3020 ミッドパワーLED データシート - 外形寸法 3.0x2.0mm - 順電圧 3.4V - 消費電力 0.5W - クール/ニュートラル/ウォームホワイト - 技術文書

製品概要

3020シリーズは、一般照明用途向けに設計された高性能ミッドパワーLEDソリューションです。熱強化型エポキシモールドコンパウンド（EMC）パッケージを採用し、優れた光束効率、信頼性、コストパフォーマンスのバランスを提供します。本製品の主なポジショニングは、リフォームおよび一般照明市場であり、ドルあたりの高出力と良好な色品質の両方が極めて重要なアプリケーションをターゲットとしています。その中核的な利点には、同クラスで最高レベルのルーメン/ワット比およびルーメン/ドル比、最大0.8Wまで対応可能な堅牢なパッケージ、80以上の高い平均演色評価数（CRIまたはRa）が含まれます。ターゲット市場は、従来のランプの直接置換から建築・装飾照明まで、幅広い照明ソリューションを網羅しています。

詳細技術パラメータ分析

測光・光学特性

電気光学性能は、順電流（IF）150mA、周囲温度（Ta）25℃の標準試験条件で規定されています。製品ファミリーは、ウォームホワイト（2580K-3220K）からクールホワイト（5310K-7040K）までの相関色温度（CCT）を提供します。代表的なニュートラルホワイト品種（例：T3450811C）の場合、光束は最大68ルーメンに達します。重要な特徴は、すべてのビンで保証された最小平均演色評価数（CRIまたはRa）80であり、良好な色再現性を確保しています。空間的な光分布は、110度の広い指向角（2θ1/2）によって特徴付けられ、均一な照明を提供します。指定された測定許容差に注意することが重要です：光束は±7%、CRIは±2です。

電気・熱特性パラメータ

電気的特性は動作限界を定義します。代表的な順電圧（VF）は150mAで3.4V、許容差は±0.1Vです。絶対最大定格は信頼性のある設計にとって重要です：最大連続順電流（IF）は240mA、特定の条件下（パルス幅≤100µs、デューティサイクル≤1/10）ではパルス電流（IFP）300mAが許容されます。最大許容損失（PD）は816mWです。熱管理は、接合部からはんだ付け点までの低い熱抵抗（Rth j-sp）21°C/Wによって容易になり、性能と寿命を維持するために不可欠です。最大許容接合部温度（Tj）は115°Cです。

ビニングシステムの説明

波長／色温度ビニング

LEDの色の一貫性は、CIE 1931色度図に基づく精密なビニング構造によって制御されています。このシステムは、中心点（x, y座標）、長半径（a）、短半径（b）、および回転角（Φ）によって定義される楕円形のビンを使用します。例えば、ニュートラルホワイト用の40M5ビンの中心は（0.3825, 0.3798）です。2600Kから7000Kまでの色温度のビニングはEnergy Star規格に準拠しており、均一な白色光を必要とするアプリケーションのために厳密な色の一貫性を確保します。色座標の測定不確かさは±0.007です。

光束ビニング

光束出力も性能を保証するためにビンに分類されます。各色ビン（例：27M5、30M5）は、E7、E8、F1などのコードで識別される光束ランクにさらに細分化されます。例えば、30M5色ビン内では、光束コードF1のLEDは150mAで66から70ルーメンの光束を持ちます。これにより、設計者は特定のアプリケーション要件に合わせて予測可能な光出力を持つLEDを選択することができます。

順方向電圧ビニング

回路設計と電流マッチング、特に複数LEDアレイにおいて支援するため、順方向電圧は3つのランクに分類されます：コード1（2.8V - 3.0V）、コード2（3.0V - 3.2V）、コード3（3.2V - 3.4V）。これは、電源要件の予測と熱負荷のより効果的な管理に役立ちます。

性能曲線分析

電流-電圧(I-V)および電流-光束(I-Φ)特性

図3は順電流と相対光束の関係を示しています。出力は推奨動作電流までほぼ線形であり、良好な効率を示しています。図4は順電圧対電流曲線を示しており、ドライバ設計に不可欠です。電圧の正の温度係数が明らかであり、これはVFが温度の上昇とともに減少することを意味し、LEDの典型的な挙動です。

温度依存性

温度による性能変動は重要な設計要素です。図6は、相対光束が周囲温度（Ta）の上昇とともに減少することを示しており、光出力を維持するための熱管理の重要性を強調しています。図7は、温度の上昇に伴う順電圧の減少を示しています。図8は、周囲温度に基づく最大許容順電流のデレーティング曲線を提供しており、異なる動作条件下での信頼性を確保するために重要です。

スペクトル分布と指向性分布

図1は相対分光分布を提供し、色品質とCCTを定義します。図2は指向角分布（空間放射パターン）を示し、均一な照明のための広い110度のビーム角を確認しています。

温度による色度変化

図5は、周囲温度の上昇（25°Cから85°C）に伴うCIE x, y色度座標のシフトをプロットしています。この情報は、温度に対する色安定性が要求されるアプリケーションにとって極めて重要です。

はんだ付けおよび実装ガイドライン

このLEDは、鉛フリーリフローはんだ付けプロセスに対応しています。はんだ付け温度の絶対最大定格は、最大10秒間で230°Cまたは260°Cです。EMCパッケージおよび内部ダイへの熱損傷を防ぐために、推奨されるリフロープロファイルに従うことが必須です。動作温度範囲は-40°Cから+85°C、保管温度範囲も同様です。動作中に絶対最大定格を超えないように注意する必要があり、これを超えるとLEDに不可逆的な損傷を引き起こす可能性があります。

アプリケーション推奨事項

代表的なアプリケーションシナリオ

データシートは、いくつかの主要なアプリケーションを特定しています：従来のランプ（白熱灯やCFLなど）のリフォーム、一般的な屋内・屋外照明、屋内/屋外看板のバックライト、建築・装飾照明。高効率、良好なCRI、広いビーム角の組み合わせにより、これらの多様な用途に適しています。

設計上の考慮点

設計者は熱管理に細心の注意を払う必要があります。提供された熱抵抗値（21°C/W）を利用し、最悪の動作条件下でも接合部温度を115°C以下に保つために適切な放熱対策を計算する必要があります。高温環境アプリケーションでは、電流のデレーティング曲線（図8）に従う必要があります。一定の光出力を得るためには、定電圧ドライバよりも定電流ドライバが推奨されます。複数LEDアレイを設計する際は、均一な輝度と電流分担を確保するために、同じ電圧および光束ビンからのLEDを使用することを検討してください。

技術比較と差別化

プラスチックパッケージの従来のミッドパワーLEDと比較して、EMCパッケージは大幅に優れた熱性能を提供し、信頼性を維持しながらより高い駆動電流と許容損失（最大0.8W）を可能にします。これは、同サイズのパッケージからより高いルーメン出力をもたらします。保証されたCRI 80以上は、色品質が重要なアプリケーションにおいて、低いCRIの標準品と比較して競争優位性を提供します。広い110度の指向角は、二次光学系なしで広く均一な照明を必要とするアプリケーションに有利です。

よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: What is the maximum power I can drive this LED at?
A: The absolute maximum power dissipation is 816mW. However, the recommended operating condition is based on 0.5W nominal. Operating at higher power requires excellent thermal management to stay within the junction temperature limit.

Q: How do I interpret the luminous flux bins (E7, F1, etc.)?
A: These codes represent ranges of luminous output at 150mA. You must cross-reference the code with the specific color bin table (Table 6) to find the minimum and maximum lumen values for that group.

Q: Can I use a constant voltage source to drive this LED?
A: It is not recommended. LEDs are current-driven devices. A small change in forward voltage can cause a large change in current, potentially exceeding maximum ratings. Always use a constant current driver or a circuit that actively limits current.

Q: What is the impact of the ±7% flux tolerance?
A: This means the actual measured luminous flux of a production LED can vary by ±7% from the typical value listed in the datasheet. The binning system helps control this variation by grouping LEDs into tighter flux ranges.

実用的な使用例

Scenario: Designing a 10W LED Bulb Retrofit
A designer aims to create an A19 bulb replacement using this 3020 LED. Targeting 800 lumens, they might use 16 LEDs driven at approximately 140mA each (slightly below the test current for better efficacy and thermal headroom). They would select LEDs from the same color bin (e.g., 40M5 for 4000K Neutral White) and a consistent flux bin (e.g., F1) to ensure color and brightness uniformity. The total forward voltage for 16 LEDs in series would be roughly 16 * 3.4V = 54.4V, dictating the driver specifications. A properly designed aluminum PCB with thermal vias would be necessary to sink the heat from the 10W total dissipation, keeping individual junction temperatures well below the 115°C maximum.

動作原理の紹介

発光ダイオード（LED）は、エレクトロルミネセンスによって光を発する半導体デバイスです。p-n接合に順方向電圧が印加されると、電子と正孔が活性領域で再結合し、光子の形でエネルギーを放出します。発光の波長（色）は、使用される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。このLEDの白色光は、通常、蛍光体層でコーティングされた青色発光半導体チップを使用して生成されます。青色光の一部は蛍光体によってより長い波長（黄色、赤）に変換され、青色光と蛍光体変換光の混合が人間の目には白色に見えます。EMCパッケージは、半導体ダイとワイヤーボンドを保護し、一次光学レンズを提供し、最も重要なことに、接合部からの効率的な熱伝導の経路を提供する役割を果たします。

技術トレンド

ミッドパワーLEDセグメントは、より低コストでより高い効率（ルーメン/ワット）と信頼性に向けて進化し続けています。主要なトレンドには、より高い動作温度と電流を可能にし、より高いルーメン密度をもたらすEMCやセラミックなどのより堅牢なパッケージ材料の採用が含まれます。より高い平均演色評価数（CRI）値とロット間でのより一貫した色品質を達成するための改良された蛍光体技術への継続的な推進があります。さらに、単一パッケージ内に複数のダイを統合すること（COB - Chip-on-Boardまたはマルチダイミッドパワー）は、高出力アプリケーションの組み立てを簡素化しシステムコストを削減するためのトレンドです。スマート照明への推進もLED設計に影響を与えており、調光プロトコルや調光可能な白色システムとの互換性に焦点が当てられています。