SMD 高輝度LED 1W シリーズ データシート - 表面実装 - 電圧 2.65-3.55V - 電力 1W - 多色 - 技術文書

1. 製品概要

Shwoシリーズは、厳しい照明用途向けに設計された表面実装型高輝度LEDデバイスのラインアップです。その中核となる設計思想は、高い光束出力とコンパクトなフォームファクターを組み合わせており、幅広い照明ニーズに対応する汎用的なソリューションとなっています。

1.1 中核的な利点とポジショニング

本シリーズの重要な差別化要因は、電気的に絶縁された熱放散パッドです。この特徴は、熱管理を電気的レイアウトの考慮事項から切り離すことで設計者に大きな利便性を提供し、PCB設計を簡素化し、信頼性を向上させます。本シリーズは、性能、サイズ、設計の柔軟性のバランスを提供し、現代の固体照明（SSL）の要件を満たす有望なソリューションとして位置付けられています。

1.2 ターゲットアプリケーション

本デバイスは、一般照明、フラッシュ照明、スポット照明、信号照明、様々な産業用・商業用照明器具など、幅広い照明アプリケーションに適しています。具体的な使用例として、装飾・エンターテインメント照明、方向指示灯（例：階段、非常口）、車両内外装照明、農業用照明などが挙げられます。

2. 主な特徴と適合規格

• LM-80認証:照明設計および認定に信頼性の高い光束維持率データを提供します。
• 小型パッケージでの高効率:コンパクトなSMDフットプリントから大きな光出力を実現します。
• ESD保護:最大8KV（HBM）までの堅牢な静電気放電保護を備えています。
• はんだ付け方法:標準的な表面実装技術（SMT）組立プロセスに対応しています。
• 包括的なビンニング:製品は、輝度（光束）、順方向電圧、波長、色度に基づいてビン分け・選別され、色と性能の一貫性を確保します。
• 湿気感受性:MSLレベル1に格付けされており、条件≤30°C/85%RHでのフロアライフは無制限です。これにより、取り扱いと保管が簡素化されます。
• 環境適合性:本製品はRoHS適合、白色LEDのANSIビンニング規格に準拠、EU REACH規則に適合、ハロゲンフリー（Br<900ppm、Cl<900ppm、Br+Cl<1500ppm）です。

3. 技術パラメータ：詳細な客観的解釈

3.1 絶対最大定格

デバイスの動作限界は、長期信頼性を確保するために定義されています。熱放散パッド温度が25°Cに維持されている場合の最大直流順方向電流（I_F）は700mAです。パルス動作では、デューティサイクル1/10、1kHzの条件下で、ピークパルス電流（I_Pulse）1000mAが許容されます。最大接合温度（T_J）は125°C、熱放散パッドの動作温度範囲（T_Opr）は-40°Cから+100°Cです。これらのLEDは逆バイアス動作用に設計されていないことに注意することが重要です。

3.2 熱特性

熱管理は高輝度LEDにとって極めて重要です。熱抵抗（R_th）は色によって異なります。青色、緑色、クールホワイト、ニュートラルホワイト、ウォームホワイトLEDでは10°C/W、赤色、アンバー、オレンジLEDでは12°C/Wです。このパラメータは、LED接合部から熱放散パッドへ熱がどれだけ効率的に伝達されるかを示します。値が低いほど熱性能が優れており、より高い光出力と長寿命に直接関連します。

3.3 測光・電気的特性

光束または放射束は、駆動電流350mA、熱放散パッド温度25°Cの条件で規定されています。データシートには、様々な色の異なる型番ごとの最小値が記載されています。例えば、典型的な最小光束値は、アンバーで約45 lmから、ロイヤルブルーで530 lm（mW単位の放射束として測定）までの範囲です。白色LEDバリアントの順方向電圧（V_f）は、2.65Vから3.55Vの範囲でビン分けされています。

4. ビンニングシステムの説明

4.1 波長/色温度ビンニング

製品の命名規則には、色に対応する特定のコードが含まれています。白色LEDの場合、これは相関色温度（CCT）ビンに対応します。本シリーズは、2700K（ウォームホワイト）から6500K（クールホワイト）までの広いCCT範囲を提供し、3000K、3500K、4000K、4500K、5000K、5700Kなどの中間オプションもあります。各CCTは、色の一貫性を厳密に確保するために、さらに複数のマクアダム楕円ステップ（例：57K-1から57K-4）に分割されています。単色LEDの場合、ビンは主波長範囲（例：赤：620-630nm、青：460-485nm）によって定義されます。

4.2 光束ビンニング

LEDは、標準試験条件下での最小光束出力に基づいて選別されます。型番自体がこの最小光束値をコード化しています。例えば、型番内の'F51'、'F61'、'F91'などのコードは、特定の色と駆動電流に対する異なる最小光束階層を示します。

4.3 順方向電圧ビンニング

順方向電圧は、特に複数のLEDを直列に駆動する場合の電気設計におけるもう一つの重要なパラメータです。白色LEDの型番は、順方向電圧のビン範囲（例：2.65-3.55V）を指定します。一部の注文コードでは、これをさらにU4（2.65-2.95V）、V1（2.95-3.25V）、V2（3.25-3.55V）などのサブビンに細分化しており、ドライバ設計におけるより精密な電流マッチングを可能にします。

5. 型番体系と注文方法

製品の命名規則は、以下の構造化された形式に従います：ELSW – ABCDE – FGHIJ – V1234.

• AB:最小光束（lm単位）または放射束（mW単位）を表します。
• C:放射パターン（例：'1'はランバーシアン）を示します。
• D:色またはCCT（例：'C'はクールホワイト、'M'はウォームホワイト、'R'は赤）を表します。
• E:消費電力（例：'1'は1W）を指定します。
• F, G, H, I, J:内部およびパッケージタイプコード（例：'H'はパッケージタイプを示し、'P'はテープリール）。
• V:順方向電圧ビンコード。
• 1234:色ビンまたはCCTビンコード。

このシステムにより、特定の光学、電気、熱特性を持つLEDを正確に識別・注文することが可能です。

6. 白色LED仕様

データシートには、標準および高光束白色LEDバリアントの詳細な表が記載されています。すべての白色LEDはANSIビンニング規格に準拠しています。各注文コードに記載されている主要パラメータには、最小光束、特定のCCTビン範囲、順方向電圧範囲、最小演色評価数（CRI）が含まれます。CRI値は、クールホワイトで通常70、ニュートラルおよびウォームホワイトバリアントで75です。標準シリーズの典型的な指向角は120°です。

7. 機械的、組立、取り扱いガイドライン

7.1 はんだ付けとリフロー

本デバイスはSMT組立を目的としています。リフロー中の最大はんだ付け温度は260°Cを超えてはならず、最大2回のリフローサイクルが許容されます。設計者は、使用する特定のはんだペーストに推奨されるリフロープロファイルに従う必要があります。

7.2 湿気感受性と保管

MSLレベル1の格付けにより、部品は標準的な工場条件（≤30°C/85%RH）下で無制限のフロアライフを持ちます。これにより、通常の状況下での使用前のベーキングが不要となり、在庫管理が簡素化されます。保管温度範囲は-40°Cから+100°Cです。

8. アプリケーション提案と設計上の考慮事項

8.1 熱設計

電気的に絶縁された熱放散パッドは大きな利点です。設計者は、十分な熱ビアと銅面積を使用して、パッドからPCBのヒートシンクへの適切な熱経路を確保する必要があります。定格の光出力と長寿命を確保するために、接合温度を125°C未満に維持する適切な放熱が不可欠です。様々な色に対する異なる熱抵抗は、熱モデルに考慮する必要があります。

8.2 電気設計

最適な性能と安定性のため、定電流ドライバの使用が推奨されます。順方向電圧のビンニング情報は、特に複数のLEDを直列接続する場合に、適切なドライバ電圧を計算するために使用すべきです。8KVのESD保護は堅牢ですが、組立中の標準的なESD取り扱い予防策は依然として推奨されます。

8.3 光学設計

ランバーシアン放射パターン（ほとんどのバリアント）は、広く均一な光分布を提供します。二次光学系を必要とするアプリケーションでは、このパターンは一般的に適しています。設計者は、システムの測光計算において最小光束値を考慮する必要があります。

9. 技術パラメータに基づくよくある質問

Q: "1W" LEDの実際の消費電力は？
A: "1W"という表示は、一般的な駆動条件（多くの場合350mA付近）を指すことが一般的です。実際に消費される電力は、順方向電圧（V_f）と駆動電流（I_f）の積です。例えば、350mA、V_f 3.2Vの場合、電力は約1.12Wです。

Q: 熱放散パッド温度は光出力にどのように影響しますか？
A: 接合温度が上昇すると光出力は減少します。データシートはT_pad=25°Cでの光束を規定しています。実際のアプリケーションでは、温度上昇を最小限に抑え、高効率と色の一貫性を維持するために効果的な冷却が必要です。

Q: このLEDを350mAより高い電流で駆動できますか？
A: 直流電流の絶対最大定格は700mAです。この電流まで動作させることは可能ですが、はるかに多くの熱を発生させ、より堅牢な熱管理を必要とし、寿命と色の安定性に影響を与える可能性があります。性能データ（光束）は350mAで提供されています。

10. 実用的な使用例

演色性（CRI >75）の良いウォームホワイト光（3000K）を必要とする住宅用高品質ダウンライトを設計する場合を考えます。設計者は、データシートからELSW-F71M1-0LPGS-C3000のような型番を選択します。これは、350mAで最小光束70 lm、CCT 3000K（ビン30K-1から30K-4内）、順方向電圧2.65Vから3.55V、最小CRI 75を指定します。その後、設計者は以下の手順を実行します：

1. LEDの熱放散パッドの下に十分な銅パッドと熱ビアを備えたPCBを設計し、放熱を行います。
2. 350mAを供給可能で、直列に使用する場合に複数のLEDのV_f範囲に対応する電圧コンプライアンスを持つ定電流ドライバを選択します。
3. ダウンライトの所望のビーム角を実現するために、適切な光学系（例：二次レンズまたは反射板）を組み込みます。
4. システムの総光束計算に最小光束値70 lmを使用し、最終的な器具が測光目標を満たすことを確認します。

11. 動作原理の紹介

発光ダイオード（LED）は、電流が流れると光を発する半導体デバイスです。この現象はエレクトロルミネセンスと呼ばれ、デバイス内で電子が正孔と再結合する際に、光子の形でエネルギーを放出することで起こります。光の特定の波長（色）は、使用される半導体材料のエネルギーバンドギャップによって決まります。白色LEDは通常、蛍光体材料でコーティングされた青色または紫外線LEDチップを使用して作られます。蛍光体はチップの光の一部を吸収し、より長い波長（黄色、赤色）で再放出し、残りの青色光と混合して白色光を生成します。相関色温度（CCT）と演色評価数（CRI）は、蛍光体層の組成と厚さによって制御されます。

12. 業界動向と背景

SMDフォーマット、高輝度、絶縁熱放散パッドを備えたShwoシリーズは、固体照明におけるいくつかの主要な動向と一致しています。業界は、より高い効率（ルーメン毎ワット）、信頼性の向上、設計統合の拡大に向けて進み続けています。SMDパッケージは自動化された大量生産を可能にし、製造コストを削減します。ANSIのような標準化されたビンニングへの移行は、照明製品の一貫性と互換性を促進します。さらに、LM-80認証やハロゲンフリー適合などの特徴は、長寿命、持続可能性、環境責任に対する市場の高まる要求に対応しています。本デバイスが一般照明から自動車、農業まで多様なアプリケーションに適していることは、LEDの役割が単純な照明を超えて、人間中心照明、通信（Li-Fi）、植物成長促進などの分野に拡大していることを反映しています。