LTST-C295KGKFKT デュアルカラーSMD LED データシート - 高さ0.55mm - 順電圧2.0V - 緑/オレンジ - 技術文書

1. 製品概要

LTST-C295KGKFKTは、コンパクトなサイズと信頼性の高い性能を要求する現代の電子機器アプリケーション向けに設計された、デュアルカラーの表面実装デバイス（SMD）LEDです。この製品は、緑とオレンジの両方の光源に先進的なAlInGaP（アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン化物）チップ技術を採用し、高さわずか0.55mmの超薄型パッケージに収められています。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、高速自動実装機との完全な互換性があります。本デバイスはグリーン製品に分類され、RoHS（有害物質使用制限）指令に準拠しており、幅広い民生用および産業用電子機器での使用に適しています。

1.1 中核的利点

このLEDの主な利点は、先進材料と小型化されたフォームファクタの組み合わせに由来します。AlInGaP半導体材料の使用は高い発光効率を提供し、小さなチップ面積から明るい出力を得ることができます。単一パッケージ内でのデュアルカラー機能は、2つの単色LEDを使用する場合と比較して、貴重なプリント基板（PCB）の占有面積を節約します。その超薄型プロファイルは、超薄型ディスプレイ、モバイルデバイス、バックライトモジュールなど、厳しい高さ制限のあるアプリケーションにおいて極めて重要です。さらに、赤外線（IR）リフローはんだ付けプロセスとの互換性により、標準的な表面実装技術（SMT）組立ラインを使用して統合することができ、高い製造歩留まりと信頼性を確保します。

2. 詳細な技術パラメータ分析

このセクションでは、データシートに規定されている主要な電気的、光学的、熱的パラメータについて、設計エンジニアにとっての重要性を説明しながら、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生じる可能性のあるストレスの限界を定義します。通常動作を意図したものではありません。

• 電力損失（P_D）：色あたり75 mW。これはLEDが熱として放散できる最大電力です。通常、過大な電流で駆動したり、周囲温度が高い状態でこの値を超えると、過熱、半導体材料の加速劣化、最終的には故障を引き起こす可能性があります。
• ピーク順電流（I_FP）：80 mA（デューティサイクル1/10、パルス幅0.1ms）。この定格は、マルチプレクシング回路や、短時間の非常に高い輝度を実現するためによく使用されるパルス動作用です。低いデューティサイクルと短いパルス幅は、パルス中の接合温度が過度に上昇するのを防ぐために不可欠です。
• 直流順電流（I_F）：30 mA。これは、信頼性の高い長期動作のために推奨される最大連続電流です。駆動回路をこの電流以下で動作するように設計することは、LEDの規定寿命を確保し、安定した光学特性を維持するために重要です。
• 逆電圧（V_R）：5 V。LEDは大きな逆バイアスに耐えるようには設計されていません。この電圧を超えると、PN接合が突然破壊され、即座に致命的な故障を引き起こす可能性があります。適切な回路設計では、交流または双極性駆動シナリオでは直列保護ダイオードを使用するなどして、LEDが逆電圧にさらされないようにする必要があります。
• 動作・保管温度：それぞれ-30°C ～ +85°C および -40°C ～ +85°C。これらの範囲は、デバイスが使用中および電源オフ時に耐えられる環境条件を定義します。上限付近または上限を超えて動作すると、発光出力と寿命が低下します。

2.2 電気的・光学的特性

これらのパラメータは標準試験条件（Ta=25°C）で測定され、デバイスの代表的な性能を示します。

• 光度（I_V）：緑色LEDの場合、20mAでの代表値は35.0 mcd、最小値は18.0 mcdです。オレンジ色LEDの場合、20mAでの代表値は90.0 mcd、最小値は28.0 mcdです。オレンジ発光体は、AlInGaP材料系において本質的に効率が高く、より高い代表出力となります。最小値は、アプリケーションで一定の輝度レベルを保証しなければならない設計者にとって重要です。
• 指向角（2θ_1/2）：130度（両色とも代表値）。この広い指向角は、ランバートまたは準ランバート放射パターンを示しており、広い範囲で光強度が比較的均一です。これは、光を集光するために使用される狭ビームLEDとは対照的に、複数の角度からの視認性が要求される一般的なインジケータランプやバックライトに理想的です。
• ピーク・主波長（λ_P, λ_d）：緑色LEDの代表的なピーク波長は574 nm、主波長は571 nmです。オレンジ色LEDの代表的なピーク波長は611 nm、主波長は605 nmです。主波長は、人間の目が知覚する単一波長であり、色指定のための主要パラメータです。ピーク波長と主波長のわずかな違いは、発光スペクトルの形状によるものです。
• スペクトル半値幅（Δλ）：緑色で約15 nm、オレンジ色で約17 nm。このパラメータは、半値全幅（FWHM）とも呼ばれ、光のスペクトル純度を表します。幅が狭いほど、より単色（純粋）な色であることを示します。これらの値はAlInGaP LEDの代表的なものであり、良好な色飽和度を提供します。
• 順電圧（V_F）：両色とも20mAで代表値2.0 V、最大2.4 V。この低い順電圧は、消費電力と熱負荷を低減するため有益です。駆動回路（通常は定電流源または電流制限抵抗）は、最大V_Fに対応できるように設計する必要があり、デバイス間のばらつきや温度影響を含むすべての条件下で所望の電流が供給されることを保証します。
• 逆電流（I_R）：5Vで最大10 µA。これは、デバイスが最大定格内で逆バイアスされたときに流れる小さなリーク電流です。この値よりも大幅に高い値は、接合部が損傷している可能性を示します。

3. ビニングシステムの説明

データシートには、光度と主波長のビンコードが含まれており、色や輝度の一貫性を必要とするアプリケーションに不可欠です。

3.1 光度ビニング

LEDは製造後に測定された光出力に基づいて選別（ビニング）されます。緑色LEDの場合、ビンは\"M\"（18.0-28.0 mcd）から\"Q\"（71.0-112.0 mcd）の範囲です。オレンジ色LEDの場合、ビンは\"N\"（28.0-45.0 mcd）から\"R\"（112.0-180.0 mcd）の範囲です。各ビンの許容差は+/-15%です。注文時に、より狭いビン（例：\"P\"と\"Q\"のみ）を指定することで、組立品内の複数ユニット間でより均一な輝度が確保され、マルチLEDディスプレイやバックライトアレイにとって重要です。最適な視覚的一貫性のためには、単一のビンからのLEDの使用が推奨されます。

3.2 主波長ビニング（緑色のみ）

緑色LEDは、主波長によってもコード\"C\"（567.5-570.5 nm）、\"D\"（570.5-573.5 nm）、\"E\"（573.5-576.5 nm）にビニングされ、各ビンの許容差は+/-1 nmです。これにより、設計者は非常に特定の緑色の色合いを持つLEDを選択することができ、色分けされたインジケータや、特定の企業または製品のカラースキームに合わせる場合に重要です。オレンジ色LEDの波長は代表値のみが規定されており、ばらつきが少ないか、このパラメータについてはビニングが提供されていないことを示しています。

4. 性能曲線分析

データシートでは特定のグラフ曲線（例：図1、図6）が参照されていますが、その意味合いはLED技術において標準的なものです。

4.1 順電流対順電圧（I-V曲線）

LEDのI-V特性は指数関数的です。\"ターンオン\"点を超えて順電圧がわずかに増加すると、電流が大幅に増加します。このため、LEDは定電流源または直列の電流制限抵抗で駆動する必要があります。定電圧電源では熱暴走と破壊を引き起こします。20mAでの代表的なV_F2.0Vが、この設計の動作点を提供します。

4.2 光度対順電流

通常の動作範囲では、光度は順電流にほぼ比例します。しかし、効率（ルーメン毎ワット）は、熱の増加やその他の非放射再結合プロセスにより、非常に高い電流では低下することがよくあります。推奨される20mA DC以下で動作することで、最適な効率と長寿命が確保されます。

4.3 温度依存性

LEDの性能は温度に大きく依存します。接合温度が上昇すると：順電圧（V_F）はわずかに減少します。光度は大幅に減少します。AlInGaP LEDの場合、接合温度が1°C上昇するごとに、光出力は約0.5-1.0%低下する可能性があります。主波長はわずかにシフトする可能性があります（AlInGaPでは通常、より長い波長に）。PCB上の効果的な熱管理（例えば、熱ビアや銅箔の使用）は、特に高電力または高周囲温度のアプリケーションにおいて、安定した光学性能を維持するために重要です。

4.4 スペクトル分布

参照されるスペクトルグラフは、各色に対してAlInGaP材料に特徴的な、単一の比較的狭いピークを示すでしょう。二次ピークや広いスペクトルの欠如は、デバイスの色純度を確認するものであり、飽和した色を必要とするアプリケーションに望ましい特性です。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法と極性

本デバイスはEIA標準パッケージ外形に準拠しています。重要な機械的特徴は、その高さ0.55mmです。ピン割り当ては明確に定義されています：ピン1と3は緑色LED用、ピン2と4はオレンジ色LED用です。この4パッド設計により、2色を独立して制御できます。極性はピン番号で示されており、通常、アノードは駆動回路を介して正電源に接続され、カソードはグランドまたは電流シンクに接続されます。

5.2 推奨はんだパッド設計

データシートには、推奨されるはんだパッド寸法が記載されています。これらの推奨事項に従うことは、リフロー中に信頼性の高いはんだ接合を実現するために重要です。パッド設計ははんだフィレットの形状に影響し、機械的強度とLEDからの熱伝導に影響を与えます。適切に設計されたパッドは、リフロー中の適切な自己位置決めを確保し、トゥームストーニング（部品の一端がパッドから浮き上がる現象）を防止します。

6. はんだ付け・組立ガイドライン

6.1 赤外線リフローはんだ付けプロファイル

本デバイスは、SMT組立の標準である赤外線（IR）または対流リフローはんだ付けプロセスと完全に互換性があります。データシートには、無鉛はんだ用のJEDEC標準に準拠した推奨プロファイルが記載されています。主要なパラメータは以下の通りです：温度をゆっくり上昇させ、フラックスを活性化させるための予熱ゾーン（150-200°C）。ピーク温度は260°Cを超えないこと。液相線以上（SnAgCuはんだでは通常217°C）の時間は最大10秒。室温からピーク温度に達し、戻るまでの総時間は、プラスチックパッケージと半導体ダイへの熱ストレスを最小限に抑えるために制御する必要があります。

6.2 手はんだ付け

修理や試作のために手はんだ付けが必要な場合は、細心の注意を払う必要があります。推奨は、最高温度300°Cのはんだごてを使用し、パッドごとの接触時間を3秒以内に制限することです。過度の熱や長時間の接触は、プラスチックレンズを溶かしたり、パッケージ内部のワイヤボンドを損傷したり、ダイアタッチ材料を剥離させたりする可能性があります。

6.3 保管および取り扱い条件

LEDは湿気敏感デバイス（MSD）です。プラスチックパッケージは空気中の湿気を吸収する可能性があり、高温リフロー工程中に蒸気に変わり、内部クラックや\"ポップコーン\"現象を引き起こす可能性があります。データシートでは以下を規定しています：密封パッケージは、1年以内に使用し、保管条件は温度≤30°C、湿度≤90%RHとします。開封後は、温度≤30°C、湿度≤60%RHで保管してください。周囲空気に1週間以上さらされた部品は、はんだ付け前に湿気を除去するため、少なくとも20時間、60°Cでベーキングする必要があります。適切な取り扱いには、静電気放電（ESD）に対する予防策も含まれます。一部のICほど敏感ではありませんが、LEDはESDによって損傷する可能性があります。接地リストストラップ、帯電防止マット、適切に接地された設備の使用が推奨されます。

6.4 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、指定された溶剤でのみ行ってください。データシートでは、常温でのエチルアルコールまたはイソプロピルアルコールを1分未満で使用することが推奨されています。過酷なまたは未指定の化学薬品は、プラスチックレンズ材料を侵食し、曇り、ひび割れ、変色を引き起こし、光学性能を著しく低下させる可能性があります。

7. 包装・注文情報

7.1 テープおよびリール仕様

本デバイスは、保護カバーテープ付きのエンボスキャリアテープに包装され、7インチ（178mm）径リールに巻かれています。標準リール数量は4000個です。残数リールの最低注文数量は500個と規定されています。テープ寸法とポケット間隔はANSI/EIA-481仕様に準拠しており、標準SMTフィーダーとの互換性を確保しています。テープ設計には、正確な機械的送り出しのための方向特徴とスプロケット穴が含まれています。

8. アプリケーション推奨事項

8.1 代表的なアプリケーションシナリオ

デュアルカラー機能と薄型プロファイルにより、このLEDは多数のアプリケーションに適しています：ステータスインジケータ：単一の部品で2つの状態を表示できます（例：\"オン/準備完了\"は緑、\"スタンバイ/警告\"はオレンジ）。キーパッドおよびスイッチのバックライト：広い指向角と輝度は、コントロールパネルのシンボルを照らすのに理想的です。民生用電子機器：スペースが限られているスマートフォン、タブレット、ウェアラブルデバイス、リモコンで使用されます。自動車内装照明：ダッシュボードインジケータやアンビエント照明用（特定の自動車グレードへの適合性評価が必要）。携帯機器：バッテリ駆動デバイスは、その低い順電圧により電力消費を最小限に抑えることができます。

8.2 設計上の考慮事項

電流制限：常に定電流ドライバまたは、電源電圧とLEDの最大V_Fに基づいて計算された直列抵抗を使用してください。熱管理：特に最大電流付近で駆動する場合は、PCBレイアウトが十分な熱経路を提供することを確認してください。LED接合部から周囲環境への熱抵抗を考慮してください。ESD保護：LEDを駆動する信号線がユーザーインターフェースにさらされる場合は、ESD保護ダイオードを組み込んでください。光学設計：特定のビームパターンが必要な場合、広い指向角には光ガイドや拡散板が必要になることがあります。色混合（両方のLEDを同時に駆動する場合）では、人間の目が知覚する混合色（例：緑+オレンジからの黄色がかった色合い）は非線形であることを理解してください。

9. 技術比較・差別化

従来のGaP（リン化ガリウム）やGaAsP（リン化ヒ化ガリウム）などのLED技術と比較して、AlInGaPチップは著しく高い発光効率を提供し、同じ駆動電流でより明るい光出力を実現します。蛍光体を塗布した青色チップに基づく一部の白色LEDと比較して、これらの単色LEDは優れた色純度と、特定の色帯域内での通常より高い効率を提供します。この特定部品の主な差別化要因は、2つの異なる効率的な色を、完全なリフロー組立をサポートする業界標準の超薄型パッケージに組み合わせた点です。この統合により、2つの個別LEDを使用する場合と比較して、部品点数、組立時間、基板スペースを削減できます。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 緑とオレンジのLEDを同時に駆動できますか？

A: はい、電気的に独立しています。ただし、総電力損失（各LEDのI_F* V_Fに加え、ドライバ損失）がPCBの熱容量とデバイス自身の限界を超えないことを確認する必要があります。両方を同時に最大20mAで駆動すると、約80mWを放散します。これは色あたりの定格75mWを超えますが、デューティサイクルが低いか、熱管理が優れている場合は許容される可能性があります。具体的なレイアウトに基づく熱計算を参照してください。

Q: \"ピーク波長\"と\"主波長\"の違いは何ですか？

A: ピーク波長（λ_P）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）は、標準的な人間の観察者にとって同じ色に見える単色光の単一波長です。λ_dはCIE色度座標から計算され、知覚される色を指定するためのより関連性の高いパラメータです。

Q: 注文時にビンコードをどのように解釈すればよいですか？

A: 一貫性を確保するために、希望する光度ビン（例：\"P\"）と、緑色の場合は主波長ビン（例：\"D\"）を指定してください。これにより、メーカーはそれらの特定の性能範囲内にある部品を供給します。ビンを指定しない場合、生産ビンのいずれかからの部品を受け取る可能性があり、最終製品にばらつきが生じる可能性があります。

Q: ヒートシンクは必要ですか？

A: 代表的な室内環境（25°C）で最大連続電流（20mA）で動作させる場合、LEDの熱パッドに接続された適度な銅面積がPCBにあれば、専用のヒートシンクは通常必要ありません。ただし、周囲温度が高い場合、密閉空間、またはDC定格を超えるパルスで駆動する場合は、熱解析が必要です。最大の光出力と寿命のためには、接合温度を可能な限り低く保つ必要があります。

11. 実践的な設計・使用例

例1：2状態電源インジケータ：ウォールアダプタでは、デバイスが完全に充電され最小電流を消費しているときは緑（充電ICで制御）、デバイスがアクティブに充電中であるときはオレンジを表示するようにLEDを接続できます。単純なマイクロコントローラまたは論理回路で、駆動ピンペア（1,3）と（2,4）を切り替えることができます。

例2：アニメーション付きバックライト：ゲーミング周辺機器では、複数のLTST-C295KGKFKT LEDをアレイ状に配置できます。各LEDの緑とオレンジのチャネルを独立してパルス幅変調（PWM）することで、マイクロコントローラは非常に薄いプロファイル制約内で、動的な色変化やブリージング照明効果を作り出すことができます。

例3：信号強度インジケータ：無線モジュールでは、緑色LEDは強い信号（最大電流で駆動）、オレンジ色LEDは弱い信号（最大電流で駆動）を示し、両方のLEDを低減した電流で同時に駆動することで中間の黄色を作り出し、中程度の信号レベルを示すことができます。これにより、1つの部品から3つの異なる状態を提供します。

12. 動作原理の紹介

発光ダイオード（LED）は、エレクトロルミネセンスと呼ばれるプロセスを通じて光を発する半導体デバイスです。半導体材料（この場合はAlInGaP）のPN接合に順電圧が印加されると、N型領域からの電子とP型領域からの正孔が活性領域に注入されます。これらの電荷キャリア（電子と正孔）が再結合すると、エネルギーを放出します。AlInGaPのような直接遷移型半導体では、このエネルギーは主に光子（光）の形で放出されます。放出される光の特定の波長（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、これは結晶成長プロセス中に設計されます。このデバイスの緑とオレンジの色は、それぞれのチップ中のアルミニウム、インジウム、ガリウム、リン化物原子の組成をわずかに変化させることで達成され、バンドギャップエネルギー、したがって発光色が変化します。

13. 技術トレンド

SMD LED技術の一般的なトレンドは、より高い効率（ワットあたりのルーメン数の増加）、電力密度の向上、さらなる小型化に向かって続いています。また、照明アプリケーション向けに、演色性と色の一貫性を改善する強い動きもあります。インジケータおよびバックライト用LEDでは、パッケージ内により多くの機能を統合するトレンドがあり、内蔵電流制限抵抗、アドレス指定可能なICドライバ（WS2812スタイルの\"スマートLED\"など）、さらにはデュアルを超える複数の色（例：RGB）などが含まれます。超薄型で柔軟なディスプレイへの要望も、さらに薄いパッケージプロファイルやフレキシブル基板上のLEDの開発を推進しています。GaN-on-Si（シリコン上の窒化ガリウム）やマイクロLED技術などの先進材料の使用は、将来の高輝度、小型化ディスプレイの最先端を表しています。