SMD 5050 ハイパワーLED データシート - サイズ5.0x5.0mm - 最大電圧6.0V - 電力6.3W - 白色光 技術文書

1. 製品概要

5050パッケージは、厳しい照明用途向けに設計された照明グレードのハイパワーLEDソリューションです。小型のフットプリント内で高い光束と効率を実現するコンパクトな表面実装デバイス（SMD）です。主な設計目標は、一貫した明るい白色光が必要とされる幅広いプロフェッショナルおよび一般照明用途に適した、信頼性が高く強力な光源を提供することです。

1.1 中核的利点

このLEDシリーズの主な利点は、優れた光性能を可能にする高い光度出力です。典型的な広い視野角120度を特徴とし、広く均一な照明を提供します。本製品は、鉛フリー（Pbフリー）で製造され、EU REACH規制に準拠し、ハロゲンフリー要件を満たしています。具体的には、臭素（Br）含有量が900 ppm未満、塩素（Cl）含有量が900 ppm未満、それらの合計が1500 ppm未満です。これにより、環境に配慮した設計や材料制限が厳しいアプリケーションに適しています。

1.2 ターゲット市場とアプリケーション

このLEDは、多様な照明アプリケーション向けに設計されています。主な市場は、色品質と明るさが重要な装飾・エンターテインメント照明です。また、適切な蛍光体と組み合わせることで植物成長スペクトルをサポートする農業照明にも適しています。一般照明は主要なアプリケーション分野であり、屋内・屋外照明を含みます。具体的には、高出力と信頼性が最も重要となる街路灯、産業用・商業用スペースのハイベイライト、スタジアム照明などの公共照明インフラをターゲットとしています。

2. 詳細な技術パラメータ分析

このセクションでは、LEDの性能と動作限界を定義する主要な技術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。

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ストレスの限界を定義します。これらの限界値付近での長時間の動作は推奨されません。絶対最大定格は、はんだ付け点温度（T_{はんだ付け}）25°Cで規定されています。

• 順方向電流（I_F）：1050 mA（DC）。これは印加可能な最大連続電流です。
• 電力損失（P_d）：6300 mW（6.3 W）。これはパッケージが放散できる最大電力です。
• パルス順方向電流（I_PF）：2000 mA。この高い電流は、パルス条件下でのみ許容され、連続動作では使用できません。
• 動作温度（T_opr）：-35°C ～ +105°C。信頼性のある動作のための周囲温度範囲です。
• 保存温度（T_stg）：-35°C ～ +105°C。デバイスが通電されていない状態での安全な温度範囲です。
• 熱抵抗（R_{th J-S}）：2.5 °C/W（接合部からはんだ付け点まで）。値が低いほど、LEDチップ（接合部）から基板への熱伝達が良好であることを示します。接合部温度限界内に収めるためには、効果的な熱管理が重要です。
• 接合部温度（T_j）：125 °C（最大）。半導体チップ自体の温度は、寿命と性能を確保するためにこの限界を超えてはなりません。
• ESD耐性：2000 V（人体モデル）。デバイスは静電気放電に敏感であり、適切な取り扱い手順が必要です。
• はんだ付け温度：リフローはんだ付けでは、ピーク温度260°Cで10秒間が規定されています。手はんだ付けでは、350°Cで3秒間が限界です。

2.2 電気光学特性

これらの特性は、通常の動作条件下でのLEDの典型的な性能を定義し、T_{はんだ付け}= 25°C、順方向電流（I_F）180mAで測定されています。

• 光束（Φ）：最小160 lmから最大255 lmの範囲で、特定の製品ビン（セクション3参照）によって異なります。典型的な許容差は±11%です。
• 順方向電圧（V_F）：180mA時で最大6.0 V。典型的な許容差は±0.1Vです。実際のV_Fは、ビンおよび個々のユニットによって異なります。
• 演色評価数（CRIまたはR_a）：標準シリーズで最小70、許容差±2。より高いCRIのオプションも利用可能です（セクション3.1参照）。
• 視野角（2θ_1/2）：典型的に120度。これは光度がピーク値の半分になる全角です。
• 逆方向電流（I_R）：逆方向電圧（V_R）5V時で最大10 µA。

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は主要パラメータに基づいてビンに分類されます。これにより、設計者は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 演色評価数（CRI）ビニング

CRIは、光源が参照光源と比較してどれだけ自然に色を再現するかを示します。品番の単一文字記号は最小CRIを示します。例えば、'L'は最小CRI 70、'K'は80、'H'または'R'は90に対応します。'R'ビンは、最小R9値（飽和赤）が50以上であるという追加要件があり、高品質な照明にとって重要です。CRIの許容差は±2です。

3.2 順方向電流インデックス

品番の記号'Z18'は、パラメータのテストおよび規定のための公称順方向電流を示し、それは180mA（I_F= 180mA）です。

3.3 順方向電圧インデックス

記号'60'は、グループの最大順方向電圧を示し、それは6.0Vです。

3.4 光束ビニング

LEDは、180mA時の最小光束出力に従ってビニングされます。'160L15'や'230L15'などのビンコードは、光束範囲を指定します。例えば、'230L15'は最小光束が230 lmで、ビン幅が15 lmであることを意味します（したがって範囲は230-245 lm）。全体の光束許容差は±11%です。

3.5 順方向電圧ビニング

電圧もビニングされ、ドライバ設計やアレイ内の電流整合を支援します。グループは'52B'のような2桁のコードで定義され、'52'は最小電圧（5.2V）を示し、'B'はビン識別子です。'52B'の範囲は5.2Vから5.4Vです。他のビンには'54B'（5.4-5.6V）、'56B'（5.6-5.8V）、'58B'（5.8-6.0V）が含まれます。許容差は±0.1Vです。

3.6 色度座標（色温度）ビニング

相関色温度（CCT）は、CIE 1931図上の色度座標（x, y）をビニングすることで制御されます。データシートには、1800K、2200K、2700K（ウォームホワイト）から6500K（クールホワイト）までの異なるCCTに対する詳細な座標ボックスが提供されています。各CCTには、厳密な色の一貫性を確保するために複数のサブビン（例：18K-A、18K-B）があります。例えば、1800Kビンの参照範囲は、選択された特定のサブビンに応じて、1765Kから1960Kの間です。

4. 量産リストと品番解読

量産中の標準製品のリストが提供されています。例えば、品番XI5050EE/LKE-H5023060Z18/2Nは以下のように解読できます：

• XI5050EE/LKE：基本製品ファミリ（5050 SMD ハイパワーLED）。
• H：性能コードの接頭辞。
• 50：相関色温度（CCT）コード、5000Kを表します。
• 230：最小光束コード、230 lmを表します。
• 60：順方向電圧インデックス（最大6.0V）。
• Z18：順方向電流インデックス（180mA）。
• /2N：パッケージまたはリール仕様。

したがって、この特定の部品は、最小光束230 lm、180mA時最大順方向電圧6.0V、CRIが少なくとも70（標準シリーズによる）の5000K（ニュートラルホワイト）LEDです。量産表には、1800Kから6500Kまでのバリエーションと、異なるテスト電流（180mA、640mA、750mA）での対応する最小および典型的な光束値がリストされています。

5. アプリケーション設計上の考慮事項

5.1 熱管理

高い電力損失（最大6.3W）と125°Cという重要な接合部温度限界を考慮すると、効果的な熱管理が最も重要な設計側面です。接合部からはんだ付け点までの2.5 °C/Wという低い熱抵抗は有利ですが、適切な熱ビアを備えた設計の良いPCB、そして多くの場合ヒートシンクへの接続が必要です。最大動作周囲温度は105°Cですが、実際に達成可能な電流と明るさは、高温環境では熱によるデレーティングにより低くなります。

5.2 電気的駆動

信頼性のある動作のためには、定電流ドライバが必須です。ドライバは、所望の動作電流（最大連続1050 mAまで）と使用するLEDの順方向電圧ビンに基づいて選択する必要があります。直列接続の場合、ストリングの合計V_Fを考慮する必要があります。デバイスは逆方向電圧に敏感で、著しいリークが発生する前に最大5Vです。回路は逆バイアスから保護する必要があります。

5.3 ESDと取り扱い

2000V（HBM）のESD耐性定格は、取り扱い、組み立て、および設置中に標準的なESD予防策を必要とします。接地された作業台、リストストラップ、導電性コンテナを使用してください。

5.4 はんだ付けプロセス

はんだ付けプロファイルを厳守してください：リフローはピーク260°Cで10秒以内。液相線温度を超える過度の時間を避けてください。修理のためには、350°Cでの手はんだ付けはパッドごとに3秒に制限する必要があります。これらの制限は、内部ダイアタッチ、ワイヤーボンド、およびプラスチックパッケージへの損傷を防ぎます。

6. 性能分析と傾向

6.1 発光効率

明示的にlm/Wとして記載されていませんが、効率はデータから計算できます。5000K、最小光束230 lmの部品の場合、180mA時、典型的なV_Fがおそらく5.6V（電力 = 1.008W）とすると、最小効率は約228 lm/Wです。750mAのような高い電流では、典型的な光束は835 lmです。その電流でのより高いV_F（例：6.2V、電力 = 4.65W）を仮定すると、典型的な効率は約180 lm/Wになります。これは、この照明グレードLEDの高効率性を示していますが、効率は熱的および電気的損失の増加により、より高い電流では低下します。

6.2 色品質と一貫性

CRI 90（R9 > 50）までのオプションの可用性と厳密な色度ビニングは、プロフェッショナルアプリケーションにおける高品質な白色光に対する市場の需要を反映しています。各CCTに対するマルチビン構造により、メーカーは、建築照明や小売照明など、ロット間の一貫性が重要なアプリケーション向けに、非常に厳密な色合わせを備えた製品を提供できます。

6.3 アプリケーション固有の最適化

広範囲のCCT（1800K-6500K）により、設計者は特定の環境に合わせて光を調整できます：居心地の良いまたは装飾的な設定にはウォームホワイト（1800K-3000K）、一般およびオフィス照明にはニュートラルホワイト（3500K-5000K）、タスク照明や日光のシミュレーションにはクールホワイト（5700K-6500K）。高い光束出力により、リトロフィットプロジェクトで従来の光源を置き換えたり、新しい効率的な照明器具を設計したりするのに適しています。

7. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 5050パッケージサイズの主な利点は何ですか？

A: 5.0mm x 5.0mmのフットプリントは、高い光出力（比較的大きな発光面積から）と基板スペース効率の優れたバランスを提供します。多くの照明器具の設計に適したコンパクトな形状を維持しながら、良好な放熱を可能にします。

Q: このLEDを最大電流1050mAで連続駆動できますか？

A: 技術的には可能ですが、絶対最大定格での連続動作は、信頼性の高い長期的な性能のためには推奨されません。実用的な最大動作電流は低くなり、接合部温度（T_j）が安全に125°Cを下回るようにするために、システム（PCB、ヒートシンク、周囲温度）の熱設計によって決定されます。デレーティング曲線は、この抜粋では提供されていませんが、そのような設計には不可欠です。

Q: 適切なCRIビンをどのように選択すればよいですか？

A: 色の見え方が重要なアプリケーション（例：小売、博物館、美術館、高級住宅）では、高いCRIビン（80、85、90）を選択してください。'R'ビン（CRI 90、R9>50）は、特に赤い色調を再現するのに優れています。コストがより大きな要因となる一般またはユーティリティ照明では、標準のCRI 70ビンで十分なことが多いです。

Q: 視野角が120度である理由は何ですか？

A: 広い視野角は、多くの一般照明アプリケーションで望ましいです。なぜなら、広く均一な照明を提供し、きつい影やグレアを減らすからです。エリア照明、ダウンライト、二次光学系なしで広いビームが必要なパネルに理想的です。スポットライティングには、ビームを絞るために二次レンズが使用されます。

Q: ハロゲンフリー準拠は、私の製品にとって何を意味しますか？

A: それは、LED材料が臭素および塩素系難燃剤に関する制限に準拠していることを意味します。これは、特定の環境規制（IEC 61249-2-21など）を満たし、火災時の有毒な排出物を減らすために重要であり、多くの場合、民生用電子機器、自動車、その他のエコラベル認証で要求されます。