3020 ミッドパワーLED データシート - 3.0x2.0mm - 19V 標準 - 0.6W - クール/ニュートラル/ウォームホワイト - 日本語技術文書

1. 製品概要

3020シリーズは、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たミッドパワーLEDファミリーです。この設計は、発光効率（ルーメン毎ワット）とコスト効率（ルーメン毎ドル）の最適なバランスを実現するよう設計されており、幅広い一般照明用途において魅力的な選択肢となります。本シリーズは、コンパクトな3.0mm x 2.0mmのフットプリントを特徴とし、標準消費電力0.6W、規定条件下での最大許容電力0.8Wで定格されています。

1.1 中核的利点とターゲット市場

このLEDシリーズの主な利点は、そのEMCパッケージングと設計最適化に由来します。EMC材料は、従来のプラスチックと比較して優れた耐熱性と長期信頼性を提供し、より高い動作温度でも安定した性能を可能にします。主な特徴には、最大順電流40mA、高色品質のための最小演色評価数（CRI）80、および鉛フリーリフローはんだ付けプロセスとの互換性が含まれます。これらの特性により、効率性、信頼性、色品質の組み合わせが最も重要となる、リトレフィットランプ、一般的な屋内・屋外照明、看板のバックライト、建築・装飾照明器具などに最適です。

2. 詳細な技術パラメータ分析

このセクションでは、データシートに規定された主要な性能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。これらの値を理解することは、適切な回路設計と熱管理にとって極めて重要です。

2.1 電気光学特性

電気光学性能は、標準試験条件 I_F= 30mA、T_a= 25°C、相対湿度60%で測定されます。光束出力は、周囲温度（T_a=25°C）と実装点温度（T_s=85°C）という2つの重要な温度について提供されています。後者は、LEDが基板に実装された実際のアプリケーションにおける性能をより現実的に示す指標です。例えば、典型的なクールホワイトビン（65R6）は、T_a=25°Cで72ルーメン、T_s=85°Cでは62ルーメンを出力し、熱設計の重要性を浮き彫りにしています。データシートには、光束測定値に±7%の許容差、CRI（Ra）測定値に±2の許容差があることが記載されています。

2.2 電気的・熱的パラメータ

順方向電圧（V_F）は、30mA時の標準値が19Vで、規定許容差は±0.3Vです。指向角（2Θ1/2）は広い120度で、光度がピーク値の半分に低下する軸外角として定義されます。重要な熱パラメータは、接合-実装点間熱抵抗（R_{th j-sp}）で、標準値は22 °C/Wと規定されています。この値は、半導体接合から実装点への熱の流れの効率を定量化します。値が低いほど放熱性が優れていることを示します。静電気放電（ESD）耐量レベルは1000V（人体モデル）で、ミッドパワーLEDの標準レベルです。

2.3 絶対最大定格

これらの定格は、それを超えると永久的な損傷が発生する可能性のあるストレス限界を定義します。いかなる動作条件下でも超えてはなりません。主な限界値は以下の通りです：連続順電流（I_F）40mA、パルス順電流（I_FP）60mA（パルス幅≤100µs、デューティサイクル≤1/10の場合）、最大消費電力（P_D）840mW、最大接合温度（T_j）125°C。動作・保管温度範囲は-40°Cから+105°Cです。はんだ付け温度プロファイルでは、ピーク230°Cまたは260°Cを最大10秒間許容します。

3. ビニングシステムの説明

製造における色と明るさの一貫性を確保するため、LEDはビンに分類されます。本シリーズは、2600Kから7000Kの範囲において、Energy Starガイドラインに基づいた包括的なビニングシステムを採用しています。

3.1 相関色温度（CCT）と色度ビニング

製品選択表には、ウォームホワイト（2725K、3045K）からクールホワイト（6530K）までの6つの主要CCTグループがリストされています。各CCTグループには対応するカラービンコード（例：27R5、65R6）があります。表5と図9は、CIE 1931図上の色度ビン構造を詳細に示しています。各ビンは、25°Cと85°Cの両方における特定の中心座標（x, y）、長軸/短軸半径（a, b）、および角度（Φ）で定義される楕円領域によって定義されます。色座標の測定不確かさは±0.007です。

3.2 光束ビニング

各色度ビン内で、LEDはさらに30mA時の光束出力によって分類されます。表6がフラックスランクを定義しています。例えば、65R6カラービン内では、LEDはフラックスコードF1（最小66-70 lm）、F2（最小70-74 lm）、F3（最小74-78 lm）で入手可能で、これらはすべてT_a=25°Cで測定された値です。この2次元ビニング（色＋光束）により、設計者は色点と明るさの両方について、正確なアプリケーション要件を満たすLEDを選択することができます。

4. 性能曲線分析

データシートには、様々な条件下でのLEDの挙動を示すいくつかのグラフが含まれており、予測モデリングと堅牢な設計に不可欠です。

4.1 IV特性と相対光束

図4は、順方向電圧（V_F）と順方向電流（I_F）の関係を示しています。動作範囲では曲線は比較的線形で、V_Fは電流とともに増加します。図3は、相対光束をI_Fに対してプロットしています。光束は電流に対して準線形的に増加します。推奨される30mAを超えてLEDを駆動すると、光出力の増加が逓減する一方で、はるかに多くの熱が発生し、効率と寿命を低下させる可能性があります。

4.2 温度依存性

図6と図7は熱解析に不可欠です。図6は、実装点温度（T_s）が上昇するにつれて相対光束が直線的に減少することを示しています。125°Cでは、出力は25°C時の値の約20%になります。図7は、V_Fも温度の上昇とともに減少することを示しており、これは半導体ダイオードの典型的な特性です。図5は、色度座標（CIE x, y）の温度によるシフトを示しており、色が重要なアプリケーションにおいて重要です。

3.3 スペクトル分布と指向角

図1は、典型的な分光パワー分布曲線を提供し、波長全体での相対強度を示しています。この曲線の形状がCCTとCRIを決定します。図2は空間放射パターン（指向角分布）を示し、規定の120度の指向角を持つランバート型に近い放射プロファイルを確認しています。

4.4 周囲温度によるデレーティング

図8は、周囲温度（T_a）とシステムの熱抵抗（R_j-a）に基づく最大許容順電流のデレーティング曲線です。例えば、システムR_j-aが45°C/Wの場合、接合温度が125°Cの限界を超えないようにするため、最大電流はT_a=89°Cでの40mAから、T_a=105°Cでは約22mAに低減しなければなりません。このグラフは、高温環境での安全な動作電流を決定するために不可欠です。

5. アプリケーションガイドラインと設計上の考慮事項

5.1 典型的なアプリケーションシナリオ

効率性、コスト、信頼性のバランスの良さから、このLEDシリーズは以下に適しています：
- リトレフィットランプ：電球、管、ダウンライトにおける白熱灯、ハロゲン、または蛍光灯の直接交換。
- 一般照明：住宅、商業、工業用照明器具の主光源。
- 看板バックライト：屋内・屋外看板に均一な照明を提供。
- 建築照明：ファサード照明、コーブ照明、色品質が重要なその他の装飾用途。

5.2 重要な設計上の考慮事項

熱管理：これは性能と寿命にとって最も重要な単一の要素です。22°C/Wという低いR_{th j-sp}は、PCBとヒートシンクが周囲への低熱抵抗経路を提供する場合にのみ有効です。金属基板PCB（MCPCB）または十分な熱ビアを持つ基板の使用を強く推奨します。駆動電流を設定する際は、常にデレーティング曲線（図8）を参照してください。
電流駆動：安定した光出力と色を得るためには、定電流ドライバーが必須です。推奨動作電流は30mAですが、熱条件が極めて良好であれば40mAまで駆動可能です。40mAを超えると即座に損傷するリスクがあります。
光学系：120度の指向角は、多くの一般照明用途に適しています。より集光したビームが必要な場合は、二次光学系（レンズ）が必要になります。
ESD保護：1000V HBMに定格されていますが、組立および取り扱い時には標準的なESD取り扱い予防策を遵守する必要があります。

6. 比較分析と技術的差別化

ミッドパワーLEDセグメント内において、この3020 EMCシリーズの主な差別化要因は以下の通りです：
1. 高温対応能力：EMCパッケージにより、黄変や劣化を起こす可能性のある標準的なPPAやPCTプラスチックと比較して、より高い実装点温度（T_s=85°Cのデータ提供）での持続動作が可能です。
2. 電力密度：3.0x2.0mmパッケージで最大0.8Wの能力を有しており、多くの従来の3528や2835ミッドパワーLEDよりも高い電力密度を提供し、所定のルーメン出力に必要なLED数を削減できる可能性があります。
3. 電圧特性：30mA時の標準順方向電圧19Vは注目に値します。設計者は、より一般的な3Vや6VのミッドパワーLEDと比較して、LEDドライバーがこのより高い電圧範囲に対応するように設定されていることを確認する必要があります。
4. 包括的なビニング：Energy Starビニングへの準拠、および色と光束の両方のビン提供により、高品質な照明製品に予測可能性と一貫性をもたらします。

7. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: なぜT_s=85°Cでの光束はT_a=25°Cよりも低いのですか？
A: T_aはLED周囲の気温です。T_sは実装点の温度で、動作中の実際の接合温度にはるかに近い値です。温度が上昇すると半導体の効率が低下し、光出力が減少します。T_s=85°Cのデータは、設計のためのより現実的な性能指標です。

Q: このLEDを40mAで連続駆動できますか？
A: 絶対最大定格は40mAですが、これはストレス限界です。推奨動作条件は30mAです。40mAでの動作は、熱管理が極めて優れており（システムR_j-aが非常に低い）、周囲温度が低い場合にのみ可能であり、図8のデレーティング曲線に従う必要があります。そうすることで効率が低下し、長期信頼性に影響を与える可能性があります。

Q: ビンコード、例えば'65R6'はどのように解釈すればよいですか？
A: このコードは色度ビンを定義します。最初の2桁（65）はCCT（6500K範囲）に関連します。文字（R）とそれに続く数字（6）は、LEDの色座標が収まるCIE図上の特定の楕円を定義し、厳密な色の一貫性を確保します。

Q: 22 °C/Wの熱抵抗の重要性は何ですか？
A: この値（R_{th j-sp}）は、LED接合で消費される電力1ワットごとに、接合と実装点の間の温度差が22°C増加することを示します。値が低いほど優れています。システム全体の熱抵抗（接合-周囲間、R_j-a）には、これに加えてPCB、熱界面材、ヒートシンクの抵抗が含まれます。

8. 設計・使用事例

シナリオ: 1200ルーメンのLED直管灯の設計
目標：蛍光灯T8管をLED相当品に置き換える。
設計プロセス：
1. ルーメン目標：1200ルーメン。
2. LED選択：65R6-F2ビン（30mA、T_a=25°Cで標準72 lm）を選択。熱によるデレーティング（動作温度での損失を約15%と推定）を考慮し、LEDあたり61 lmと仮定。
3. 数量計算：1200 lm / 61 lm per LED ≈ 20個のLED。
4. 電気設計：20個のLEDを直列にすると、駆動電圧は20 * 19V = 380Vとなり、高電圧です。より実用的な方法は、10個直列のストリングを2本並列に接続し（ストリングあたり190V）、合計60mA（ストリングあたり30mA）に設定された定電流ドライバーで駆動することです。
5. 熱設計：総電力：20個 * 19V * 0.03A = 11.4W。放熱板としてアルミニウムPCBを使用し、設計者は、密閉された管環境において接合温度を125°C以下に保つためにシステムR_j-aが十分に低いかどうかを、デレーティング曲線をガイドとして計算する必要があります。
この事例は、電気的構成、熱管理、測光目標の相互関係を浮き彫りにしています。

9. 技術原理とトレンド

9.1 動作原理

このLEDは、半導体におけるエレクトロルミネッセンスの原理で動作します。p-n接合に順方向電圧が印加されると、電子と正孔が再結合し、光子の形でエネルギーを放出します。パッケージ内で使用される特定の材料（蛍光体）は、チップからの一次青色光の一部をより長い波長に変換し、所望のCCTとCRIを持つ白色光を生成します。EMCパッケージは、チップとワイヤーボンドを保護し、一次レンズを提供し、最も重要なことに、熱を放散するための熱伝導経路を提供する役割を果たします。

9.2 業界トレンド

ミッドパワーLED市場は、より高い効率（lm/W）と、より低コストでの信頼性向上に向けて進化し続けています。本シリーズに見られるEMCパッケージの使用は、熱と湿気に対する優れた耐性により、より長い寿命とより高い駆動電流を可能にするため、従来のプラスチックに取って代わる重要なトレンドです。さらに、高品質な照明の要求を満たすために、より厳密な色と光束のビニングが継続的に推進されています。これらのコンポーネントをモジュールやライトエンジンに統合することも成長しているトレンドであり、照明メーカーの設計を簡素化しています。このデータシートで提供されるデータは、現実的な熱条件下での性能を特性評価し規定するための現在の業界標準を反映しています。