SMD LED LTST-008EGSW 仕様書 - 白色拡散レンズ - マルチチップ（赤、緑、黄） - 技術文書

1. 製品概要

LTST-008EGSWは、白色拡散レンズを備え、単一のEIA標準パッケージ内に3つの異なるLEDチップを内蔵した表面実装デバイス（SMD）LEDです。この部品は自動化されたプリント基板（PCB）実装プロセス向けに設計されており、大量生産に適しています。そのコンパクトなフォームファクタは、様々な電子分野におけるスペース制約のあるアプリケーションのニーズに対応します。

1.1 中核的利点

• マルチカラー光源：赤（AlInGaP）、緑（InGaN）、黄（AlInGaP）チップを統合し、単一の部品占有面積内で柔軟な色表示または混合を可能にします。
• プロセス互換性：自動ピックアンドプレース装置および赤外線（IR）リフローはんだ付けプロセスとの互換性を考慮して設計されており、効率的なPCB実装をサポートします。
• 環境適合性：本製品はRoHS（有害物質使用制限）指令に準拠しています。
• 標準化された包装：テープアンドリール形式（7インチリール上の12mmテープ）で供給され、自動ハンドリングを容易にします。

1.2 ターゲット市場とアプリケーション

このLEDは、幅広い民生用、産業用、通信機器向け電子機器をターゲットとしています。主なアプリケーション分野には、通信機器、オフィスオートメーションシステム、家電製品、各種産業用制御装置などのデバイスにおける状態表示、信号およびシンボル照明、フロントパネルバックライトが含まれます。

2. 詳細な技術パラメータ分析

以下のセクションでは、LTST-008EGSWに規定されている主要な電気的、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発生する可能性がある限界を定義します。周囲温度（Ta）25°Cで規定されています。

• 電力損失（Pd）：赤/黄：78 mW；緑：64 mW。このパラメータは、LEDが熱として放散できる最大電力を示します。この値を超えると熱劣化のリスクがあります。
• 順方向電流：DC順方向電流：赤/黄：30 mA；緑：20 mA。ピーク順方向電流（1/10デューティサイクル）は全色で80 mAです。設計者は、信頼性の高い長期動作のために、動作電流がDC定格以下に保たれるようにする必要があります。
• 温度範囲：動作：-40°C ～ +85°C；保管：-40°C ～ +100°C。これらの範囲は、デバイスが使用中および非動作期間中に耐えられる環境条件を定義します。

2.2 電気光学特性

これらは、特定の試験条件（Ta=25°C）下で測定された代表的な性能パラメータです。

• 光度（Iv）及び光束（Φv）：異なる順方向電流（赤/黄：20mA、緑：5mA）で測定されます。値はビニングされています（セクション3参照）。例えば、赤と緑の最小光度は280 mcd、黄は112 mcdです。視野角（2θ1/2）は拡散レンズに典型的な広い120度であり、広い発光パターンを提供します。
• 分光特性：
  • ピーク波長（λP）：赤：632 nm、緑：518 nm、黄：591 nm。
  • 主波長（λd）：知覚される色を定義する単一波長。範囲が規定され、ビニングされています（例：赤：617-630 nm）。
  • スペクトル線半値幅（Δλ）：緑は30 nmで最も広いスペクトル幅を持ち、赤と黄の15 nmと比較されます。これはInGaN材料系の特徴です。
• 順方向電圧（Vf）：指定された試験電流におけるLED両端の電圧降下。範囲は：赤：1.7-2.6V、緑：2.4-3.2V、黄：1.8-2.6V。これは駆動回路設計における重要なパラメータです。
• 逆方向電流（Ir）：VR=5V時、最大10 μA。データシートは、デバイスが逆方向動作向けに設計されていないことを明示的に注記しています。この試験は品質保証のみを目的としています。

3. ビニングシステムの説明

LTST-008EGSWは、主要な光学パラメータに基づいてユニットを分類するビニングシステムを採用しており、アプリケーション性能の一貫性を確保します。

3.1 光度（IV）ビニング

LEDは、その光束および光度出力に基づいてビンに仕分けられます。各ビンには最小値と最大値があり、ビン内の許容差は+/-11%です。

• 赤 & 緑：ビン F, G, H を使用（例：ビン F: 280-450 mcd、ビン H: 710-1120 mcd）。
• 黄：ビン D, E, F を使用（例：ビン D: 112-180 mcd、ビン F: 280-450 mcd）。

これにより、設計者はアプリケーション要件に適した輝度グレードを選択できます。

3.2 主波長（WD）ビニング

LEDはまた、その色の正確な色合い（主波長）によってもビニングされ、ビンごとの許容差は+/-1 nmです。

• 赤：単一ビン K（617.0 - 630.0 nm）。
• 緑：ビン P（520.0-530.0 nm）および Q（530.0-540.0 nm）。
• 黄：ビン H（584.5-589.5 nm）および J（589.5-594.5 nm）。

これにより、色の一貫性が確保されます。これは、マルチLEDディスプレイや状態表示など、正確な色合わせが必要なアプリケーションにおいて極めて重要です。

4. 性能曲線分析

データシートで特定のグラフィカルデータが参照されていますが（例：図1、図5）、このようなLEDの典型的な曲線には以下が含まれます：

• I-V（電流-電圧）曲線：各チップ色の順方向電流と順方向電圧の間の非線形関係を示します。曲線は通常、半導体材料に固有のしきい値電圧（電流が著しく増加し始める点）を持ちます（赤/黄 AlInGaPが最も低く、緑 InGaNがより高い）。
• 光度 vs. 順方向電流（I-Iv曲線）：光出力が電流とともにどのように増加するかを示し、推奨動作範囲内ではほぼ線形関係にあり、非常に高い電流では熱効果により効率が低下します。
• 温度依存性：光度は一般に、接合温度が上昇すると減少します。正確な係数は材料によって異なり、InGaN（緑）はAlInGaP（赤/黄）と比較してしばしば異なる熱的挙動を示します。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法とピン割り当て

デバイスはEIA標準SMDパッケージ外形に準拠しています。すべての寸法はミリメートル単位で、代表的な公差は±0.1 mmです。マルチチップ構成のピン割り当ては明確に定義されています：赤チップ用ピン（1,2）および3、緑チップ用ピン4および5、黄チップ用ピン6および（7,8）。この情報は、正しいPCBレイアウトと電気的接続にとって重要です。

5.2 推奨PCB実装パッド

適切なはんだ付けと機械的安定性を確保するために、ランドパターン設計が提供されています。この推奨フットプリントに従うことは、リフロー中の信頼性の高いはんだ接合を達成し、LEDからの放熱を管理するために不可欠です。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

6.1 IRリフローはんだ付けプロファイル

J-STD-020B標準を参照した、鉛フリーはんだプロセス用の推奨リフロープロファイルが提供されています。主要パラメータには、予熱ゾーン（通常150-200°C）、液相線以上の規定時間、260°Cを超えないピーク温度が含まれます。このプロファイルに従うことは、熱衝撃およびLEDパッケージまたは内部ダイボンドへの損傷を防ぐために重要です。

6.2 保管および取り扱い

LEDは湿気に敏感です。密封された防湿バッグ（乾燥剤入り）が未開封の場合、保管条件は≤30°C、≤70% RHとし、1年以内に使用する必要があります。バッグを開封した後は、リフローはんだ付け前に工場条件（≤30°C / ≤60% RH）での暴露時間が168時間を超えないようにする必要があります。暴露がこの制限を超えた場合、吸収された湿気を除去し、リフロー中のポップコーン現象を防ぐために、ベーキング処理（例：60°Cで48時間）が推奨されます。

6.3 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、常温で1分未満、エチルアルコールやイソプロピルアルコールなどの指定溶剤のみを使用する必要があります。指定外の化学薬品はプラスチックレンズやパッケージを損傷する可能性があります。

7. 包装および注文情報

標準包装は、7インチ（178mm）直径リール上の12mm幅エンボスキャリアテープです。各リールには4000個が含まれます。テープはカバーテープで密封されています。包装はEIA-481-1-B仕様に従います。残数については、最小注文数量500個が規定されています。

8. アプリケーション推奨事項および設計上の考慮点

8.1 代表的なアプリケーション回路

各色チップは、直列に電流制限抵抗を接続して独立して駆動する必要があります。抵抗値（R）は次の式で計算されます：R = (電源電圧 - Vf_LED) / If。ここで、Vf_LEDは所望の動作電流（If）における特定チップの順方向電圧です。この計算にデータシートの最大Vfを使用することで、部品間のばらつきがあっても電流が制限を超えないようにします。

8.2 熱管理

電力損失は低いですが、特に最大定格近くで動作する場合、LEDの性能と寿命を維持するためには、PCB上の適切な熱設計が重要です。推奨PCBパッド設計は熱伝達を助けます。パッド周囲の十分な銅面積と、他の層への熱ビアの可能性を確保することで、接合温度の管理に役立ちます。

8.3 光学設計

白色拡散レンズは、広いランバート型の発光パターン（120度視野角）を提供します。これは広角視認性を必要とするアプリケーションに理想的です。より集光した光が必要な場合は、二次光学系が必要になります。設計者は、均一な見かけの明るさや特定の色混合比を目指す際に、3色の異なる光度を考慮する必要があります。

9. 技術比較および差別化

LTST-008EGSWの主な差別化点は、白色拡散レンズを備えた単一の標準SMDパッケージ内に3つの異なるLEDチップ（赤、緑、黄）を統合している点にあります。これは以下と対照的です：

• 単色SMD LED：デバイスごとに1色のみを提供します。
• RGB LED：フルカラー混合のために赤、緑、青チップを統合します。ここでのRGY組み合わせは、特定の表示色ニーズ（例：交通信号シミュレーション、特定のステータスコード）に合わせて調整されており、赤+緑から黄色を作るRGB LEDと比較して、黄色領域でより高い効率を提供する可能性があります。
• クリアレンズ vs. 拡散レンズ：拡散レンズは、一部の前方強度を犠牲にして、はるかに広く均一な視野角を実現します。これはフロントパネル表示器にしばしば好まれます。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 3つのチップすべてを最大DC電流で同時に駆動できますか？

A: できません。電力損失の絶対最大定格（赤/黄：78 mW、緑：64 mW）を遵守する必要があります。すべてのチップを最大電流で同時駆動すると、パッケージ全体の電力損失限界を超え、過熱につながる可能性があります。そのような動作には詳細な熱解析が必要です。

Q: なぜ緑チップの試験電流（5mA）は赤/黄（20mA）と異なるのですか？

A: これは一般的な慣行です。なぜなら、InGaNベースの緑色LEDは、AlInGaPベースのLEDと比較して、通常、低電流でより高い発光効率（単位電流あたりの光出力）を持つためです。5mAで規定することは、ビニング目的で同等の輝度レベルを提供し、一般的な動作点を反映している可能性があります。

Q: ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

A: ピーク波長（λP）は、LEDの分光パワー分布曲線の最高点における波長です。主波長（λd）は、CIE色度図上の色座標から導出され、LEDの知覚される色に一致する純粋な単色光の単一波長を表します。色仕様にはλdの方がより関連性があります。

11. 実用的なアプリケーション例

シナリオ：マルチステートシステム状態表示器

ネットワークルーターは、単一のLTST-008EGSWを使用して複数の動作状態を表示します：

- 赤（点灯）：起動/エラー状態（15mAで駆動）。

- 緑（点滅）：データアクティビティ（5mAで駆動、パルス）。

- 黄（点灯）：スタンバイ/アイドルモード（15mAで駆動）。

- 赤+緑（オレンジ色に見える）：警告状態（色を混合するために両方を低電流で駆動）。

この設計により、3つの別々のLED配置が必要だったものを1つに統合し、PCBスペースを節約し、フロントパネル設計を簡素化します。広い視野角により、様々な角度からの視認性が確保されます。

12. 動作原理

LEDにおける発光は、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、電子と正孔が活性領域に注入され、そこで再結合し、光子（光）の形でエネルギーを放出します。光の特定の波長（色）は、使用される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ます：

- AlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン化物）：赤および黄チップに使用され、赤から黄橙色スペクトルで高効率の光を生成することができます。

- InGaN（インジウムガリウム窒化物）：緑チップに使用され、この材料系は青から緑スペクトル全体にわたる光を生成することができます。白色拡散レンズは個々のチップからの光を散乱し、外側から均一でブレンドされた外観を作り出します。

13. 技術トレンド

LTST-008EGSWのようなマルチチップSMD LEDの開発は、オプトエレクトロニクスにおけるいくつかの進行中のトレンドと一致しています：

- 小型化と統合：複数の機能（色）を単一パッケージに組み合わせることで、基板スペースを節約し、部品点数を減らし、実装を簡素化します。

- 効率向上：InGaNやAlInGaPなどの材料の継続的な改善により、発光効率（ワットあたりのルーメン数）が向上し、低電流でのより明るい出力または消費電力の削減が可能になります。

- 高度なパッケージング：パッケージ設計と材料の改善により、熱性能が向上し、過酷な環境下でのより高い電力密度と信頼性の高い動作が可能になります。高温リフローに耐性のある材料の使用は標準的です。

- アプリケーション特化型ソリューション：このRGY LEDのような部品への移行は、単なる汎用単色デバイスではなく、特定のアプリケーションニーズに最適化されたソリューションを提供するトレンドを示しています。