SMD RGB LED LTST-S32F1KT-5A データシート - フルカラーチップ - 電圧1.6-3.1V - 電力75-80mW - 技術文書

1. 製品概要

LTST-S32F1KT-5Aは、コンパクトなサイドビュー型フルカラー表面実装（SMD）LEDランプです。単一パッケージ内に、赤色発光用のAlInGaPチップと、緑色・青色発光用の2つのInGaNチップという3つの異なる半導体チップを統合しています。この構成により、3つのチャネルを個別または組み合わせて制御することで、広範な色スペクトルを生成することが可能です。本デバイスは自動プリント基板（PCB）実装プロセス向けに設計されており、はんだ付け性を向上させたスズメッキ端子を備え、鉛フリー（Pbフリー）リフローはんだ付けプロファイルとの互換性があります。

主な設計目的は、状態表示、バックライト、またはシンボリックな照明が必要なスペースに制約のあるアプリケーション向けに、信頼性の高い高輝度RGB光源を提供することです。そのミニチュアフットプリントと側面発光レンズプロファイルは、前面スペースが限られているが側面視認性が重要な薄型民生電子機器、通信機器、産業用制御パネルへの組み込みに特に適しています。

1.1 特長

• RoHS（有害物質使用制限）指令に準拠。
• ウォータークリアレンズを採用したサイドビュー光学設計。
• 超高輝度InGaN（緑/青用）およびAlInGaP（赤用）半導体技術を採用。
• 自動実装機用の標準7インチ径リールに収納された8mmテープにパッケージング。
• EIA（電子工業会）標準パッケージ外形に準拠。
• 入力ロジック互換（I.C.互換）で、マイクロコントローラやドライバ回路とのインターフェースが容易。
• 大量生産向け赤外線（IR）リフローはんだ付けプロセスに完全対応。

1.2 アプリケーション

• 通信機器（例：携帯電話基地局、ルーター）。
• オフィスオートメーション機器（例：プリンター、スキャナー、複合機）。
• 家電製品のインジケータパネルおよび制御インターフェース。
• 産業機器の状態および故障表示器。
• 携帯機器のキーパッドおよびキーボードバックライト。
• 汎用状態表示および電源表示器。
• マイクロディスプレイおよびアイコン照明。
• 制御パネル内の信号およびシンボル照明器具。

2. 技術パラメータ：詳細な客観的解釈

本セクションでは、定義された試験条件下におけるデバイスの動作限界および性能特性の詳細な分析を提供します。特に断りのない限り、すべてのデータは周囲温度（Ta）25°Cで規定されています。

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のある応力限界を定義します。これらの限界値付近または限界値での連続動作は推奨されません。

• 電力損失（Pd）：赤：75 mW、緑/青：80 mW。これはパッケージ内で熱として許容される最大電力損失です。
• ピーク順電流（I_F(PEAK)）：赤：80 mA、緑/青：100 mA。熱過負荷を防ぐため、パルス条件（デューティ比1/10、パルス幅0.1ms）でのみ適用可能。
• 直流順電流（I_F）：赤：30 mA、緑/青：20 mA。信頼性の高い長期動作のために推奨される最大連続順電流。
• 動作温度範囲：-20°C ～ +80°C。デバイスが機能するように設計された周囲温度範囲。
• 保存温度範囲：-30°C ～ +100°C。デバイスが通電されていない場合の許容温度範囲。
• 赤外線はんだ付け条件：ピーク温度260°Cを10秒間耐える。これは湿気感受性レベル（MSL）およびリフロー能力を定義します。

2.2 電気的・光学的特性

これらは標準試験条件（I_F= 5mA、Ta=25°C）で測定された代表的な性能パラメータです。

• 光度（I_V）：ミリカンデラ（mcd）で測定。最小値：赤：18.0 mcd、緑：45.0 mcd、青：11.2 mcd。最大値：赤：45.0 mcd、緑：180.0 mcd、青：45.0 mcd。この広い範囲はビニングシステムによって管理されます。
• 指向角（2θ_1/2）：代表値130度。これは光度がピーク光度の半分になる全角であり、ビーム幅を定義します。
• ピーク発光波長（λ_p）：代表値：赤：632 nm、緑：520 nm、青：468 nm。スペクトルパワー分布が最大となる波長。
• 主波長（λ_d）：人間の目がLEDの色と一致すると知覚する単一波長。範囲：赤：617-631 nm（代表値 624 nm）、緑：520-540 nm（代表値 527 nm）、青：463-477 nm（代表値 470 nm）。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：代表値：赤：17 nm、緑：35 nm、青：26 nm。最大強度の半分で測定されるスペクトル帯域幅であり、色純度を示します。
• 順電圧（V_F）：I_F=5mA時。範囲：赤：1.6 - 2.3 V、緑：2.7 - 3.1 V、青：2.7 - 3.1 V。このパラメータもビニングされます。
• 逆電流（I_R）：V_R= 5V時、最大10 µA。LEDは逆バイアス動作用に設計されていません。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

生産における色と明るさの一貫性を確保するため、LEDは性能ビンに分類されます。LTST-S32F1KT-5Aは、順電圧（V_F）と光度（I_V）を別々にビニングします。

3.1 順電圧（V_F）ビニング

緑および青チップ（I_F=5mAで試験）：

- ビンコード E7: V_F= 2.70V ～ 2.90V。

- ビンコード E8: V_F= 2.90V ～ 3.10V。

各ビンの許容差は±0.1V。赤チップのV_Fは規定されていますが、本文書ではビニングされていません。

3.2 光度（I_V）ビニング

I_F=5mAで測定。各ビンの許容差は±15%。

青：L (11.2-18.0 mcd)、M (18.0-28.0 mcd)、N (28.0-45.0 mcd)。

緑：P (45.0-71.0 mcd)、Q (71.0-112.0 mcd)、R (112.0-180.0 mcd)。

赤：M (18.0-28.0 mcd)、N (28.0-45.0 mcd)。

ビンコードは包装に印字されており、設計者は複数LEDアレイ用に輝度が一致したLEDを選択することができます。

4. 性能曲線分析

代表的な性能曲線は、主要パラメータ間の関係を示しています。これらは回路設計および熱管理に不可欠です。

• 相対光度 vs. 順電流：各色の駆動電流と光出力の非線形関係を示します。推奨直流電流を超えて動作すると、効果が逓減し発熱が増加します。
• 相対光度 vs. 周囲温度：接合温度が上昇すると光出力が減少する熱消光効果を示します。高温環境では適切な放熱または電流の定格低下が必要です。
• 順電圧 vs. 順電流：ダイオードのI-V特性を示します。動的抵抗は、ターンオン電圧以上の曲線の傾きから推測できます。
• スペクトル分布：各チップの相対放射パワーと波長の関係を示すグラフで、ピーク（λ_p）とスペクトル幅（Δλ）を強調しています。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

本デバイスは標準SMD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PCB設計のためのランドパターン（フットプリント）推奨値が含まれます。特に指定のない限り、すべての寸法はミリメートル単位で、標準公差は±0.1mmです。詳細な図面でピン割り当てを規定：ピン1は赤のアノード、ピン2は緑のアノード、ピン3は青のアノード。3つのチップすべてのカソードは内部でピン4に接続されています。

5.2 推奨PCBパッド設計および極性

リフロー中に適切なはんだ接合部を形成するために、ランドパターン図が提供されています。この設計ははんだフィレットを考慮し、トゥームストーニングを防止します。極性は、デバイス本体のマーキング（通常はドットまたは面取りされた角）によってピン1（赤）に対応して明確に示されています。

6. はんだ付け・実装ガイドライン

6.1 推奨IRリフロープロファイル（Pbフリープロセス）

時間-温度グラフで推奨リフローはんだ付けプロファイルを定義：

- プリヒート：150-200°C、最大120秒。

- リフロー：ピーク温度260°C以下。

- 260°C以上での時間：最大10秒。

- 通過回数：最大2回のリフローサイクル。

はんだごてによる手はんだの場合：温度≤300°C、時間≤3秒、1回のみ。

6.2 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、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されたアルコール系溶剤のみを使用してください。常温で1分未満の浸漬とします。指定外の化学薬品はエポキシレンズまたはパッケージを損傷する可能性があります。

6.3 保管・取り扱い

• ESD対策：本デバイスは静電気放電（ESD）に敏感です。取り扱いには接地リストストラップ、帯電防止マット、適切に接地された設備が必要です。
• 湿気感受性：MSL 3としてパッケージング。元の防湿バッグを開封後、部品は工場フロア条件（≤30°C/60% RH）下で1週間（168時間）以内にリフローはんだ付けする必要があります。バッグから出した状態で長期間保管する場合は、ドライキャビネットまたは乾燥容器を使用してください。1週間を超えて暴露された部品は、ポップコーン現象を防ぐためにリフロー前にベーキング（例：60°Cで20時間）が必要です。

7. 包装・発注情報

7.1 テープおよびリール仕様

本デバイスは、保護カバーテープ付きのエンボスキャリアテープに供給され、7インチ（178mm）径リールに巻き取られています。

- 1リールあたりの数量：3000個。

- 端数品の最小発注数量：500個。

- テープ幅：8mm。

- ポケット間隔およびリール寸法はANSI/EIA-481規格に準拠。

- テープ内で許容される連続欠品部品の最大数は2個。

8. アプリケーション提案

8.1 代表的なアプリケーション回路

各色チャネル（赤、緑、青）は、電流制限抵抗または、できれば定電流ドライバによって独立して駆動する必要があります。順電圧は色ごとに異なります（赤～2.0V、緑/青～3.0V）。そのため、直列抵抗を用いた共通電源を使用する場合は、個別の電流設定計算が必要です。PWM（パルス幅変調）調光またはカラーミキシングの場合、ドライバが必要な周波数と電流を扱えることを確認してください。

8.2 設計上の考慮事項

• 熱管理：電力損失は低いですが、特に最大電流付近または最大電流で駆動する場合、デバイスの放熱パッド（該当する場合）の下に十分なPCB銅面積または熱ビアを設けて熱を逃がすようにしてください。
• 電流定格低下：温度範囲の上限（+80°C）付近で動作させる場合は、信頼性を維持しルーメン減衰の加速を防ぐために順電流を低減してください。
• 光学設計：側面発光プロファイルは、ライトパイプまたは導波路アプリケーションに理想的です。均一な照明を確保するために、導光体を設計する際は130度の指向角を考慮してください。

9. 技術比較・差別化

LTST-S32F1KT-5Aの主な差別化要因は、以下の特徴の特定の組み合わせにあります：

- サイドビュー vs. トップビュー：一般的なトップ発光LEDとは異なり、本デバイスは側面から光を発するため、エッジライトパネルやPCBの垂直面の状態表示器など、独特の機械的統合を可能にします。

- ワンパッケージフルカラー：3つの原色チップを統合し、3つの個別の単色LEDを使用する場合と比較して基板スペースを節約します。

- 技術の組み合わせ：各色に最適な半導体材料を使用：赤には高効率AlInGaP、緑/青には高輝度InGaNを使用し、良好な総合発光効率を実現。

- 堅牢な構造：スズメッキリードと過酷なIRリフロープロファイルへの互換性により、現代の大量生産に適しています。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: 単一の5V電源から3色すべてを駆動できますか？

A: はい、ただし各チャネルに個別の電流制限抵抗を使用する必要があります。抵抗値は R = (V_電源- V_F) / I_Fで計算します。安全設計のため、データシートの最大V_Fを使用してください。例えば、青チャネルを20mAで駆動する場合：R = (5V - 3.1V) / 0.02A = 95オーム（100オームを使用）。

Q2: なぜ赤（30mA）と緑/青（20mA）で最大直流電流が異なるのですか？

A: これは主に、AlInGaP（赤）とInGaN（緑/青）半導体材料の内部量子効率と熱特性の違いによるものです。赤チップは、同じパッケージの熱制約内で、通常より高い電流密度を扱うことができます。

Q3: このRGB LEDで白色光を得るにはどうすればよいですか？

A: 白色光は、赤、緑、青のチップを特定の電流比で同時に駆動することで作成されます。正確な比率は、目的の白色点（例：クールホワイト、ウォームホワイト）および使用するLEDの特定のビンに依存します。正確な結果を得るには、較正またはカラーセンサフィードバックループの使用が必要です。

Q4: ビンコードの重要性は何ですか？

A: ビンコードは色と明るさの一貫性を保証します。複数のLEDを使用するアプリケーション（ライトバーなど）では、同じV_FおよびI_VビンのLEDを指定して使用することが、隣接するデバイス間の色相や明るさの目に見える違いを避けるために重要です。

11. 実用的な使用例

シナリオ：ネットワークルーターの状態表示器

設計者は、電源（緑点灯）、アクティビティ（緑点滅）、エラー（赤点灯）、セットアップモード（青点灯）を示すルーター用多色状態表示器を必要としています。LTST-S32F1KT-5Aを使用すると、3つの個別のLEDを使用する場合と比較してスペースを節約できます。側面発光設計により、光は薄型ルーター筐体の前面パネルまで通じるライトパイプに結合されます。マイクロコントローラのGPIOピン（それぞれ5-10mA駆動用に計算された直列抵抗付き）が個々の色を制御します。広い指向角により、部屋のさまざまな角度から表示器が見えるようになります。

12. 動作原理の紹介

発光ダイオード（LED）は、半導体p-n接合デバイスです。順方向電圧が印加されると、n型領域からの電子がp型領域からの正孔と活性層内で再結合し、光子（光）の形でエネルギーを放出します。発光の波長（色）は、半導体材料のエネルギーバンドギャップによって決まります。LTST-S32F1KT-5Aは以下を使用します：

- AlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン化物）：赤色および琥珀色の光に対応するバンドギャップを持つ材料系。赤橙色スペクトルで高い効率を提供します。

- InGaN（インジウムガリウム窒化物）：インジウム含有量に応じて、紫外から青、緑までの光を発することが可能な、調整可能なバンドギャップを持つ材料系。高輝度青色および緑色LEDの標準です。

13. 技術トレンド

このようなSMD LEDの一般的な方向性には以下が含まれます：

- 効率向上：エピタキシャル成長とチップ設計の継続的な改善により、ワットあたりのルーメン（lm/W）が向上し、同じ光出力での消費電力が削減されます。

- 小型化：光出力を維持または増加させながら、パッケージサイズの継続的な縮小。

- 演色性・一貫性の向上：より厳しいビニング公差と新しい蛍光体技術（白色LED用）により、より一貫した色座標とより高い平均演色評価数（Ra）が得られます。

- 統合インテリジェンス：システム設計を簡素化するための、内蔵ドライバ、コントローラ、通信インターフェース（例：I2C、SPI）を備えたスマートLEDモジュールの成長。LTST-S32F1KT-5Aは個別部品ですが、業界は複雑な照明タスクのためのより統合されたソリューションに向かっています。