LTST-C19FD1WT フルカラーSMD LED データシート - 外形寸法 3.2x1.6x0.55mm - 電圧 2.0-3.8V - 電力 0.08W - 技術文書

1. 製品概要

LTST-C19FD1WTは、現代のスペース制約のある電子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）LEDランプです。超薄型の単一パッケージ内に3つの異なるLEDチップを統合し、単一コンポーネントのフットプリントから複数の色を生成することが可能です。この設計は、色の表現力を犠牲にすることなく、状態表示、バックライト、またはコンパクトな表示要素を必要とするアプリケーションに特に有利です。

その小型サイズと自動化された組立プロセスとの互換性は、大量生産における汎用性の高い選択肢となります。本デバイスはRoHS（有害物質の使用制限）指令に準拠して製造されており、電子部品の世界的な環境基準に適合しています。

1.1 中核的利点とターゲット市場

このLEDの主な利点は、高さわずか0.55mmのEIA標準パッケージに、青色（InGaN）、緑色（InGaN）、オレンジ色（AlInGaP）の光源を1つに統合している点です。このマルチチップ構成により、同様の色機能を実現するために複数の個別LEDを使用する必要がなくなり、貴重なプリント基板（PCB）のスペースを節約できます。

本デバイスは、特に以下のアプリケーションをターゲットとしています：

• 通信機器：ルーター、モデム、携帯端末の状態表示灯。
• オフィスオートメーション：ノートパソコンや周辺機器のキーパッドおよびキーボードのバックライト。
• 民生用電子機器および家電製品：電源、モード、または機能表示灯。
• 産業機器：パネル表示灯および操作インターフェース要素。
• マイクロディスプレイおよびサイネージ：小規模な情報表示またはシンボル照明。

赤外線（IR）リフローはんだ付けプロセスとの互換性は、標準的な表面実装技術（SMT）組立ラインに適合し、効率的かつ信頼性の高い基板実装を容易にします。

2. 技術パラメータ：詳細かつ客観的な解釈

このセクションでは、データシートに定義されている電気的、光学的、および熱的特性の詳細な分析を提供します。これらのパラメータを理解することは、適切な回路設計と長期信頼性の確保に不可欠です。

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。これらの限界以下または限界での動作は保証されておらず、設計では避けるべきです。

• 電力損失（Pd）：青色/緑色：80 mW、オレンジ色：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、熱暴走や性能劣化のリスクがあります。
• 直流順方向電流（IF）：青色/緑色：20 mA、オレンジ色：30 mA。これは、通常動作で推奨される最大連続順方向電流です。オレンジチップの定格が高いのは、InGaNと比較したAlInGaP技術の典型的な特性です。
• ピーク順方向電流：青色/緑色：100 mA、オレンジ色：80 mA（デューティサイクル1/10、パルス幅0.1ms）。この定格は、短時間のパルス動作のみを対象としており、直流設計計算には使用すべきではありません。
• 温度範囲：動作：-20°C ～ +80°C；保管：-30°C ～ +100°C。デバイスの機能は動作範囲内で保証されています。指定範囲外での長期保管は、材料特性に影響を与える可能性があります。
• 赤外線はんだ付け条件：ピーク温度260°C、最大10秒間。これは、鉛フリーはんだのリフロープロセスに対する熱プロファイル耐性を定義します。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータは、標準試験条件（Ta=25°C、IF=20mA）で測定され、デバイスの性能を定義します。

• 光度（Iv）：ミリカンデラ（mcd）で測定。データシートには各色の最小値と最大値が記載されており、さらにビンに細分化されています（セクション3参照）。代表値は以下の通り：青色：28-180 mcd、緑色：71-450 mcd、オレンジ色：45-180 mcd。緑色チップは一般的に高い効率を示します。
• 視野角（2θ1/2）：通常130度。この広い視野角は、拡散レンズを示しており、光を集束ビームではなく広い領域に分布させます。これは、様々な角度から見られることを意図した状態表示灯に理想的です。
• 順方向電圧（VF）：LEDが20mAを導通しているときの両端の電圧降下。代表値/最大値：青色/緑色：3.5V/3.8V；オレンジ色：2.0V/2.4V。これはドライバ設計における重要なパラメータです。オレンジチップの低いVFは、色を独立して駆動する場合、異なる電流制限の考慮を必要とします。
• ピーク発光波長（λp）および主波長（λd）：λpは発光スペクトルの最高点の波長です。λdは人間の目が知覚する単一波長です。代表値：青色：λp=468nm、λd=470nm；緑色：λp=520nm、λd=525nm；オレンジ色：λp=611nm、λd=605nm。λpとλdの違いは、発光スペクトルの形状と人間の目の明所視応答によるものです。
• スペクトル半値幅（Δλ）：発光スペクトルの最大強度の半分の幅。代表値：青色：26nm、緑色：35nm、オレンジ色：17nm。オレンジ色に見られるように、Δλ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。
• 逆方向電流（IR）：VR=5V時、最大10 µA。LEDは逆バイアス動作用に設計されていません。この試験パラメータは非常にわずかなリークを示しています。大きな逆電圧を印加するとデバイスが損傷します。

3. ビニングシステムの説明

半導体製造における自然なばらつきを管理するため、LEDは性能ビンに仕分けられます。これにより、設計者は特定の輝度要件を満たす部品を選択することができます。

3.1 光度ビニング

LTST-C19FD1WTは、光度に対して文字ベースのビニングシステムを使用しており、各ビン内で+/-15%の許容差があります。利用可能なビンは、固有の材料効率により色ごとに異なります。

• 青色（InGaN）：ビン N（28-45 mcd）、P（45-71 mcd）、Q（71-112 mcd）、R（112-180 mcd）。
• 緑色（InGaN）：ビン Q（71-112 mcd）、R（112-180 mcd）、S（180-280 mcd）、T（280-450 mcd）。青色と比較して上限範囲が高いことに注意してください。
• オレンジ色（AlInGaP）：ビン P（45-71 mcd）、Q（71-112 mcd）、R（112-180 mcd）。

発注時には、ビンコードを指定することで、生産ロット全体で輝度の一貫性を確保できます。例えば、緑色、ビンTを指定すると、この製品で利用可能な最高輝度の緑色チップが保証されます。

4. 性能曲線分析

データシートでは代表的な曲線が参照されていますが、その一般的な解釈は標準的なLEDの物理特性に基づいています。

• IV曲線（電流対電圧）：順方向電圧（VF）は電流に対して対数的に増加します。オレンジチップ（AlInGaP）の曲線は、通常、青色/緑色チップ（InGaN、約3.0-3.2V）よりも低い膝電圧（約1.8-2.0V）を持ちます。膝を超えると、電圧はより直線的に上昇します。
• 光度対順方向電流：光度は、最大定格電流まで、順方向電流にほぼ比例します。ただし、効率（ルーメン毎ワット）は、高電流では発熱の増加により低下することがよくあります。
• 温度特性：光度は、接合温度が上昇すると一般的に減少します。順方向電圧も温度の上昇とともに減少します（VFの負の温度係数）。
• スペクトル分布：各チップは、狭い波長帯域で光を発し、λpでピークに達します。オレンジ色のAlInGaPスペクトルは、通常、青色および緑色のInGaNスペクトルよりも狭くなっています。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法とピン割り当て

本デバイスは業界標準のSMDフットプリントに準拠しています。主要寸法は、本体サイズが約3.2mm x 1.6mm、高さがわずか0.55mmです。ピン割り当ては正しい向きのために重要です：ピン1：青色（InGaN）アノード、ピン2：オレンジ色（AlInGaP）アノード、ピン3：緑色（InGaN）アノード。3つのチップすべてのカソードは、内部で残りの端子に接続されています。データシートの推奨プリント基板実装パッド図に示されている通り、正確なパッドレイアウトに従う必要があり、適切なはんだ付けと熱放散を確保します。

5.2 極性識別

極性は通常、LEDパッケージ上のマーキング（ピン1近くの点、切り欠き、または面取りされたエッジなど）で示されます。PCBのシルクスクリーンは、組立エラーを防ぐために、このマーキングを明確に反映させるべきです。極性が間違っていると、LEDは点灯せず、ドライバ回路によって高い逆電圧が印加された場合、デバイスにストレスがかかる可能性があります。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けパラメータ

本デバイスは、鉛フリー（Pbフリー）IRリフローはんだ付けに対応しています。推奨プロファイルには、予熱ゾーン（150-200°C）、最大260°Cのピーク温度への制御された立ち上がり、およびピーク温度が最大10秒間維持される液相線以上時間（TAL）が含まれます。総予熱時間は120秒を超えないようにしてください。これらのパラメータは、エポキシパッケージおよび内部ワイヤボンドへの熱衝撃と損傷を防ぐためのJEDEC標準に基づいています。プロファイルは、特定のPCBアセンブリに対して特性評価を行う必要があります。

6.2 保管および取り扱い

• 静電気放電（ESD）対策：LEDはESDに敏感です。取り扱いは、接地されたリストストラップと導電性フォームを使用し、ESD保護ワークステーションで行うべきです。
• 湿気感受性レベル（MSL）：本デバイスはMSL 3に定格されています。元の防湿バッグを開封した場合、部品は工場床条件（<30°C/60% RH）に曝露されてから168時間（1週間）以内にはんだ付けする必要があります。これを超えた場合は、吸収された湿気を除去し、リフロー中のポップコーン現象を防ぐために、少なくとも20時間、60°Cでベーキングが必要です。
• 長期保管：未開封のバッグは、≤30°C、≤90% RHで保管してください。開封済みのデバイスは、乾燥剤を入れた乾燥キャビネットまたは密閉容器に保管してください。

6.3 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、イソプロピルアルコール（IPA）やエチルアルコールなどのマイルドなアルコール系溶剤を使用してください。室温での浸漬は短時間（1分未満）にしてください。過酷なまたは未指定の化学薬品は、レンズ材料やパッケージマーキングを損傷する可能性があります。

7. 梱包および発注情報

LTST-C19FD1WTは、7インチ（178mm）径リール上の業界標準エンボスキャリアテープで供給されます。各リールには3000個が含まれています。テープおよびリールの寸法はANSI/EIA-481仕様に準拠しており、自動ピックアンドプレース装置との互換性を確保しています。フルリール未満の数量については、残数の最小梱包数量は通常1000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回路

各色チップは、独自の電流制限抵抗または定電流ドライバで独立して駆動する必要があります。抵抗値（R）はオームの法則を使用して計算されます：R = (電源電圧 - LEDのVF) / IF。例えば、5V電源から青色LEDを駆動し、目標IFを20mA、代表VFを3.5Vとすると：R = (5V - 3.5V) / 0.02A = 75 オーム。標準の75Ωまたは82Ω抵抗が適しています。抵抗の電力定格は少なくともI²R = (0.02)² * 75 = 0.03Wであるべきなので、1/10W（0.1W）抵抗で十分です。マイクロコントローラまたは専用LEDドライバICを、PWM（パルス幅変調）調光または動的色混合に使用できます。

8.2 設計上の考慮事項

• 熱管理：電力損失は低いですが、LEDパッド周囲に十分なPCB銅面積を確保することで、接合部からの熱を放散し、輝度と寿命を維持するのに役立ちます。
• 電流マッチング：複数の色が同時に点灯する場合に均一な見かけの輝度を得るには、異なる光度と人間の目の感度（明所視応答）を考慮する必要があります。バランスの取れた白色光または他の色の混合を実現するために、駆動電流を独立して調整する必要があるかもしれません（例えば、より明るい緑色チップには低い電流を流す）。
• 逆電圧保護：LEDが逆バイアスに曝される可能性のある回路（例えば、マルチプレックス配列）では、各LEDストリングと並列にシャントダイオードを配置してデバイスを保護することを推奨します。

9. 技術比較と差別化

LTST-C19FD1WTの主な差別化要因は、超薄型0.55mmパッケージでのフルカラー機能です。3つの別々の単色0603または0402 LEDを使用する場合と比較して、この統合ソリューションは、大幅なスペース節約、ピックアンドプレースの簡素化（1コンポーネント対3コンポーネント）、および光源が近接していることによるより良い色混合の可能性を提供します。青色/緑色にInGaN、オレンジ色にAlInGaPを使用することで、スペクトル全体で高い効率と良好な色飽和度を実現しています。代替ソリューションとしては、カラーフィルター付き白色LEDまたは専用RGB LEDパッケージを使用するものがあり、それらはより厚いか、異なる駆動電圧要件を持つ可能性があります。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

10.1 3色すべてを同時に駆動して白色光を作成できますか？

はい、赤（オレンジ）、緑、青のチップを適切な電流比で駆動することで、光を混合して白色を含む様々な色を作成できます。ただし、特定のオレンジ波長（主波長605-611nm）は深い赤ではないため、真の赤色チップを使用するLEDと比較して、得られる白色はわずかに暖色系または限られた色域を持つ可能性があります。特定の白色点（例：D65）を達成するには、精密な電流制御が必要であり、キャリブレーションを伴う場合があります。

10.2 オレンジチップの最大順方向電流が異なるのはなぜですか？

オレンジチップはAlInGaP半導体技術を使用し、青色と緑色はInGaNを使用しています。これらの異なる材料システムは、電流密度耐性、内部効率、および熱特性において固有の違いがあり、同じパッケージの熱制約の下で、メーカーがオレンジチップに対してより高い安全連続電流（30mA対20mA）を規定する原因となっています。

10.3 リフロー仕様の260°C・10秒を超えた場合、どうなりますか？

推奨熱プロファイルを超えると、複数の故障を引き起こす可能性があります：エポキシパッケージの剥離、シリコンダイまたは基板のクラック、蛍光体（存在する場合）の劣化、または内部金ワイヤボンドの故障。これにより、即時故障（光出力なし）または長期信頼性の大幅な低下が生じる可能性が高いです。

11. 実用的な使用例

シナリオ：ネットワークルーター用多機能状態表示灯。単一のLTST-C19FD1WTで、3つの別々のLEDを置き換え、電源（定常オレンジ）、ネットワーク活動（点滅緑）、およびエラー状態（点滅青）を表示できます。マイクロコントローラのGPIOピン（各々にセクション8.1で計算された直列電流制限抵抗が接続）が各色を独立して制御します。広い130度の視野角により、部屋のどこからでも表示灯が見えます。超薄型プロファイルにより、スリムなパネルベゼルの後ろに収まります。マイクロコントローラでPWMを使用することで、異なる環境照明条件での最適な視認性のために各色の輝度を調整できます。

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、n型材料からの電子がp型材料からの正孔と再結合し、光子の形でエネルギーを放出します。発光の波長（色）は、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。LTST-C19FD1WTは、2つの材料システムを利用しています：青色および緑色チップにはより広いバンドギャップを持つ窒化インジウムガリウム（InGaN）、オレンジ色チップにはより長い波長（赤/オレンジ）に対応するより狭いバンドギャップを持つリン化アルミニウムインジウムガリウム（AlInGaP）。拡散白色レンズはチップを封止し、機械的保護を提供し、出力ビームを形成し、複数のチップがアクティブなときに色を混合します。

13. 技術トレンド

LTST-C19FD1WTのようなSMD LEDの開発は、光エレクトロニクスのより広範なトレンド、すなわち、統合の増加、小型化、および効率化に従っています。将来のバージョンでは、さらに薄いパッケージ、より高い発光効率（ワット当たりの光出力の増加）、および混合白色アプリケーションのための改善された演色評価指数（CRI）が特徴となる可能性があります。また、高精細ディスプレイアプリケーション向けにより一貫した色と輝度を提供するために、より厳しいビニング許容差に向けた動きもあります。先進的な低電力デジタルロジック（例：1.8Vまたは3.3Vシステム）との互換性のための低電圧動作への追求は、もう一つの進行中の開発分野です。