T1Dシリーズ 白色LED データシート - 10.0x10.0mmパッケージ - 定格49.5V - 360mA駆動 - 高演色性 - 技術文書

1. 製品概要

T1Dシリーズは、高要求の一般照明用途向けに設計された高性能トップビュー白色LEDコンポーネントです。本デバイスは熱強化型パッケージ設計を採用し、高駆動電流での安定動作を可能にしています。主な設計目標は、優れた演色性を維持しながら高い光束出力を実現することであり、光の品質と強度が重要な用途に適しています。

1.1 中核的な利点

• 高光束出力：相関色温度(CCT)に依存しますが、360mA駆動時に2370ルーメン以上（標準値）を達成可能です。
• 優れた色品質：高演色評価数(CRI) Ra90を特徴とし、その照明下での正確で鮮やかな色彩再現を保証します。
• 堅牢な熱管理：効率的な放熱を考慮して設計されたパッケージは、高電流動作をサポートし、長期信頼性に貢献します。
• コンパクトなフォームファクタ：10.0mm x 10.0mmの実装面積により、様々な照明器具やデザインへの柔軟な統合が可能です。
• 広視野角：標準120度（2θ1/2）の視野角により、広く均一な照射を提供します。
• 信頼性の高い製造：本コンポーネントは無鉛リフローはんだ付けプロセスに対応し、関連する環境規制への準拠を考慮して設計されています。

1.2 ターゲットアプリケーション

本LEDは、幅広い照明ソリューション向けに設計されており、以下を含みます：

• 建築・装飾照明：ファサード照明、コーブ照明など、高出力と良好な色品質が求められるアクセント照明。
• リフォームランプ：既存の照明器具における従来光源の直接置き換えとして、省エネルギーと光質の向上を提供します。
• 一般照明：住宅、商業施設、産業スペースにおける主照明。
• サイン看板のバックライト：明るく均一なバックライトを必要とする屋内・屋外看板。

2. 詳細技術パラメータ分析

本セクションでは、T1DシリーズLEDの性能範囲を定義する主要な電気的、光学的、熱的パラメータの詳細な内訳を提供します。

2.1 電気光学特性

順電流(IF)=360mA、接合部温度(Tj)=25°Cで測定した場合、本デバイスは異なる色温度において以下の性能を示します：

• 2700K（電球色）：最小光束1900 lm、標準値2150 lm。
• 3000K（温白色）：最小光束2000 lm、標準値2260 lm。
• 4000K-6500K（昼白色～昼光色）：最小光束2100 lm、標準値2370 lm。

重要な注意点：光束測定許容差は±7%、CRI(Ra)測定許容差は±2です。これらの条件下での順方向電圧(VF)は標準49.5V、範囲は46Vから52V（許容差±3%）です。

2.2 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生じる可能性のある限界を定義します。動作は常にこれらの範囲内に維持する必要があります。

• 連続順電流(IF)：400 mA
• パルス順電流(IFP)：600 mA（パルス幅≤100μs、デューティサイクル≤1/10）
• 電力損失(PD)：20800 mW
• 逆電圧(VR)：5 V
• 動作温度(Topr)：-40°C ～ +105°C
• 接合部温度(Tj)：120°C（最大）

2.3 電気的・熱的特性

• 順方向電圧(VF)：IF=360mA時、最小46V、標準49.5V、最大52V。
• 逆電流(IR)：VR=5V時、最大1 μA。
• 視野角(2θ1/2)：標準120°。
• 熱抵抗(Rth j-sp)：標準1 °C/W。この低い値は、半導体接合部から基板のはんだ付け点への効率的な熱伝達を示しています。
• 静電気放電(ESD)：1000V耐性（人体モデル）。

3. ビンニングシステムの説明

照明プロジェクトの一貫性を確保するため、LEDは主要パラメータに基づいて選別（ビンニング）されます。T1Dシリーズは多次元ビンニングシステムを採用しています。

3.1 光束ビンニング

LEDは、360mAでの測定光束出力によってグループ分けされます。各ビンには定義された最小および最大光束値があります。例えば、Ra90の4000K CCT LEDの場合、ビンコード3Mは2100-2200 lm、3Nは2200-2300 lmをカバーし、同様に3Qは2400-2500 lmまでをカバーします。これにより、設計者は予測可能な輝度レベルを持つLEDを選択できます。

3.2 順方向電圧ビンニング

ドライバ設計および複数LEDアレイにおける電流マッチングを支援するため、デバイスは順方向電圧によってもビンニングされます。コードには6R(46-48V)、6S(48-50V)、6T(50-52V)などがあります。同じ電圧ビンからLEDを選択することで、より均一な性能の達成に役立ちます。

3.3 色度ビンニング（色の一貫性）

LEDは非常に厳しい色の一貫性基準でビンニングされます。各CCT（例：2700K、4000K、6500K）の色度座標（CIE図上のx, y）は、5ステップマクアダム楕円内で制御されます。これは、同じビン内のLED間の色のばらつきが人間の目にはほとんど認識できないことを意味し、均一な白色光を必要とする用途において極めて重要です。この規格は、2600K-7000K範囲におけるEnergy Starのビンニング要件に準拠しています。

4. 性能曲線分析

提供されるグラフは、異なる動作条件下でのLEDの挙動に関する重要な洞察を提供します。

4.1 分光分布

Ra≥90デバイスのスペクトルグラフは、可視光全域にわたる広く連続的な発光を示しており、これは高CRIの蛍光体変換白色LEDの特徴です。スペクトルに大きなギャップがないことが高演色評価数を可能にし、物体がその光の下で自然に見えるようにします。

4.2 電流対相対光束

この曲線は、駆動電流と光出力の関係を示しています。初期段階では、光出力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、熱の増加やその他の効果（効率低下）により、効率は通常低下します。推奨される360mA以下で動作させることで、最適な効率と長寿命が確保されます。

4.3 温度依存性

相対光束および順方向電圧対はんだ付け点温度(Ts)を示すグラフは、熱設計にとって極めて重要です。光束は一般的に温度の上昇とともに減少します。順方向電圧も温度の上昇とともに減少します。これらの関係を理解することは、効果的なヒートシンクの設計や最終アプリケーション環境での光出力の予測に不可欠です。

4.4 最大電流対周囲温度

このデレーティング曲線は、周囲温度の関数としての最大許容順電流を定義します。周囲温度が上昇すると、LEDの放熱能力が低下するため、最大接合部温度(Tj max)を超えないように、最大安全動作電流を低減する必要があります。このグラフは、高温環境下での信頼性を確保するために重要です。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

本LEDは、寸法10.0mm x 10.0mmの正方形表面実装パッケージを採用しています。寸法図は、主要な寸法を含む上面、側面、底面図を提供します。底面図には、はんだパッドのレイアウトと極性マーキングが明確に示されています。指定されていない寸法の標準許容差は±0.1mmです。

5.2 極性識別とはんだパッド設計

パッケージ底面には、明確に定義されたアノード(+)およびカソード(-)のはんだパッドがあります。信頼性の高いはんだ接合とプリント基板(PCB)への適切な熱接続を確保するために、推奨はんだパッドパターン（ランドパターン）が提供されています。この推奨フットプリントに従うことは、機械的安定性と最適な熱伝達に不可欠です。

6. はんだ付け・組立ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

本コンポーネントは無鉛リフローはんだ付けプロセスに対応しています。損傷を避けるため、特定の熱プロファイルに従う必要があります：

• パッケージ本体最高温度(Tp)：最大260°C。
• 液相線温度以上滞留時間(TL=217°C)：60 ～ 150秒。
• 最高温度±5°C内滞留時間：最大30秒。
• 上昇レート（最高温度まで）：最大3°C/秒。
• 下降レート（最高温度から）：最大6°C/秒。
• 25°Cから最高温度までの総時間：最大8分。

このプロファイルに従うことで、熱衝撃、はんだ接合部の欠陥、および内部LEDダイや蛍光体への潜在的な損傷を防止します。

7. 型番体系

型番（例：T1D**9G2R-*****）は、主要属性を伝える構造化されたコードに従います：

• タイプコード：1Dは10.0mm x 10.0mmパッケージを示します。
• CCTコード：相関色温度を示す2桁（例：27は2700K、40は4000K）。
• 演色性コード：CRIを示す1桁（例：9はRa90）。
• チップ構成コード：パッケージ内の直列および並列チップの数を示します。
• カラーコード：色規格を示す文字（例：ANSI）。

このシステムにより、希望するLEDバリアントを正確に識別し、発注することが可能です。

8. アプリケーション設計上の考慮事項

8.1 熱管理

高い電力損失（360mA、49.5V時で約17.8W）を考慮すると、効果的な熱管理が最も重要な設計要素です。はんだ付け点温度(Ts)を安全な限界内に維持するためには、適切なサイズの金属基板PCB(MCPCB)またはその他の放熱ソリューションが必須です。熱定格を超えると、光束維持率の加速的な低下、色ずれ、最終的にはデバイスの故障につながります。

8.2 電気的駆動

本デバイスを動作させるには定電流LEDドライバが必要です。安定した360mA（または熱条件に基づくデレーティング電流）を提供し、LEDあたりの標準順方向電圧~49.5Vに耐えるドライバを選択する必要があります。複数のLEDを使用する設計では、直列接続が可能ですが、ドライバの出力電圧は順方向電圧の合計に対応できるものでなければなりません。

8.3 光学的統合

広い120度の視野角は、二次光学系なしで広い照射を必要とする用途に適しています。集光ビームを必要とする用途では、適切なレンズまたは反射器を使用する必要があります。設計者は、角度による潜在的な色のばらつきを考慮すべきですが、厳密なビンニングによりこれは最小限に抑えられています。

9. 技術比較と差別化

標準的なミッドパワーLED（例：2835、3030パッケージ）と比較して、T1Dシリーズはデバイスあたりの光束が大幅に高く、高出力器具に必要な部品点数を削減します。その主な差別化要因は、非常に高い光束、高CRI(Ra90)、および熱性能を考慮して設計された堅牢なパッケージの組み合わせです。他の高電力COB（チップオンボード）LEDと比較すると、より個別の、点光源のようなフォームファクタを提供し、特定の用途における光学的制御に有利です。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: このLEDを400mAで連続駆動できますか？

A: 連続順電流の絶対最大定格は400mAです。しかしながら、最適な寿命と信頼性のためには、特に実際のアプリケーションにおける熱デレーティングを考慮した後、テスト条件である360mA以下で動作させることを推奨します。

Q: どのようなヒートシンクが必要ですか？

A: 必要なヒートシンクは、アプリケーションの周囲温度、希望する駆動電流、許容可能な接合部温度に完全に依存します。熱抵抗(Rth j-sp = 1°C/W)とデレーティング曲線を使用して、熱設計エンジニアははんだ付け点から周囲への必要な熱インピーダンスを計算できます。

Q: 時間と温度による色ずれはどのように起こりますか？

A: すべての白色LEDはある程度の色ずれを経験します。提供されるグラフ（図7. Ts対CIE x, yシフト）は、はんだ付け点温度に伴う色度座標シフトの方向と大きさを示しています。長期の光束維持率と色ずれは、動作温度と電流の影響を受けます。仕様内で動作させることで、これらの影響を最小限に抑えることができます。

11. 設計ユースケース例

シナリオ: ハイベイ工業用照明器具の設計

設計者は約25,000ルーメンの光出力を必要としています。ビン3P（標準2300-2400 lm）のT1D-4000K-Ra90 LEDを使用する場合、約10-11個のLEDが必要になります。これらは低いTsを維持するために、大型の能動冷却アルミニウムヒートシンクに実装されます。LEDは直列接続され、500V以上（11個のLED * 49.5V）の出力電圧能力と安定した360mA出力を持つ定電流ドライバーが必要です。広い視野角はハイベイエリアに良好な照射範囲を提供し、高CRIは作業空間の視認性と安全性を向上させます。

12. 動作原理

これは蛍光体変換白色LEDです。コアは青色発光半導体チップであり、通常は窒化インジウムガリウム(InGaN)をベースとしています。順電流が印加されると、電子と正孔がチップの活性領域で再結合し、青色光を発します。この青色光の一部は、チップ上またはその近くに堆積された蛍光体材料（例：YAG:Ce）の層に衝突します。蛍光体は青色光子の一部を吸収し、より広いスペクトル（主に黄色および赤色領域）で光を再放出します。残りの青色光と蛍光体の広帯域発光の混合により、白色光として知覚されます。蛍光体の特定の配合が、最終出力のCCTとCRIを決定します。

13. 技術トレンド

T1Dシリーズのような高電力白色LEDの開発は、いくつかの分野における継続的な改善によって推進されています：効率(lm/W)：新しい半導体材料（例：非極性/半極性GaN）および高度なチップ設計に関する継続的な研究は、高電流時の効率低下を低減することを目指しています。色品質：トレンドはさらに高いCRI値（Ra95、Ra98）および改善された色の一貫性（より狭いマクアダム楕円、例えば3ステップまたは2ステップ）に向かっています。これは洗練された複数蛍光体ブレンドによって達成されます。信頼性と寿命：強化されたパッケージ材料、より良い熱界面、高温および高光束密度下での改善された蛍光体安定性により、LEDの寿命と光束維持率が延長されています。スマート統合：インテリジェントで調光可能な照明システムのための、オンボードセンサー、ドライバー、通信インターフェースを統合したLEDパッケージへの収束が進んでいます。