LTW-326ZDSKR-5A LED データシート - 2色（白/赤） - サイドビュー - SMDパッケージ - 技術文書

1. 製品概要

LTW-326ZDSKR-5Aは、2色発光のサイドビュー型表面実装（SMD）LEDです。主な設計目的は、コンパクトな直角光源が求められるLCDバックライト用途です。本デバイスは、白色光発光用のInGaN（窒化インジウムガリウム）チップと、赤色光発光用のAlInGaP（リン化アルミニウムインジウムガリウム）チップという、2つの異なる半導体チップを単一パッケージ内に統合しています。このデュアルチップ構成により、1つの部品から2色の混合または独立制御が可能となり、薄型ディスプレイなどのスペース制約の厳しい設計において、基板スペースの節約と実装の簡素化を実現します。

本LEDの中核的な利点は、両チップからの超高輝度出力、標準的な自動実装機との互換性、そして鉛フリーの赤外線（IR）リフローはんだ付けプロセスへの適合性です。7インチ径リールに巻かれた8mmテープに包装されており、大量生産を容易にします。また、RoHS（有害物質使用制限）指令を満たすことが規定されており、グリーン製品として分類されます。

2. 技術仕様の詳細

2.1 絶対最大定格

これらの限界を超えて動作させると、永久損傷を引き起こす可能性があります。周囲温度（Ta）25°Cにおける主要な定格は以下の通りです：

• 許容損失：白色チップ：35 mW、赤色チップ：48 mW。これは、連続動作下でLEDが熱として放散できる最大電力を定義します。
• 順方向電流：DC順方向電流：白：10 mA、赤：20 mA。ピーク順方向電流（1/10デューティサイクル、0.1msパルス）：白：50 mA、赤：40 mA。DC電流を超えると、半導体接合部に過剰なストレスがかかります。
• 逆方向電圧：両チップとも5 V。これより高い逆バイアス電圧を印加すると、接合部破壊を引き起こす可能性があります。
• 温度範囲：動作：-20°C ～ +80°C。保管：-40°C ～ +85°C。
• ESD感度：人体モデル（HBM）閾値は2000Vです。取り扱い時には静電気放電に対する予防策が必要です。
• はんだ付け：ピーク温度260°Cで10秒間の赤外線リフローはんだ付けに耐えます。

2.2 電気光学特性

特に断りのない限り、Ta=25°C、順方向電流（IF）=5mAで測定。

• 光度（Iv）：主要な性能指標です。白：最小 28.0 mcd、標準 -、最大 112.0 mcd。赤：最小 7.1 mcd、標準 -、最大 45.0 mcd。各ユニットの実際のIvはビンに分類されます（セクション3参照）。
• 指向角（2θ1/2）：両色とも130度。これは、バックライト導光板に使用されるサイド発光レンズに典型的な広い視野角を示しています。
• 順方向電圧（VF）：白：最小 2.7V、標準 3.0V、最大 3.7V。赤：最小 1.70V、標準 2.00V、最大 2.40V。VFの違いは、InGaNとAlInGaP材料の異なるバンドギャップエネルギーによるものです。これは、特にコモンアノードまたはコモンカソード構成の場合、駆動回路を設計する際に考慮する必要があります。
• ピーク発光波長（λP）：赤色チップ：639 nm（標準）。
• 主波長（λd）：赤色チップ：630 nm（標準）。これは、色を定義する人間の目が知覚する単一波長です。
• 色度座標（x, y）：白色チップ：x=0.3, y=0.3（標準）。これらのCIE 1931座標は、白色点の色を定義します。許容差は±0.01です。
• 逆方向電流（IR）：VR=5V時、最大 100 µA。

3. ビニングシステムの説明

LEDは、アプリケーションにおける一貫性を確保するために性能ビンに分類されます。ビンコードは包装に印字されています。

3.1 光度（Iv）ビニング

白色チップ：ビン N (28.0-45.0 mcd), P (45.0-71.0 mcd), Q (71.0-112.0 mcd)。
赤色チップ：ビン K (7.1-11.2 mcd), L (11.2-18.0 mcd), M (18.0-28.0 mcd), N (28.0-45.0 mcd)。
各ビン内での許容差は±15%です。

3.2 赤色チップの色調（色）ビニング

赤色LEDは、CIE 1931図上の色度座標（x, y）に基づいてビニングされます。6つのビン（S1からS6）が定義されており、各ビンは色度図上の小さな四角形領域を表します。これらのビンの各頂点の座標はデータシートに記載されています。各ビン内の（x, y）座標には±0.01の許容差が適用されます。これにより、異なる製造ロット間での赤色発光の厳密な色の一貫性が保証されます。

4. 特性曲線分析

データシートには、設計に不可欠な代表的な特性曲線が参照されています。

• IV曲線（電流 vs. 電圧）：白色および赤色チップの順方向電圧と電流の間の指数関数的関係を示します。異なるターンオン電圧が明確に確認できます。
• 光度 vs. 順方向電流：光出力が電流とともにどのように増加するかを示します。推奨動作範囲内では通常線形ですが、より高い電流では飽和します。
• 光度 vs. 周囲温度：接合温度の上昇に伴う光出力の低下（デレーティング）を示します。これは最終アプリケーションにおける熱管理にとって極めて重要です。
• 分光分布：赤色チップの場合、曲線はAlInGaP技術に特徴的な、約639nm付近の狭いピークを示します。白色チップ（通常はフォスファーを塗布した青色ダイ）の場合、スペクトルは可視域全体をカバーする広がりを持ちます。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ外形寸法

本LEDは、サイドビューLED用のEIA標準パッケージ外形に準拠しています。重要な寸法には、全高、全幅、全奥行き、およびはんだランドの位置とサイズが含まれます。特に指定のない限り、すべての寸法はミリメートル単位で、標準公差は±0.10mmです。レンズはサイド発光用に設計されています。

5.2 ピン割り当てと極性

本デバイスは、独立したチップ用に2つのアノード/カソードを持ちます。ピン割り当ては以下の通りです：白色InGaNチップのカソードはピンC2に接続。赤色AlInGaPチップのカソードはピンC1に接続。アノードは、パッケージ図面に従って共通または他のピンに割り当てられている可能性があります。PCBレイアウトおよび実装時には正しい極性を遵守する必要があります。

5.3 推奨はんだランドパターン

データシートには、PCB設計のための推奨ランドパターン（フットプリント）が記載されています。このパターンに従うことで、リフロー時の適切なはんだ接合部の形成、機械的安定性、および熱性能が確保されます。また、トゥームストーニングの可能性を最小限に抑えるための推奨はんだ付け方向も示されています。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

本LEDは赤外線リフロープロセスに対応しています。推奨プロファイルが提供されており、重要なパラメータはピーク温度260°Cを最大10秒間とすることです。プラスチックパッケージおよび内部ワイヤーボンドへの熱損傷を防ぐため、このプロファイルに従う必要があります。

6.2 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、指定された薬品のみを使用してください。データシートでは、常温のエチルアルコールまたはイソプロピルアルコールに1分未満浸漬することを推奨しています。指定外の薬品は、パッケージ樹脂やレンズを損傷する可能性があります。

6.3 保管および取り扱い

• ESD予防策：本デバイスは静電気放電（2000V HBM）に敏感です。リストストラップ、接地された作業台、導電性容器を使用してください。
• 湿気感度：プラスチックSMDパッケージであるため、湿気に敏感です。乾燥剤入りの元の密閉防湿バッグが未開封の場合、保管条件は温度≤30°C/相対湿度≤90%で、保存期間は1年です。一度開封したら、LEDは温度≤30°C/相対湿度≤60%で保管し、1週間以内に使用してください。元のバッグから出して長期間保管する場合は、乾燥剤入りの密閉容器または窒素デシケーターを使用してください。バッグから出して1週間以上保管された部品は、リフロー前にベーキング（約60°Cで20時間以上）が必要です。これはポップコーン現象を防ぐためです。

7. 包装および発注

標準包装は、カバーテープで密封された8mmエンボスキャリアテープを7インチ（178mm）径リールに巻いたものです。フルリールあたり3000個入りです。端数の場合、最小包装数量は500個です。包装はANSI/EIA 481-1仕様に準拠しています。自動供給機のセットアップ用に、テープおよびリールの寸法が提供されています。

8. アプリケーション提案

8.1 代表的なアプリケーションシナリオ

主な用途は、薄型プロファイルが不可欠な民生電子機器、産業用ディスプレイ、車載内装ディスプレイのLCDバックライトです。2色発光機能により、動的なバックライト（例：通常動作時は白、夜間モードや警告時は赤）や、混合による他の色の作成が可能です。

8.2 設計上の考慮点

• 電流駆動：安定した光出力と長寿命を確保するために、定電圧ではなく定電流ドライバを使用してください。絶対最大DC電流定格（白10mA、赤20mA）を遵守してください。
• 熱管理：許容損失は低いものの、熱が発生します。特に高電流駆動時や高周囲温度環境では、はんだランド下に十分なPCB銅面積またはサーマルビアを設けて熱を逃がすようにしてください。これにより、発光効率と寿命が維持されます。
• 光学設計：130度のサイド発光は、導光板（LGP）への結合を想定して設計されています。均一なバックライト照明を実現するには、LGPの入射点およびパターンの設計が重要です。
• 回路設計：駆動回路を設計する際、特に両チップに共通の電流制限抵抗を使用する場合は、2つのチップの異なる順方向電圧を考慮してください。

9. 技術比較と差別化

単色サイドビューLEDと比較した場合の主な利点は、2色アプリケーションにおけるスペース節約と実装の簡素化です。赤色にAlInGaPを使用することで、GaAsPなどの旧来技術と比較して、より高い効率とより鮮やかな色が得られます。InGaNベースの白色チップは高輝度を提供します。これらを1つのパッケージに組み合わせることは、コスト重視の大量生産向けバックライトユニットに対するシステムレベルの最適化です。

10. よくある質問（FAQ）

Q: 白色チップと赤色チップを、それぞれの最大DC電流で同時に駆動できますか？
A: パッケージ上の総許容損失と熱負荷を考慮する必要があります。両方を最大電流（10mA + 20mA = 合計30mA）で、標準VF（3.0V + 2.0V = 5.0V）で駆動すると、電気入力は150mWになります。これは個々の許容損失定格（35mW & 48mW）を超えており、デバイスが過熱する可能性が高いです。デレーティングまたはパルス駆動が必要です。

Q: 袋に印字されているIvビンコードはどのように解釈すればよいですか？
A: 袋には、中に入っているLEDの特定のIvビン（例：白色用 "Q"、赤色用 "L"）を示すコードが印字されています。この文字をデータシートのIv仕様表と照合して、そのロットの保証された最小/最大光度範囲を確認する必要があります。

Q: 赤色チップのピーク波長は639nmですが、主波長は630nmです。なぜ違いがあるのですか？
A: ピーク波長（λP）は、分光パワー分布曲線の最高点です。主波長（λd）は、CIE図上の白色点（光源）から、LEDの測定された（x,y）座標を通ってスペクトル軌跡に線を引くことで決定されます。λdは人間の目が知覚する単一波長の色であり、特にスペクトルが完全に対称でない場合、λPとは異なることがあります。

11. 実践的設計ケーススタディ

シナリオ：携帯型医療機器ディスプレイ用の状態インジケータ/バックライトを設計。インジケータは、"電源オン/動作中"には白、"バッテリー低下/警告"には赤を表示する必要があります。スペースは極めて限られています。
実装：単一のLTW-326ZDSKR-5A LEDを小型LCDの端に配置します。2つの独立したGPIOピンを持つシンプルなマイクロコントローラを使用して、2つの独立した電流制限回路（例：トランジスタ使用）を制御します。一方の回路が白色チップを駆動し、もう一方が赤色チップを駆動します。130度のサイド発光は、ディスプレイの導光板に効果的に結合します。この設計は、2つの別々のLEDを使用する場合と比較してスペースを節約し、実装時の光学的位置合わせプロセスを簡素化します。

12. 技術原理の紹介

InGaN 白色LED：一般的に、青色光を発するInGaN半導体チップに黄色のフォスファー（例：YAG:Ce）が塗布されています。青色光の一部がフォスファーによって黄色光に変換されます。残りの青色光と変換された黄色光の混合が、人間の目には白色として知覚されます。正確な色温度（昼白色、電球色）は、フォスファーの組成によって調整されます。

AlInGaP 赤色LED：この材料系は直接遷移型バンドギャップを持ち、アルミニウムとインジウムの比率を変えることで、赤、オレンジ、黄色のスペクトル領域にわたって調整できます。AlInGaP LEDは、赤から琥珀色の範囲で、旧来のGaAsP技術よりも優れた、高い効率と優れた色純度（狭いスペクトル幅）で知られています。

13. 業界動向と発展

バックライト用LEDのトレンドは、特にプロフェッショナルモニターやテレビにおいて、より優れた画質のための高効率化（ワットあたりのルーメン数の向上）と高演色性（CRI）に向かって続いています。サイドビュー型では、より薄いディスプレイ設計を可能にするための、より薄いパッケージへの追求が進んでいます。また、チップスケールパッケージ（CSP）やミニ/マイクロLED技術の開発も進行中であり、これらはより小型のフォームファクタ、高密度化、および高度なバックライトユニットのためのローカルディミング機能を約束しています。2色発光アプローチは、ミッドレンジアプリケーションにおけるコスト効率の良いセグメント化された色制御として、引き続き関連性を持っています。