サイドビュー 赤色 SMD LED 57-21シリーズ - 外形寸法 2.0x1.25x0.7mm - 順方向電圧 1.75-2.35V - 光度 45-112mcd - 技術文書

1. 製品概要

57-21シリーズは、サイドビュー型の表面実装デバイス（SMD）発光ダイオード（LED）のファミリーです。本資料は、鮮やかな赤色光を発光するAlGaInP（アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン）半導体チップを採用した赤色バリアントについて詳細に説明します。本デバイスは、スペースが限られており、側面発光が求められる用途向けに特別に設計された、コンパクトで薄型のパッケージが特徴です。

1.1 中核的利点と製品ポジショニング

本LEDシリーズの主な設計上の利点は、そのパッケージ構造に起因します。最適化された内部反射器設計により、典型的に120度という広い視野角を実現しています。この特性により、効率的な光結合と均一な側面照明が重要な光導波管（ライトパイプ）アプリケーションに極めて適しています。さらに、低電流で動作するため、消費電力が重要な考慮事項となるバッテリー駆動の携帯電子機器やその他の用途に理想的です。本製品は鉛フリーで製造され、RoHS（有害物質使用制限）指令に準拠しています。

1.2 ターゲットアプリケーション

サイドビューの形状、広視野角、低消費電力という組み合わせが、そのターゲット市場を定義しています。主な応用分野には、フルカラー液晶ディスプレイ（LCD）のバックライト、特にスマートフォン、タブレット、ノートパソコンなどの薄型民生電子機器が含まれます。また、オフィスオートメーション（OA）機器の状態表示灯や、様々な電子機器における従来の小型電球の近代的で効率的な代替品としても適しています。

2. 詳細な技術パラメータ分析

本セクションでは、標準試験条件（Ta=25°C）下で規定された主要な電気的、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 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。通常動作を意図したものではありません。

• 逆電圧（V_R）：5V。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。
• 順方向電流（I_F）：25 mA DC。許容される最大連続電流です。
• ピーク順方向電流（I_FP）：60 mA。これはパルス条件（1 kHz、デューティ比1/10）でのみ許容され、マルチプレクシングや短時間の高輝度信号に有用です。
• 電力損失（P_d）：60 mW。パッケージが熱として放散できる最大電力です。
• 動作・保管温度：それぞれ-40°C ～ +85°C および -40°C ～ +100°Cであり、産業用および広範な環境範囲への適合性を示しています。
• 静電気放電（ESD）：2000V（人体モデル）。組立時に基本的なESD取り扱い注意を必要とする標準レベルです。
• はんだ付け温度：リフローはんだ付けは260°Cで10秒間、手はんだ付けは350°Cでリードあたり最大3秒間と規定されており、PCB実装の熱プロファイル限界を定義します。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータは、標準試験電流 I_F= 10mA で測定され、デバイスの性能を定義します。

• 光度（I_v）：45 mcd（最小）から112 mcd（最大）の範囲で、典型的な許容差は±11%です。これは赤色光出力の知覚される明るさです。
• 視野角（2θ_1/2）：120度（典型）。光度が最大値の半分に低下する全角度であり、広く拡散した発光パターンを確認します。
• 主波長（λ_d）：617.5 nm から 633.5 nm の間。これは赤色光の知覚される色（色相）を定義します。精密な色合わせのために±1 nmの許容差が規定されています。
• ピーク波長（λ_p）：典型的に632 nmで、発光のスペクトルピークを示し、主波長とはわずかに異なる場合があります。
• スペクトル半値幅（Δλ）：典型的に20 nmで、ピーク波長周辺の発光スペクトルの幅を表します。
• 順方向電圧（V_F）：10mA時に1.75Vから2.35Vの間で、許容差は±0.1Vです。これは電流制限回路の設計に極めて重要です。
• 逆電流（I_R）：5V逆バイアス時に最大10 µAで、良好な接合品質を示しています。

3. ビニングシステムの説明

量産における一貫性を確保するため、LEDは性能別にビン（区分）に分類されます。これにより、設計者は色や輝度に関する特定の要件を満たす部品を選択できます。

3.1 主波長ビニング

波長ビンはコードAの下にグループ化され、4つのサブビン（E4、E5、E6、E7）に分割されます。各サブビンは617.5 nmから633.5 nmまでの4 nm範囲をカバーします。これにより、複数のユニット間で一貫した色見えが求められるアプリケーションに不可欠な、非常に特定の赤色の色合いを持つLEDを選択できます。

3.2 光度ビニング

輝度は4つのグループにビニングされます：P1（45-57 mcd）、P2（57-72 mcd）、Q1（72-90 mcd）、Q2（90-112 mcd）。これにより、必要な輝度レベルに基づいた選択が可能となり、消費電力の最適化や特定の測光要件の達成に役立ちます。

3.3 順方向電圧ビニング

順方向電圧はコードBの下に3つのビンにグループ化されます：0（1.75-1.95V）、1（1.95-2.15V）、2（2.15-2.35V）。V_Fのビンを知ることは、特にバッテリー駆動デバイスにおいて、電圧降下と電力損失を最小限に抑える効率的な駆動回路の設計に重要です。

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挙動についてより深い洞察を提供するいくつかの特性曲線が含まれています。

4.1 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）

この曲線は、半導体ダイオードにおける電流と電圧の指数関数的関係を示しています。このLEDの場合、25°Cでは、電圧は非常に低い電流で約1.6Vから、40mAで約2.8Vまで上昇します。この曲線は、動作点を決定し、適切な電流制限抵抗または定電流ドライバを設計するために不可欠です。

4.2 相対光度 vs. 順方向電流

このグラフは、光出力が電流とともに増加するが線形ではないことを示しています。高電流では飽和する傾向があります。さらに、パルス動作（デューティ比1/10）の効果を示しており、平均電力損失限界を超えることなく、瞬間的な高輝度を達成するためにより高いピーク電流を使用できます。

4.3 順方向電流デレーティング曲線

これは重要な熱管理グラフです。周囲温度（T_a）の関数としての最大許容連続順方向電流を示しています。温度が上昇すると、過熱を防ぐために最大電流を低減する必要があります。例えば、85°Cでは、最大連続電流は25°Cでの定格25mAよりも大幅に低くなります。

4.4 スペクトル分布

スペクトルプロットは、LEDの単色性を確認し、典型的な半値幅20 nmで約632 nmに単一のピークを示しています。可視スペクトルの他の部分での発光は最小限であり、これは高純度赤色AlGaInP LEDの特徴です。

4.5 放射パターン（極座標図）

この図は、120度の視野角を視覚的に表しています。強度は極座標グラフ上にプロットされ、0度（チップに対して垂直）で強度が最も高く、中心から±60度で滑らかに50%に減少する、広くランバート的な発光パターンを示しています。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法とフットプリント

本デバイスはコンパクトなサイドビューSMDパッケージを有しています。主要寸法には、本体長約2.0 mm、幅1.25 mm、高さ0.7 mmが含まれます。詳細な機械図面には、パッド位置や許容差（典型的に±0.1mm）を含むすべての重要な寸法が規定されており、これはPCBレイアウトおよび適切なはんだ付けと位置合わせを確保するために不可欠です。

5.2 極性識別

カソードは通常、パッケージ上の印が付いた角または切り欠きによって識別されます。正しい極性を実装時に確認し、正常動作を確保する必要があります。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けパラメータ

本コンポーネントは、ピーク温度260°Cで最大10秒間の鉛フリーリフローはんだ付けプロセスに対応しています。これは標準的なIPC/JEDEC J-STD-020プロファイルに準拠しています。はんだごてによる手はんだ付けも、350°Cでリードあたり最大3秒間許容されますが、熱ダメージを避けるために注意深い技術が必要です。

6.2 湿気感受性と保管

LEDは、リフロー中にポップコーン現象（パッケージクラック）を引き起こす可能性のある湿気吸収を防ぐため、乾燥剤を入れた防湿バリアバッグに梱包されています。密封バッグを開封した後は、部品は指定された時間内（明示されていませんが梱包により暗示されています）に使用するか、はんだ付け前に標準的なMSL（湿気感受性レベル）手順に従ってベーキングする必要があります。

7. 梱包および発注情報

7.1 テープ＆リール仕様

自動組立用に、コンポーネントはエンボス加工されたキャリアテープに巻かれたリールで供給されます。テープ幅、ポケット間隔、リール寸法は、標準的なSMDピックアンドプレース装置と互換性があるように規定されています。各リールには500個が含まれます。

7.2 ラベル説明と品番

リールラベルには、トレーサビリティと正しい適用のための重要な情報が含まれています：品番（PN）、顧客品番（CPN）、数量（QTY）、ロット番号（LOT NO）、および光度（CAT）、主波長（HUE）、順方向電圧（REF）の特定の性能ビン。品番57-21/R6C-AP1Q2B/BFは、シリーズ、色、および特定のビンコードをエンコードしている可能性があります。

8. 信頼性および認定試験

本製品は、信頼度90%、ロット許容不良率（LTPD）10%で実施される一連の信頼性試験を受けています。主要な試験には以下が含まれます：

• リフローはんだ付け：組立熱プロファイルを経ても生存可能であることを検証します。
• 温度サイクル＆サーマルショック：-40°Cから+100°Cまでの熱膨張ストレスに対する堅牢性を試験します。
• 高温／低温保管：極端な非動作条件下での長期安定性を評価します。
• DC動作寿命：20mAでの1000時間寿命試験により、経時的な性能劣化を評価します。
• 高温高湿（85°C/85% RH）：腐食やその他の故障を引き起こす可能性のある湿熱に対する耐性を試験します。

9. アプリケーション提案および設計上の考慮事項

9.1 代表的なアプリケーション回路

最も一般的な駆動方法は、単純な直列抵抗です。抵抗値（R）はオームの法則を使用して計算されます：R = (V_電源- V_F) / I_F。最大V_F(2.35V) を使用して計算することで、部品間のばらつきがあっても電流が所望のレベルを超えないようにします。例えば、5V電源で目標I_Fが10mAの場合：R = (5V - 2.35V) / 0.01A = 265 Ω。標準の270 Ω抵抗が適しています。安定した輝度が必要なアプリケーションや、可変電圧源（バッテリーなど）からの動作では、定電流ドライバの使用が推奨されます。

9.2 光導波管結合のための設計

広い視野角とパッケージ設計は、光導波管に最適化されています。最良の結果を得るには、LEDを光導波管の入口にできるだけ近づけて配置する必要があります。光導波管の材質と仕上げ（例：アクリル、ポリカーボネート）、および曲がりや形状は、最終的な光出力の均一性と効率に影響します。複雑な設計では、光学シミュレーションや試作がしばしば必要です。

9.3 熱管理に関する考慮事項

電力損失は低いですが、高温環境または高電流での連続動作には注意が必要です。デレーティング曲線に従う必要があります。PCBパッド周囲に十分な銅面積を確保することで、放熱を助け、LEDの性能と寿命を維持できます。

10. 技術比較および差別化

このサイドビューLEDシリーズの主要な差別化要因は、その属性の特定の組み合わせです：側面発光の形状、統合反射器によって実現された非常に広い120度の視野角、および高効率赤色光のためのAlGaInP技術の使用。上面発光LEDと比較して、PCB面と平行な照明を提供し、これはエッジライト式ディスプレイに不可欠です。他のサイドビューLEDと比較して、その最適化された内部反射器は、光導波管へのより高い結合効率を目指しています。AlGaInPチップの低い順方向電圧は、一部の古い技術と比較して、より高い全体的な電気効率にも貢献します。

11. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: このLEDを20mAで連続駆動できますか？

A: はい、連続順方向電流の絶対最大定格は25mAですので、周囲温度が限界内であれば（デレーティング曲線参照）、20mAは安全動作領域内です。

Q: なぜ光度（45-112 mcd）にこれほど広い範囲があるのですか？

A: これは全生産範囲です。ビニングシステム（P1、P2、Q1、Q2）を通じて、メーカーと顧客ははるかに狭い輝度範囲内の部品を選択でき、最終製品の一貫性を確保できます。

Q: 主波長とピーク波長の違いは何ですか？

A: ピーク波長（λ_p）は、スペクトルパワーが最も高い単一点です。主波長（λ_d）は、人間の目によって知覚される色を最もよく表す計算値であり、発光スペクトル全体と目の感度を考慮に入れています。λ_dは色指定により関連性が高いです。

Q: 電流制限抵抗は常に必要ですか？

A: はい。LEDは電流駆動デバイスです。その順方向電圧は比較的一定ですが、わずかな電圧上昇で電流が急速に増加する可能性があります。抵抗または能動的な定電流回路は、熱暴走とLEDの破壊を防ぐために不可欠です。

12. 実用的な使用例

シナリオ：携帯型医療機器の状態表示灯の設計

機器には、側面から見える赤色のスタンバイ／充電中表示灯が必要です。十分な視認性のために、Q1輝度ビン（72-90 mcd）の57-21シリーズLEDが選択されます。機器は3.3V安定化電源で駆動されます。バッテリー寿命を長くするために控えめなI_F= 8mAを目標とし、最悪ケースの計算に最大V_F= 2.35Vを使用します：R = (3.3V - 2.35V) / 0.008A = 118.75 Ω。120 Ω抵抗が選択されます。LEDはPCBの端に配置され、機器筐体の小さな窓に光を導く成形アクリル製光導波管と位置合わせされます。広い視野角により、機器が斜めから見られても表示灯が見えることが保証されます。

13. 動作原理の紹介

このLEDにおける発光は、AlGaInPで作られた半導体p-n接合におけるエレクトロルミネセンスに基づいています。順方向電圧が印加されると、n型領域からの電子とp型領域からの正孔が活性領域に注入され、そこで再結合します。この再結合中に放出されるエネルギーは、光子（光）として放出されます。AlGaInP合金の特定の組成がバンドギャップエネルギーを決定し、それが今度は発光の波長（色）を決定します。この場合、赤色スペクトル（～632 nm）です。内部反射器と透明なエポキシレンズは、光出力を所望の広角パターンに形成します。

14. 技術トレンドと背景

57-21シリーズのようなサイドビューSMD LEDは、スペース制約のあるバックライトや表示用途に対する成熟かつ最適化されたソリューションを表しています。このセグメントのトレンドは、さらに小さなパッケージサイズ（例：高さ1.0mm以下）、より高い効率（ワットあたりのルーメン）、およびより厳格なビニングによる改善された色の一貫性に向かって続いています。さらに、電流制限抵抗やICドライバを内蔵したLEDなど、他のコンポーネントとの統合も進んでいます。マイクロLEDや高度なOLEDなどの新しい技術が直接表示アプリケーションに登場していますが、ディスクリートサイドビューLEDのシンプルさ、信頼性、コスト効率の良さは、予見可能な将来において、二次照明および状態表示の役割での継続的な関連性を保証しています。