LTST-C195KFKGKT デュアルカラーSMD LED データシート - オレンジ & グリーン - 20mA - 日本語技術文書

1. 製品概要

本資料は、デュアルカラーの表面実装LED部品に関する完全な技術仕様を提供します。このデバイスは、業界標準の単一パッケージ内に2つの異なる発光チップを統合し、オレンジ色と緑色の光を生成可能にしています。自動実装プロセスおよび近代的なはんだ付け技術との互換性を考慮して設計されており、民生電子機器、インジケータ、バックライトにおける大量生産アプリケーションに適しています。

1.1 主な特長と製品位置付け

この部品の主な特長は、環境規制への準拠、高効率な光出力のための高輝度AlInGaP半導体技術の採用、テープ＆リール自動実装に最適化されたパッケージングです。その設計は、表面実装技術（SMT）組立ラインで標準的な赤外線（IR）および気相リフローはんだ付けプロセスと互換性があります。単一パッケージ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、基板スペースを節約し、設計を簡素化します。

2. 技術パラメータ：詳細かつ客観的な解釈

以下のセクションでは、仕様書で定義されているデバイスの電気的、光学的、熱的特性に関する詳細な分析を提供します。

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発生する可能性のある応力限界を定義します。これらの限界以下または限界での動作は保証されておらず、回路設計では避けるべきです。

• 消費電力（Pd）：チップあたり75 mW（オレンジおよびグリーン）。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電力です。この値を超えると、熱暴走や故障のリスクがあります。
• ピーク順方向電流（I_FP）：80 mA。これは許容される最大瞬間順方向電流であり、通常、過度の接合部温度上昇を防ぐためにパルス条件（1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）で規定されます。
• 連続順方向電流（I_F）：30 mA DC。これは通常条件下での連続動作における最大推奨電流です。
• 電流ディレーティング：25°Cから0.4 mA/°Cの線形減衰。周囲温度が25°Cを超えて上昇すると、接合部温度を安全限界内に保つために、許容される最大連続順方向電流をこの係数で低減しなければなりません。
• 逆電圧（V_R）：5 V。これより大きい逆バイアス電圧を印加すると、破壊を引き起こしLED接合部を損傷する可能性があります。
• 動作・保管温度：それぞれ-30°C ～ +85°C および -40°C ～ +85°C。これらは、信頼性のある動作および非動作時の保管における環境限界を定義します。
• はんだ付け温度限界：このデバイスは、260°Cで5秒間のウェーブまたはIRはんだ付け、および215°Cで3分間の気相はんだ付けに耐えることができます。これらのパラメータは、PCB組立時のリフロープロファイルを定義する上で重要です。

2.2 電気的・光学的特性

これらのパラメータは、特に断りのない限り、標準試験条件Ta=25°C、I_F=20mAで測定されます。これらはデバイスの代表的な性能を定義します。

• 光度（I_V）：
  • オレンジチップ：最小45.0 mcd、代表値は規定なし、最大280.0 mcd。
  • グリーンチップ：最小18.0 mcd、代表値は規定なし、最大71.0 mcd。

  最小値と最大値の間の広い範囲は、デバイスが異なる光度ビンで入手可能であることを示しています（セクション3参照）。オレンジチップは、同じ駆動電流でグリーンチップよりも著しく明るいです。

• 指向角（2θ_1/2）：両色とも130度（代表値）。この広い指向角は拡散レンズタイプを示しており、集光ビームではなく広い照射を必要とするアプリケーションに適しています。
• 波長：
  • オレンジ：ピーク波長（λ_P）～611 nm、主波長（λ_d）～605 nm。
  • グリーン：ピーク波長（λ_P）～574 nm、主波長（λ_d）～571 nm。

  主波長は、CIE色度図から導出される、人間の目が知覚する色です。

• スペクトル線半値幅（Δλ）：オレンジ～17 nm、グリーン～15 nm。これは、発光のスペクトル純度または帯域幅を示します。
• 順方向電圧（V_F):両色とも、20mA時で代表値2.0V、最大2.4V。この低い順方向電圧はAlInGaP技術の特徴であり、直列抵抗値と消費電力の計算に重要です。
• 逆電流（I_R）：V_R=5V時、最大10 µA。これはLEDが逆バイアスされたときのリーク電流です。
• 静電容量（C）：0V、1MHz時、代表値40 pF。このパラメータは高周波スイッチングアプリケーションに関連する可能性があります。

3. ビニングシステムの説明

LEDの光度は、生産ロット内での一貫性を確保するためにビンに仕分けされます。ビンコードは特定の光度範囲を定義します。

3.1 オレンジLED 光度ビン

I_F=20mAで測定された光度。各ビンの許容差は+/-15%。

• ビン P：45.0 - 71.0 mcd
• ビン Q：71.0 - 112.0 mcd
• ビン R：112.0 - 180.0 mcd
• ビン S：180.0 - 280.0 mcd

3.2 グリーンLED 光度ビン

I_F=20mAで測定された光度。各ビンの許容差は+/-15%。

• ビン M：18.0 - 28.0 mcd
• ビン N：28.0 - 45.0 mcd
• ビン P：45.0 - 71.0 mcd

設計者は、アプリケーションで所望の輝度レベルを保証するために、発注時に必要なビンコードを指定する必要があります。

4. 性能曲線分析

データシートには、様々な条件下でのデバイスの動作を理解するために不可欠な代表的な特性曲線が参照されています。具体的なグラフはここでは再現しませんが、その意味合いを分析します。

4.1 電流-電圧（I-V）特性曲線

LEDのI-V曲線は指数関数的です。20mA時の代表的なV_F2.0Vは重要な動作点を提供します。この曲線は、膝点を超えた電圧のわずかな増加が、大きく、潜在的に損傷をもたらす電流の増加につながることを示しています。これは、電流制限方法（例：直列抵抗または定電流ドライバ）の必要性を強調しています。

4.2 光度-順方向電流特性

この曲線は、ある範囲で一般的に線形です。光度は順方向電流にほぼ比例します。LEDを最大連続電流（30mA）で駆動すると、標準試験条件の20mAよりも高い輝度が得られますが、熱管理と寿命の考慮事項を評価する必要があります。

4.3 温度依存性

LEDの性能は温度に敏感です。順方向電圧（V_F）は、一般に接合部温度の上昇とともに減少します。より重要なことに、光度は温度の上昇とともに低下します。電流ディレーティング仕様（0.4 mA/°C）は、この熱的影響を管理し信頼性を維持するための直接的な設計制約です。

5. 機械的・パッケージ情報

このデバイスは、EIA標準の表面実装パッケージフットプリントに準拠しています。

5.1 ピン割り当て

デュアルカラーLEDには4つのピン（1, 2, 3, 4）があります。データシートによると：

• ピン1と3はオレンジLEDチップに割り当てられています。
• ピン2と4はグリーンLEDチップに割り当てられています。

この構成は、通常、内部で共通カソードまたは共通アノード配置を意味しており、正しい回路接続のためにパッケージ外形図から確認する必要があります。

5.2 パッケージ寸法およびテープ＆リール

このデバイスは、自動ピック＆プレースマシンと互換性のある、7インチ径リール上の8mmテープで供給されます。テープ＆リール仕様はANSI/EIA 481-1-A-1994規格に従います。主要な包装詳細は以下の通りです：

• 7インチリールあたり4000個。
• 残数部品の最小包装数量は500個。
• テープ内で連続して最大2個の欠品部品（"ランプ"）が許容されます。

信頼性のあるはんだ接合とリフロー中の適切な位置合わせを確保するために、推奨はんだパッド寸法が提供されています。

6. はんだ付け・実装ガイドライン

6.1 推奨リフロープロファイル

2つのはんだ付けプロファイルが提案されています：

1. 標準IRリフロープロファイル：従来の錫鉛はんだプロセス用。
2. 鉛フリー（Pbフリー）IRリフロープロファイル：Sn-Ag-Cu（SAC）はんだペーストと共に使用する必要があります。このプロファイルは通常、より高いピーク温度（例：260°C）を持ちますが、LEDのプラスチックレンズや内部構造への熱損傷を防ぐために、液相線以上の時間は注意深く制御されます。

絶対最大条件は、IR/ウェーブはんだ付けで260°C、5秒、気相はんだ付けで215°C、3分です。

6.2 保管および取り扱い上の注意

• 保管：30°C、相対湿度70%を超えないことが推奨されます。元の防湿バッグから取り出したLED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、乾燥した密閉環境（例：乾燥剤入りまたは窒素中）で保管し、使用前に約60°Cで24時間ベーキングして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。
• 洗浄：指定された洗浄剤のみを使用してください。常温でのイソプロピルアルコールまたはエチルアルコールを1分未満で使用することが推奨されます。指定外の化学薬品はLEDパッケージやレンズを損傷する可能性があります。
• ESD保護：LEDは静電気放電に敏感です。取り扱い中は適切なESD対策を講じる必要があります：接地リストストラップ、帯電防止マット、レンズ上の静電気を中和するイオナイザーを使用し、すべての設備が適切に接地されていることを確認してください。

7. アプリケーション提案

7.1 代表的なアプリケーションシナリオ

このデュアルカラーLEDは、以下のような様々なインジケータおよび状態表示アプリケーションに適しています：

• 民生電子機器（例：ルーター、充電器、家電）の電源/状態インジケータ。
• 2色状態表示灯（例：緑は"オン/正常"、オレンジは"スタンバイ/警告"）。
• 小さなアイコンやボタンのバックライト。
• 車載内装インジケータランプ（適切な認定を受けた場合）。
• 産業機器の状態表示パネル。

7.2 回路設計上の考慮点

駆動方法：LEDは電流駆動デバイスです。均一な輝度を確保するためには、特に複数のLEDが並列に接続されている場合、各LEDに直列に電流制限抵抗を配置する必要があります（回路モデルA）。個々の抵抗なしで並列構成における電流を自然なI-V特性に依存してバランスさせる方法（回路モデルB）は推奨されません。なぜなら、LED間のV_Fのわずかなばらつきが、電流、したがって輝度の大きな差につながる可能性があるからです。

直列抵抗値（R_s）はオームの法則を使用して計算できます：R_s= (V_電源- V_F) / I_F。すべての条件下で十分な電流を確保するために、データシートの最大V_F（2.4V）を使用してください。

7.3 熱管理

消費電力は低い（チップあたり75mW）ですが、適切なPCBレイアウトは熱性能を向上させることができます。特に最大定格付近または高い周囲温度で動作する場合、LEDの熱パッド（存在する場合）またははんだパッドの周囲に接続された十分な銅面積を確保して、ヒートシンクとして機能させてください。

8. 技術比較・差別化

この部品の主要な差別化要因は、単一SMDパッケージでのデュアルカラー機能と、オレンジ発光体へのAlInGaP技術の採用です。

• 単色LEDとの比較：2つの別々のLEDを実装する場合と比較して、PCBスペースを節約し、部品点数を減らし、組立を簡素化します。
• AlInGaP対その他の技術：AlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）は、赤、オレンジ、黄色の波長領域での高効率と安定性で知られており、GaAsPのような古い技術と比べて、しばしばより高い輝度と優れた温度性能を提供します。
• 広い指向角（130°）：集光照明に使用される狭角LEDとは対照的に、広範囲の表示に理想的な拡散光パターンを提供します。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

9.1 5Vまたは3.3Vのマイコン端子からこのLEDを直接駆動できますか？

いいえ、直接はできません。LEDは電流制御を必要とします。MCU端子のような電圧源（通常は電流制限付きですが、LED駆動用に設計されていません）に直接接続すると、LEDとマイコン出力の両方を損傷する可能性があります。常に直列の電流制限抵抗または専用のLEDドライバ回路を使用してください。

9.2 ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

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、LEDの知覚色に一致する単色光の波長であり、CIE色度座標から計算されます。λ_dは、人間中心のアプリケーションにおける色指定により関連性があります。

9.3 なぜ電流のディレーティングが必要なのですか？

周囲温度が上昇すると、所定の動作電流に対するLEDの接合部温度が上昇します。より高い接合部温度は劣化メカニズムを加速し、LEDの寿命を短縮し、最悪の場合破壊的故障を引き起こす可能性があります。電流をディレーティングすることで消費電力を下げ、それによって接合部温度を下げ、長期信頼性を確保します。

10. 実践的設計ケーススタディ

シナリオ：5V電源ラインで動作するデバイスのデュアルカラー状態インジケータを設計します。インジケータは、"通常動作"時は緑、"充電/警告"時はオレンジを表示する必要があります。

設計手順：

1. 回路トポロジ：2つのマイコンGPIOピンを使用します。各ピンは、別々の電流制限抵抗を介してLEDの一方の色を駆動します。パッケージ図面に基づいて内部接続（共通アノード/カソード）を正しく構成してください。
2. 抵抗計算（20mA駆動用）：
   • V_F（最大）= 2.4V、V_電源= 5V、I_F= 20mAと仮定します。
   • R = (5V - 2.4V) / 0.020A = 130 オーム。
   • 最も近い標準値（例：130Ωまたは120Ω）を選択します。120Ωの抵抗ではわずかに高い電流（～21.7mA）が流れますが、30mAの最大値を下回っているため許容範囲内です。
3. PCBレイアウト：LEDとその直列抵抗を近くに配置します。放熱のためにLEDパッドの周りに適度な銅箔を設けます。データシートの推奨はんだパッドレイアウトに従ってください。
4. ソフトウェア：通常状態では緑のGPIOをオンにし、警告状態ではオレンジのGPIOをオンにするロジックを実装します。パッケージの駆動電流制限を考慮し、混合色が望まれる場合を除き、両方を同時にオンにしないようにしてください。

11. 動作原理の紹介

発光ダイオード（LED）は、エレクトロルミネッセンスによって光を発する半導体デバイスです。p-n接合に順方向電圧が印加されると、電子と正孔が活性領域に注入され、そこで再結合します。この再結合中に放出されるエネルギーは、光子（光）として放出されます。光の特定の波長（色）は、活性領域で使用される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。このデバイスでは、オレンジ色の光はAlInGaPチップによって生成され、緑色の光は別のチップ（グリーンについてはここでは明示されていませんが、おそらくInGaN技術ベース）によって生成されます。2つのチップは、広い指向角に光出力を形成する拡散レンズを備えた単一のエポキシパッケージ内に一緒に収められています。

12. 技術トレンド

LED技術の分野は、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：

• 効率の向上：継続的な材料科学とチップ設計の改善により、より高い発光効率（電気入力ワットあたりのより多くの光出力）が実現され、より明るいインジケータまたはより低い消費電力が可能になります。
• 小型化：より小さな電子機器への要望により、光学性能を維持または向上させながら、ますます小さなパッケージフットプリントのLEDが求められています。
• 信頼性と寿命の向上：パッケージ材料、ダイボンド方法、蛍光体技術（白色LED用）の改善により、過酷な条件下での動作寿命と安定性が継続的に延長されています。
• 統合：多色化を超えて、制御電子機器（定電流ドライバやPWMコントローラなど）をLEDダイまたはパッケージ内に直接統合し、システム設計を簡素化する"スマートLED"モジュールを作成するトレンドがあります。
• 環境対応：鉛フリー（Pbフリー）はんだ付けおよびハロゲンフリー材料への移行は、このデータシートで提供されている別のはんだ付けプロファイルに反映されているように、現在標準となっています。