LTST-S115TGKFKT デュアルカラーSMD LED データシート - サイドビュー実装 - 緑色(530nm) & 橙色(611nm) - 3.2V/2.0V - 76mW/75mW - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、デュアルカラーサイドビュー表面実装デバイス(SMD) LEDの完全な技術仕様を提供します。この部品は、側面からのコンパクトで高輝度な照明を必要とする用途、特にLCDパネルバックライトユニットを主なターゲット市場として設計されています。その中核的な利点は、単一パッケージ内に2つの異なる半導体チップを集積していること、自動組立プロセスとの互換性、およびRoHSおよびグリーン製品基準への準拠です。

このLEDは、ウォータークリアレンズを備え、緑色光を発するチップと橙色光を発するチップの2つの独立した発光チップを内蔵しています。この設計により、スペースに制約のある設計において、色の混合または独立した制御が可能となります。パッケージは、業界標準の8mmテープに載せられ、7インチリールに巻かれた状態で供給され、大量生産における自動ピックアンドプレース組立およびリフローはんだ付けを容易にします。

2. 技術パラメータの詳細解釈

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生じる可能性のあるストレスの限界を定義します。これらの限界以下または限界での動作は保証されません。主要なパラメータは以下の通りです：

• 許容損失 (Pd)：緑色チップで76 mW、橙色チップで75 mW。これは、周囲温度(Ta)25°CにおいてLEDが熱として放散できる最大許容電力です。この限界を超えると、熱暴走や故障のリスクがあります。
• ピーク順電流 (I_FP)：パルス条件下(デューティ比1/10、パルス幅0.1ms)で、100 mA (緑色) および 80 mA (橙色)。この定格はDC定格よりも大幅に高く、マルチプレクシングや瞬間的なピーク輝度の達成などの用途での短時間の高電流パルスを可能にします。
• DC順電流 (I_F)：20 mA (緑色) および 30 mA (橙色)。これは、信頼性の高い長期性能のための推奨連続動作電流です。
• 逆電圧 (V_R)：両チップとも5 V。この値を超える逆電圧を印加すると、接合部の即時的かつ致命的な破壊を引き起こす可能性があります。データシートは、逆電圧動作を連続的に行うことはできないと明記しています。
• 温度範囲：動作温度：-20°C ～ +80°C；保管温度：-30°C ～ +100°C。これらは、機能的使用および非動作状態での保管における環境限界を定義します。
• 赤外線はんだ付け条件：260°Cで10秒間耐える。これは、IPC/JEDEC標準に準拠した鉛フリー(Pbフリー)リフローはんだ付けプロセスの標準要件です。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、Ta=25°C、I_F=20mAで測定された代表的な性能パラメータであり、通常の動作条件下での期待される動作を表します。

• 光度 (I_V)：緑色チップは最小71.0 mcd、最大450.0 mcd。橙色チップは最小28.0 mcd、最大280.0 mcd。この広い範囲は、ビニングシステム(後述)によって管理されます。光度は、人間の目の明所視(CIE)応答曲線に一致するようにフィルタリングされたセンサーを使用して測定されます。
• 指向角 (2θ_1/2)：両色とも代表値130度。この広い指向角はサイドビューLEDの特徴であり、パネル全体に均一な光分布が求められるバックライト用途に理想的です。
• ピーク波長 (λ_P)：緑色は代表値530 nm、橙色は代表値611 nm。これは、スペクトルパワー分布が最大となる波長です。
• 主波長 (λ_d)：緑色は代表値525 nm、橙色は代表値605 nm。これは、人間の目が認識する色を定義する単一波長であり、CIE色度図から導出されます。色の仕様にはより関連性の高いパラメータです。
• スペクトル半値幅 (Δλ)：緑色は代表値35 nm、橙色は代表値17 nm。これはスペクトル純度を示します。半値幅が狭いほど、より飽和した純粋な色を意味します。このデバイスでは、橙色のAlInGaPチップは緑色のInGaNチップよりも高い色純度を示します。
• 順電圧 (V_F)：20mA時、緑色は代表値3.2 V (最大3.6 V)、橙色は代表値2.0 V (最大2.4 V)。このパラメータはドライバ回路設計において重要です。同じ電流に対して2つのチップは異なる供給電圧を必要とするためです。
• 逆電流 (I_R)：V_R=5V時、両チップとも最大10 µA。低い逆リーク電流は、高品質な半導体接合を示しています。

3. ビニングシステムの説明

量産における一貫性を確保するため、LEDは性能別にビンに分類されます。このシステムにより、設計者はアプリケーションに必要な特定の最小基準を満たす部品を選択できます。

3.1 光度ビニング

光出力は、アルファベットで示されるビンに分類されます。各ビンには定義された最小および最大光度があり、各ビン内の許容差は+/-15%です。

• 緑色チップ：ビン Q (71.0-112.0 mcd)、R (112.0-180.0 mcd)、S (180.0-280.0 mcd)、T (280.0-450.0 mcd)。
• 橙色チップ：ビン N (28.0-45.0 mcd)、P (45.0-71.0 mcd)、Q (71.0-112.0 mcd)、R (112.0-180.0 mcd)、S (180.0-280.0 mcd)。

3.2 主波長ビニング (緑色のみ)

緑色チップは、色の一貫性を制御するため、主波長によってもビニングされます。

• ビン AP (520.0-525.0 nm)、AQ (525.0-530.0 nm)、AR (530.0-535.0 nm)。各波長ビンの許容差は +/- 1 nmです。

完全な部品に対する特定のビン組み合わせ(例：緑色の光度ビン、橙色の光度ビン、緑色の波長ビン)は、通常、完全な発注コードで指定されるか、メーカーから入手可能です。

4. 特性曲線分析

データシートは、様々な条件下でのデバイス動作を理解するために不可欠な代表的な特性曲線を参照しています。本文中に正確なグラフは提供されていませんが、その標準的な解釈は以下の通りです：

• I-V (電流-電圧) 曲線：順電圧(V_F)と順電流(I_F)の関係を示します。非線形であり、ターンオン/しきい値電圧(緑色で約2.8V、橙色で約1.8V)を超えると電流が急激に増加します。この曲線は定電流ドライバの設計に不可欠です。
• 相対光度 vs. 順電流：光出力が電流とともにどのように増加するかを示し、推奨動作範囲内ではほぼ線形関係にあります。I_Fを超えて駆動すると、効果が逓減し、発熱が増加します。
• 相対光度 vs. 周囲温度：接合温度が上昇するにつれて光出力が低下する様子を示します。LEDは高温では効率が低下します。この曲線は、一貫した輝度を維持するための熱管理設計に重要です。
• スペクトル分布：相対放射パワーと波長の関係をプロットしたもので、ピーク(λ_P)と半値幅(Δλ)を示します。

5. 機械的・梱包情報

5.1 パッケージ寸法と極性

このデバイスは標準的なEIAパッケージフットプリントを使用しています。ピン割り当ては明確に定義されています：カソード2(C2)は緑色(InGaN)チップ用、カソード1(C1)は橙色(AlInGaP)チップ用です。共通アノード構成はマルチチップLEDでは一般的です。詳細な寸法図(本文抜粋では完全には詳細化されていません)は、正確な長さ、幅、高さ、リード間隔、およびレンズ形状を提供し、すべて標準公差±0.10 mmです。

5.2 推奨はんだパッドレイアウトと方向

データシートには、プリント回路基板(PCB)のランドパターン(はんだパッド寸法)とはんだ付けの方向に関する推奨事項が含まれています。これらのガイドラインに従うことで、適切な機械的位置合わせ、信頼性の高いはんだ接合の形成が確保され、リフロー中のトゥームストーニングなどの問題を防止します。

6. はんだ付け・組立ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

鉛フリープロセス用の推奨赤外線(IR)リフロープロファイルが提供されています。JEDEC標準に準拠したこのプロファイルの主要パラメータは以下の通りです：

• プリヒート：150-200°Cで最大120秒間。基板と部品を徐々に加熱し、フラックスを活性化させ、熱衝撃を最小限に抑えます。
• ピーク温度：最大260°C。デバイスはこの温度で10秒間耐える定格です。
• このプロファイルは、基板設計、部品、はんだペーストの違いにより、基板固有の特性評価が必要であることを強調しています。

6.2 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合は、はんだごて温度を300°C以下に抑え、接点ごとのはんだ付け時間は最大3秒とすることを推奨します。これは、プラスチックパッケージや内部のワイヤーボンドへの熱ダメージを避けるため、一度だけ行うべきです。

6.3 洗浄

指定された洗浄剤のみを使用してください。推奨方法は、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です。過酷または未指定の化学薬品は、エポキシレンズやパッケージを損傷し、光出力の低下や早期故障を引き起こす可能性があります。

6.4 保管と取り扱い

LEDは湿気に敏感なデバイス(MSD)です。

• 未開封パッケージ：30°C以下、相対湿度90%以下で保管。乾燥剤入りの防湿袋内での保管寿命は1年です。
• 開封済みパッケージ：保管条件は30°C、相対湿度60%を超えてはなりません。元の梱包から取り出した部品は、1週間以内にリフローはんだ付けする必要があります。長期保管する場合は、乾燥剤を入れた密閉容器または窒素デシケーター内で保管する必要があります。1週間以上開封状態で保管した場合は、組立前に約60°Cで少なくとも20時間ベーキングを行い、吸収した湿気を除去し、リフロー中のポップコーン現象を防止する必要があります。

7. 梱包・発注情報

製品は、自動SMD組立装置と互換性のあるテープ&リール形式で供給されます。

• リール：直径7インチリール。
• テープ：幅8mmのキャリアテープ。
• 数量：フルリールあたり3000個。残数については、最小梱包数量500個が用意されています。
• 品質：梱包はANSI/EIA 481-1-A-1994規格に準拠しています。テープの空きポケットはカバーテープで密封されています。連続して欠落する部品("欠灯")の最大数は2個です。

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、かつ明示されたアプリケーションはLCDバックライトであり、特に中小型ディスプレイでサイドビューLEDが光導波板(LGP)に光を入射させる用途です。デュアルカラー機能により、調整可能な白色バックライト(緑色と橙色を他の場所の青色LEDと混合)や、表示アセンブリ内での特定のカラーアクセントやインジケータの作成が可能となります。その他の潜在的なアプリケーションには、ステータスインジケータ、パネル照明、および民生電子機器、オフィス機器、通信機器における装飾照明が含まれます。

8.2 設計上の考慮事項

• ドライバ回路：緑色と橙色のチップは異なる順電圧(3.2V対2.0V)を持つため、各チップに電流制限抵抗なしに単一の定電圧源から単純な並列構成で駆動することはできません。最適な性能と安定性のためには、定電流ドライバが推奨されます。
• 熱管理：許容損失は低いですが、適切な熱放散を備えたPCBレイアウト、場合によっては小さな銅パッドを使用することで、特に最大電流付近または高温環境で動作する場合に熱を放散するのに役立ちます。これにより、発光効率と寿命が維持されます。
• 光学設計：130度の指向角はエッジライト式バックライトに適しています。光導波板、拡散板、反射板の設計は、均一な照明のためにこのLEDの発光パターンと結合するように最適化する必要があります。

9. 技術比較・差別化

このデバイスは、そのニッチにおいて特定の利点を提供します：

• デュアルチップ集積：2つの別々の単色LEDを使用する場合と比較して、このパッケージはPCBスペースを節約し、組立を簡素化(1回の実装ステップ)、色混合に不可欠な2つの光源間の正確な機械的位置合わせを保証します。
• サイドビュー形状：トップビューLEDと比較して、サイドビューパッケージは、高さ(Z軸)に制約があり、光をPCB面と平行に放射する必要がある薄型バックライトモジュールに不可欠です。
• チップ技術：橙色にAlInGaPを使用することで、GaAsPなどの古い技術と比較して、より高い効率と優れた温度安定性が得られ、より明るく一貫した橙色光出力を実現します。
• プロセス互換性：リフローはんだ付けおよび自動実装との完全な互換性により、現代の大量生産ラインに適しています。

10. よくある質問 (技術パラメータに基づく)

Q1: 緑色と橙色の両方のチップを、それぞれの最大DC電流(20mAと30mA)で同時に駆動できますか？

A1: はい、ただし総許容損失を考慮する必要があります。最大電流での同時動作では、(3.2V * 0.02A) + (2.0V * 0.03A) = 0.124Wにほぼ等しい電力を消費します。これは個々のPd定格を下回りますが、その合計に近い値です。特に密閉筐体内では、接合温度が安全限界を超えないように、PCB上での適切な熱設計が必要です。

Q2: なぜ逆電圧定格は5Vのみで、連続動作できないとはどういう意味ですか？

A2: LED半導体接合は、高い逆電圧を遮断するようには設計されていません。5V定格は一般的です。この文言は、5V以下の逆電圧を連続的に印加することも推奨または規定されていないことを意味します。回路設計では、LEDが逆バイアスを受けないようにするか、必要に応じて並列に保護ダイオードを使用してください。

Q3: 発注時にビンコードをどのように解釈すればよいですか？

A3: 必要な光度(緑色と橙色の両方)および主波長(緑色)のビンコードを指定することで、製品が所望の輝度と色特性を持つLEDを受け取ることができます。例えば、緑色：光度T、波長AQ；橙色：光度Rのようにビニングされた部品を発注する場合があります。正確な発注コード形式についてはメーカーにご確認ください。

11. 実践的設計事例

シナリオ：製品筐体内に垂直に取り付けられたPCBの端にある極めてスペースが限られた領域で、2つの異なる色(緑色は準備完了、橙色はスタンバイ/警告)を必要とするデバイスのステータスインジケータを設計する。

実装：LTST-S115TGKFKTは理想的な選択です。単一の部品フットプリントを使用します。単純なマイクロコントローラのGPIOピンを、適切な電流制限抵抗(希望電流、最大20/30mA、および供給電圧に基づいて計算)を介して各カソード(橙色はC1、緑色はC2)に接続し、共通アノードを正電源に接続します。サイドビュー発光により、光はデバイス筐体の側面の小さな開口部またはライトパイプを通して外部に導かれます。広い指向角により、広範囲の視点からインジケータが見えることが保証されます。リフロー互換パッケージにより、他のすべてのSMD部品と一緒に1回の工程ではんだ付けすることができます。

12. 原理紹介

LEDの発光は、半導体p-n接合におけるエレクトロルミネセンスに基づいています。順電圧が印加されると、電子と正孔が活性領域に注入され、そこで再結合し、光子の形でエネルギーを放出します。発光の色(波長)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。

• 緑色チップ (InGaN)：窒化インジウムガリウムは化合物半導体であり、インジウム/ガリウム比を調整することでバンドギャップを調整でき、青色から緑色スペクトルで発光します。ここでは、約530 nmでの緑色発光のために設計されています。
• 橙色チップ (AlInGaP)：リン化アルミニウムインジウムガリウムは、赤色、橙色、黄色波長領域で高い効率で知られる別の化合物半導体です。そのバンドギャップは、ここでは約611 nmでの橙色発光のために調整されています。

2つのチップは、発光を最小限に吸収するウォータークリアレンズを備えた単一のエポキシパッケージ内のリードフレーム上に実装され、高い光学効率を実現しています。

13. 開発動向

SMD LEDの分野は、このような部品に関連するいくつかの明確なトレンドとともに進化し続けています：

• 効率向上 (lm/W)：継続的な材料科学とチップ設計の改善により、同じ電力入力(ワット)からより多くの光(ルーメン)を抽出し、エネルギー消費と熱負荷を削減することを目指しています。
• 信頼性と寿命の向上：パッケージ材料、ダイアタッチ技術、蛍光体技術(該当する場合)の進歩により、動作寿命が延長され、過酷な環境条件下での性能が向上しています。
• 小型化：より小型の電子機器への要望により、光出力を維持または増加させながら、さらに小さなパッケージフットプリントと低プロファイルのLEDが求められています。
• 色精度と一貫性：より厳しいビニング公差と改善された製造プロセスにより、ロット間の色と輝度のばらつきが少なくなり、均一な外観を必要とするアプリケーションにとって重要です。
• 集積化：デュアルカラーを超えて、RGBチップ、ドライバIC、さらには光検出器などのより多くの機能を単一パッケージに集積し、よりスマートでコンパクトな照明ソリューションを作成する傾向があります。