LTST-E683RGBW SMD LED データシート - 3.2x2.8x1.9mm - 赤 2.4V/緑 3.8V/青 3.8V - 72-80mW - 英語技術文書

製品概要

LTST-E683RGBWは、3つの異なる半導体光源を単一のコンパクトなパッケージに統合した表面実装型デバイス（SMD）LEDです。赤色発光用のAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）チップと、緑色および青色発光用の2つのInGaN（インジウムガリウムナイトライド）チップを組み合わせており、すべて拡散レンズで覆われています。この構成により、3色を適切な強度で混合した際の白色光を含む、広範な色スペクトルの生成が可能です。主な用途は、省スペースと自動組立が重要なバックライト、ステータスインジケータ、装飾照明、およびフルカラーディスプレイモジュールです。その中核的な利点には、標準的な赤外線およびリフローはんだ付けプロセスとの互換性、RoHS指令に準拠した鉛フリー構造、8mmテープリール用の大量生産・自動ピックアンドプレース設備に適したパッケージングが含まれます。

詳細技術仕様分析

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。LEDをこれらの限界値付近または限界値で連続動作させることは推奨されません。主要なパラメータは以下の通りです：

• 電力損失 (Pd)： 赤：72mW、緑/青：80mW。これは、周囲温度25°Cでの連続DC動作時にLEDが熱として放散できる最大許容電力です。この限界を超えると、熱暴走のリスクや寿命の短縮を招きます。
• ピーク順方向電流 (Ifp)： 赤: 80mA、緑/青: 100mA。これは最大許容パルス電流であり、1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅で規定されています。DC定格よりも大幅に高く、短時間の高強度フラッシュを可能にします。
• DC順方向電流 (If): 赤: 30mA、緑/青: 20mA。これは信頼性の高い長期動作のための推奨最大連続順方向電流です。この値を超えてLEDを駆動すると、光出力は増加しますが、発熱も増大し、時間の経過とともに半導体材料や蛍光体（存在する場合）の劣化を招く可能性があります。
• 温度範囲: 動作時: -40°C ～ +85°C; 保管時: -40°C ～ +100°C。これらの範囲は、LEDの使用時及び非動作期間中の機械的・電気的完全性を保証します。

2.2 Electrical & Optical Characteristics

これらは標準試験条件（Ta=25°C、If=20mA）下で測定された代表的な性能パラメータです。

• 光度（Iv）： ミリカンデラ（mcd）で測定され、人間の目（CIE測光フィルター使用）が知覚するLEDの明るさを表します。規定の範囲は以下の通りです：赤：71-224 mcd、緑：355-900 mcd、青：140-355 mcd。緑色チップは通常、最も高い発光効率を示します。
• 視野角 (2θ1/2): 120度という典型的な値は、広く拡散した光の放射パターンを示しています。この角度は、中心軸（0度）での光度の値から半分に低下する時の全角として定義されます。
• Peak Wavelength (λp) & Dominant Wavelength (λd): λp（赤: 639nm、緑: 518nm、青: 468nm）は、分光パワー分布が最大となる波長です。λd（赤: 631nm、緑: 525nm、青: 470nm）は、CIE色度図から導かれた、LEDの色に一致すると人間の目が知覚する単一波長です。これらは密接に関連していますが、特に広帯域光源では同一ではありません。
• スペクトル線半値幅（Δλ）： このパラメータは、通常、赤: 20nm、緑: 35nm、青: 25nmであり、発光のスペクトル純度または帯域幅を示します。値が小さいほど、より単色性の高い光源であることを意味します。
• 順方向電圧（Vf）： LEDを20mAで駆動した際の両端の電圧降下。範囲は以下の通り：赤色: 1.8-2.4V、緑色: 2.8-3.8V、青色: 2.8-3.8V。赤色のAlInGaPチップと比較して緑色および青色のInGaNチップのVfが高いのは、それらの半導体のバンドギャップエネルギーが異なるためである。適切な動作のためには、電流制限抵抗または定電流ドライバが不可欠である。
• 逆方向電流 (Ir): VR=5V時、最大10μA。このLEDは逆バイアス動作を想定していない。半導体接合の逆方向降伏電圧が低いため、逆電圧を印加すると即座に致命的な故障を引き起こす可能性がある。

3. ビニングシステムの説明

生産における色と輝度の一貫性を確保するため、LEDは性能ビンに分類されます。データシートには、各色について光束のみのビンコードが記載されています。

• Red Luminous Intensity Bins: Q1 (71-90 mcd), Q2 (90-112 mcd), R1 (112-140 mcd), R2 (140-180 mcd), S1 (180-224 mcd)。各ビン内の許容差は±11%。
• 緑色光度ビン: T2 (355-450 mcd), U1 (450-560 mcd), U2 (560-710 mcd), V1 (710-900 mcd)。各ビン内の許容差は±11%。
• ブルー発光強度ビン: R2 (140-180 mcd), S1 (180-224 mcd), S2 (224-280 mcd), T1 (280-355 mcd). 各ビン内の許容差は±11%。

発注または設計時には、アレイやディスプレイで均一な外観を得るために、必要なビンコードを指定することが極めて重要です。ビンを混在させると、視認可能な輝度や色のばらつきが生じる可能性があります。

4. 性能曲線分析

PDFでは5ページに典型的な特性曲線を参照しているが、具体的なグラフは本文中に提供されていない。標準的なLEDの動作に基づくと、これらの曲線には通常以下が含まれる：

• Forward Current vs. Forward Voltage (I-V Curve): 指数関数的関係を示す。「膝電圧」は導通が開始されるポイントであり、これを超えると電圧のわずかな増加で電流が急激に増加する。
• 光度対順方向電流（I-L特性曲線）: 一般に低電流域では線形だが、高電流域では熱的影響や効率低下（droop）効果により飽和する可能性がある。
• 光度と周囲温度の関係: 接合温度の上昇に伴い光出力が低下する様子を示す。赤色AlInGaP LEDは、青色/緑色InGaN LEDと比較して、一般により顕著な熱消光効果を示す。
• 分光パワー分布: 各色チップの波長スペクトルにおける発光相対強度を示すグラフ。

これらの曲線は、非標準条件下（異なる駆動電流、温度）でのLEDの挙動を理解し、熱管理設計を行う上で極めて重要です。

5. Mechanical & Package Information

5.1 パッケージ外形寸法

このLEDはEIA標準のSMDパッケージフットプリントに準拠しています。主要寸法（単位mm、特に記載のない限り公差±0.2mm）はPCB上への実装位置を規定します。ピン配列は以下の通りです：ピン1: 赤色のアノード、ピン4: 緑色のアノード、ピン3: 青色のアノード。共通カソードは、内部で他のピンまたは放熱パッドに接続されている可能性があります（具体的な接続は寸法図で確認が必要です）。拡散レンズは、より広く均一な視野角を実現するのに役立ちます。

5.2 推奨PCBパッド設計

赤外線または気相リフローはんだ付け用のランドパターン図を推奨します。この推奨に従うことで、適切なはんだ接合部の形成、LED接合部からの良好な熱伝導、および機械的安定性が確保されます。パッド設計は、はんだフィレットの形成を考慮し、リフロー中のトゥームストーニングを防止します。

6. Soldering & Assembly Guidelines

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

鉛フリープロセスでは、J-STD-020Bに準拠したプロファイルを推奨します。主なパラメータは以下の通りです：

• プリヒート： 基板を徐々に加熱し、フラックスを活性化させるため、150-200°Cで最大120秒間。
• ピーク温度： 最大260°C。液相線温度以上（鉛フリーはんだでは通常~217°C）の時間を制御し、LEDを過熱せずに信頼性の高い接合を形成すること。
• 総はんだ付け時間： ピーク温度での最大保持時間は10秒、リフローサイクルは最大2回までとする。

このプロファイルに従うことで、熱衝撃によるエポキシレンズや半導体ダイの割れを防止し、はんだ接合部での過剰な金属間化合物の成長を抑える。

6.2 手はんだ付け

必要な場合、はんだごてによる手はんだ付けは、厳格な制限下で許可される：こて先温度は300°Cを超えず、接合点ごとのはんだ付け時間は3秒を超えないこと。手はんだ付けサイクルは1回のみ許可される。こてをLED本体に直接当てることは避け、熱はPCBパッドに加えるべきである。

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されたアルコール系溶剤のみを使用してください。強力な洗浄剤や指定外の化学薬品は、エポキシレンズ材料を損傷し、曇り、ひび割れ、変色を引き起こす可能性があります。

6.4 Storage & Moisture Sensitivity

LEDパッケージは湿気に敏感です。元の密封防湿バッグ（乾燥剤入り）が未開封の場合、保管条件は温度30°C以下、相対湿度70%以下とし、推奨使用期限は1年です。バッグを開封した後は、部品を温度30°C以下、相対湿度60%以下の環境で保管してください。周囲湿度に168時間（7日）以上さらされた部品は、リフローはんだ付け前に、吸収した湿気を除去し「ポップコーン現象」（リフロー中の急激な水蒸気膨張によるパッケージ割れ）を防止するため、約60°Cで少なくとも48時間ベーキングする必要があります。

7. Packaging & Ordering Information

本製品は自動実装用の業界標準パッケージで供給されます：

• Tape & Reel: 部品は8mm幅のキャリアテープに実装されています。
• リールサイズ： 直径7インチ（178mm）。
• リールあたりの数量： 2000個。
• 最低発注数量（MOQ）： 残数量については500個から。
• カバーテープ： 空のポケットはトップカバーテープでシールされています。
• 欠品部品： リール仕様により、連続する欠落LEDは最大2個まで許容されます。
• Standard: 包装はEIA-481-1-B仕様に準拠しています。

部品番号LTST-E683RGBWはメーカーの内部コーディングシステムに従っており、「RGBW」は白色光を生成可能なカラー組み合わせを示しています。

8. アプリケーションの提案

8.1 代表的なアプリケーションシナリオ

• Full-Color Display Panels: 大型ビデオウォールや屋内サイネージの個別ピクセルまたはサブピクセルとして使用されます。
• バックライト： 民生電子機器、自動車ダッシュボード、または産業用コントロールのLCDパネル用で、導光板や拡散板と組み合わせて使用されることが多いです。
• Status & Indicator Lights: ネットワーク機器、家電製品、計測機器など、多色ステータスコーディングが必要な場合に使用されます。
• Decorative & Architectural Lighting: ストリップまたはモジュールで、カラーチェンジ効果を実現します。

8.2 設計上の考慮事項

• 電流駆動： 各色チャンネルには、必ず定電流ドライバまたは電流制限抵抗を直列に使用してください。抵抗値は R = (電源電圧 - LEDの順方向電圧) / 順方向電流 の式で計算します。データシートの最大順方向電圧を使用し、高順方向電圧のLEDでも電流が制限値を超えないようにしてください。
• 熱マネジメント： 消費電力は低いものの、特に高電流駆動時や周囲温度が高い環境では、LED接合部から熱を逃がすために、十分な銅面積（サーマルパッド）を備えた適切なPCBレイアウトが不可欠です。これにより光出力と寿命が維持されます。
• Color Mixing & Control: 特定の色や白色点を実現するためには、パルス幅変調（PWM）が各チャネルの強度制御に好まれる方法です。これは、アナログ調光とは異なり、一定の順方向電圧と色度を維持するためです。
• ESD保護： LEDは静電気放電に敏感です。組立時にはESD安全取り扱い手順を実施してください。

9. Technical Comparison & Differentiation

PDFには他モデルとの直接比較は記載されていないが、LTST-E683RGBWの主な差別化要因は推測可能である：

• 統合RGBパッケージ： 3つのチップを3.2x2.8mmのフットプリントに集積し、3つの単色LEDを個別に使用する場合と比較してPCBスペースを節約します。
• 拡散広角レンズ： 120度の視野角は、二次光学系を必要とせず広い視野円錐を必要とする用途に適した、広く均一な発光パターンを提供します。
• Process Compatibility： 標準的な赤外線/リフローはんだ付けおよび自動実装との明示的な互換性により、大量生産でコスト効率の高い製造に適しています。
• 材料選択： 赤色にはAlInGaPを使用することで、GaP上のGaAsPなどの従来技術と比較して、より高い効率と優れた温度安定性を実現します。

10. よくあるご質問（技術パラメータに基づく）

10.1 赤色LEDを30mA、緑色/青色LEDを20mAで同時に駆動できますか？

はい、各チャネルはそれぞれの最大直流順電流で独立して駆動できます。ただし、パッケージ全体の総消費電力に注意する必要があります。3つ全てが最大電流で点灯する場合、総消費電力を計算します：Pred = 30mA * 2.4V(max) = 72mW; Pgreen = 20mA * 3.8V(max) = 76mW; Pblue = 20mA * 3.8V(max) = 76mW。合計（224mW）はパッケージの総放熱能力を超える可能性があります。したがって、同時に全出力で動作させるには、定格値の引き下げや強化された熱対策が必要になる場合があります。入手可能であれば、詳細な熱抵抗データを参照してください。

10.2 なぜ順方向電圧は色によって異なるのですか？

順方向電圧は、主に半導体材料のバンドギャップエネルギーによって決まります。AlInGaP（赤色）のバンドギャップ（~1.9-2.0 eV）は、InGaN（緑色/~2.4 eV、青色/~2.7 eV）よりも低くなっています。バンドギャップが高いほど、電子が遷移するためにより多くのエネルギーが必要となり、その結果、より高い順方向電圧降下が生じます。

10.3 このRGB LEDで白色光を得るにはどうすればよいですか？

白色光は、三原色（赤、緑、青）を特定の強度比で混合することで生成されます。目標とする白色点（例：クールホワイト、ウォームホワイト）によって異なるため、単一の「正しい」比率は存在しません。各チャネルに対して、異なる電流レベルやPWMデューティサイクルを試す必要があります。PWM出力を備えたマイクロコントローラを使用するのが最も柔軟な方法です。なお、RGB混合で得られる白色光は、蛍光体変換型白色LEDと比較して、演色評価数（CRI）が低くなる傾向があります。

10.4 極性を間違えて接続するとどうなりますか？

逆電圧を印加すると、わずかな電圧（Ir試験条件における5Vなど）であっても、大きな逆電流が流れ、即座に不可逆的な損傷（接合破壊）を引き起こす可能性があります。電源投入前には常に極性を確認してください。電源ラインに直列ダイオードを追加して逆極性保護を施すことは、回路全体にとって良い設計慣行です。

11. 実践的設計ケーススタディ

シナリオ: 携帯デバイス用の多色ステータスインジケータの設計。スペース節約のため、単一のLTST-E683RGBWを使用して、赤（エラー）、緑（正常）、青（作動中）、シアン（作動中＋正常）を表示する必要がある。

実装:

1. 駆動回路： 3つのPWM対応GPIOピンを備えたマイクロコントローラを使用する。各ピンは、小信号NPNトランジスタ（例：2N3904）のベースに接続する。各トランジスタのコレクタは、電流制限抵抗を介して、対応するLEDカラーのカソード（共通）に接続する。LEDのアノードは3.3V電源ラインに接続する。
2. 抵抗値計算（緑色LED、最悪ケース順方向電圧Vf=3.8Vの場合）： R = (3.3V - 3.8V) / 0.02A = 負の値。これは、3.3Vでは典型的なVfを持つ緑/青色LEDを順方向バイアスするのに不十分であることを示す。解決策: LED回路にはより高い電源電圧（例: 5V）を使用する。5Vでの緑色LEDの再計算: R = (5.0V - 3.8V) / 0.02A = 60オーム。標準の62オーム抵抗を使用する。赤色の場合: R = (5.0V - 2.4V) / 0.03A ≈ 87オーム、91オームを使用する。
3. ソフトウェア制御: マイクロコントローラをプログラムし、PWMデューティサイクルを設定する：単色の場合は100%。シアン（青+緑）の場合は、青色と緑色の両チャンネルを100%に設定する。緑と青の強度バランスはPWMで調整し、シアンの色調を調整できる。
4. サーマルチェック： 最大電力シナリオはシアン（GreenとBlueを両方20mAで点灯）。Ptotal ≈ (5V-3.8V)*0.02A * 2 = 48mWで、パッケージの制限内に十分収まる。放熱のため、LED下のPCBに小面積の銅箔を設けること。

12. 動作原理の紹介

LEDの発光は、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、n型領域からの電子とp型領域からの正孔が活性領域（接合部）に注入されます。電子が正孔と再結合すると、エネルギーを放出します。AlInGaPやInGaNなどの直接遷移型半導体では、このエネルギーは主に光子（光粒子）の形で放出されます。放出される光子の波長（色）は、半導体材料のバンドギャップエネルギー（Eg）によって決定され、その関係式は λ ≈ 1240 / Eg です（ここでλはnm、EgはeV単位）。拡散エポキシレンズは、半導体ダイを保護し、出力光束の形状を整え、チップからの光取り出し効率を向上させる役割を果たします。

13. 技術動向

SMD RGB LEDの分野は、いくつかの主要なトレンドによって牽引されています：

• Increased Efficiency & Luminance: エピタキシャル成長、チップ設計、光取り出し技術の継続的な改善により、発光効率（ルーメン毎ワット）が向上し続けており、より明るい表示や低消費電力化を実現しています。
• 小型化： 光学性能を維持または向上させながら、パッケージがより小型化（例：2.0x1.6mm、1.6x1.6mm）されており、より高解像度のディスプレイを実現可能にしています。
• Improved Color Consistency & Binning: 光度、主波長、順方向電圧におけるより厳格なビニング公差が標準化されつつあり、最終製品でのキャリブレーション必要性を低減しています。
• Integrated Drivers & Smart LEDs: 現在、I2CやSPIインターフェースなどの制御回路をLEDパッケージ自体に統合する傾向が高まっており、アドレス指定可能な「スマート」RGB LEDが開発され、システム設計と配線が簡素化されています。
• Enhanced Reliability & Lifetime: パッケージング材料（例：エポキシの代わりとなる高温シリコーンなど）およびダイアタッチ技術の改善により、特に自動車および産業用途向けLEDの最大動作温度と全体的な寿命が向上しています。