LTST-S220KEKT SMD LED データシート - サイドビュー - 赤色 (AlInGaP) - 20mA - 50mcd - 技術文書

1. 製品概要

LTST-S220KEKTは、主にサイド発光照明用途向けに設計された表面実装デバイス（SMD）発光ダイオード（LED）です。そのコア構造は、高輝度の赤色光を生成するように設計されたアルミニウム・インジウム・ガリウム・リン（AlInGaP）半導体チップを採用しています。この部品の主な設計意図と主要市場は、均一なエッジ照明が求められる液晶表示装置（LCD）パネルのバックライト光源としての統合です。

本コンポーネントは、標準のEIA準拠フォーマットでパッケージングされ、7インチ径のリールに巻かれた8mmテープ上で供給されます。このパッケージングは、現代の電子機器製造で一般的に使用される高速自動実装機と完全に互換性があります。また、このLEDは、標準的な赤外線（IR）リフロー、気相リフロー、およびフローはんだ付けプロセスとの互換性を備えており、大量生産に適しています。

1.1 コアアドバンテージ

• 特殊な光学設計:サイドビューレンズ設計は、光を横方向に導くように最適化されており、LCDバックライトユニット（BLU）で使用される導光板へ光を導くのに理想的です。
• 高輝度:AlInGaP技術の採用により、小さなチップ面積から高い光度が得られます。
• 製造対応性:テープ＆リール包装およびリフロープロセス互換性により、効率的で自動化された組立が可能となり、生産時間とコストを削減します。
• 信頼性:本デバイスは、-55°Cから+85°Cまでの広い温度範囲での動作に対応しており、様々な環境下でのアプリケーションをサポートします。

2. 詳細技術パラメータ分析

特に断りのない限り、全ての仕様は周囲温度（Ta）25°Cで定義されています。これらのパラメータを理解することは、信頼性の高い回路設計と長期性能の確保に不可欠です。

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ストレスの限界を定義します。これらの限界以下または限界での動作は保証されておらず、信頼性の高い動作のためには避けるべきです。

• 電力損失（Pd）:75 mW。これはデバイス内で許容される最大の電力損失です。
• 連続順方向電流（IF）:30 mA。連続的に印加できる直流電流です。
• ピーク順方向電流:80 mA。パルス条件下（1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）でのみ許容されます。
• デレーティング係数:0.4 mA/°C。25°Cを超える摂氏1度ごとに、最大許容連続順方向電流をこの量だけ減少させなければなりません。
• 逆電圧（VR）:5 V。逆バイアスでこの電圧を超えると、接合部の破壊を引き起こす可能性があります。
• 動作・保管温度範囲:-55°C から +85°C。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、通常の動作条件下での代表的な性能パラメータです。

• 光度（Iv）:順方向電流（IF）20 mAにおいて、30.0 mcd（最小）、50.0 mcd（代表値）。光度は、CIEの明所視感度曲線に合わせてフィルタリングされたセンサーを使用して測定されます。
• 指向角（2θ½）:130度（代表値）。この広い指向角はサイドビュー設計の特徴であり、光が広い側面平面にわたって放射されることを示しています。
• ピーク発光波長（λPeak）:632 nm（代表値）。スペクトル出力が最も強い波長です。
• 主波長（λd）:624 nm（代表値）。これは、人間の目が知覚する単一波長であり、CIE色度座標から導き出され、赤色の色点を定義します。
• スペクトル線半値幅（Δλ）:20 nm（代表値）。ピーク強度の半分における放射スペクトルの帯域幅であり、色純度を示します。
• 順方向電圧（VF）:IF=20mAにおいて、2.0 V（最小）、2.4 V（代表値）。このパラメータは、直列抵抗値の計算と電源設計において極めて重要です。
• 逆電流（IR）:VR=5Vにおいて、100 µA（最大）。
• 静電容量（C）:VF=0V、f=1MHzにおいて、40 pF（代表値）。高周波スイッチングアプリケーションに関連します。

3. 性能曲線分析

テキスト抜粋には具体的なグラフデータは提供されていませんが、このようなデバイスの代表的な曲線は設計分析に不可欠です。エンジニアは、LEDの特性評価において標準的な以下の関係を確認することが期待されます：

3.1 電流-電圧（I-V）曲線

この曲線は、順方向電圧と電流の間の指数関数的関係を示します。AlInGaP LEDの膝電圧（電流が急激に増加し始める電圧）は、通常1.8-2.0V付近です。この曲線は、LEDの動的抵抗を決定し、適切な電流制限回路を設計するために不可欠です。

3.2 光度 vs. 順方向電流

このプロットは、通常、推奨動作範囲内で順方向電流と光出力の間にほぼ線形の関係を示します。これは、設計者が熱的限界内に留まりながら所望の輝度レベルを達成するための駆動電流を選択するのに役立ちます。

3.3 温度依存性

順方向電圧や光度などの主要パラメータは、接合部温度によって変化します。VFは通常、温度の上昇とともに減少し（負の温度係数）、光度は一般的に減少します。これらの変化を理解することは、広い温度範囲または高電力レベルで動作する設計にとって極めて重要です。

3.4 スペクトル分布

相対強度対波長のグラフは、632nm付近にピークを持ち、代表的な半値幅が20nmであることを示し、AlInGaPチップの単色赤色出力を確認します。

4. 機械的・包装情報

4.1 デバイス寸法

このLEDは、標準的なEIAパッケージ外形に準拠しています。重要な寸法には、本体の長さ、幅、高さ、およびカソード識別子（通常はテープ上の切り欠きまたは緑色のマーク）の位置が含まれます。正確なミリメートル単位の寸法と公差（±0.1mm）は、データシート内のパッケージ図面に記載されています。

4.2 極性識別

正しい向きは必須です。カソードは通常、デバイス本体にマークされているか、テープポケットの特定の特徴によって示されます。向きを間違えるとLEDは点灯せず、逆バイアスを印加すると損傷する可能性があります。

4.3 推奨はんだパッドレイアウト

PCBランドの推奨フットプリントが提供されており、リフロー時の適切なはんだ接合部の形成、機械的安定性、および熱放散を確保します。このレイアウトに従うことで、トゥームストーニングやその他の組立不良を最小限に抑えます。

4.4 テープ＆リール仕様

本コンポーネントは、保護カバーテープ付きのエンボスキャリアテープで供給されます。主要仕様は以下の通りです：テープ幅8mm、リール直径7インチ、1リールあたり4000個。包装はANSI/EIA 481-1-A-1994規格に準拠しています。1リールあたり最大2個の連続した欠品（空ポケット）が許容されます。

5. はんだ付け・組立ガイドライン

5.1 リフローはんだ付け条件

このLEDは、一般的なはんだ付けプロセスに対応しています。データシートでは、プラスチックパッケージやワイヤーボンドへの熱損傷を防ぐための最大暴露条件を規定しています：

• 赤外線（IR）/フローはんだ付け:ピーク温度260°C、最大5秒間。
• 気相はんだ付け:215°C、最大3分間。

LEDを劣化させることなく信頼性の高いはんだ接合部を確保するために、時間と温度の制約を伴う詳細なリフロープロファイル（予熱、ソーク、リフロー、冷却）が通常推奨されます。

5.2 洗浄

はんだ付け後の洗浄には注意が必要です。指定された化学薬品のみを使用してください。データシートでは明示的に以下を推奨しています：

• 常温のエチルアルコールまたはイソプロピルアルコールへの浸漬。
• 浸漬時間は1分未満とすること。
• 指定されていない化学液体は、LEDのエポキシレンズやパッケージを損傷する可能性があるため、避けなければなりません。

5.3 保管・取り扱い

デバイスは、乾燥剤を入れた元の密閉防湿バッグに保管し、制御された環境（-55°Cから+85°Cの範囲内）に置くべきです。はんだ付け前に過度の湿度にさらされると、リフロー中にポップコーン現象を引き起こす可能性があります。取り扱い時には、標準的なESD（静電気放電）対策を遵守する必要があります。

6. アプリケーションノートと設計上の考慮事項

6.1 主な用途：LCDバックライト

サイドビュー設計は、エッジライト式バックライトユニットに理想的です。複数のLEDが導光板（LGP）の1つまたは複数のエッジに沿って配置されます。LEDからの光はLGPのエッジに注入され、全反射を介して伝播し、印刷または成形された表面構造によってLCDパネルに向かって上方に取り出され、均一な面光源を形成します。

6.2 駆動回路設計

LEDは電流駆動デバイスです。直列の電流制限抵抗が最も単純な駆動方法です。抵抗値（R）はオームの法則を使用して計算されます：R = (Vcc - VF) / IF。ここで、Vccは供給電圧、VFはLEDの順方向電圧（信頼性のために代表値または最大値を使用）、IFは所望の順方向電流（例：20mA）です。複数のLED間または変動する温度での一定の輝度を得るためには、定電流駆動回路が推奨されます。

6.3 熱管理

電力損失は低い（最大75mW）ですが、効果的な熱管理は長寿命と安定した光出力にとって極めて重要です。PCBがヒートシンクとして機能します。接合部から熱を逃がすために、LEDの熱放散パッド（存在する場合）またははんだランドに接続された十分な銅面積を確保してください。周囲温度25°Cを超える場合は、電流デレーティング曲線に従ってください。

6.4 光学的統合

バックライト用途では、LEDの発光面と導光板エッジとの間の正確な機械的位置合わせと距離が、結合効率を最大化し、光学的損失を最小化するために重要です。130度の広い指向角は、この結合を助けます。

7. 技術比較と差別化

赤色発光の他のLED技術との比較：

• 従来のGaAsPとの比較：AlInGaPは、著しく高い発光効率と優れた温度安定性を提供し、より明るく一貫性のある赤色光をもたらします。
• AlInGaPトップビューLEDとの比較：主な差別化要因はビームパターンです。このサイドビュー型は、光をPCB平面と平行に放射しますが、標準LEDは垂直に放射します。このため、直接表示には不向きですが、エッジ照明には最適です。
• バックライト用白色LEDとの比較：このような単色赤色LEDは、広色域を実現する多色（RGB）バックライトシステムや、特定の赤色照明を必要とするモノクロームディスプレイでよく使用されます。

8. よくある質問（FAQ）

8.1 このLEDを5Vまたは3.3Vのロジック出力から直接駆動できますか？

いいえ。電流を指定された最大値（30mA連続）に制限するために、直列抵抗または定電流ドライバを使用する必要があります。電圧源に直接接続すると過剰な電流が流れ、LEDを破壊する可能性があります。

8.2 ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

ピーク波長（λPeak）は、スペクトルパワーが最も高い物理的な波長です。主波長（λd）は、色科学（CIE図）から導き出された知覚的指標であり、人間の目がLEDの色に一致すると知覚する単一波長を表します。単色LEDの場合、これらはしばしば近い値ですが、同一ではありません。

8.3 直列に何個のLEDを接続できますか？

数は、供給電圧（Vcc）と各LEDの順方向電圧（VF）に依存します。直列接続されたすべてのLEDのVFの合計はVccより小さくなければならず、電流制限素子（抵抗またはレギュレータ）のための十分な余裕が必要です。例えば、12V電源でVF=2.4Vの場合、理論的には4個のLEDを直列に接続できます（4 * 2.4V = 9.6V）。残りの2.4Vが電流制限抵抗に割り当てられます。

8.4 このLEDは自動車用途に適していますか？

動作温度範囲（-55°Cから+85°C）は、多くの自動車要件をカバーしています。しかし、真の自動車グレードコンポーネントは通常、過酷な条件下での振動、湿度、および延長寿命に対する追加の認定を必要とします。このデータシートはAEC-Q101や類似の自動車認定を規定していないため、安全性が重要な用途や外部自動車照明には、さらなる検証なしでは適さない可能性があります。

9. 実践的設計ケーススタディ

シナリオ：小型アクリル製光導波管のサイド照明を必要とする携帯機器用のシンプルな状態インジケータを設計する。

実装：LTST-S220KEKTは優れた選択肢です。発光面をアクリル製光導波管のエッジに合わせてメインPCB上に配置します。3.3Vシステム用の直列抵抗を計算します：R = (3.3V - 2.4V) / 0.020A = 45オーム。標準の47オーム抵抗を選択し、順方向電流は約19.1mAとなり、十分に制限内です。広い指向角により、光導波管への効率的な結合が確保され、デバイスケーシング上のインジケータ出口点で明るく均一な赤色の発光が得られます。

10. 技術原理紹介

LTST-S220KEKTは、アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン（AlInGaP）半導体技術に基づいています。p-n接合に順方向電圧が印加されると、電子と正孔が活性領域に注入され、そこで再結合します。AlInGaPでは、この再結合イベントにより、主に赤色から黄橙色のスペクトルで光子（光）の形でエネルギーが放出されます（正確な合金組成によります）。サイドビューパッケージは、成形されたエポキシレンズを組み込んでおり、放射された光を横方向、つまり実装面と平行に屈折・導光するように形状されています。これは、特定のレンズ曲率とパッケージ内の半導体チップの配置によって実現されています。

11. 業界動向と発展

サイド発光LEDの市場は進化を続けています。主なトレンドは以下の通りです：

• 効率向上：継続的な材料科学の進歩により、AlInGaPや他の色のLEDのルーメン毎ワット（効率）を向上させ、バックライトユニットの消費電力を削減することが目指されています。
• 小型化：より薄いディスプレイやよりコンパクトなデバイスを可能にするために、より小さなパッケージサイズ（例：0603、0402メトリック）への絶え間ない推進があります。
• 統合ソリューション：複数の色（RGB）または白色LEDをドライバや光学系と組み合わせたマルチLEDモジュールまたはライトバーを単一の事前組立ユニットに統合する方向に進んでおり、バックライトの設計と組立を簡素化しています。
• 代替技術：白色バックライトでは、蛍光体変換を伴う青色LEDが依然として主流です。しかし、カラーディスプレイでは、直接発光の赤、緑、青（RGB）LEDまたはミニ/マイクロLEDアレイが、高級ディスプレイにおける優れた色域とローカルディミング機能により、注目を集めています。