LTPL-P033RGB RGB LED データシート - 高輝度LED - 赤/緑/青 - 150mA - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTPL-P033RGBは、高出力、高効率、超小型の固体発光光源です。発光ダイオードの長寿命と高信頼性という利点に、従来の照明技術に取って代わるのに十分な輝度レベルを兼ね備えています。本デバイスは、幅広いアプリケーションにおいて革新的な照明ソリューションを創造するための大きな設計自由度を提供します。

1.1 主な特長

• 高出力LED光源
• 瞬時発光（100ナノ秒未満）
• 低電圧DC駆動
• 低熱抵抗パッケージ
• RoHS準拠、鉛フリー
• 鉛フリーリフローはんだ付けプロセス対応

1.2 対象アプリケーション

本LEDは、以下のような多様な照明アプリケーション向けに設計されています（これらに限定されません）。

• 自動車、バス、航空機内装用の読書灯
• 懐中電灯、自転車ライトなどの携帯照明
• 建築照明：ダウンライト、誘導灯、コーブ照明、棚下照明、タスク照明
• 装飾・エンターテインメント照明
• 屋外照明：ボラード、防犯灯、ガーデン照明
• 信号用アプリケーション：交通信号、ビーコン、踏切灯
• エッジライト式サイン（非常口表示、POSディスプレイなど）
• 一般的な屋内・屋外の商業・住宅用建築照明

2. 外形寸法

本デバイスはコンパクトな表面実装型パッケージを採用しています。特に重要な寸法はデータシートに記載されており、特に指定がない限り標準公差は±0.2 mmです。機械図面には、PCBレイアウトおよび熱設計に極めて重要なパッケージのフットプリント、リード配置、全高が示されています。

3. 絶対最大定格および特性

すべての定格は周囲温度（Ta）25°Cで規定されています。これらの限界を超えると、デバイスに永久的な損傷を与える可能性があります。

3.1 電気的定格

• 順方向電流（I_F)）： 全色（赤、緑、青）で150 mA（連続）。
• 順方向パルス電流（I_FP)）： 全色で300 mA（パルス）。条件：デューティサイクル1/10、パルス幅≤10μs。
• 消費電力（P_D)）： 赤：360 mW；緑：540 mW；青：540 mW。

3.2 熱的・環境的定格

• 動作温度範囲（T_opr)）： -30°C ～ +85°C。
• 保存温度範囲（T_stg)）： -40°C ～ +100°C。
• 最大接合温度（T_j)）： 125°C。

重要な注意事項：長時間の逆電圧印加状態での動作は禁止されています。最大定格付近で動作する場合は、提供されているデレーティング曲線に従うことを強く推奨します。これにより、LEDの正常かつ信頼性の高い動作が保証されます。

4. 電気光学特性

代表的な性能パラメータは、Ta=25°C、I_F=150mAで測定されています。

4.1 光束出力

• 光束（代表値）： 赤：21 lm；緑：50 lm；青：9 lm。光束は積分球を用いて測定された総光出力です。
• 光度（代表値、参考）： 赤：6.8 cd；緑：12.5 cd；青：3.0 cd。

4.2 スペクトルおよび電気的特性

• 主波長： 赤：610-630 nm；緑：515-535 nm；青：450-470 nm。
• 順方向電圧（V_F)）： 赤：1.5-2.6 V；緑：2.8-3.8 V；青：2.8-3.8 V。
• 指向角： 120度（全色の代表値）。

試験標準：光束、主波長、順方向電圧の測定には、CAS-140Bが参照されています。

5. 代表性能曲線分析

データシートには、回路設計および熱設計に不可欠ないくつかの重要なグラフが提供されています。

5.1 スペクトル分布

図1は、各色の相対スペクトル強度と波長の関係を示しています。この曲線は、色純度の理解や、カラーミキシングシステムでの潜在的な用途を理解する上で極めて重要です。

5.2 放射パターン

図2は、空間放射（強度）パターンを図示しており、広い120度の指向角を確認できます。このタイプのパッケージでは、放射パターンは典型的にランバート分布を示します。

5.3 電流対電圧（I-V曲線）

図3は、各色の順方向電流と順方向電圧の関係をプロットしています。赤色LEDは、緑/青色LED（150mA時、代表値～3.2V-3.4V）と比較して、より低い順方向電圧（150mA時、代表値～2.0V）を示します。これはドライバ設計における重要なパラメータです。RGBシステムでは、各色チャネルごとに異なる駆動電圧または電流制限抵抗が必要となるためです。

5.4 電流対光束

図4は、順方向電流と相対光束の関係を示しています。通常動作範囲内では、出力は電流に対して一般的に線形ですが、接合温度の上昇やその他の影響により、非常に高い電流では効率が低下する可能性があります。

5.5 熱性能

図5は最も重要なグラフの一つで、相対光束と基板温度の関係を示しています。これはデレーティング曲線として機能します。温度が上昇すると出力は減少します。注記には、データは良好な熱接触を得るために80%以上のはんだ付け面積を基にしていること、および性能と寿命を維持するために基板温度が85°Cを超えるときはLEDを駆動しないことを推奨することが記載されています。

5.6 電流対主波長

図6は、主波長が順方向電流とともにどのようにシフトするかを示しています。一般に、接合部の発熱やその他の半導体物理効果により、波長は電流の増加とともにわずかに増加します。これは色の正確性が重要なアプリケーションにおいて重要です。

6. ビニングおよび分類システム

LEDは、150mA時の光束出力に基づいて選別（ビニング）され、一貫性が確保されています。

6.1 赤色LEDビン（R1～R5）

ビンはR1（18-21 lm）からR5（30-33 lm）の範囲です。

6.2 緑色LEDビン（G1～G7）

ビンはG1（35-39 lm）からG7（59-63 lm）の範囲です。

6.3 青色LEDビン（B1～B4）

ビンはB1（6-9 lm）からB4（15-18 lm）の範囲です。

各光束ビンには±10%の公差が適用されます。ビンコードはトレーサビリティのために各梱包袋に印字されています。

7. はんだ付けおよび実装ガイドライン

7.1 リフローはんだ付けプロファイル

本デバイスは鉛フリーリフローはんだ付けに対応しています。詳細な温度-時間プロファイルは以下の通りです：

• ピーク温度（T_P)）： 最大260°C。
• 217°C以上での時間（T_L)）： 60-150秒。
• ピーク温度±5°C以内の時間（t_P)）： 最大5秒。
• 予熱： 150-200°Cで60-180秒。
• 昇温速度： 最大3°C/秒（T_SmaxからT_Pまで）。
• 降温速度： 最大6°C/秒。
• 総サイクル時間： 25°Cからピークまで最大8分。

7.2 手はんだ付け

手はんだ付けが必要な場合、推奨条件は、はんだごて温度最大350°C、各はんだ接合部あたり最大2秒、1回限りです。

7.3 実装に関する重要な注意事項

• すべての温度仕様は、パッケージ本体の上面を指します。
• プロファイルは、使用するはんだペーストの特性に基づいて調整が必要な場合があります。
• ピーク温度からの急冷（クエンチング）プロセスは推奨されません。
• 信頼性の高い接合が得られる最低限のはんだ付け温度を使用してください。
• ディップはんだ付け法を使用して実装した場合、デバイスの保証はありません。

8. 推奨PCBはんだパッドレイアウト

詳細なはんだパッド設計が提供されており、すべての寸法はミリメートル単位です。この設計は、適切なはんだフィレットの形成、およびアノード/カソードパッドと熱パッドまたは基板メタライゼーション間の電気的絶縁を確保します。このレイアウトに従うことは、機械的安定性、電気的性能、およびLEDダイからPCBへの最適な熱伝達にとって極めて重要です。

9. テープ＆リール梱包仕様

LEDは自動実装用にテープ＆リールで供給されます。

• リールサイズ： 7インチ。
• 数量： フルリールあたり1000個。端数の最小梱包数量は500個です。
• ポケットシール： 空の部品ポケットはトップカバーテープでシールされています。
• 品質： 連続して最大2個までのLED欠品が許容されます。
• 標準： 梱包はEIA-481-1-L23仕様に準拠しています。

10. 信頼性および認定試験

サンプルロットに対して広範な信頼性試験が実施されています。

10.1 試験条件および結果

各条件につき22サンプルで試験を実施し、故障は報告されていません：

• 高温/低温/室温動作寿命（各1000時間）。
• 高温/低温保存寿命（500-1000時間）。
• 高温高湿（85°C/85% RH、500時間）。
• 温度サイクル（-40°C～100°C、100サイクル）。
• サーマルショック（-40°C～100°C、100サイクル）。

10.2 故障判定基準

試験後、I_F=150mAで測定した際に、以下のいずれかの限界を超えた場合、デバイスは故障とみなされます：

• 順方向電圧（V_f） > 初期値の110%。
• 光束<初期値の70%未満。

11. アプリケーション設計上の考慮事項

11.1 ドライバ回路設計

赤色LED（低いV_f）と緑/青色LED（高いV_f）の順方向電圧が異なるため、一般的なRGBドライバは、各チャネルごとに独立した電流制限回路、または独立したチャネルを持つ定電流ドライバを使用します。最大連続電流は各色150mAです。パルス動作（例：PWM調光）の場合、パルスパラメータがI_FP rating.

11.2 熱管理

効果的な放熱対策が最も重要です。図5のデータは、温度上昇に伴い出力が低下することを明確に示しています。輝度と寿命を維持するためには：

• 高熱伝導性を有する推奨はんだパッドレイアウトを使用してください。
• LEDの熱経路に接続された十分な銅面積（熱パッド）を持つPCBを設計してください。
• 熱を内層または基板の裏面に伝達するために、スルーホールビアの使用を検討してください。
• 最終アプリケーションでは、高電流駆動時や高周囲温度環境下では、十分な空気流またはその他の冷却機構を確保してください。
• 基板温度を監視し、85°Cを超えないようにしてください。

11.3 光学設計

120度の指向角は、一般的な照明やサイン用途に適した広く均一なビームを提供します。集光ビームが必要な場合は、二次光学部品（レンズまたはリフレクター）が必要になります。白色光や特定の色混合を作成する際には、設計者は各色の異なる光度を考慮する必要があります。

12. 比較および製品ポジショニング

LTPL-P033RGBは、カラーミキシングまたは個別の色出力を必要とする幅広いアプリケーションに適した、汎用性の高い高出力RGB LEDとして位置づけられています。その主な利点には、標準化されたパッケージ、広い指向角、一貫性のための明確なビニング構造、信頼性の高い製造のための堅牢な仕様（リフロー対応、テープ＆リール）が含まれます。これは、従来技術に取って代わる固体照明設計の主力部品となるように設計されています。

13. よくある質問（技術データに基づく）

Q: 同じ定電圧源と抵抗で3色すべて（RGB）を駆動できますか？

A: 最適ではありません。赤色LEDは、緑/青色LED（～3.2V）よりも著しく低い順方向電圧（～2.0V）を持っています。1つの電圧を使用する場合、同じ150mAの電流を得るために各チャネルごとに異なる抵抗値が必要になります。制御とカラーミキシングには、独立した定電流ドライバまたはPWMチャネルを使用する方法が推奨されます。

Q: 時間の経過とともにLEDの輝度が低下する主な原因は何ですか？

A: 主な原因は高い接合温度です。推奨温度範囲（図5参照）を超えてLEDを動作させると、半導体材料や蛍光体（存在する場合）の劣化が加速され、光出力の永久的な低下を引き起こします。適切な熱管理は、長期信頼性にとって最も重要な要素です。

Q: 光束ビンコードはどのように解釈すればよいですか？

A: 梱包袋に印字されたコード（例：R3、G5、B2）は、その特定のLEDが150mAで保証する最小および最大の光束出力範囲を示しています。これにより、設計者は、複数LEDの器具で均一な外観を得るために輝度が一致したLEDを選択したり、設計に必要な最小光出力を保証したりすることができます。

Q: このLEDは屋外使用に適していますか？

A: 動作温度範囲（-30°C～+85°C）および高温高湿試験（85°C/85% RH）の合格は、環境要因に対する堅牢性を示しています。ただし、長期間屋外にさらされる場合、LEDパッケージ自体は防水ではないため、LED自体を適切に封止するか、湿気、紫外線、物理的損傷から保護する器具内に収める必要があります。

14. 実践的な設計例：RGBムードライト

シナリオ：色と輝度を調整可能なマイクロコントローラベースのRGBムードライトを設計します。

実装：

1. ドライバ：3チャネルの定電流LEDドライバIC、またはMCUのPWM出力で制御される3つの独立したMOSFETを使用します。各チャネルの電流制限を150mAに設定します。

2. 電源：最高のV_f（青/緑、最大～3.8V）に電流レギュレータの電圧降下を加えた値を供給できる、安定したDC電圧を供給します。

3. 熱管理：LEDを、熱パッドに接続されたソリッドな銅面を持つPCBに実装します。高いデューティサイクルを使用する場合は、PCBの裏側に小型のヒートシンクを追加することを検討してください。

4. 制御：MCUは、各色チャネル（赤、緑、青）のPWMデューティサイクルを0%から100%まで独立して調整できます。これにより、異なる強度で原色を混合することで、数百万色を作り出すことができます。

5. 光学：LEDの上に拡散レンズまたはカバーを使用して、3つの色の点を単一の均一な光の面に融合させます。

15. 技術的背景とトレンド

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。光の色は、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。LTPL-P033RGBは、赤色（おそらくAlInGaP材料ベース）と緑/青色（InGaN材料ベース）の個別のダイを単一パッケージ内に収めた構造です。高出力LEDのトレンドは、より高い効率（ワットあたりのルーメン数）、改善された演色性、より高い信頼性、および低コストに向かって進化し続けています。本デバイスは、最新の単色高出力LEDのような極端な効率を必要とせず、多様な色出力を必要とするアプリケーション向けの、成熟したコスト効率の高いソリューションを表しています。