LTW-Q35ZRGB RGB LED データシート - SMDパッケージ - 赤 2.1V / 緑 2.9V / 青 3.0V - 総消費電力 0.18W - 技術文書

1. 製品概要

LTW-Q35ZRGBは、ソリッドステート照明用途向けに設計されたコンパクトな表面実装型RGB（赤、緑、青）LEDです。単一パッケージ内に3つの個別LEDチップ（赤、緑、青）を集積し、加法混色により広範なスペクトルの色を生成することが可能です。本デバイスは、従来の照明に代わるエネルギー効率の高い選択肢として、長い動作寿命と高い信頼性を提供します。

1.1 主な特長

本LEDの主な利点は、超コンパクトなフォームファクタ、自動ピックアンドプレース実装装置との互換性、および標準的な赤外線（IR）および気相リフローはんだ付けプロセスへの適合性です。EIA標準パッケージとして設計され、集積回路（I.C.）の駆動レベルと互換性があります。本製品は環境配慮型であり、鉛フリーでRoHS指令に準拠しています。

1.2 対象アプリケーション

この汎用性の高いLEDは、幅広い照明アプリケーションを対象としています。主な市場には、家電製品の環境照明、懐中電灯や自転車ライトなどの携帯型照明ソリューション、住宅および商業施設の屋内・屋外建築照明（ダウンライト、コーブ照明、棚下照明）、装飾・エンターテインメント照明、セキュリティ・ガーデン照明（ボラード）、交通ビーコン、踏切灯、エッジライト式サイン（例：非常口サイン、POSディスプレイ）などの特殊信号アプリケーションが含まれます。

2. 技術パラメータ詳細

2.1 電気光学特性

全ての測定は周囲温度（Ta）25°Cで規定されています。主要パラメータは、各色チャネル（赤、緑、青）の個別性能および合成白色光出力を定義します。

• 光束（Φv）：順方向電流（IF）20mAにおける各色の代表的な光束は、赤が2.55 lm、緑が7.35 lm、青が0.95 lmです。白色光を生成する特定の電流（赤=25mA、緑=13mA、青=15mA）で駆動した場合の代表的な合成光束は10.50 lmです。
• 光度（Iv）：IF=20mAにおける代表的な光度は、赤が920 mcd、緑が2500 mcd、青が340 mcdです。指定された駆動条件下での合成白色光の光度は3500 mcdです。
• 指向角（θ1/2）：合成白色出力の代表的な半値角は130度であり、広いビームパターンを示しています。
• 主波長（λd）：各チップの知覚される色を定義します。規定範囲は、赤が618-628 nm、緑が520-530 nm、青が465-475 nmです。
• 順方向電圧（VF）：試験電流におけるLED両端の電圧降下です。代表値は、赤（20mA時）2.1V、緑（20mA時）2.9V、青（20mA時）3.0Vです。最大値はそれぞれ2.4V、3.5V、3.5Vです。
• ESD耐圧：本デバイスは人体モデル（HBM）で8KVの静電気放電（ESD）に耐えますが、適切なESD取り扱い予防策を強く推奨します。

2.2 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限界を定義します。これらの条件下での動作は保証されません。

• 消費電力（Po）：個々のチャネルの最大許容電力は、赤が96 mW、緑および青が144 mWです。パッケージ全体の総消費電力は180 mWを超えてはなりません。
• 順方向電流：各チャネルの連続順方向電流（IF）は40 mAです。パルス動作（デューティサイクル≤1/10、パルス幅≤10ms）におけるピーク順方向電流（IFP）は、チャネルあたり100 mAです。
• 逆方向電圧（VR）：最大5Vです。逆バイアス下での動作は故障の原因となります。
• 温度範囲：動作温度（Topr）は-40°Cから+80°Cです。保存温度（Tstg）は-40°Cから+100°Cです。
• はんだ付け条件：本デバイスは、260°Cで5秒間の鉛フリーはんだ付けに耐えます。

3. ビニングシステムの説明

本LEDは、光束および色度座標に基づいてビンに分類され、生産アプリケーションにおける色と輝度の一貫性を確保します。

3.1 光束ビニング

白色光出力（赤=25mA、緑=13mA、青=15mAで駆動時）は、ビン（V3からV6）に分類されます。例えば、ビンV3は光束8.00 lm（最小）から10.50 lm（最大）をカバーします。各ビンの許容差は+/-10%です。

3.2 色度ビニング

合成白色光の色度は、CIE 1931（x, y）図上で定義されます。データシートには色ランク（A1からD4）の詳細な表が記載されており、各ランクは4組の（x, y）座標ペアで定義される色度図上の四角形領域を指定します。これにより、設計者は厳密に制御された白色点座標を持つLEDを選択できます。各色相ビンの許容差は、x座標およびy座標ともに+/- 0.01です。

4. 性能曲線分析

データシートには代表的な特性曲線が含まれています（提供されたテキストには再現されていませんが参照されています）。これらの曲線は設計解析に不可欠です。

• I-V（電流-電圧）曲線：各色チップについて、電流および温度の範囲にわたる順方向電流と順方向電圧の関係を示します。これは適切な電流制限回路を設計する上で重要です。
• 相対光度 vs. 順方向電流：光出力が駆動電流の増加に伴ってどのように変化するかを示し、高電流での非線形性や効率低下の可能性を強調します。
• 相対光度 vs. 周囲温度：光出力の熱的低下を示します。接合温度が上昇すると、発光効率は通常低下します。
• 分光パワー分布：赤、緑、青の各チップについて、各波長で放出される光の相対強度を示し、本デバイスで可能な色域を定義します。

5. 機械的仕様およびパッケージ情報

5.1 外形寸法

本デバイスは特定のフォームファクタを持ちます。全ての寸法はミリメートル単位で、代表的な公差は±0.2 mmです。主要な機械的注意点には、注入点の位置（リードの上にある必要があります）およびヒートスラグが導電性であること（PCBレイアウト時に短絡を防ぐために考慮する必要があります）が含まれます。

5.2 極性識別とパッド設計

データシートには、推奨されるプリント基板（PCB）実装パッドレイアウトが記載されています。これには、4本のリード（各色のアノードおよびカソード、おそらく共通カソードまたは共通アノード構成）および中央の熱放散パッド（ヒートスラグ）のソルダーパッドのサイズ、形状、間隔が含まれます。正しいパッド設計は、信頼性の高いはんだ付け、熱管理、およびトゥームストーニング防止に不可欠です。

6. はんだ付けおよび実装ガイド

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

鉛フリープロセスに準拠したJ-STD-020Dに適合する、推奨される赤外線（IR）リフローはんだ付けプロファイルが提供されています。このプロファイルは、LEDパッケージを損傷することなく信頼性の高いはんだ接合を確保するための特定の時間と温度制約を持つ、予熱、ソーク、リフロー（ピーク温度）、冷却の各段階を定義します。

6.2 洗浄および取り扱い

洗浄は指定された薬品でのみ行ってください。必要に応じて、室温の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可能です。指定外の薬品はエポキシレンズを損傷する可能性があります。厳格なESD予防策が義務付けられています：静電気放電による損傷を防ぐために、リストストラップ、帯電防止手袋の使用、および適切に接地された設備の使用が推奨されます。

7. 梱包および発注情報

LEDは、自動実装装置と互換性のある、直径7インチのリールに巻かれた12mm幅のテープに梱包されて供給されます。テープおよびリール梱包の寸法は、標準フィーダーとの互換性を確保するために規定されています。型番はLTW-Q35ZRGBです。

8. アプリケーション提案

8.1 設計上の考慮点

• 電流駆動：安定した色出力を維持し、熱暴走を防ぐために、各色チャネルに定電流ドライバを使用してください。順方向電圧の変動（ビニング参照）により、色が重要なアプリケーションでは定電圧駆動は実用的ではありません。
• 熱管理：コンパクトですが、消費電力（最大180mW）により熱が発生します。銅箔パターンに接続された熱放散パッドの使用を含む適切なPCB熱設計は、接合温度を限界内に維持し、長期信頼性と安定した光出力を確保するために不可欠です。
• 混色制御：特定の白色点または色を実現するには、アナログ調光よりも各チャネルのパルス幅変調（PWM）が好ましい方法です。これは広い調光範囲にわたって色度を維持するためです。

9. 信頼性および試験

データシートには、製品の堅牢性を示す包括的な信頼性試験計画が概説されています。試験には、耐はんだ熱性（RTSH）、高温・高電流下での定常寿命試験（SSLT、3000時間）、温度サイクル（TC）、サーマルショック（TS）、高温高湿保存（WHTS）が含まれます。故障基準は、順方向電圧の変化（上限規格値の最大110%）、光束（下限規格値の最小50%）、色度座標の変化（変化<0.02）に基づいて定義されます。

10. 技術比較と市場位置づけ

個別の単色LEDと比較して、この集積RGBパッケージは基板スペースを大幅に節約し、実装を簡素化します。130度の広い指向角は、スポット照明ではなく面照明に適しています。規定されたESD定格および鉛フリーリフローとの互換性は、現代の製造および信頼性基準を満たしています。詳細なビニング構造により、建築照明やサインなど色の一貫性が要求されるアプリケーションで競争力を持ちます。

11. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: このRGB LEDで純白の光を生成するにはどうすればよいですか？

A: 純白は単一の点ではなく、色度図上の範囲です。色ランクビン（A1-D4）で定義された白色点を達成するには、光束ビニング表に記載された特定の電流（赤=25mA、緑=13mA、青=15mA）で各色チャネルを駆動する必要があります。正確な白色点は、LEDの特定のビンに依存します。

Q: LEDを最大連続電流（チャネルあたり40mA）で連続駆動できますか？

A: 可能ではありますが、最適な寿命と効率のためには推奨されません。より低い電流（例：20mA試験条件または混合白色条件）で駆動すると、接合温度が低くなり、効率（ルーメン毎ワット）が高くなり、動作寿命が大幅に長くなります。常に総消費電力制限180mWを考慮してください。

Q: ヒートスラグはなぜ導電性なのですか？また、どのように扱えばよいですか？

A: スラグは、LEDダイからPCBへ効率的に熱を伝達するために導電性です。PCBレイアウトでは、スラグのパッドは、意図的に特定の電位（多くの場合グランド）に接続する場合を除き、他の全ての回路トレースから電気的に絶縁する必要があります。大きなグランドプレーンへの熱放散接続を作成するのが一般的な方法です。

12. 設計・使用事例

シナリオ：エッジライト式非常口サインの設計複数のLTW-Q35ZRGB LEDをアクリル製光導波路の端に配置します。マイクロコントローラが各LEDの3つのチャネルを制御します。一定の照明のためには、白色光用に指定された電流でLEDを駆動します。広い指向角により、サイン面全体に均一な照明が確保されます。特定の光束ビン（例：V3またはV4）を選択することで、全てのユニット間で一貫した輝度が確保されます。厳密な色ランク（例：全てビンB2から）を選択することで、全てのサインが同一の白色を持つことが保証され、ブランドおよび安全基準の一貫性にとって重要です。SMDパッケージにより、コンパクトで薄型のサイン設計と自動実装が可能になります。

13. 動作原理

LEDは、半導体材料におけるエレクトロルミネセンスの原理に基づいて動作します。ダイオードの閾値を超える順方向電圧が印加されると、電子は半導体チップ（赤にはAlInGaP、緑/青にはInGaNなどの材料で構成）の活性領域内で正孔と再結合し、光子（光）の形でエネルギーを放出します。半導体材料の特定のバンドギャップが、放出される光の波長（色）を決定します。RGBパッケージは3つのそのようなチップを集積し、それらの光はエポキシレンズ内で加法的に混合され、知覚される出力色を生成します。

14. 技術トレンド

本デバイスは、ソリッドステート照明における進行中のトレンドを反映しています：集積度の向上（1パッケージ内の複数チップ）、効率の改善（ルーメン毎ワットの向上）、小型化、過酷な環境に対する信頼性の向上です。詳細なビニングシステムは、プロフェッショナル照明アプリケーションにおける色の一貫性に対する市場の要求に対応しています。将来の進化には、より高い電力密度、パッケージ内へのドライバまたは制御回路の集積、ディスプレイアプリケーションのためのさらに広い色域が含まれる可能性があります。