矩形アンバーイエローLEDバー LTL-6201KY データシート - AlInGaP技術 - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTL-6201KYは、矩形バーディスプレイとして設計された固体発光光源です。その主な機能は、明確な視覚的インジケータを必要とする用途向けに、大きく明るく均一な発光領域を提供することです。本デバイスは、先進的なAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）半導体技術を用いて製造されており、特にアンバーイエローの光出力を生成するように構成されています。透明なGaAs（ガリウムヒ素）基板上に成長させたこの技術は、その効率と色純度に貢献しています。製品は標準的なデュアルインラインパッケージ（DIP）に収められており、パネル取り付けやレジェンド取り付けを含む様々な実装技術と互換性があり、異なる電子アセンブリやユーザーインターフェースでの適用性を広げています。

1.1 中核的利点とターゲット市場

本デバイスは、様々な産業、商業、民生用途に適したいくつかの主要な利点を提供します。大きく明るい発光領域は高い視認性を保証し、これはステータスインジケータ、レジェンドやパネルのバックライト、狭い空間での一般的な照明にとって極めて重要です。低消費電力は現代の省エネルギー設計原則に合致し、優れたオンオフコントラスト比は、インジケータがアクティブ状態と非アクティブ状態の間で明確に識別可能であることを保証します。広い視野角は、インジケータが正面だけでなく様々な位置から見られる可能性のある用途において大きな利点です。LED技術に固有の固体信頼性は、本デバイスが長い動作寿命、衝撃や振動に対する耐性、時間経過に伴う一貫した性能を提供することを意味します。主なターゲット市場には、産業用制御パネル、計測器、民生電子機器、自動車内装照明、および堅牢で信頼性が高く明るいインジケータライトを必要とするあらゆる用途が含まれます。

2. 詳細な技術パラメータ分析

回路設計への適切な統合のためには、デバイスの仕様を徹底的に理解することが不可欠です。これらのパラメータは、特定の条件下での動作限界と期待される性能を定義します。

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生じる可能性のある応力限界を定義します。通常動作を意図したものではありません。

• チップあたりの電力損失：75 mW。これは、パッケージ内の個々のLEDチップが劣化を引き起こすことなく熱として放散できる最大電力です。
• チップあたりのピーク順方向電流：100 mA。これは許容される最大瞬間順方向電流ですが、1/10デューティサイクル、0.1 msパルス幅のパルス条件下のみです。これを超えると、一瞬でも致命的な故障を引き起こす可能性があります。
• チップあたりの連続順方向電流：25°Cで25 mA。これは連続DC動作のための推奨最大電流です。周囲温度（Ta）が25°Cを超える場合、0.33 mA/°Cのデレーティング係数が適用されます。例えば、50°Cでは、最大連続電流は約 25 mA - (0.33 mA/°C * 25°C) = 16.75 mA となります。
• チップあたりの逆電圧：5 V。この値を超える逆バイアス電圧を印加すると、LEDのPN接合が破壊される可能性があります。
• 動作・保管温度範囲：-35°C から +85°C。デバイスはこの周囲温度範囲内で動作および保管できます。
• はんだ付け温度：最大260°C、最大3秒間（シーティングプレーンから1.6mm（1/16インチ）下で測定）。これは、波はんだ付けやリフロー工程においてパッケージ損傷を防ぐために重要です。

2.2 電気的・光学的特性（Ta=25°C）

これらは、指定された試験条件下で測定された代表的な性能パラメータであり、通常動作時の期待される動作を提供します。

• 平均光度（Iv）：最小43 mcd、順方向電流（IF）10 mAで代表値109 mcd。このパラメータは選別済みであり、デバイスは測定された光出力に基づいてビン分けまたはソートされることを意味します。これは、人間の眼の明所視応答（CIE曲線）を模倣したセンサーとフィルターを使用して測定されます。
• ピーク発光波長（λp）：IF=20 mAで595 nm（ナノメートル）。これは光出力が最大となる波長です。
• スペクトル半値幅（Δλ）：IF=20 mAで15 nm。これはスペクトル純度または発光波長の広がりを示します。値が小さいほど、より単色（純色）の光であることを示します。
• 主波長（λd）：IF=20 mAで592 nm。これは、人間の眼が知覚する光の色を最もよく表す単一波長であり、本デバイスではアンバーイエロー領域にあります。
• 順方向電圧（VF）：最小2.05 V、IF=20 mAで代表値2.6 V。これは、LEDが指定電流を導通しているときの両端の電圧降下です。定電流回路の設計に極めて重要です。
• 逆方向電流（IR）：逆電圧（VR）5 Vで最大100 µA。これは、デバイスが最大定格で逆バイアスされたときに流れる小さなリーク電流です。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、光度が選別済みであることを明示しています。これは、ビニングとして知られる一般的な業界慣行を指します。製造工程では、半導体デバイスの性能に自然なばらつきが生じます。エンドユーザーに一貫性を保証するため、LEDは生産後にテストされ、主要パラメータに基づいて異なるグループ、すなわちビンに選別されます。LTL-6201KYの場合、主にビニングされるパラメータは光度（Iv）です。データシートは範囲（10mAで43-109 mcd）を提供していますが、生産では、デバイスはより狭いサブ範囲（例：43-55 mcd、56-70 mcdなど）にグループ分けされます。これにより、設計者はアプリケーションに適した既知の一貫した輝度レベルの部品を選択でき、複数のインジケータ間で均一な外観を必要とする製品にとって極めて重要です。この簡潔なデータシートでは明示的に詳細が記されていませんが、色LEDの他の一般的なビニングパラメータには、色の一貫性を保証するための順方向電圧（VF）や主波長（λd）が含まれる場合があります。

4. 性能曲線分析

提供されたデータシート抜粋は代表的な電気的／光学的特性曲線に言及していますが、具体的なグラフは本文に含まれていません。通常、LTL-6201KYのようなLEDのそのような曲線には以下が含まれます：

• 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）：この非線形曲線は、LEDを流れる電流とその両端電圧の関係を示します。電圧の小さな変化が電流の大きな変化を引き起こすため、ドライバ回路の設計に不可欠です。
• 光度 vs. 順方向電流：このグラフは、光出力が駆動電流の増加とともにどのように増加するかを示します。通常、ある範囲では線形ですが、より高い電流では飽和し、過剰な電流は効率低下と加速劣化を招きます。
• 光度 vs. 周囲温度：この曲線は、LEDの接合温度が上昇するにつれて光出力がデレートすることを示します。温度が高いほど一般に光出力は減少し、波長がわずかにシフトする可能性があります。
• スペクトル分布：波長スペクトル全体にわたる発光の相対強度を示すプロットで、ピーク波長595nmを中心に定義された半値幅を持ちます。

設計者は、非標準条件（異なる電流、温度）下でのデバイスの動作を理解し、性能と信頼性を最適化するために、これらのグラフを含む完全なデータシートを参照する必要があります。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法と図面

本デバイスは矩形のデュアルインラインパッケージを使用しています。寸法図は、PCB（プリント回路基板）レイアウトに不可欠な測定値を提供し、パッケージの全長、幅、高さ、ピン間間隔（ピッチ）、ピン径、発光窓の位置を含みます。注記には、特に断りのない限り、すべての寸法はミリメートル単位で、標準公差は±0.25 mm（0.01インチ）であると指定されています。パネルの切り欠きやPCB上での適切な取り付けのためには、これらの寸法を正確に遵守することが必要です。

5.2 ピン接続と極性識別

LTL-6201KYは8ピンを持ちます。ピン配置は以下の通りです：1-カソードA、2-アノードA、3-アノードB、4-カソードB、5-カソードD、6-アノードD、7-アノードC、8-カソードC。この構成は、矩形バー内に特定の回路で配置された複数のLEDチップ（おそらくA、B、C、Dとラベル付けされた4つ）が含まれていることを示唆しています。内部回路図はここでは詳細に示されていませんが、これらのアノードとカソードが内部でどのように接続されているかを示すでしょう。正しい極性は最も重要です。LEDを逆バイアスで接続すると点灯せず、逆電圧定格を超えるとデバイスを破壊する可能性があります。パッケージには、ピン1を識別するための物理的マーカー（切り欠き、ドット、または面取りエッジ）がある可能性が高いです。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

絶対最大定格セクションは、はんだ付けのための主要なパラメータを提供します：本体温度は260°Cを3秒以上超えてはなりません。これは多くのスルーホール部品の標準定格です。波はんだ付けでは、この制限を満たすためにコンベヤ速度と予熱温度を制御する必要があります。手はんだ付けでは、温度制御されたはんだごてを使用し、ピンとの接触時間を最小限に抑えるべきです。熱損傷を防ぐため、プラスチックボディから1.6mm以上離してはんだ付けすることが推奨されます。はんだ付け後は、デバイスを自然冷却させるべきです。敏感な半導体接合を損傷から防ぐため、すべての組立段階で適切なESD（静電気放電）取り扱い手順に従う必要があります。

7. アプリケーション提案と設計上の考慮事項

7.1 代表的なアプリケーションシナリオ

• 産業用制御パネル：機械のステータスインジケータ、電源オン／オフ、故障警報、モード選択。
• 計測器：試験装置のスイッチ、目盛り、ダイヤルのバックライト。
• 民生電子機器：オーディオ／ビデオ機器の電源インジケータ、機能ステータスライト（例：録音、再生、ミュート）。
• 自動車内装：ダッシュボードスイッチ、ギアシフトインジケータ、または一般的な室内照明（色と輝度が適切な場合）の照明。
• レジェンドとパネル：フロントパネルの彫刻または印刷されたラベルのバックライト。プロフェッショナルで均一に照らされた外観を提供します。

7.2 重要な設計上の考慮事項

• 電流制限：LEDは電流駆動デバイスです。電圧源から駆動する場合、動作点（例：データシートに従った10mAまたは20mA）を設定し、熱暴走を防ぐために、直列の電流制限抵抗が必須です。抵抗値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) / 希望電流。
• 熱管理：低電力とはいえ、連続電流のデレーティング曲線は遵守されなければなりません。高い周囲温度環境や密閉空間では、接合温度限界を超えないように実効電流を減らす必要があり、これは光出力と寿命に影響します。
• 視野角：広い視野角は有益ですが、機械設計で考慮する必要があります。光が隣接領域に漏れる可能性があり、これは望ましい場合もあれば、光ガイド／バッフルで制御する必要がある場合もあります。
• 一貫性のためのビニング：複数のインジケータを持つアプリケーションでは、製品全体で均一な輝度を確保するために、サプライヤーから狭い光度ビンを指定することをお勧めします。

8. 技術比較と差別化

LTL-6201KYの主な差別化要因は、アンバーイエロー光へのAlInGaP技術の使用です。標準的なGaAsP（ガリウムヒ素リン）LEDのような古い技術と比較して、AlInGaPは著しく高い発光効率を提供し、同じ電力入力に対してより多くの光出力を意味します。また、温度と寿命にわたってより良い色安定性、およびより狭いスペクトル半値幅によるより飽和した純粋な色を提供します。大きな発光領域を持つ矩形バーの形状とDIPパッケージングは、より小さな点光源LED（3mmや5mmの丸型LEDなど）や表面実装デバイス（SMD）の代替品とは異なり、スルーホール組立のための取り扱いの容易さと、より長いリードによる潜在的に優れた放熱を提供します。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: より明るくするために、このLEDを30mAで駆動できますか？

A: 最大連続電流定格は25°Cで25mAです。30mAでの動作はこの定格を超え、接合温度を上昇させ、効率を低下させ、デバイスの寿命を大幅に短縮します。推奨されません。

Q: 順方向電圧は2.05V min, 2.6V typ.と記載されています。回路計算にはどの値を使用すべきですか？

A: 堅牢な設計のためには、十分な電圧マージンを確保するために最大の代表値（2.6V）を使用してください。最小値（2.05V）を使用し、より高いVFを持つデバイスを得た場合、回路は希望の輝度を達成するのに十分な電流を供給できない可能性があります。

Q: 光出力選別済みは私の注文にとって何を意味しますか？

A: それは、特定の輝度範囲（ビン）からのデバイスを要求できることを意味します。アプリケーションが複数のユニット間で一貫した輝度を必要とする場合は、サプライヤーの詳細なビニング文書を参照し、注文時に希望するIvビンコードを指定する必要があります。

Q: 内部の4つのLEDチップを直列に接続できますか？

A: 内部回路図を確認する必要があります。与えられたピン配置は、チップA、B、C、Dに対して独立したアノードとカソードを示唆しています。これは通常、個別制御または様々な直列／並列組み合わせでの配線を可能にしますが、短絡を避けるために回路図に対して構成を確認する必要があります。

10. 実践的な設計と使用事例

シナリオ: 4つのインジケータライト（電源、インターネット、Wi-Fi、イーサネット）を備えたネットワークルーター用ステータスパネルの設計。

LTL-6201KYは、その明るく均一なアンバー光と広い視野角のために選択されました。PCB上で5V電源ラインが利用可能です。順方向電流を15mA（輝度と消費電力の妥協点）を目標とし、代表的なVF 2.4Vを使用して、電流制限抵抗値を計算します：R = (5V - 2.4V) / 0.015A = 173.3 オーム。標準の180オーム抵抗が選択されます。4つの同一回路が構築され、各LEDに1つずつ割り当てられます。LEDは、レーザー彫刻されたレジェンドを持つフロントパネルの背後に取り付けられます。LEDは一貫した強度でビニングされているため、4つのインジケータはすべてユーザーに等しく明るく見えます。広い視野角により、ルーターが低い棚に置かれていてもステータスが見えることが保証されます。

11. 技術原理の紹介

発光ダイオード（LED）は、エレクトロルミネッセンスと呼ばれるプロセスを通じて光を発する半導体デバイスです。半導体材料（この場合はAlInGaP）のPN接合に順方向電圧が印加されると、N型領域からの電子が空乏層でP型領域からの正孔と再結合します。この再結合は、光子（光粒子）の形でエネルギーを放出します。発光の特定の波長（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定されます。AlInGaPは、可視スペクトルの赤、オレンジ、アンバー、黄色の部分に対応するバンドギャップを持っています。透明なGaAs基板を使用することで、生成された光の多くがチップから逃れることができ、吸収基板と比較して全体的な光取り出し効率が向上します。

12. 技術開発の動向

インジケータLED技術の動向は、より高い効率、より大きな信頼性、よりコンパクトなパッケージングに向かって続いています。LTL-6201KYのようなスルーホールDIPパッケージは、高出力処理や手動組立の容易さを必要とする特定の用途では依然として関連性がありますが、業界は主に自動化されたPCB組立のための表面実装デバイス（SMD）パッケージ（例：0603、0805、PLCC）に移行しており、スペースとコストを節約しています。色LEDについては、赤-アンバー-黄色用のAlInGaP技術と青-緑-白色用のInGaN（インジウムガリウム窒化物）が、その優れた性能により主流となっています。将来の開発は、さらなる高効率化（ワットあたりのルーメン数の向上）、白色LEDの改良された演色性、およびLEDパッケージ自体への制御電子機器（定電流ドライバなど）の統合（スマートLED）に焦点を当てる可能性があります。しかし、信頼性の基本原理、明確なデータシート仕様、適切な熱的および電気的設計は、成功した実装のために不変かつ重要であり続けます。