フルカラー トップビューLED 67-23シリーズ - パッケージ 3.2x2.8x1.9mm - 順電圧 2.0-4.0V - 電力 60-130mW - 技術文書

1. 製品概要

67-23シリーズは、表面実装用途向けに設計されたフルカラーのトップビュー発光ダイオード（LED）のファミリーです。これらのLEDは、無色透明ウィンドウを備えたコンパクトなP-LCC-4（プラスチックリードチップキャリア、4ピン）パッケージを特徴とし、広く均一な発光パターンを提供します。主な設計思想は、バックライトおよび導光板（ライトパイプ）システムにおける最適な性能の達成にあり、スペースと電力効率が重要な用途に理想的です。

本シリーズの中核的な利点は、パッケージ設計と内蔵インターリフレクターによって実現された非常に広い視野角です。この特徴により、広い領域で一貫した輝度が確保され、インジケーターやバックライト用途において極めて重要です。さらに、これらのデバイスは低電流動作向けに設計されており、典型的な順電流は20mA、2mAまで低減して動作可能です。この低電力要件は、バッテリー駆動の携帯型電子機器や、エネルギー消費の最小化が優先されるその他のデバイスに特に適しています。本シリーズは、ディープレッド、ブリリアントイエローグリーン、ブルーなど、複数の発光色で提供され、多様な設計実装を可能にします。

2. 技術パラメータ詳細分析

2.1 電気光学特性

各LED色バリアントの性能は、周囲温度25°C、順電流（I_F）20mAの標準条件下で測定された特定の電気光学パラメータによって定義されます。

• 光度（I_V）：このパラメータは、LEDの知覚される明るさを示します。ディープレッド（SDR）バリアントは、112 mcd（ミリカンデラ）で最も高い典型的な強度を提供します。ブリリアントイエローグリーン（SYG）およびブルー（UB）バリアントは、それぞれ20 mcdおよび18 mcdの典型的な強度を提供します。設計者は、所定の輝度目標に必要なLEDの数を決定する際に、これらの値を考慮する必要があります。
• 波長特性：発光色は正確に定義されています。ディープレッドLEDの典型的なピーク波長（λ_p）は650 nm、主波長（λ_d）は639 nmです。イエローグリーンLEDは、575 nm（ピーク）および573 nm（主波長）で発光します。ブルーLEDは、468 nm（ピーク）および470 nm（主波長）で動作します。色純度に影響するスペクトル半値幅（Δλ）は、赤色およびイエローグリーンLEDで約20 nm、ブルーLEDで約26 nmです。
• 視野角（2θ_1/2）：本シリーズの重要な特徴は、120度の視野角です。この広い角度により、広範囲の視点からLEDが見えることが保証され、ユーザーの視位置が変わる可能性があるパネルインジケーターやバックライト用途において不可欠です。

2.2 電気的および熱的パラメータ

電気的限界と熱的挙動を理解することは、信頼性の高い回路設計にとって重要です。

• 順電圧（V_F）：LED動作時の両端電圧降下です。赤色およびイエローグリーンLEDの典型的なV_Fは2.0V（最大2.4V）であるのに対し、ブルーLEDはより高い典型的なV_F3.5V（最大4.0V）を必要とします。この違いは、特にマルチカラー設計において、駆動回路で考慮する必要があります。
• 絶対最大定格：これらは、恒久的な損傷を防ぐために、いかなる条件下でも超えてはならないストレス限界です。主要な限界には、すべての色で逆電圧（V_R）5Vが含まれます。最大連続順電流（I_F）は、赤/イエローグリーンで25mA、ブルーで30mAです。パルス動作（1kHz、1/10デューティサイクル）におけるピーク順電流（I_FP）は、赤/イエローグリーンで60mA、ブルーで100mAと高くなります。最大許容損失（P_d）は、赤/イエローグリーンで60mW、ブルーで130mWであり、熱管理に直接関連します。
• 動作温度および保管温度：デバイスの定格動作温度範囲（T_opr）は-40°Cから+85°C、保管温度範囲（T_stg）は-40°Cから+100°Cであり、過酷な環境下での機能性を保証します。
• 静電気放電（ESD）：人体モデル（HBM）ESD耐性は、赤色およびイエローグリーンLEDで2000V、ブルーLEDで1000Vです。組立時には適切なESD取り扱い手順を推奨します。

3. ビニングシステムの説明

本製品は、主要な性能パラメータに基づいてLEDを分類するビニングシステムを採用しており、製造ロット内の一貫性を確保します。リール上のラベルには、3つの主要なビンが示されています：

• CAT（光度ランク）：このコードは、測定された光度に従ってLEDをグループ化します。設計者は、特定のCATビンを選択して、アプリケーションに必要な最小輝度レベルを保証することができ、マルチLEDアレイで均一な外観を実現するために重要です。
• HUE（主波長ランク）：このビンは、主波長に基づいてLEDを分類し、正確な色度点を定義します。色の一貫性が最も重要であるステータスインジケーターやマルチカラーディスプレイなど、正確な色合わせが必要な用途では、狭いHUEビンを指定することが重要です。
• REF（順電圧ランク）：このコードは、順電圧降下によってLEDをソートします。同じREFビンのLEDを使用することで、電流制限抵抗の設計を簡素化し、複数のLEDを並列接続した場合の均一な電流分担を確保するのに役立ち、長寿命と一貫した輝度を促進します。

4. 性能曲線分析

データシートで特定のグラフィカルデータが参照されていますが、典型的な電気光学特性曲線は、一般に主要パラメータ間の関係を示します。これらには通常、以下が含まれます：

• 相対光度 vs. 順電流（I-V曲線）：この曲線は、駆動電流の増加に伴う光出力の増加を示します。通常は非線形であり、最大電流付近で動作すると、輝度の向上が逓減する一方で、デバイスへの熱とストレスが増加する可能性があります。
• 順電圧 vs. 順電流：このグラフは、ダイオードのターンオン特性を示します。しきい値電圧に達した後、電圧は電流に対して対数的に増加します。
• 光度 vs. 周囲温度：LEDの光出力は、一般に接合温度の上昇に伴って減少します。このデレーティングを理解することは、高周囲温度で動作するアプリケーションにおいて、必要な輝度を維持するために不可欠です。
• スペクトル分布：相対強度と波長のプロットで、各色バリアントの発光スペクトルの形状と幅を示します。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法とレイアウト

LEDは、全長約3.2mm、全幅約2.8mm、全高約1.9mm（ドームレンズを除く）のP-LCC-4パッケージに収められています。パッケージは4本のリードを備えています。上面図は、単一パッケージ内の3色のチップ（赤、緑、青）それぞれのアノードとカソードの接続を明確に示しており、正しいPCBフットプリント設計と組立時の向きにとって重要です。リフロー工程での信頼性の高いはんだ接合形成を確保するために、推奨ランドパターン（はんだパッド設計）が提供されています。

5.2 極性識別

データシートには、各チップの極性を示す図が含まれています。赤、緑、青のダイオードのアノードとカソードを正しく識別することは、動作時の逆バイアスを防止し、LEDの損傷を避けるために不可欠です。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

これらのSMD LEDは、標準的な自動実装装置およびはんだ付けプロセスと互換性があります。

• リフローはんだ付け：本デバイスは、気相および赤外線リフローはんだ付けに適しています。推奨される最大はんだ付け温度プロファイルのピークは260°Cで、持続時間は10秒を超えないようにする必要があります。このプロファイルを厳守し、プラスチックパッケージおよび内部ワイヤーボンドへの熱損傷を防止する必要があります。
• 手はんだ付け：手はんだ付けが必要な場合は、はんだごて先端温度を350°C以下に抑え、リードごとの接触時間を3秒以下に制限する必要があります。接合部とパッケージ本体の間のリードにヒートシンクを使用することができます。
• 保管および取り扱い：LEDは、湿気に敏感な包装で出荷されます。部品を使用する準備ができるまで袋を開封しないでください。開封前の保管条件は、30°C/90%RH以下である必要があります。開封後、部品には指定のフロアライフ（工場の周囲条件への暴露時間）が168時間（7日間）あります。この時間を超えた場合、はんだ付け中のポップコーン現象や層間剥離を防ぐために、リフローの前にベーキング処理が必要になる場合があります。

7. 包装および注文情報

LEDは、自動組立用にテープおよびリールで供給されます。キャリアテープ幅は8mmです。標準リールには2000個が含まれています。リールラベルには、部品品番（CPN）、数量（QTY）、ロット番号（LOT NO）、およびそのリール上のLEDの特定のビニングコード（CAT、HUE、REF）などの重要な情報が含まれています。防湿包装は、リールを乾燥剤と湿度指示カードと共にアルミラミネート防湿バッグ内に収めたもので、保管および輸送中の部品を保護します。

8. アプリケーション推奨事項

8.1 典型的なアプリケーションシナリオ

• 自動車内装：ダッシュボード計器群、操作スイッチ、インフォテインメントシステムボタンのバックライト。
• 通信機器：デスクフォン、モバイルデバイス、ファクシミリにおけるステータスインジケーターおよびキーパッドバックライト。
• 民生電子機器：家電製品のLCDディスプレイバックライト、制御パネルのシンボル用フラットイルミネーション、および一般的なインジケーターランプ。
• 導光パイプ/ガイドシステム：広い視野角とインターリフレクター設計により、これらのLEDはアクリルまたはポリカーボネート製導光板への光結合に非常に効果的であり、エッジからラベル、ボタン、またはグラフィックオーバーレイを照明することが可能です。

8.2 設計上の考慮事項と注意点

• 電流制限：各LEDまたはLEDストリングと直列に外部の電流制限抵抗を使用することが必須です。LEDの順電圧は負の温度係数と製造公差を持ちます。直列抵抗なしで供給電圧がわずかに増加すると、順電流が大きく、破壊的なほど増加する可能性があります。抵抗値はオームの法則を使用して計算できます： R = (V_supply- V_F) / I_F.
• 熱管理：電力損失は低いですが、サーモパッド（該当する場合）またはリード周囲の十分なPCB銅面積を確保することで、特に高周囲温度環境や最大電流付近で駆動する場合に放熱を助けます。これは、発光出力と長期信頼性を維持するのに役立ちます。
• ESD保護：取り扱いおよび組立中は標準的なESD予防措置を実施してください。アプリケーションが静電気放電が発生しやすい環境にある場合は、敏感なラインに過渡電圧サプレッション（TVS）ダイオードやその他の保護回路を追加することを検討してください。

9. 信頼性と品質保証

データシートには、様々な環境および動作ストレス下での製品の堅牢性を確保するために実施された包括的な信頼性試験のセットが概説されています。これらの試験は、信頼水準90%、ロット許容不良率（LTPD）10%で実施されます。主要な試験項目は以下の通りです：

• リフローはんだ付け耐性（260°C）
• 温度サイクル（-40°C ～ +100°C）
• 熱衝撃（-10°C ～ +100°C）
• 高温保管（100°C）
• 低温保管（-40°C）
• DC動作寿命（20mA、1000時間）
• 高温高湿保管（85°C/85% RH）

これらの厳格な試験に合格することで、自動車および産業用途を含む要求の厳しいアプリケーションへのLEDの適合性が検証されます。

10. 技術比較と差別化

67-23シリーズは、いくつかの主要な特徴によって市場で差別化されています。標準的なトップビューLEDと比較して、その内蔵インターリフレクターとパッケージ光学系は、導光板結合効率のために特別に最適化されており、光損失を低減します。非常に低い電流（2mAまで）で効果的に動作する能力は、超低電力設計にとって大きな利点であり、競合製品では必ずしも強調されていない特徴です。さらに、単一のコンパクトなP-LCC-4パッケージで3つの異なる原色を提供することにより、個別の単色LEDのための追加のPCBスペースを必要とせずに、フルカラーインジケーターアプリケーションの設計柔軟性を提供します。

11. よくある質問（FAQ）

Q: 電源をLEDの典型的な順電圧に正確に調整すれば、電流制限抵抗なしでこれらのLEDを駆動できますか？

A:No.これは強く推奨されず、LEDの故障を引き起こす可能性が高いです。順電圧は温度や個体によって変動します。供給電圧のわずかな正の偏差でさえ、過剰な電流を引き起こす可能性があります。常に直列抵抗または専用の定電流LEDドライバを使用してください。

Q: ビニングコード（CAT、HUE、REF）の目的は何ですか？

A: ビニングは、電気的および光学的な一貫性を確保します。例えば、アレイで視覚的な色の均一性が重要な場合、狭いHUEビンを指定する必要があります。輝度の一貫性が重要な場合は、CATビンを指定します。ビニングされた部品を使用することで、最終製品内のLED間の目立つ違いを防ぎます。

Q: 168時間のフロアライフはどのように解釈すればよいですか？

A: 防湿バッグを開封した後、部品は空気中の湿気を吸収します。過剰な湿気を吸収した後（168時間のフロアライフを超えて）リフローはんだ付けを行うと、急速な加熱により内部の蒸気圧が発生し、パッケージのクラック（ポップコーン現象）を引き起こす可能性があります。フロアライフを超えた場合、部品ははんだ付け前に湿気を除去するために、適切なIPC/JEDEC規格（例：125°C、24時間）に従ってベーキングする必要があります。

12. 設計事例例

シナリオ：医療機器用バックライト付きメンブレンスイッチパネルの設計。

要件：複数のボタンに対する均一な白色バックライト、バッテリー寿命のための超低消費電力、および信頼性の高い動作。

実装：透明アクリル製の導光板（LGP）が、グラフィックオーバーレイの背後に配置されるように設計されています。いくつかの67-23シリーズのブルー（UB）およびイエローグリーン（SYG）LEDがLGPのエッジに沿って配置されます。LEDの広い120度の視野角により、アクリル板のエッジへの効率的な光結合が確保されます。光は、LGPに印刷された微細構造によってボタン領域全体に均一に散乱されます。ブルー光とイエローグリーン光を正しい比率（個別のPWM制御回路によって駆動）で混合することにより、ニュートラルな白色バックライトを実現できます。低い2mAの最小動作電流により、夜間使用のためにバックライトを非常に低いレベルまで減光することができ、バッテリー寿命を大幅に延ばします。P-LCC-4パッケージにより、デバイスのエッジ周辺のコンパクトなPCBレイアウトが可能になります。

13. 動作原理

発光ダイオードは、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活性領域でp型材料からの正孔と再結合します。この再結合プロセスにより、エネルギーが光子（光）の形で放出されます。発光の特定の波長（色）は、活性領域で使用される半導体材料のエネルギーバンドギャップによって決定されます。67-23シリーズは、異なる材料システムを使用しています：赤色およびイエローグリーンチップにはAlGaInP、ブルーチップにはInGaN/SiCを使用しています。パッケージレンズと内部リフレクターは、発光を所望の視野パターンに整形および導くために使用されます。

14. 技術トレンドと背景

67-23シリーズのようなLEDの開発は、オプトエレクトロニクスのより広範なトレンドの一部です。より高い効率（ワットあたりのルーメン）への継続的な推進があり、同じ電力でより明るい出力、またはより低い電力で同じ出力のいずれかを可能にし、携帯型およびエネルギー意識の高いアプリケーションの両方に有益です。パッケージの小型化はもう一つの重要なトレンドであり、LEDをますます小さなデバイスに統合することを可能にします。さらに、高度なディスプレイおよび信号アプリケーションのニーズを満たすために、正確で一貫した色特性を持つLEDへの需要が高まっています。広い視野角と導光板との互換性への重点は、自動車、産業、および民生製品における洗練されたヒューマンマシンインターフェース（HMI）の重要性の高まりを反映しており、均一で魅力的な照明が主要な設計要素となっています。