以下を行う必要があります：

1. 十分な熱伝導率を持つPCBを使用する（例：フラッシュなどの高電流用途では、信頼性試験で使用されたようなMCPCB）。

2. LEDパッドからヒートシンクまたは環境への低熱抵抗経路を確保する。

3. 動作周囲温度を考慮する。

4. パルス動作（カメラフラッシュなど）では、システムの熱容量とデューティサイクルが平均温度上昇を決定します。

9.2 電気的駆動

LEDは、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源で駆動する必要があります。ドライバは以下のように設計する必要があります：

- 必要な電流を供給する（例：最大輝度のため1000mA）。

- 順電圧ビン範囲（2.95V ～ 4.35V）に対応し、すべてのユニットで適切な電流制御を確保する。

- フラッシュ用途では、パルス幅とデューティサイクルを適切に制御して、高いピーク電流（指定されたパルス条件下で最大1500mA）を供給する。

9.3 光学的統合

ランバート型放射パターンと120度の指向角により、広い照明を必要とする用途に適しています。集光ビーム（例：トーチ）の場合は、二次光学系（レンズまたはリフレクター）が必要になります。精密な光学アライメントでは、パッケージの幾何学的中心からの光学的中心のオフセットを考慮する必要があります。

10. 比較と選択ガイダンス

このLEDを選択する際には、その主要パラメータをアプリケーション要件と比較してください：

- 光束と効率：1Aで160 lm、45 lm/Wは、そのパッケージサイズとデータシートの時代において競争力があります。新しいLEDはより高い効率を提供する場合があります。

- 色温度：典型的なCCT 5700Kは標準的なクールホワイトです。4500Kから7000Kまでのビンの可用性は柔軟性を提供します。

- パッケージサイズ：2.04x1.64mmのフットプリントはコンパクトで、携帯電話などのスペース制約のある設計に適しています。

- 駆動電流：その性能は1000mAで特性評価されており、これは高輝度フラッシュLEDの一般的な駆動電流です。1500mAパルスを扱える能力は、より低い電流のみに定格されたLEDに対するフラッシュ用途での重要な利点です。

- 熱性能：10 °C/Wの接合部-リード間熱抵抗は、慎重な熱設計を必要とします。この値を代替品と比較してください。数値が低いほど、熱を伝達するパッケージ性能が優れていることを示します。

11. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: このLEDを3.3V電源で駆動できますか？

A: 使用する特定のLEDの順電圧ビンと希望する電流によります。1000mA駆動の場合、V_Fの範囲は2.95Vから4.35Vです。3.3V電源は、より低いV_Fビン（例：2932）のLEDに対してのみ十分であり、非常に低いドロップアウト電圧の定電流ドライバが必要になります。電流レギュレータを備えたより高い電圧の電源（例：5V）の方がより信頼性が高いです。

Q: アプリケーションで定格の160ルーメンを達成するにはどうすればよいですか？

A: LEDを1000mA DCまたは同等のパルス電流で駆動し、はんだパッド温度を25°Cまたはそれ近くに維持する必要があります。より高い周囲温度と限られた放熱を持つ実際のアプリケーションでは、熱デレーティングと効率低下により光出力は低くなります。

Q: 1000mAと1500mAの試験条件の違いは何ですか？

A: 1000mA条件は典型的な性能（光束、V_F、CCT）の特性評価に使用されます。1500mA定格は、短時間パルス（最大50ms、10%デューティサイクル）用であり、これはカメラフラッシュ動作に典型的です。信頼性試験は異なる方法で実施されました：1500mA試験はより良い冷却のためにMCPCBを使用し、1000mA試験はFR4を使用しました。

Q: 指向角の許容差が±5度である理由は何ですか？

A: この許容差は、製造工程におけるチップ配置、蛍光体コーティング、レンズ形状のわずかなばらつきを考慮しており、放射パターンをわずかに変化させる可能性があります。

12. 設計と使用例

12.1 携帯電話カメラフラッシュ

シナリオ：スマートフォンカメラ用の単一LEDフラッシュの設計。

実装：

1. 駆動回路：1500mAパルスを供給でき、パルス幅（例：静止画補助光用に最大400ms）を厳密に制御できる専用LEDフラッシュドライバICを使用します。ドライバは、最高のV_F bin.

2. 熱管理：LEDは、PCB上の専用の熱放散パッドに実装し、内部グランドプレーンまたは金属ミッドフレームに接続して熱拡散を行います。フラッシュのデューティサイクルは、過熱を防ぐためにソフトウェアによって制限する必要があります。

3. 光学系：LEDの上に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、ホットスポットを減らし、オフセットされた光学的中心をレンズ軸に合わせます。

12.2 ポータブルビデオライト

シナリオ：デジタルビデオカメラ用の常時点灯トーチライト。

実装：

1. 駆動回路：効率と寿命を優先して、350mA（最大DC定格）またはそれ以下に設定された定電流ドライバ。単純なリニアレギュレータまたはスイッチングコンバータを使用できます。

2. 熱管理：LEDの背面のPCBエリアに小さなアルミニウムヒートシンクを取り付けます。筐体はある程度の空気循環を可能にする必要があります。

3. 光学系：浅いリフレクターまたはすりガラスレンズを使用して、ビデオ照明に適した広く均一なフラッドビームを作成します。

13. 技術的原理

EHP-C04は蛍光体変換白色LEDです。基本原理は、電流が流れると青色光を発する窒化インジウムガリウム（InGaN）製の半導体チップを含みます（エレクトロルミネセンス）。この青色光の一部は、チップをコーティングしたセリウム添加ヤグ（YAG:Ce）蛍光体層によって吸収されます。蛍光体は、青色光子の一部をより長い波長、主に黄色領域にダウンコンバートします。残りの青色光と放出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。青色と黄色の発光の正確な比率は、蛍光体の組成と厚さによって制御され、相関色温度（CCT）を決定します。コンパクトなパッケージには、ダイ、蛍光体、および初期放射パターンを形成する一次シリコーンレンズが統合されています。

14. 業界の状況とトレンド

このデータシートは、リリース日が2015年であり、成熟した世代の高輝度白色LEDを代表しています。当時、1A駆動電流で45 lm/Wの効率は、そのパッケージクラスにおいて競争力がありました。この部品を新しい設計で評価する際に設計者が考慮すべき、それ以降の主要な業界トレンドは以下の通りです：

- 効率の向上：現代の高輝度白色LEDは150-200 lm/Wを超えることができ、同じ光出力に対して電力消費と熱負荷を大幅に削減します。

- 色品質の改善：新しいLEDは、より高い演色評価数（CRI）値と、ビン間でより一貫した色点制御を提供することが多いです。

- 先進的なパッケージング：トレンドには、リードフレームのないチップスケールパッケージ（CSP）が含まれ、より優れた熱性能と小型化を提供できます。また、より高い電流密度とより良い光取り出しのために設計されたパッケージもあります。

- 統合ソリューション：カメラフラッシュなどの用途では、LEDはドライバ、センサー、光学系と統合され、完全なモジュールになることが増えています。

- 信頼性と寿命：このLEDは1000時間後の光束維持率が30%未満であることを保証していますが、新しい製品では、特定の条件下で数万時間のL70またはL90寿命（初期光出力の70%または90%に低下するまでの時間）を公称することが多いです。

部品を選択する際には、エンジニアは、EHP-C04のような確立された部品の実証済みの信頼性とコストを、新しい世代の性能上の利点と比較検討し、自社製品の特定の要件とライフサイクルを考慮する必要があります。