SMD フラッシュLED LTPL-C0677WPYB データシート - 高輝度 - 白色光 - 1000mA - 6.3W パルス - 技術文書

1. 製品概要

LTPL-C0677WPYBは、フラッシュ光源として特別に設計された、コンパクトで高出力のSMD（表面実装デバイス）LEDです。その主な設計目標は、小型フォームファクターの中で極めて高い光束を実現することにあります。これにより、周囲光が低い環境下での高解像度画像の撮影が可能となり、撮像デバイスの有効フラッシュ範囲を拡大します。

1.1 主な特長

• 最高輝度SMDフラッシュLED：パルス動作時に最大の光出力を実現するよう設計されています。
• 瞬時点灯：最小限の遅延で即座に発光し、フラッシュ撮影に不可欠な特性です。
• 極小エミッタサイズ：コンパクトなパッケージにより、スマートフォンなどのスペースに制約のある最新デバイスへの統合が可能です。
• RoHS準拠：有害物質使用制限指令に準拠して製造されています。

1.2 対象アプリケーション

• カメラ付き携帯電話およびスマートフォン
• 撮像機能を備えた携帯型電子機器
• デジタルスチルカメラ（DSC）
• 高強度・短時間照明を必要とする携帯機器

2. 技術パラメータ：詳細な客観的解釈

本セクションでは、指定条件下におけるLEDの動作限界と性能特性について詳細に分析します。

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発生する可能性のあるストレスの限界を定義します。信頼性に悪影響を及ぼす可能性があるため、これらの限界値付近での長時間動作は推奨されません。

• 損失電力（パルスモード）：6.3 W。これは、熱的限界を超えることなく、パルス動作でLEDが処理できる最大許容電力です。
• パルス順電流（50ms ON, 950ms OFF）：1500 mA。フラッシュアプリケーションにおいて重要な、LEDがパルスデューティサイクルで耐えられるピーク電流です。
• 直流順電流：350 mA。定常状態動作における最大連続順電流です。
• 接合温度（Tj）：125 °C。半導体接合部で許容される最高温度です。
• 静電気放電（ESD）耐圧（HBM）：8000 V。人体モデルに基づく、比較的堅牢な静電気放電保護レベルを示しています。
• 動作温度範囲：-40°C から +85°C。信頼性のある動作が可能な周囲温度範囲です。
• 保存温度範囲：-40°C から +100°C。動作していない状態でデバイスを保管する安全な温度範囲です。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、標準試験条件（Ta=25°C, 300msパルス）下で測定された代表的な性能パラメータです。

• 光束（ΦV）：260 lm（最小）、300 lm（代表）、400 lm（最大） at I_FP= 1000mA。これは可視光の総出力を定量化したもので、測定許容差は±10%です。
• 順方向電圧（V_F）：2.9 V（最小）、3.6 V（代表）、4.2 V（最大） at I_FP= 1000mA。動作時のLED両端の電圧降下で、測定許容差は±0.1Vです。
• 色温度（CCT）：5000 K から 6000 K at I_FP= 1000mA。これは白色光の色調を定義し、フラッシュ撮影に適したクールホワイトの範囲内に収まります。
• 指向角（2θ_1/2）：120°（代表）。光度が最大光度（0°時）の半分となる角度範囲です。広い指向角は均一な照明に有利です。
• 逆方向電流（I_R）：100 µA（最大） at V_R= 5V。このデバイスは逆方向動作用に設計されておらず、このパラメータは情報提供/試験目的のみです。

3. ビニングシステムの説明

生産の一貫性を確保するため、LEDは主要な性能パラメータに基づいて選別（ビニング）されます。LTPL-C0677WPYBは、光束と順方向電圧に対してビニングシステムを採用しています。

3.1 光束ビニング

LEDは、1000mAでの測定光出力に基づいてビンに分類されます。

• ビン P4：光束範囲 260 lm から 315 lm。
• ビン Q0：光束範囲 315 lm から 400 lm。

3.2 順方向電圧ビニング

LEDは、1000mAでの順方向電圧降下にも従ってビニングされます。

• ビン 4：順方向電圧範囲 2.9 V から 3.8 V。
• ビン 5：順方向電圧範囲 3.8 V から 4.2 V。

このビニングにより、設計者は特定のアプリケーションに適した、電気的・光学的特性が密接に一致するLEDを選択でき、マルチLED設計における均一な性能を保証できます。

4. 性能曲線分析

データシートには、様々な条件下でのデバイスの挙動を示すいくつかの特性曲線が記載されています。すべての相関データは、放熱板として機能する2cm x 2cmの金属基板PCB（MCPCB）に実装されたLEDに基づいています。

4.1 相対分光分布

スペクトル曲線は、異なる波長にわたって放射される光の強度を示します。このような白色LED（蛍光体コーティングを施したInGaN技術を使用）の場合、スペクトルは通常、チップからの青色のピークと、蛍光体からのより広い黄色/緑色/赤色の発光を特徴とし、これらが組み合わさって白色光を生成します。

4.2 指向特性

極座標図（放射特性）は、典型的な120°の指向角を視覚的に表し、LEDから空間的に光強度がどのように分布するかを示しています。

4.3 順電流対相対光束

この曲線は、光出力が電流に比例しないことを示しており、特に高電流では熱効果の増加により効率が低下する可能性があります。

4.4 順電流対相関色温度（CCT）シフト

このグラフは、LEDの白色点（色温度）が駆動電流とともにどのように変化するかを示すため、非常に重要です。フラッシュアプリケーションでは、写真での一貫した色再現性のためにCCTシフトを最小限に抑えることが重要です。

4.5 順電流ディレーティング曲線

おそらく信頼性設計において最も重要な曲線であり、周囲温度の関数としての最大許容パルス順電流を示しています。温度が上昇すると、接合温度が125°Cを超えないようにするために、最大安全電流は減少します。長期信頼性のためには、この曲線に厳密に従う必要があります。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

LEDは特定のSMDパッケージで提供されます。特に断りのない限り、すべての寸法はミリメートル（mm）単位で、一般的な公差は±0.1mmです。パッケージは、InGaNベースの白色光を放射する黄/白色のレンズを備えています。PCBフットプリント設計のための詳細な寸法図がデータシートに記載されています。

5.2 推奨PCB実装パッドレイアウト

適切なはんだ付けと熱管理を確保するために、PCBの推奨ランドパターン（フットプリント）が提供されています。この推奨事項には、はんだペースト塗布用の最大ステンシル厚さ0.10mmが含まれます。

5.3 極性識別

標準的なSMD LEDの極性マーキングが適用されます（通常、パッケージ上のカソードインジケータ）。この特定部品の正確なマーキングについては、データシートの図面を参照してください。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

6.1 推奨IRリフロープロファイル（無鉛プロセス）

このLEDは無鉛リフローはんだ付けに対応しています。J-STD-020Dに準拠した詳細なプロファイルが規定されており、以下を含みます：

• ピーク温度（T_P）：最大260°C。
• 液相線温度以上時間（T_L= 217°C）：60 から 150 秒。
• 昇温・降温速度：熱衝撃を最小限に抑えるために制御されます。

重要な注意事項：急速冷却プロセスは推奨されません。信頼性の高い接合を実現する最低限のはんだ付け温度が常に望ましく、LEDへの熱ストレスを最小限に抑えます。ディップはんだ付け方法を使用して組立された場合、デバイスの保証はありません。

6.2 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、指定された化学薬品のみを使用してください。LEDは常温で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ができます。指定外の化学薬品の使用は、パッケージ材料や光学部品を損傷する可能性があります。

7. 包装および取り扱い

7.1 テープおよびリール仕様

LEDは、自動ピックアンドプレース組立用に、リール上の標準的なエンボスキャリアテープで供給されます。主な仕様は以下の通りです：

• リールサイズ：7インチリール。
• リールあたりの数量：3000個（標準フルリール）。
• 最小発注数量（MOQ）：端数用に500個。
• 包装はEIA-481仕様に準拠しています。テープはトップカバーで密封され、連続する最大2個の欠品部品（空ポケット）が許容されます。

キャリアテープとリールの詳細な寸法図がデータシートに記載されています。

8. アプリケーション提案および設計上の考慮事項

8.1 代表的なアプリケーション回路

この大電流フラッシュLEDには専用のドライバ回路が必要です。一般的な実装では、スイッチング電源（ブーストコンバータなど）を使用して、低電圧バッテリー（例：3.7Vリチウムイオン）から高パルス電流を生成します。ドライバは、突入電流を管理し過電流保護を提供しながら、非常に短い高電流パルス（最大1500mA、50ms以下）を供給できる必要があります。

8.2 熱管理

効果的な放熱が最も重要です。短いパルス中であっても、かなりの熱が発生します。LEDを2cm x 2cmのMCPCBに実装するという推奨事項は最低限のガイドラインです。高デューティサイクルアプリケーションや高周囲温度での動作では、ディレーティング曲線で定義された安全限界内に接合温度を保つために、より強固な熱管理（より大きなPCB銅面積、熱ビア、または外部ヒートシンク）が必要です。

8.3 光学設計

120°の指向角は広い照明を提供します。より集光したビーム（例：照射距離を増やすため）を必要とするアプリケーションでは、LEDの上に二次光学部品（リフレクタまたはレンズ）を配置できます。小さなエミッタサイズは、厳密な光学制御を実現する上で有利です。

9. 技術比較および差別化

この単体のデータシートでは他のモデルとの直接的な比較は提供されていませんが、LTPL-C0677WPYBの主な差別化要因はその仕様から推測できます：

• 高パルス電流能力（1500mA）：非常に高い瞬間輝度を可能にし、フラッシュLEDの主要な指標となります。
• 高光束（最大400 lm）：SMDフラッシュLEDの高輝度カテゴリーに位置付けます。
• コンパクトSMDパッケージ：スペースに制約のあるモバイルデバイスにおいて、大型のスルーホールフラッシュLEDに比べて大きな利点を提供します。
• 広指向角（120°）：狭い指向角のLEDと比較して均一なシーン照明を提供し、画像内のホットスポットを低減します。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

10.1 このLEDを1000mAの定電流で連続駆動できますか？

回答：できません。直流順電流の絶対最大定格は350 mAです。1000mAの値は、特定の試験条件（300msパルス、おそらく低デューティサイクル）下でのパルス動作、またはピークパルス定格（50ms ON）用です。1000mAでの連続動作は、損失電力と接合温度の限界を超え、急速な故障を引き起こします。

10.2 私の設計において、順方向電圧のビニングがなぜ重要ですか？

回答：同じ電流源から複数のLEDを並列駆動する場合、順方向電圧（V_F）の違いにより、電流の不均一な分配が発生します。V_Fが低いLEDは、V_Fが高いLEDよりも多くの電流を引き込み、輝度の違いや、V_Fが低いユニットへの過剰なストレスの原因となります。同じV_FビンからのLEDを使用することで、より均一な電流分配と性能が保証されます。

10.3 リフロープロファイルにおける液相線温度以上時間の目的は何ですか？

回答：これは、はんだ接合部がはんだペーストの融点（無鉛では217°C）以上で過ごす時間です。十分な時間（ここでは60-150秒）は、LEDのはんだパッドとPCBの間に信頼性の高い冶金学的結合を形成するための適切な濡れを保証します。時間が短すぎるとコールドはんだ接合の原因となり、長すぎると部品への熱ストレスが増加します。

11. 実践的な設計および使用事例

シナリオ：スマートフォンフラッシュモジュールへの統合

設計エンジニアは、新しいスマートフォンモデルに高品質なフラッシュを追加する任務を負っています。高出力と小型サイズからLTPL-C0677WPYBが選択されました。エンジニアは以下を行う必要があります：

1. ドライバ選択：スマートフォンの3.8Vバッテリーから必要な1000-1500mAパルスを供給でき、スマートフォンのカメラプロセッサ（I2Cなど）を介して制御可能なフラッシュLEDドライバICを選択します。
2. PCBレイアウト：データシートの推奨パッドレイアウトに正確に従ってPCBフットプリントを設計します。LED用に専用の小型MCPCB（2cm x 2cm以上）を作成し、放熱板として機能させ、さらに追加の放熱のためにスマートフォンの内部フレームに接続します。
3. 光学統合：機械設計チームと協力して、LEDからの120°ビームをスマートフォン外装のフラッシュ窓全体に均一に広げる光ガイドまたは拡散板を作成し、目に見えるホットスポットがないことを保証します。
4. ファームウェア：カメラソフトウェアをプログラムし、高電流パルスの最大ON時間50ms以内に収まるパルス幅でフラッシュドライバをトリガーし、バースト撮影モードでの過熱を防ぐためにデューティサイクルを管理します。

12. 動作原理の紹介

LTPL-C0677WPYBは、半導体物理学に基づく固体光源です。インジウムガリウムナイトライド（InGaN）チップを利用しており、順方向バイアス下（エレクトロルミネセンス）で電子がチップのp-n接合を横切ってホールと再結合する際に青色光を放射します。この青色光は、チップ上またはその近くに堆積された蛍光体コーティングによって、一部がより長い波長（黄色、緑色、赤色）に変換されます。残りの青色光と蛍光体変換光の混合により、白色光として知覚されます。蛍光体の特定の比率が相関色温度（CCT）を決定し、ここではフラッシュ撮影に好まれる、昼光条件に合わせた5000-6000Kのクールホワイト範囲に調整されています。

13. 技術トレンドと背景

高出力SMDフラッシュLEDは、特にスマートフォンを中心とした民生電子機器の小型化によって推進される、光エレクトロニクスの主要なトレンドを代表しています。進化は以下の点に焦点を当てています：

• 発光効率（lm/W）の向上：同じ電力入力に対してより多くの光出力を提供し、バッテリー寿命を改善します。
• より高いピーク電流とルーメン出力：低照度撮影やナイトモードなどの機能を可能にします。
• 演色性の向上：自然光に近い光スペクトルを生成する蛍光体（高演色評価数 - CRI）の開発により、この特定のデータシートでは指定されていませんが、写真でのより正確な色再現が可能になります。
• デュアルトーンフラッシュ：異なるCCTを持つ2つのLED（例：クールホワイトとウォームホワイト）を一緒に使用し、カメラシステムがフラッシュの色温度を調整してより好ましい肌色や環境光とのマッチングを可能にする市場トレンドです。このデータシートは単一CCTのLED用ですが、同じ製品ファミリー内にこの技術は存在します。
• センサーとの統合：フラッシュLEDは、周囲光センサーや近接センサーを含むシステムの一部となることが増えており、適応的な輝度調整や、物体が近すぎる場合のフラッシュのオフを可能にしています。