SMD5050 RGB フルカラーLED データシート - サイズ 5.0x5.0mm - 電圧 2.2-3.4V - 電力 0.2W - 日本語技術文書

1. 製品概要

SMD5050 RGBフルカラーLEDは、鮮やかな多色照明を必要とする用途向けに設計された表面実装デバイスです。赤、緑、青（RGB）の半導体チップを単一の5.0mm x 5.0mmパッケージ内に集積し、加法混色により広範なスペクトルの色を生成することが可能です。このコンポーネントは、高輝度出力と信頼性の高い性能をコンパクトなフォームファクターで実現するよう設計されており、現代の照明デザインに適しています。

1.1 中核的利点

このLEDの主な利点は、高い光度、120度の広い視野角、そして赤、緑、青の各ダイオードの強度を独立して制御することで数百万色を生成できる能力にあります。そのSMD設計は自動組立プロセスを容易にし、製造効率と一貫性を向上させます。

1.2 ターゲット市場と用途

このLEDは、民生用電子機器、建築照明、サイン、自動車アクセント照明、エンターテインメント産業をターゲットとしています。典型的な用途には、LEDビデオウォール、装飾用LEDテープ、状態表示灯、ディスプレイのバックライト、色変化機能が不可欠な動的環境照明システムなどが含まれます。

2. 技術パラメータ分析

2.1 測光および電気的特性 (Ta=25°C)

以下の表は、標準条件下における各色チャネルの主要動作パラメータを詳細に示しています。デバイスの長寿命と性能を確保するためには、最大定格を遵守することが極めて重要です。

2.2 熱特性

最大接合温度（Tj）は125°Cに規定されています。高電流での動作や高温環境下では、性能劣化や早期故障を防ぐために、適切なPCB銅面積や必要に応じた放熱対策を含む適切な熱管理が必要です。

3. ビニングシステムの説明

3.1 波長ビニング規格

生産における色の一貫性を確保するため、LEDはそのピーク発光波長に基づいてビンに分類されます。以下のコードは、各色の波長範囲を定義しています。

このビニングにより、設計者は大型ディスプレイや調和した照明設備など、均一な色見えが要求される用途向けに、正確な色度を持つLEDを選択することができます。

4. 性能曲線分析

4.1 順方向電圧 vs. 順方向電流 (IV曲線)

IV曲線は、赤、緑、青の各チップにおける順方向電圧（VF）と順方向電流（IF）の関係を示しています。赤色LEDは、緑色および青色LED（～3.2V）と比較して、一般的に低い順方向電圧（～2.2V）を示します。この特性は、各チャネルに対して適切な電流制限回路または定電流ドライバを設計し、バランスの取れた色出力を実現し、過電流状態を防止する上で重要です。

4.2 相対分光エネルギー vs. 接合温度

このグラフは、各色チップの光出力（相対分光エネルギー）が接合温度（Tj）の上昇に伴ってどのように変化するかを示しています。一般的に、接合温度が上昇すると発光出力は減少します。減少率は、異なる半導体材料（青/緑用のInGaNと赤用のAlInGaP）間で異なる場合があります。製品寿命を通じて安定した色出力と輝度を維持するためには、効果的な放熱が不可欠です。

4.3 周囲温度 vs. 許容順方向電流

このデレーティング曲線は、周囲温度（Ta）の関数としての最大許容順方向電流を定義しています。周囲温度が上昇すると、接合温度が125°Cの限界を超えないようにするために、最大許容電流を低減しなければなりません。設計者は、特定のアプリケーション環境における安全な動作電流を決定するために、この曲線を参照する必要があります。

4.4 放射パターン (視野角曲線)

極座標強度分布図は、120度の視野角を確認しています。放射パターンは一般的にランバートまたは準ランバート型であり、多くの一般照明やインジケータ用途に適した広く均一な照射領域を提供します。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法と外形図

LEDは、寸法が5.0mm（長さ）x 5.0mm（幅）の標準SMD5050パッケージに収められています。正確な高さと寸法公差（例：.X寸法は±0.10mm、.XX寸法は±0.05mm）については、正確なPCBレイアウトのために、原本データシートの詳細な機械図面を参照してください。

5.2 推奨パッドレイアウトとステンシル設計

信頼性の高いはんだ付けを確保するために、推奨ランドパターン（フットプリント）とはんだペーストステンシル設計が提供されています。パッドレイアウトは通常、3つの色チップそれぞれに2つずつ、合計6つのパッドを特徴とし、特定の品番に応じて共通カソードまたは共通アノード構成を共有します。この推奨レイアウトに従うことで、トゥームストーニングなどのはんだ付け不良を最小限に抑え、適切な熱的および電気的接続を確保します。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けパラメータ

このLEDは、表面実装技術（SMT）に使用される標準的な赤外線（IR）または対流リフローはんだ付けプロセスと互換性があります。ピーク温度が260°Cを超えず、JEDEC規格で規定された時間（例：240°C以上で10-30秒）の典型的な無鉛リフロープロファイルが一般的に適用可能です。内部ワイヤボンドやエポキシレンズへの損傷を防ぐため、過度の熱ストレスを避けることが重要です。

6.2 取り扱いおよび保管上の注意

LEDは静電気放電（ESD）に敏感です。接地されたリストストラップと導電性容器を使用し、ESD保護環境下で常に取り扱ってください。部品は、湿気吸収（リフロー時のポップコーン現象の原因となる）を防ぐために、推奨条件（温度<40°C、湿度<70% RH）で元の防湿バッグに保管してください。

7. パッケージおよび発注情報

7.1 製品パッケージ仕様

LEDは、自動ピックアンドプレース組立用のエンボス加工されたキャリアテープで供給されます。テープ幅、ポケット寸法、リール巻数はEIA-481規格に準拠しています。規定の剥離強度（10度角度で0.1 - 0.7N）を持つカバーテープが部品を所定位置に密封します。このパッケージングにより、高速組立機における部品保護、向きの一貫性、および供給信頼性が確保されます。

7.2 品番体系 (型番命名規則)

品番は、主要属性をコード化する構造化されたフォーマットに従います：

T [形状コード] [チップ数] [光学コード] [内部コード] [色コード] [光束コード] - [色温度コード] [その他コード]。

例えば、コード5Aは5050N形状、3は3チップ（RGB）、00は二次レンズなし、Fはフルカラーなどを示します。この命名法を理解することは、正しい色、輝度、光学特性を持つ希望のLEDバリアントを正確に指定し発注するために不可欠です。

8. アプリケーション推奨事項

8.1 典型的なアプリケーション回路

RGB LEDの各色チャネルは、スイッチング電圧源と直列に接続された定電流源または電流制限抵抗を使用して独立して駆動する必要があります。パルス幅変調（PWM）は、強度制御（調光および色混合）のための推奨方法です。これは、色ずれを引き起こす可能性のあるアナログ調光とは異なり、一貫した順方向電圧と色度を維持します。PWM出力を備えたマイクロコントローラが、制御信号を生成するために一般的に使用されます。

8.2 設計上の考慮事項

• 電流マッチング：R、G、BチップのVfと効率が異なるため、ホワイトバランスまたは希望の色比率を達成するには、個別の電流設定抵抗またはドライバが必要です。
• 熱管理：特に高電流での動作や高密度アレイの場合、PCB上に十分なサーマルリリーフと銅面積を含めてください。
• ESD保護：特にポータブル機器や民生用途では、LEDに近い信号線にESD保護ダイオードを組み込んでください。
• 光学設計：希望のビームパターンと空間分布を達成するために、レンズや導光板を設計する際に120度の視野角を考慮してください。

9. 信頼性および品質基準

9.1 信頼性試験基準

本製品は、業界標準（JESD22、MIL-STD-202G）に基づく厳格な信頼性試験を実施しています。主要な試験は以下の通りです：

• 動作寿命試験：室温、高温（85°C）、低温（-40°C）で最大電流下1008時間実施。
• 高温高湿動作寿命：60°C/90% RHで1008時間。
• 温度サイクル：デバイスを極端な温度間（例：-40°C ～ +125°C）で急速に遷移させます。

10. よくある質問 (FAQ)

10.1 このRGB LEDで純白を作るにはどうすればよいですか？

純白は、赤、緑、青の光の特定の強度を混合することで作成されます。必要な正確な電流比（例：IR:IG:IB）は、特定のLEDビンの個々の効率と色度座標に依存します。高精度アプリケーションでは、通常、カラーセンサからのキャリブレーションとフィードバックが必要です。PWM制御を使用することで、この比率を微調整することができます。

10.2 3つのチャネルすべてを単一の定電流源から並列に駆動できますか？

いいえ。赤（～2.2V）と青/緑（～3.2V）のチップ間の順方向電圧の大きな差により、それらを並列に接続すると深刻な電流不均衡が生じ、他のチャネルを過小駆動しながら赤チャネルを過大駆動する可能性があります。各色チャネルは独自の電流制御回路を持つ必要があります。

10.3 接合温度が色に与える影響は何ですか？

接合温度の上昇は、ピーク波長のシフト（一般的にAlInGaP赤はより長い波長に、InGaN青/緑はより短い波長に）と光出力の減少を引き起こします。これが管理されない場合、RGBシステムで目に見える色ずれを引き起こす可能性があります。良好な熱設計を通じて安定した低い接合温度を維持することは、色安定性が求められるアプリケーションにとって極めて重要です。

11. 実践的設計ケーススタディ

11.1 色調節可能なデスクランプの設計

これらのSMD5050 RGB LEDのアレイを使用したデスクランプを考えてみましょう。設計には以下が含まれます：

1. ドライバ回路：3つの独立した定電流出力と各チャネル用のPWM調光機能を備えた専用LEDドライバIC。マイクロコントローラからのI2Cまたは類似のインターフェースで制御されます。
2. 熱設計：金属基板PCB（MCPCB）が放熱板として機能します。サーマルビアがLEDの熱パッドをボード裏面の大きな銅面に接続し、効率的に熱を放散します。
3. 光学系：LEDアレイの上に拡散板を配置し、個々の点光源を均一でまぶしさのない照射領域に融合させます。
4. 制御：ユーザーインターフェース（ボタン、タッチセンサ、またはアプリ）により、プリセット色（白色、温白色、昼白色）の選択やRGBスライダーによるカスタム色の選択が可能です。マイクロコントローラはこれらの入力を、R、G、Bチャネルに対応するPWMデューティサイクルに変換します。

12. 技術原理紹介

12.1 RGB LEDの動作原理

RGB LEDは、本質的に3つの独立した発光ダイオード—赤、緑、青—が一緒に封止されたものです。各ダイオードはエレクトロルミネセンスにより光を発します：半導体材料（赤用のAlInGaP、緑/青用のInGaN）の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。発光の波長（色）は、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。これら三原色の強度を独立して制御することにより、加法混色を通じて多様な二次色を生成することができます。

13. 技術トレンド

13.1 フルカラーLEDの進化

フルカラーLEDの市場は、以下の点に焦点を当てたトレンドとともに進化し続けています：

• 高効率化 (lm/W)：エピタキシャル成長とチップ設計の継続的な改善により、単位電力あたりの光出力が向上し、エネルギー消費と熱負荷が低減されます。
• 演色性と色域の向上：ディスプレイの色域を拡大し、照明の平均演色評価数（Ra）を向上させるための新しい蛍光体システムや狭帯域発光体（量子ドットなど）の開発。RGBベースのシステムでも同様です。
• 小型化：TVやモニター用ミニLEDバックライトなど、スペースに制約のある用途向けに、同等または向上した性能を持つより小さなパッケージサイズ（例：2020、1515）の開発。
• 統合スマート機能：内蔵ドライバ、コントローラ、通信インターフェース（例：I2C、SPI、またはZigbee/BLEなどの無線）を備えたLEDの出現により、IoT接続照明のシステム設計が簡素化されます。
• 信頼性の向上：より高い温度と過酷な環境条件に耐えるためのパッケージ材料（シリコーン、セラミック）の進歩により、製品寿命が延長されます。