LTST-S327TBKFKT デュアルカラーSMD LED データシート - ブルー & オレンジ - 20mA/25mA - 76mW/62.5mW - 技術文書

1. 製品概要

LTST-S327TBKFKTは、スペース効率と自動組立を必要とする現代の電子アプリケーション向けに設計された、コンパクトな表面実装型デュアルカラーLEDです。このデバイスは、青色発光用のInGaN（窒化インジウムガリウム）チップと、オレンジ色発光用の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。この構成により、単一のコンポーネント占有面積から2色の表示が可能となり、PCB設計を簡素化し、部品点数を削減します。

このLEDの主な市場は、携帯・ハンドヘルド機器、通信機器、コンピュータ周辺機器、および状態表示、バックライト、またはシンボリックな照明が必要な各種民生用電子機器を含みます。大量生産向けの自動実装機および標準的な赤外線（IR）リフローはんだ付けプロセスとの互換性により、コスト効率の高い製造に最適です。

1.1 主要な特徴と利点

• デュアルカラー統合:青色とオレンジ色の光源を1つのEIA標準パッケージに組み合わせ、多様な信号表示および表示機能を実現します。
• 高輝度チップ:高度なInGaNおよびAlInGaP半導体技術を採用し、20mA時で典型的な値として45 mcd（ブルー）および90 mcd（オレンジ）の高い光度を提供します。
• 製造対応性:7インチリールに巻かれた8mmテープ上で供給され、自動組立を容易にします。パッケージは、鉛フリー（Pbフリー）プロセスを含む赤外線リフローはんだ付けプロファイルとの互換性を考慮して設計されています。
• 環境規制対応:本製品は、有害物質使用制限（RoHS）指令に準拠しています。
• 広視野角:両色とも典型的な視野角（2θ1/2）は130度で、広範囲の視認性を提供します。

1.2 対象アプリケーション

このLEDは、信頼性の高いコンパクトな表示照明が必要な幅広いアプリケーションに適しています。主な適用分野は以下の通りです:

• 状態表示器:電話機、ルーター、ネットワーク機器における電源、接続状態、バッテリー、またはモードの表示。
• キーボード/キーパッドのバックライト:低照度条件下でのキーの照明を提供します。
• 民生用およびオフィス電子機器:家電製品、プリンター、およびオーディオビジュアル機器の表示器。
• 産業用制御パネル:機械の状態や警告のための信号灯。

2. 詳細な技術パラメータ分析

電気的および光学的仕様の詳細な検討は、適切な回路設計と性能予測に不可欠です。

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。これらの定格またはそれを超える状態での動作は推奨されません。

• 電力損失（Pd）:ブルー: 76 mW、オレンジ: 62.5 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電力です。
• 順方向電流:連続DC順方向電流（IF）は、ブルーチップで20 mA、オレンジチップで25 mAと定格されています。パルス条件下（1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）では、100 mA（ブルー）および60 mA（オレンジ）というより高いピーク順方向電流が許容されます。
• 温度範囲:動作: -20°C ～ +80°C。保管: -30°C ～ +100°C。
• はんだ付け限界:デバイスは、ピーク温度260°Cで最大10秒間の赤外線リフローはんだ付けに耐えることができます。

2.2 電気的・光学的特性（Ta=25°C）

これらは、標準試験条件下での典型的な性能パラメータです。

• 光度（Iv）:IF=20mAにおけるミリカンデラ（mcd）で測定。ブルーチップは28.0 mcd（最小）から180.0 mcd（最大）の範囲で、典型的な値は45.0 mcdです。オレンジチップは45.0 mcdから180.0 mcdの範囲で、典型的な値は90.0 mcdです。
• 順方向電圧（Vf）:IF=20mAにおいて、ブルーのVfは2.8V（最小）から3.8V（最大）の間です。オレンジでは、1.6V（最小）から2.4V（最大）の間です。設計者は、駆動回路が十分な電圧を供給できることを確認する必要があります。
• 波長:ピーク発光波長（λp）は、ブルーで典型的に468 nm、オレンジで611 nmです。知覚される色を定義する主波長（λd）は、ブルーで典型的に470 nm、オレンジで605 nmです。
• スペクトル幅:スペクトル線半値幅（Δλ）は、ブルーで典型的に25 nm、オレンジで17 nmであり、発光のスペクトル純度を示します。
• 逆方向電流（Ir）:逆方向電圧（Vr）5Vにおいて最大10 µA。デバイスは逆バイアス下での動作を想定していません。

3. ビニングシステムの説明

輝度の一貫性を確保するため、LEDは測定された光度に基づいてビンに分類されます。これにより、設計者はアプリケーションの特定の輝度要件を満たす部品を選択できます。

3.1 光度ビニング

ビンコードは、最小および最大の光度範囲を定義します。各ビン内では+/-15%の許容差が適用されます。

ブルーチップの場合:

• ビン N: 28.0 – 45.0 mcd
• ビン P: 45.0 – 71.0 mcd
• ビン Q: 71.0 – 112.0 mcd
• ビン R: 112.0 – 180.0 mcd

オレンジチップの場合:

• 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

指定または注文時には、ビンコードにより、所望の範囲内の輝度を持つLEDを受け取ることが保証されます。複数のLED間で均一な外観を必要とするアプリケーションでは、狭いビン（例：ビンQまたはR）を指定することをお勧めします。

4. 性能曲線分析

データシートで参照される特定のグラフィカルデータは別として、記載される典型的な関係は、様々な条件下でのデバイスの動作を理解する上で重要です。

4.1 順方向電流対順方向電圧（I-V曲線）

I-V関係は非線形です。ブルー（InGaN）チップとオレンジ（AlInGaP）チップの両方において、順方向電圧は電流とともに増加します。ブルーチップは、オレンジチップ（典型的に約2.0V）と比較して、より高いターンオン電圧および動作電圧（典型的に約3.2V）を示します。この違いは、直列または並列の駆動構成において考慮する必要があります。

4.2 光度対順方向電流

光度は、推奨動作範囲内では順方向電流にほぼ比例します。ただし、非常に高い電流では発熱の増加により効率が低下する可能性があります。推奨DC電流以下で動作させることで、最適な輝度と長寿命を確保します。

4.3 温度依存性

LEDの性能は温度に敏感です。接合温度が上昇すると:

• 光度の低下:出力光が減少します。この低下は、より高い周囲温度または電流でより顕著になります。
• 順方向電圧の低下:Vfは通常、負の温度係数を持ちます。
• 波長シフト:ピーク波長は温度とともにわずかにシフトする可能性があり、重要なアプリケーションでは色知覚に影響を与える可能性があります。

5. 機械的・パッケージ情報

物理的寸法と構造の詳細は、PCBレイアウトおよび組立に不可欠です。

5.1 パッケージ寸法とピン割り当て

デバイスは業界標準のSMDパッケージ外形に準拠しています。主要な寸法には、本体サイズとリード間隔が含まれます。特に指定がない限り、すべての寸法公差は±0.1 mmです。ピン割り当ては明確に定義されています：ピンA1はブルーチップのアノード、ピンA2はオレンジチップのアノードです。カソードは共通、または内部パッケージ設計に従って構成されています（正確な共通接続点についてはパッケージ図を参照）。

5.2 推奨PCBランドパターンと極性

リフロー時に信頼性の高いはんだ接合を形成するために、推奨はんだパッドレイアウトが提供されています。パッド設計は、適切なはんだフィレットの形成と部品の位置合わせを考慮しています。デバイスの極性マーキング（通常はドット、ノッチ、または面取りエッジ）は、PCBシルクスクリーン上の対応するマーキングと合わせる必要があり、正しい電気的接続を確保します。

6. はんだ付け・組立ガイドライン

推奨されるはんだ付け手順を遵守することは、損傷を防ぐために重要です。

6.1 赤外線リフローはんだ付けプロファイル

鉛フリー組立プロセスの場合、推奨リフロープロファイルが提供されています。主要なパラメータは以下の通りです:

• 予熱:150-200°Cで最大120秒間、基板を徐々に加熱し、フラックスを活性化します。
• ピーク温度:最大260°C。
• 液相線以上時間:部品リードがはんだ融点以上の温度にさらされる時間は制御する必要があり、ピーク温度での最大時間は10秒です。デバイスは2回以上のリフローサイクルにさらさないでください。

6.2 手はんだ（はんだごて）

手作業による修理が必要な場合は、最大300°Cに設定された温度制御付きはんだごてを使用してください。リードのはんだ付け時間は、接合部ごとに3秒を超えないようにしてください。LED本体に直接ではなく、PCBパッドに熱を加えることで、熱ストレスを最小限に抑えます。

6.3 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、承認された溶剤のみを使用してください。LEDを室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は許容されます。過酷または未指定の化学薬品は、エポキシレンズまたはパッケージを損傷する可能性があります。

6.4 保管および取り扱い

• ESD対策:LEDは静電気放電（ESD）に敏感です。適切なESD対策を講じて取り扱ってください：接地されたリストストラップ、帯電防止マット、適切に接地された設備を使用します。
• 湿気感受性:パッケージには湿気感受性レベル（MSL）定格があります。元の防湿バッグを開封した場合、部品は1週間以内（MSL3）に使用する必要があります。元のバッグ外で長期間保管する場合は、はんだ付け前に約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してください。
• 保管条件:涼しく乾燥した場所に保管してください。開封済みパッケージの場合、環境は30°C、相対湿度60%を超えないようにしてください。

7. 包装および注文情報

7.1 テープおよびリール仕様

製品は自動組立用に供給されます。主要な包装の詳細は以下の通りです:

• テープ幅:8 mm。
• リールサイズ:直径7インチ。
• 1リールあたりの数量:3000個。
• 最小注文数量（MOQ）:フルリール未満の数量の場合、端数として最低500個が利用可能です。
• 包装標準:ANSI/EIA-481仕様に準拠。テープの空きポケットは保護用トップカバーで覆われています。

8. アプリケーション設計上の考慮事項

8.1 駆動回路設計

安定した光出力を確保し、熱暴走を防ぐために、LEDは常に定電圧源ではなく定電流源で駆動してください。基本的なアプリケーションでは、単純な直列抵抗を使用できます。計算式は R = (電源電圧 - Vf) / If です。5V電源、典型的なVf 3.2Vで20mAのブルーLEDの場合： R = (5 - 3.2) / 0.02 = 90 オーム。典型的なVf 2.0Vで20mAのオレンジLEDの場合： R = (5 - 2.0) / 0.02 = 150 オーム。専用のLEDドライバICは、複数LEDまたは輝度制御アプリケーションにおいて、より優れた効率と制御を提供します。

8.2 熱管理

電力損失は低いですが、PCB銅パッドを通じた十分な放熱を確保することは、特に高温環境下または最大電流近くで駆動する場合に良い習慣です。これは光度を維持し、動作寿命を延ばすのに役立ちます。

8.3 光学設計

130度の広い視野角により、このLEDは広範囲の視認性を必要とするアプリケーションに適しています。集光ビームが必要な場合は、二次光学系（レンズ、導光板）が必要になる場合があります。ウォータークリアレンズはチップ本来の色を提供します。

9. 技術比較と差別化

LTST-S327TBKFKTは、そのクラスにおいて特定の利点を提供します:

• デュアルチップ対2つの単色LED:2つの別々の単色LEDを使用する場合と比較して、PCBスペースと組立コストを節約します。
• チップ技術:高効率のInGaNおよびAlInGaP材料を使用し、消費電流に対して良好な輝度を提供します。
• プロセス互換性:積極的な鉛フリーリフロープロファイルを含む標準SMT組立ラインとの完全な互換性により、製造上の障壁を低減します。

10. よくある質問（FAQ）

10.1 両方の色をフル電流で同時に駆動できますか？

できません。電力損失の絶対最大定格（ブルー76 mW、オレンジ62.5 mW）およびパッケージの熱設計を考慮する必要があります。両方のチップを最大DC電流（ブルー20mA、オレンジ25mA）で同時に駆動すると、かなりの熱が発生します。両方のLEDを連続点灯させる場合は、デレーティング曲線を参照するか、より低い電流で動作させることをお勧めします。

10.2 ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

ピーク波長（λp）は、発光スペクトルの強度が最大となる波長です。主波長（λd）は、人間の目にLEDの出力と同じ色に見える単色光の単一波長であり、CIE色度図から計算されます。色指定にはλdの方がより関連性が高いことが多いです。

10.3 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？

各色について所望のビンコード（例：ブルー：ビンP、オレンジ：ビンQ）を指定することで、対応する範囲内の光度を持つLEDを受け取ることが保証されます。これは、LEDアレイで均一な輝度を達成するために重要です。

11. 設計および使用事例

シナリオ：無線機器用デュアルステータスインジケータ

設計者は、コンパクトなウェアラブルデバイス上で"Bluetooth接続中"（青色点滅）と"バッテリー低下"（オレンジ色点灯）の両方を表示する単一コンポーネントを必要としています。

実装:LTST-S327TBKFKTはメインPCB上に配置されます。マイクロコントローラのGPIOピンが、100Ωの電流制限抵抗を介してブルーLEDのアノード（A1）を駆動します。別のGPIOピンが、150Ωの抵抗を介してオレンジLEDのアノード（A2）を駆動します。共通カソードはグランドに接続されます。マイクロコントローラのファームウェアは、青色LEDの点滅パターンを制御し、バッテリー電圧がしきい値を下回ったときにオレンジ色LEDを点灯させます。このソリューションは、基板スペースを最小限に抑え、マイクロコントローラのピンを2本しか必要とせず、部品表を簡素化します。

12. 動作原理

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。InGaNチップはより広いバンドギャップを持ち、より高いエネルギーの光子を放出し、青色光として知覚されます。AlInGaPチップはより狭いバンドギャップを持ち、より低いエネルギーの光子を放出し、オレンジ/赤色光として知覚されます。2つのチップは、発光色を変えない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に収められています。

13. 技術トレンド

LTST-S327TBKFKTのようなSMD LEDの開発は、電子機器におけるいくつかの継続的なトレンドによって推進されています:

• 小型化:よりコンパクトな最終製品を実現するための、より小さなパッケージサイズへの継続的な要求。
• 効率向上:半導体エピタキシーおよびチップ設計の進歩により、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）が得られます。
• マルチチップ統合:2色以上（例：RGB）の組み合わせや、制御回路（例：アドレス可能LED）を単一パッケージ内に統合することがより一般的になっています。
• 信頼性の向上:パッケージ材料とプロセスの改善により、より長い動作寿命と過酷な環境条件下でのより良い性能が実現されています。
• より広いスペクトル:ペロブスカイトや量子ドットなどの新材料の研究は、LEDの利用可能な色範囲と演色性の品質を拡大することを目指しています。