PLCC-6 RGB LED データシート - 120°視野角 - 赤1.95V、緑2.75V、青3.00V @20mA - 車載グレード

1. 製品概要

本資料は、PLCC-6パッケージの高性能表面実装型RGB（赤、緑、青）LEDの仕様を詳細に説明します。本デバイスは、鮮やかなカラーミキシングと120度の広い視野角を実現するように設計されており、均一な照明が求められるアプリケーションに適しています。重要な特徴は、過酷な車載環境での使用に耐える堅牢性と信頼性を示すAEC-Q102規格への認定です。本製品は、RoHS、EU REACH、ハロゲンフリー要件を含む主要な環境・安全規制に準拠しています。

1.1 コアアドバンテージ

• 車載グレード：AEC-Q102認定により、過酷な車載条件下での性能が保証されます。
• 高輝度：特に緑チャネルで高い輝度レベルを提供します（代表値 2200 mcd）。
• 広視野角：120度の視野角により、広く均一な光分布を実現します。
• 環境規制準拠：RoHS、REACH、ハロゲンフリー規格に準拠（Br/Cl < 900 ppm、Br+Cl < 1500 ppm）。
• 堅牢な構造：耐食性クラスB1を備え、良好なESD保護（赤：2kV、緑/青：8kV）を有します。

1.2 ターゲット市場

本LEDの主な用途は、車載インテリア照明（例えば、メーターバックライト、スイッチ照明、アンビエント照明システム）です。その特性から、信頼性の高い色性能が求められる一般的な装飾照明やインジケータ照明にも適しています。

2. 詳細技術パラメータ分析

以下のセクションでは、データシートに規定されている主要な電気的、光学的、熱的パラメータについて、詳細かつ客観的な解釈を提供します。

2.1 測光・電気的特性

規定パラメータの代表動作条件は、順方向電流（I_F）20mA、周囲温度25°Cです。

• 順方向電圧（V_F）：各ダイオードの20mA時の電圧降下は、代表値で赤1.95V、緑2.75V、青3.00Vです。設計者は、各色チャネルの電流制限回路を設計する際にこれらの違いを考慮し、バランスの取れた輝度と色精度を確保する必要があります。
• 光度（I_V）：代表出力は、赤900 mcd、緑2200 mcd、青280 mcdです。色間の出力差が大きいため、所望の白色点や特定の色相を得るには、慎重なドライバ設計またはパルス幅変調（PWM）制御が必要です。
• 主波長（λ_d）：知覚される色を定義します。代表値は赤623nm、緑527nm、青455nmです。±1nmの公差が規定されており、これは狭く、生産時の色の一貫性に有利です。
• 視野角（φ）：強度がピーク値の半分になる軸外れ角度として定義されます。120°（公差±5°）の仕様は、ランバート型に近い非常に広い放射パターンを示し、エリア照明に理想的です。

2.2 絶対最大定格と熱管理

これらの限界を超えて動作すると、永久損傷を引き起こす可能性があります。

• 順方向電流（I_F）：絶対最大定格は、赤50mA、緑/青30mAです。推奨動作電流は20mAです。はんだランド温度（T_S）が上昇するにつれて、提供されている電流減衰曲線に従う必要があります。
• 消費電力（P_d）：最大定格は、赤137mW、緑/青105mWです。これはV_F* I_Fとして計算されます。この限界を超えると過熱のリスクがあります。
• 接合温度（T_J）：半導体接合部の最大許容温度は125°Cです。
• 熱抵抗（R_{th JS}）：このパラメータ（実測値および電気的等価値）は、接合部からはんだ付け点への熱の伝わりやすさを示します。値が低いほど良好です。規定の最大値（例：赤で160 K/W）は、低いT_J.

3. 性能曲線分析

データシートのグラフは、様々な条件下でのデバイスの動作に関する重要な知見を提供します。

3.1 IV特性曲線と相対輝度

順方向電流 vs. 順方向電圧グラフは、ダイオードに典型的な指数関数的関係を示しています。赤、緑、青の曲線は異なっており、異なるV_F値を確認できます。相対光度 vs. 順方向電流グラフは、代表的な20mA点まではほぼ直線的であり、それを超えると効率が低下する可能性があります（効率ドループ）。特に緑と青のLEDで顕著です。

3.2 温度依存性

相対光度 vs. 接合温度グラフは、温度が上昇すると光出力が減少することを示しています。赤LEDは温度変化に最も敏感です。相対順方向電圧 vs. 接合温度グラフは、V_Fが負の温度係数を持ち、約2mV/°Cで減少することを示しています。これは定電流ドライバにとって重要です。相対波長シフト vs. 接合温度グラフは、主波長が温度とともにシフトする（典型的に0.1-0.3 nm/°C）ことを示しており、精密アプリケーションでの色点安定性に影響を与える可能性があります。

3.3 分光分布と放射パターン

相対分光分布グラフは、現代のLEDに特徴的な狭い発光ピークを示しています。各色の放射の代表的な特性図は、滑らかで丸みを帯びた強度プロファイルで120°視野角を視覚的に確認できます。

4. 機械的・パッケージ情報

4.1 パッケージ外形寸法

本デバイスは、標準的なPLCC-6（Plastic Leaded Chip Carrier）表面実装パッケージを使用します。機械図面には、正確な長さ、幅、高さ、リード間隔が規定されています。この情報は、適切な配置とはんだ付けを確保するためのPCBフットプリント設計に不可欠です。

4.2 推奨はんだランドパターンと極性

信頼性の高いはんだ接合と機械的安定性を確保するために、ランドパターンの推奨が提供されています。ピン配置図は、3つのLEDチップ（赤、緑、青）それぞれのアノードとカソード、および共通カソード構成を示しており、正しい回路接続に必須です。

5. はんだ付け・実装ガイドライン

5.1 リフローはんだ付けプロファイル

データシートでは、ピーク温度260°C、最大30秒のリフロープロファイルが規定されています。これは標準的な鉛フリー（Pb-free）リフロープロファイルです。プラスチックパッケージやLEDダイへの熱損傷を防ぐため、このプロファイルへの遵守が必要です。

5.2 使用上の注意点

• ESD取り扱い：デバイスには内蔵ESD保護（2kV/8kV HBM）がありますが、取り扱いおよび組立時には標準的なESD対策に従う必要があります。
• 電流制御：熱暴走を防ぐため、LEDは定電圧源ではなく、定電流源で駆動する必要があります。
• 保管：湿気感受性レベル（MSL）は3です。これは、パッケージが開封され、規定時間（通常168時間）を超えて周囲湿度にさらされた場合、はんだ付け前にデバイスをベーキングする必要があることを意味します。

6. アプリケーション提案と設計上の考慮点

6.1 代表的なアプリケーション回路

車載12Vシステムの場合、代表的な回路は、電圧レギュレータ（例：5Vまたは3.3V）の後に、各RGBチャネル用の個別の定電流ドライバまたは電流制限抵抗を配置します。マイクロコントローラからのPWM制御を使用することが、動的なカラーミキシングと調光の標準的な方法です。

6.2 熱設計上の考慮点

熱抵抗と消費電力が与えられているため、PCBがヒートシンクとして機能する必要があります。これには、LEDフットプリントの熱パッドに接続された十分な銅箔の使用、および熱を拡散するための内部層またはボトム層への熱ビアの使用が含まれます。熱管理が不十分だと、光出力の低下、色のシフト、寿命の短縮を引き起こします。

6.3 光学設計上の考慮点

120°の視野角により、アンビエント照明では二次光学系が不要になることがよくあります。より集光した光が必要な場合は、外部レンズや光導波路を使用することがあります。目標の白色点（例：D65）を達成するには、3色の異なる強度をソフトウェア/ファームウェアで較正する必要があります。

7. よくある質問（技術パラメータに基づく）

7.1 このRGB LEDで白色光を得るにはどうすればよいですか？

白色光は、特定の強度比で三原色を混合することによって作成されます。発光効率が異なるため（20mA時、緑が最も明るく、青が最も暗い）、単純に3つのチャネルすべてを同じ電流で駆動することはできません。駆動電流またはPWMデューティサイクルを較正する必要があります。例えば、赤を20mAで駆動し、緑をより低い電流またはデューティサイクルで、青を20mAまたはそれ以上で駆動し、目標とする白色度が得られるまで調整します。

7.2 20mAを超える電流で駆動して、より明るくすることは可能ですか？

可能ですが、順方向電流減衰曲線を厳密に参照する必要があります。はんだランド温度が上昇すると、最大許容電流は減少します。例えば、赤LEDの絶対最大値は50mAですが、これははんだランド温度が103°C以下の場合にのみ許容されます。110°Cでは、最大電流はわずか35mAです。これらの限界を超えると接合部が過熱し、急速な劣化を引き起こします。

7.3 ヒートシンクは必要ですか？

PLCC-6パッケージの単一LEDを20mAで駆動する場合、専用の金属ヒートシンクは通常必要ありません。しかし、適切に設計されたPCB熱パッドは絶対に必要であり、主要なヒートシンクとして機能します。LEDアレイや高周囲温度での動作の場合、総消費電力と熱抵抗経路に基づいて追加の熱管理を評価する必要があります。

8. 動作原理と技術トレンド

8.1 基本的な動作原理

LEDは半導体ダイオードです。そのバンドギャップエネルギーを超える順方向電圧が印加されると、活性領域で電子と正孔が再結合し、光子（光）の形でエネルギーを放出します。光の色（波長）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決まります（例：赤はAlInGaP、緑と青はInGaN）。PLCCパッケージには、LEDダイ、反射キャビティ、光出力を成形する透明エポキシレンズが組み込まれています。

8.2 業界トレンド

車載LED市場は、インテリアアンビエント照明、外部信号灯、ピクセル化ヘッドライトなどの先進アプリケーションによって、成長を続けています。トレンドには以下が含まれます：

• 高効率化：ワット当たりのルーメン（lm/W）を向上させ、エネルギー消費と熱負荷を低減するための継続的な開発。
• 色の一貫性の向上：波長と光束のより厳密なビニングにより、マルチLEDアプリケーションでの均一な外観を確保。
• 先進パッケージング：熱抵抗が低く、光取り出し効率が高いパッケージの開発。
• 統合ソリューション：ドライバやコントローラを統合したLEDモジュールの増加により、自動車ティア1サプライヤーの設計を簡素化。

このPLCC-6 RGB LEDは、信頼性、規制準拠、性能を重視する現在の車載照明設計のコア要件に合致した、成熟した信頼性の高いソリューションを表しています。