LTST-C19GD2WT フルカラーSMDチップLED データシート - 外形寸法 3.2x2.8x0.4mm - 電圧 2.0-3.8V - 電力 0.075-0.08W - 技術文書

1. 製品概要

LTST-C19GD2WTは、コンパクトで多色の表示または照明を必要と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、フルカラー表面実装デバイス（SMD）チップLEDです。この部品は、赤、緑、青（RGB）の各要素を個別または組み合わせて制御することで広範な色スペクトルを生成可能な、単一の超薄型パッケージ内に3つの異なる半導体光源を統合しています。

このデバイスの核心的な利点は、最小限の占有面積、標準化されたEIAパッケージ形状、そして赤外線（IR）および気相リフローはんだ付けを含む大量自動組立プロセスとの互換性を組み合わせている点にあります。これはグリーン製品に分類され、RoHS（有害物質使用制限）準拠基準を満たしており、環境配慮型設計に適しています。主なターゲット市場は、スペースが限られており色の柔軟性が求められる、民生用電子機器、計器パネル、装飾照明、通信機器の状態表示器、バックライトモジュールなどです。

2. 技術パラメータ詳細

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。信頼性の高い長期的な性能のためには、これらの限界値付近での動作は推奨されません。

• 電力損失（Pd）：色ダイオードによって異なります：青と緑は80 mW、赤は75 mW。このパラメータは、周囲温度（Ta）25°CにおいてLED接合部が安全に熱として放散できる最大電力を示します。
• ピーク順電流（I_F(PEAK)）：1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅の条件下で規定されています。青/緑：100 mA、赤：80 mA。この定格は、マルチプレックス表示などのパルス動作において極めて重要です。
• 直流順電流（I_F）：2つの条件が規定されています。注1：各色を個別に駆動する場合の最大値（青：20mA、赤：30mA、緑：20mA）。注2：3色すべてを同時に駆動する場合の最大値（赤、緑、青：各10mA）。この区別は、熱的過負荷を防ぐための回路設計において重要です。
• デレーティング：直流順電流は、周囲温度の上昇に伴い、25°Cでの値から線形的に低減しなければなりません。デレーティング係数は、青/緑で0.25 mA/°C、赤で0.4 mA/°Cです。
• 逆電圧（V_R）：全色で5V。逆バイアスでこの電圧を超えると、接合部の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：-30°C ～ +100°C。
• はんだ付け条件：260°Cで5秒間の赤外線リフローはんだ付けに耐えます。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、指定された試験条件下、Ta=25°Cで測定された代表的な性能パラメータです。

• 光度（I_V）：I_F=20mAにおけるミリカンデラ（mcd）で測定。代表値：青：40.0 mcd、赤：100.0 mcd、緑：150.0 mcd。最小値は基準となる明るさを保証します。
• 指向角（2θ_1/2）：代表値130度。この広い指向角は拡散レンズの特徴であり、狭いビームではなく広く均一な光分布を提供します。
• ピーク発光波長（λ_P）：スペクトル出力が最大となる波長。代表値：青：468 nm、赤：632 nm、緑：520 nm。
• 主波長（λ_d）：CIE色度図から導出され、知覚される色を表します。範囲：青：465-477 nm、赤：618-630 nm、緑：519-540 nm。
• スペクトル半値幅（Δλ）：最大強度の半分における発光の帯域幅。代表値：青：26 nm、赤：17 nm、緑：35 nm。幅が狭いほど、スペクトル的に純粋な色であることを示します。
• 順電圧（V_F）：I_F=20mAにおける代表値：青：3.5V、赤：2.0V、緑：3.5V（最大値：それぞれ3.8V、2.4V、3.8V）。赤色LEDのV_Fが低いのは、異なる半導体材料（青/緑のInGaNに対してAlInGaP）を使用しているためです。
• 逆電流（I_R）：V_R=5Vにおいて最大10 µA。良好な接合部品質を示します。

3. ビニングシステムの説明

本製品は、LEDをその光度に基づいて分類するビニングシステムを使用しており、ロット内の一貫性を確保します。各光度ビンの許容差は+/-15%です。

• 青色光度ビン：N (28.0-45.0 mcd)、P (45.0-71.0 mcd)、Q (71.0-112.0 mcd)。
• 赤色光度ビン：Q (71.0-112.0 mcd)、R (112.0-180.0 mcd)。
• 緑色光度ビン：R (112.0-180.0 mcd)、S (180.0-280.0 mcd)、T (280.0-450.0 mcd)。

このシステムにより、設計者は、カラーミキシングやアレイ内での均一な外観のために、特定の明るさ要件を満たす部品を選択することができます。

4. 性能曲線分析

データシートでは特定のグラフ曲線（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。

• I-V（電流-電圧）特性：LEDは指数関数的なI-V関係を持つダイオードです。順電圧（V_F）は負の温度係数を持ち、接合温度が上昇するとわずかに減少することを意味します。
• 光度 vs. 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。ただし、熱的影響により、非常に高い電流では効率が低下する可能性があります。
• 光度 vs. 周囲温度：光出力は、一般に周囲温度（ひいては接合温度）が上昇すると減少します。これは、高出力または高密度アプリケーションにおいて特に重要です。
• スペクトル分布：各色LEDは、そのピーク波長（λ_P）を中心とした特徴的なベル型曲線で光を放射します。半値幅（Δλ）は曲線の広がりを定義します。

5. 機械的・パッケージ情報

本デバイスは、高さがわずか0.40 mmの超薄型プロファイルを特徴とします。EIA標準パッケージ外形に準拠しており、業界標準のピックアンドプレースマシンおよびはんだ付けステンシルとの互換性を容易にしています。

• ピン割り当て：ピン1：InGaN 青、ピン2：AlInGaP 赤、ピン3：InGaN 緑。レンズは白色拡散タイプで、個々のチップからの光をブレンドし、オフアクシスで見たときに均一なカラーミックスを作り出すのに役立ちます。
• パッケージ寸法：詳細な機械図面には、長さ、幅、リード間隔、および公差（通常±0.10 mm）が規定されています。
• 推奨はんだ付けパッドレイアウト：信頼性の高いはんだ接合部の形成と機械的安定性を確保するために、PCB設計用の推奨フットプリントが提供されています。はんだペースト塗布用の推奨ステンシル厚さは最大0.10mmです。

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

2つの推奨赤外線（IR）リフロープロファイルが提供されています：1つは通常（スズ-鉛）はんだプロセス用、もう1つは鉛フリーはんだプロセス用です。鉛フリープロファイルは、SnAgCu（スズ-銀-銅）はんだペーストでの使用を想定し、そのより高い融点に対応するように設計されています。主要パラメータには、予熱ゾーン、液相線温度以上の時間、ピーク温度（最大260°C）、およびピーク温度での時間が含まれます。

6.2 一般的なはんだ付け条件

• リフローはんだ付け：予熱：120-150°C、予熱時間：最大120秒、ピーク温度：最大260°C、ピーク温度での時間：最大5秒。
• フローはんだ付け：予熱：最大100°C、最大60秒、はんだ波：最大260°C、最大10秒。
• 手はんだ付け（はんだごて）：温度：最大300°C、時間：最大3秒（1回のみ）。

6.3 保管・取り扱い

• 保管：30°C、相対湿度70%を超えないことが推奨されます。元の防湿包装から取り出された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。長期保管の場合は、乾燥剤入りの密閉容器または窒素雰囲気を使用してください。包装から取り出して1週間以上保管されたデバイスは、吸収した湿気を除去し、リフロー中の\"ポップコーン現象\"を防ぐために、組立前に約60°Cで少なくとも24時間ベーキングする必要があります。
• 洗浄：指定された溶剤のみを使用してください。洗浄が必要な場合は、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分未満浸漬します。指定外の化学薬品はプラスチックパッケージを損傷する可能性があります。
• ESD（静電気放電）対策：LEDはESDおよびサージ損傷に対して敏感です。取り扱いの推奨事項には、リストストラップまたは帯電防止手袋の使用、およびすべての設備が適切に接地されていることを確認することが含まれます。

7. 包装・発注情報

LTST-C19GD2WTは、自動組立装置に対応したテープアンドリール包装で供給されます。

• テープ仕様：テープ幅8mm。
• リール仕様：直径7インチリール。
• 数量：標準リールあたり5000個。残数発注の場合、最小包装数量は500個です。
• 包装品質：ANSI/EIA 481-1-A-1994に準拠。空の部品ポケットはカバーテープで密封されています。テープ内で連続して許容される欠品部品の最大数は2個です。

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

このLEDは、一般の電子機器に適しており、以下に限定されません：民生機器（ルーター、プリンター、充電器）の状態表示器、小型ディスプレイやアイコンのバックライト、装飾用アクセント照明、オフィスオートメーションや通信機器における多色警告システム。

8.2 駆動回路設計

重要な設計上の注意点は、LEDが電流駆動デバイスであることです。複数のLEDを並列に駆動する際に均一な明るさを確保するためには、各LEDに直列に電流制限抵抗を使用することを強く推奨します（回路モデルA）。単一の共有抵抗で電圧源から複数のLEDを直接並列駆動すること（回路モデルB）は推奨されません。個々のLED間（同じロットからであっても）の順電圧（V_F）特性のばらつきにより、電流分配が不均一になり、明るさに大きな差が生じ、一部のデバイスで過電流が発生する可能性があります。

8.3 熱管理

低電力であるにもかかわらず、特に最大電流で駆動する場合や高い周囲温度下では、適切な熱配慮が必要です。電力損失および電流デレーティングの仕様を遵守してください。PCBレイアウトが、特にパッケージフットプリントで指定されている場合はヒートシンク用の十分な銅面積を提供していることを確認してください。

9. 技術比較・差別化

この部品の主な差別化要因は、その超薄型0.4mmの高さ（超薄型ディスプレイやウェアラブルデバイスなどのスペース制約の厳しいアプリケーションに有利）と、単一の標準化されたSMDパッケージ内での完全なRGB統合です。3つの個別の単色LEDを使用する場合と比較して、この統合アプローチは基板スペースを節約し、組立を簡素化し、共通の拡散レンズ下に光源が配置されているためカラーミキシングの均一性を向上させます。標準的なIRリフロープロセスとの互換性により、現代のSMTラインへのドロップインソリューションとなります。

10. よくある質問（FAQ）

Q: 赤、緑、青のLEDをすべて、それぞれの個別の最大直流電流（20mA、30mA、20mA）で同時に駆動できますか？

A: できません。データシートでは2つの異なる最大直流順電流条件が規定されています。3色すべてを同時に駆動する場合、各色の最大電流は10mAに制限されます（注2）。これは、微小パッケージ内の総電力損失が安全レベルを超えないようにするための熱的限界です。

Q: なぜ赤色LEDの順電圧（2.0V）は青色および緑色LED（3.5V）よりも低いのですか？

A: これは使用されている半導体材料の違いによるものです。赤色LEDはAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）を使用しており、これは青色および緑色LEDに使用されるInGaN（インジウムガリウム窒化物）よりも低いバンドギャップエネルギーを持っています。低いバンドギャップは、導通および発光に必要な順電圧が低くなることを意味します。

Q: このRGB LEDで白色光を実現するにはどうすればよいですか？

A: 白色光は、三原色（赤、緑、青）を適切な強度で混合することによって作成されます。これには通常、マイクロコントローラまたは専用のLEDドライバICを使用して、各ダイオードへの電流を独立してパルス幅変調（PWM）する必要があります。各色のデューティサイクルを変化させることで、白色だけでなく、3つのLEDの特定の波長によって定義される色域内の任意の色を生成することができます。

Q: データシートには鉛フリープロセスプロファイルが記載されています。組立が鉛フリーの場合、これを使用する必要がありますか？

A: はい、強く推奨されます。鉛フリーはんだ合金（SAC305など）は、一般的に従来のスズ-鉛はんだよりも高い融点を持ちます。推奨される鉛フリーリフロープロファイルは、部品に過度の熱ストレスを与えることなく、はんだペーストを適切に溶融し信頼性の高い接合部を形成するために十分なピーク温度（LEDの260°C、5秒の制限内に留まりながら）に到達するように設計されています。

11. 設計事例

シナリオ：スマートホームハブ用のコンパクトな状態表示器の設計。デバイスは、ネットワーク状態（エラー時は赤、接続時は緑、ペアリングモード時は青、通常動作時は白）を表示するための単一の多色LEDを必要としています。LTST-C19GD2WTは、その薄型プロファイル（スリムベゼルに適合）と統合RGB機能のために選択されました。

実装：LEDはメインPCB上に配置されます。小さなマイクロコントローラのGPIOピンが、電流制限抵抗（希望の明るさと選択した駆動電流、例えば同時白色の場合は各色8mAにおけるLEDのV_Fに基づいて計算）を介して各カソード（R、G、B）に接続されます。アノードは電源電圧に接続されます。マイクロコントローラのファームウェアは、個々の色のオン/オフを制御するか、PWMを使用して白色やその他の色合いを作成します。130度の広い指向角により、部屋のさまざまな角度から表示器が見えることが保証されます。

主要設計チェック項目：総電力損失（P = V_{F_R}*I_R+ V_{F_G}*I_G+ V_{F_B}*I_B）が動作周囲温度における75-80mWの制限内にあることを確認し、必要に応じてデレーティングを適用します。PCBレイアウトが、信頼性の高いはんだ付けのために推奨パッド寸法に従っていることを確認してください。

12. 動作原理

発光ダイオード（LED）は、エレクトロルミネッセンスと呼ばれるプロセスを通じて光を放射する半導体p-n接合デバイスです。p-n接合に順方向電圧が印加されると、n型材料からの電子が活性領域内でp型材料からの正孔と再結合します。この再結合によりエネルギーが放出されます。従来のダイオードでは、このエネルギーは主に熱として放出されます。LED材料では、半導体のバンドギャップエネルギーが、このエネルギーの大部分が光子（光）の形で放出されるようになっています。放出される光の特定の波長（色）は、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直接決定されます。AlInGaP材料系は赤色および琥珀色の光を生成し、InGaN系は青色、緑色、および蛍光体コーティングを施した白色LEDに使用されます。

13. 技術トレンド

SMD LEDの分野は、より高い効率（ワットあたりのルーメン）、より小さなパッケージサイズ、そしてより高度な統合に向けて進化し続けています。LTST-C19GD2WTのような部品に関連するトレンドには、次世代のフレキシブルおよびフォールダブルディスプレイ向けのさらに薄いパッケージの開発、より鮮やかで正確なカラーミキシングのための改善された演色性と色域、システム設計を簡素化するためのLEDパッケージ自体へのドライバICまたは制御ロジックの統合（スマートLED）が含まれます。さらに、材料科学の進歩は、信頼性と最大動作温度範囲の向上を目指しており、より過酷な環境へのアプリケーション拡大を可能にしています。すべての電子機器におけるエネルギー効率への追求は、光出力を維持または増加させながら、より低い動作電流を推進し続けています。