SMD LED LTST-C190KEKT データシート - AlInGaP 赤色 - 130° 視野角 - 1.7-2.5V - 30mA - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTST-C190KEKTは、自動化されたプリント基板（PCB）実装向けに設計された表面実装デバイス（SMD）LEDランプです。広範な電子機器におけるスペース制約のある用途を目的とした、ミニチュアLEDファミリーに属します。

1.1 中核的利点とターゲット市場

このLEDは、現代の電子機器製造に適したいくつかの主要な利点を提供します。主な特徴には、RoHS（有害物質使用制限）指令への準拠、効率的な赤色光発光のための超高輝度AlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）半導体チップの採用、標準的な自動ピックアンドプレース装置に対応した7インチ径リールに巻かれた8mmテープ上でのパッケージングが含まれます。また、このデバイスは、大量生産のSMD実装における業界標準である赤外線（IR）リフローはんだ付けプロセスにも対応するように設計されています。

ターゲットアプリケーションは多岐にわたり、部品の汎用性を反映しています。主要な市場には、通信機器（例：コードレス電話、携帯電話）、オフィスオートメーション機器（例：ノートパソコン、ネットワークシステム）、家電製品、屋内看板やディスプレイアプリケーションが含まれます。これらのデバイス内での具体的な機能用途としては、キーパッドやキーボードのバックライト、状態表示、マイクロディスプレイ、信号やシンボルの照明などが挙げられます。

2. 技術パラメータ：詳細な客観的解釈

LTST-C190KEKTの性能は、周囲温度（Ta）25°Cで規定された、絶対最大定格および標準的な電気的・光学的特性のセットによって定義されます。

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発生する可能性がある限界を定義します。いかなる動作条件下でもこれを超えてはなりません。

• 消費電力（Pd）：75 mW。これはLEDパッケージが熱として放散できる最大電力です。
• ピーク順電流（I_F(PEAK)）：80 mA。これは最大瞬間順電流であり、デューティサイクル1/10、パルス幅0.1msのパルス条件下でのみ許容されます。
• 直流順電流（I_F）：30 mA。これは信頼性の高い長期動作のための最大連続順電流です。
• 逆電圧（V_R）：5 V。この値を超える逆電圧を印加すると、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。
• 赤外線はんだ付け条件：ピーク温度260°Cを10秒間耐えます。これは鉛フリー（Pbフリー）はんだリフロープロファイルの典型的な条件です。

2.2 電気的・光学的特性

これらは標準試験条件下で測定される代表的な性能パラメータです。

• 光度（I_V）：順電流（I_F）20mAにおいて、28.0 から 112.0 mcd（ミリカンデラ）。光度は、明所視（CIE）人間の目の応答曲線に近似するセンサーとフィルターの組み合わせを使用して測定されます。
• 視野角（2θ_1/2）：130度。これは、中心軸（0°）で測定された値の半分に光度が低下する全角度です。このような広い視野角は、集光ビームではなく、広く拡散した照明を必要とするアプリケーションに適しています。
• ピーク発光波長（λ_P）：632.0 nm（ナノメートル）。これはスペクトルパワー出力が最も高い波長です。
• 主波長（λ_d）：I_F=20mAにおいて、617.0 から 631.0 nm。これはCIE色度図から導出され、光の知覚される色を最もよく表す単一波長を示します。この範囲は個々のユニット間の潜在的なばらつきを示しています。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：20 nm。これはスペクトル帯域幅を示し、発光ピークの半値全幅（FWHM）として測定されます。
• 順電圧（V_F）：I_F=20mAにおいて、1.7 から 2.5 V。これはLEDが動作時の両端電圧降下です。この範囲は、半導体材料における通常の製造ばらつきを考慮しています。
• 逆電流（I_R）：逆電圧（V_R）5Vにおいて、最大10 μA（マイクロアンペア）。

3. ビンニングシステムの説明

最終製品の輝度の一貫性を確保するため、LEDは製造後に性能ビンに分類されることがよくあります。

3.1 光度ビンコード

赤色のLTST-C190KEKTの場合、光度は20mAで測定し、以下のようにビン分類されます：

• ビンコード N：最小28.0 mcd、最大45.0 mcd。
• ビンコード P：最小45.0 mcd、最大71.0 mcd。
• ビンコード Q：最小71.0 mcd、最大112.0 mcd。

各ビンの限界値には+/-15%の許容差が適用されます。このビンニングにより、設計者はアプリケーションに必要な保証された最低輝度を持つLEDを選択でき、マルチLEDアレイで均一な外観を実現する上で重要です。

4. 性能曲線分析

データシート（例：5/11ページ）で特定のグラフ曲線が参照されていますが、ここではその典型的な意味合いを分析します。

4.1 順電流対順電圧（I-V曲線）

LEDのI-V特性は非線形です。ここで使用されているAlInGaP材料の場合、20mAにおける典型的な順電圧範囲は1.7Vから2.5Vです。曲線は、オン閾値を超えたわずかな電圧の増加が電流の急速な増加につながることを示しています。したがって、LEDは熱暴走や破壊を防ぐために、定電圧源ではなく、電流制限付きの電源で駆動する必要があります。

4.2 光度対順電流

光出力（光度）は、実用的な動作範囲内では順電流にほぼ比例します。ただし、チップ内での発熱増加により、非常に高い電流では効率が低下する可能性があります。推奨される20mAの試験条件以下で動作させることで、最適な性能と長寿命が確保されます。

4.3 スペクトル分布

発光スペクトルは632 nm（ピーク）を中心とし、半値幅は約20 nmです。これは比較的純粋な赤色を定義します。主波長（617-631 nm）が知覚される色合いを決定します。この範囲内のばらつきは正常であり、製造プロセスを通じて管理されます。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法と極性識別

LEDは標準的なSMDパッケージに収められています。レンズ色はウォータークリアですが、光源はAlInGaPチップからの赤色光を発します。特に指定がない限り、すべての寸法は標準公差±0.1 mmでミリメートル単位で提供されます。パッケージには、実装時の正しい向き（極性）のための特徴（通常はボディ上のマーキングや非対称形状）が含まれており、デバイスが機能するためには正しい極性が不可欠です。

5.2 推奨PCB実装パッドレイアウト

リフロープロセス中および後の適切なはんだ接合部の形成、機械的安定性、熱管理を確保するために、PCBの推奨ランドパターン（フットプリント）が提供されています。この設計に従うことは、信頼性の高いはんだ接続を実現し、PCBトレースを通じてLED接合部からの放熱を管理するために重要です。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けパラメータ

このデバイスは、鉛フリー（Pbフリー）実装に不可欠な赤外線リフローはんだ付けプロセスに対応しています。JEDEC標準に準拠した推奨プロファイルが提供されています。主要なパラメータは以下の通りです：

• プリヒート：150°C から 200°C。
• プリヒート時間：最大120秒。
• ピーク温度：最大260°C。
• 液相線以上時間（ピーク時）：最大10秒。デバイスはこのプロファイルを最大2回まで耐えることができます。

最適なプロファイルは、特定のPCB設計、部品、はんだペースト、オーブンに依存するため、特定のアプリケーションでの特性評価が推奨されることが強調されています。

6.2 手はんだ（はんだごて）

手はんだが必要な場合は、細心の注意が必要です：

• はんだごて温度：最大300°C。
• はんだ付け時間：パッドあたり最大3秒。
• 頻度：熱ストレスを避けるため、これは1回のみ行うべきです。

6.3 保管条件

適切な保管は、はんだ付け性とデバイスの完全性を維持するために不可欠です。

• 密封パッケージ（防湿バッグ）：温度≤30°C、相対湿度（RH）≤90%で保管。乾燥剤入りの元の防湿バッグ内で保管した場合の保管寿命は1年です。
• 開封済みパッケージ：周囲環境は30°Cまたは60% RHを超えてはなりません。元の包装から取り出した部品は、1週間以内にIRリフローする必要があります（湿気感受性レベル3、MSL 3に相当）。元のバッグ外での長期保管の場合は、乾燥剤入りの密閉容器または窒素デシケーターを使用してください。開封状態で1週間以上保管された部品は、はんだ付け前に約60°Cで少なくとも20時間ベーキングして吸収した湿気を除去し、リフロー中のポップコーン現象を防止する必要があります。

6.4 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、指定された溶剤のみを使用してください。LEDを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に1分未満浸漬することは許容されます。指定外の化学薬品はプラスチックパッケージやレンズを損傷する可能性があります。

7. アプリケーション提案と設計上の考慮事項

7.1 駆動回路設計

LEDは電流駆動デバイスです。特に複数のLEDを並列に使用する場合、一貫した輝度を確保するために、各LEDには直列に接続された独自の電流制限抵抗が必要です。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。ここで、V_Fは所望の電流I_FにおけるLEDの順電圧です。個々のV_Fのばらつきにより電流、ひいては輝度に大きな差が生じる可能性があるため、複数の並列LEDに共通の抵抗を使用することは推奨されません。

7.2 熱管理

消費電力は比較的低い（最大75mW）ですが、適切な熱設計はLEDの寿命を延ばし、安定した光出力を維持します。推奨されるPCBパッドレイアウトを使用することで、LED接合部からの熱伝導が助けられます。最大定格である30mA DCよりも低い電流でLEDを動作させることで、接合部温度が低下し、長期信頼性が向上します。

7.3 静電気放電（ESD）対策

LEDは静電気放電や電圧サージに敏感です。潜在的または致命的な損傷を防ぐためには、取り扱い時の注意が必要です。デバイスを取り扱う際は、接地されたリストストラップまたは静電気防止手袋の使用が推奨されます。ワークステーションやはんだごてを含むすべての設備は、適切に接地されている必要があります。

8. 包装および注文情報

8.1 テープおよびリール仕様

LTST-C190KEKTは、7インチ（178mm）径のリールに巻かれた8mm幅のエンボスキャリアテープ上で標準供給されます。この包装は、自動ハンドリングのためのANSI/EIA-481仕様に準拠しています。

• 1リールあたりの数量：4000個。
• 端数最小注文数量（MOQ）：500個。
• ポケットカバレッジ：テープ上の空の部品ポケットは、トップカバーテープで密封されています。
• 欠品：1リール上で許容される連続欠品ランプの最大数は2個です。

機械設定と互換性確認のため、テープポケットおよびリールの詳細な寸法図がデータシートに提供されています。

9. 技術比較と差別化

LTST-C190KEKTは、AlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）半導体材料を採用しています。従来の標準GaAsP（ガリウムヒ素リン）赤色LEDなどの技術と比較して、AlInGaPは著しく高い発光効率を提供し、同じ駆動電流でより明るい出力を実現します。また、通常、光出力と波長の両方においてより優れた温度安定性を提供します。広い130度の視野角は、狭いビームを持つLEDとの差別化を図る設計上の選択であり、広い角度から視認する必要があるエリア照明や状態インジケータに理想的です。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

10.1 ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

ピーク波長（λ_P）：LEDが最も多くの光パワーを発する特定の波長。スペクトルからの物理的測定値です。
主波長（λ_d）：人間の目が知覚する光の色に対応する、CIE色度図から計算された値。赤色LEDのような単色光源の場合、これらはしばしば近い値になりますが、λ_dが色指定やビンニングに使用されるパラメータです。

10.2 LEDをその典型的な順電圧で駆動する場合でも、なぜ電流制限抵抗が必要なのですか？

順電圧（V_F）には許容範囲（1.7Vから2.5V）があります。一定の2.0Vを印加した場合、V_Fが1.7Vの低いLEDは過剰な電流を引き込み、V_Fが2.5Vの高いLEDはまったく点灯しない可能性があります。さらに重要なことに、V_Fは温度の上昇とともに低下します。定電圧源は熱暴走を引き起こす可能性があります：LEDが加熱されるとV_Fが低下し、電流が増加し、より多くの熱が発生し、さらにV_Fが低下し、故障に至ります。直列抵抗（または、より良いのは定電流ドライバ）は負のフィードバックを提供し、動作点を安定させます。

10.3 このLEDを3.3Vまたは5Vのロジック信号で直接駆動できますか？

できません。3.3Vまたは5Vのデジタル出力ピンに直接接続すると、その電圧がLEDの両端に印加されます。典型的なV_Fが~2.0Vの場合、過剰な電圧により非常に高い電流が流れ、チップと出力ピンの小さな内部抵抗によってのみ制限され、LEDを瞬時に破壊する可能性があります。電圧源からLEDを駆動する場合は、常に直列の電流制限抵抗を使用する必要があります。

11. 実用的なアプリケーション例

シナリオ：ネットワークルーター用のマルチLED状態表示パネルの設計。
パネルには、電源、インターネット接続、Wi-Fiアクティビティなどを示す5つの赤色状態LEDが必要です。システムは3.3V電源ラインを使用します。
設計手順：
1. 動作電流の選択：I_F= 20mAを選択します。これは標準試験条件であり、安全動作領域内で良好な輝度を提供します。
2. 抵抗値の計算：保守的な設計のために、データシートの最大V_F（2.5V）を使用し、高V_Fの部品でもすべてのLEDが点灯することを保証します。R = (3.3V - 2.5V) / 0.020A = 40オーム。最も近い標準値は39オームまたは43オームです。
3. 抵抗での電力の確認： P_R= I_F²* R = (0.02)²* 39 = 0.0156W。標準の1/10W（0.1W）抵抗で十分です。
4. 回路レイアウト：5つの同一回路を実装し、それぞれに1つのLEDと1つの39オーム抵抗を直列に接続し、すべて3.3V電源ラインと、出力として設定された個々のマイクロコントローラGPIOピンの間に接続します。ピンをLOW（0V）に駆動すると回路が完成し、LEDが点灯します。
5. PCB設計：データシートの推奨ランドパターンを使用します。20mAの電流に対して十分なトレース幅を確保します。

12. 動作原理の紹介

発光ダイオード（LED）は、エレクトロルミネ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p-n接合に順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接合領域に注入されます。電子が正孔と再結合すると、伝導帯の高いエネルギー状態から価電子帯の低いエネルギー状態に落ちます。このエネルギー差は光子（光粒子）の形で放出されます。放出される光の波長（色）は、半導体材料のバンドギャップエネルギーによって決定され、これはここで使用されているAlInGaP化合物の基本的な特性であり、赤色光の発光をもたらします。

13. 技術トレンド

光エレクトロニクス産業は、LTST-C190KEKTのようなSMD LEDに影響を与えるいくつかの主要なトレンドとともに進化し続けています。発光効率（入力電力あたりの光出力）の向上に向けた絶え間ない推進があり、エネルギー効率が改善されています。小型化は依然として重要であり、光学性能を維持または向上させながら、より小さなパッケージサイズが追求されています。さまざまな環境条件下での信頼性の向上と動作寿命の延長も主要な開発目標です。さらに、色の一貫性が最も重要である高品質ディスプレイおよび照明アプリケーションの要求を満たすために、色と輝度のより厳しいビンニング公差が標準になりつつあります。