UVC LED LTPL-G35UV275PR データシート - 3.5x3.5x1.2mm - 6.2V 標準 - 37mW 放射束 - 275nm ピーク波長

1. 製品概要

LTPL-G35UV製品シリーズは、固体紫外線光源における重要な進歩を体現しています。本製品は、殺菌および医療用途向けに特別に設計されており、水銀灯などの従来のUV技術に代わる高性能な選択肢を提供します。発光ダイオード（LED）技術を活用することで、卓越したエネルギー効率と、半導体デバイス固有の信頼性および長寿命を兼ね備えています。これにより、設計者は、消毒、水浄化、表面殺菌システムのための革新的なソリューションを創造する上で、より大きな自由度を得ることができます。

中核的な利点は、効果的なUVC放射（270-280nm範囲）を、より低い運用コストおよびメンテナンスコストで実現できる点にあります。本デバイスは集積回路（IC）駆動システムとの互換性を考慮して設計され、環境基準に準拠しており、RoHS指令適合および鉛フリーです。主なターゲット市場は、医療機器メーカー、水・空気浄化システムインテグレーター、および民生用または産業用殺菌デバイスの開発者を含みます。

1.1 中核的利点とターゲット市場

従来のUV光源からUVC LEDへの移行は、いくつかの明確な利点をもたらす。第一に、瞬時点灯能力とウォームアップ時間の不要さにより、システムの応答性が向上する。第二に、コンパクトな形状により、より小型で携帯性の高いデバイスへの統合が可能となる。LED発光の指向性により、エネルギーを最も必要な場所に集中させる、より効率的な光学設計が実現できる。さらに、水銀を使用しないため、廃棄や破損に伴う環境および安全上の懸念が解消される。

主な用途は殺菌照射であり、約275nmのUVC光は、細菌、ウイルス、カビなどの微生物のDNAおよびRNAを破壊し、不活性化するのに極めて有効です。これにより、このLEDは、医療施設における表面消毒、ポイントオブユースシステムにおける水処理、HVACユニットにおける空気清浄などの用途に適しています。

2. 技術パラメータ詳細分析

2.1 Absolute Maximum Ratings

本デバイスは、厳格な条件下での動作を規定しています。絶対最大定格は、これを超えると永久的な損傷が発生する可能性がある限界値を定義します。主要なパラメータには、最大許容損失（P_O）が2.1W、最大連続順方向電流（I_F）が300mAが含まれます。動作温度範囲（T_opr)は-40°Cから+80°Cで規定されており、過酷な産業環境と制御された医療環境の両方への適合性を示しています。保管温度範囲（T_stg）は-40°Cから+100°Cまで拡張されています。重要なパラメータは最大接合温度（T_j115°Cの最大接合温度（T_j）を超えると、劣化が加速され、デバイスの寿命が大幅に短縮されます。データシートでは、長時間の逆バイアス条件下でのLEDの動作は即時故障を引き起こす可能性があるため、厳に避けるよう明記されています。

2.2 電気光学特性

これらの特性は、周囲温度25°C（T_amb）という標準試験条件下で測定され、_a通常動作時の期待性能を示しています。

• 順方向電圧 (V_F): 駆動電流250mA時、代表的な順方向電圧は6.2V、最大7.0V、最小5.0Vです。測定許容差は±0.1Vです。このパラメータはLED駆動回路の設計において極めて重要であり、必要な電源電圧と消費電力を決定します。
• 放射束 (Φ_e): これはUVCスペクトルにおける総光出力です。250mA時、代表的な放射束は37.0mW（最小29.0mW）です。定格最大電流300mAで駆動した場合、代表的な出力は43.0mWに増加します。測定許容差は±10%です。放射束は、特定の用途におけるLEDの殺菌効果を決定する主要な指標です。
• ピーク波長 (λ_P): このLEDは、ピーク波長が270nmから280nmの間（中心波長約275nm）のUVC光を放射します。この波長は殺菌効果に最適な範囲内です。測定許容差は±3nmです。
• 熱抵抗 (R_{th j-s}): 半導体接合部からはんだ付けポイントまでの代表的な熱抵抗は12.3 K/Wです。この値は特定のアルミニウムMCPCB上で測定されたもので、熱マネジメント設計において極めて重要です。熱抵抗が低いほど、接合部からの熱伝導が効率的になり、Tj（接合部温度）の低温維持に寄与します。_j そして長期信頼性を確保します。
• 視野角 (2θ_1/2): 典型的な視野角は120度です。この広い放射パターンは、広範囲の照射が必要な用途に有益ですが、集光用途では反射板やレンズが必要になる場合があります。
• 静電気放電（ESD）： 本デバイスは、JESD22-A114-B規格（人体モデル）に基づき、最低2000VのESD耐圧を満たしています。組立および設置時には適切なESD対策手順に従う必要があります。

3. Binコードシステムの説明

性能の一貫性を確保するため、LEDは製造工程で測定された主要パラメータに基づいてビン分けされます。ビンコードは包装に印字されています。

3.1 順方向電圧（V_F）ビニング

LEDは250mA駆動時に4つの電圧区分（V1～V4）に分類されます：

• V1：5.0V – 5.5V
• V2：5.5V – 6.0V
• V3: 6.0V – 6.5V
• V4: 6.5V – 7.0V

各ビン内の許容差は±0.1Vです。このビニングにより、設計者は直列駆動される用途向けに、より厳密な電圧マッチングを持つLEDを選択でき、より均一な電流分布を確保できます。

3.2 放射束（Φ_e）ビニング

出力は250mA時に4つの放射束ビン（X1～X4）に分類されます：

• X1：29.0mW – 34.0mW
• X2：34.0mW – 39.0mW
• X3: 39.0mW – 44.0mW
• X4: 44.0mW 以上

許容差は±10%です。より高い光束ビンを選択すると、より大きな光出力が得られ、これにより消毒時間の短縮や、アレイ内でのLED使用数の削減が可能となります。

3.3 ピーク波長 (λ_P）ビニング

本製品では、すべてのデバイスが単一波長ビンW1に分類され、270nmから280nmの範囲をカバーし、許容差は±3nmです。微生物の不活化率は波長に大きく依存するため、これによりすべてのユニットで一貫した殺菌性能が確保されます。

4. 性能曲線分析

提供されたグラフは、様々な条件下でのLEDの動作に関する洞察を提供します。

4.1 相対分光分布

この曲線は、紫外線スペクトル全体にわたって放出される光の強度を示しています。275nmを中心とする狭い発光帯を確認でき、これは殺菌効果を最大化し、効果が低い、または潜在的に有害な波長での発光を最小限に抑えるのに理想的です。

4.2 Relative Radiant Flux vs. Forward Current

このグラフは、駆動電流と光出力の間のサブリニアな関係を示しています。電流を増加させると出力は向上しますが、熱効果の増大やドループ現象により、高電流では効率（単位電力あたりの放射束）が低下する傾向があります。これは、出力、効率、寿命の望ましいバランスを得るために駆動電流を最適化することが重要であることを示しています。

4.3 順方向電圧 vs. Forward Current & Junction Temperature

順方向電圧は負の温度係数を持ち、接合温度が上昇すると低下することを意味します。この特性は定電流ドライバーの設計において考慮する必要があります。なぜなら、高温時の低いV_F は、電力損失をわずかに減少させる可能性があるためです。

4.4 相対放射束 vs. 接合部温度

これは最も重要な特性曲線の一つです。UVC LEDの出力は接合部温度に非常に敏感です。このグラフは、Tの上昇に伴い放射束が大幅に減少することを示しています。_j 接合部を可能な限り低温に保つ効果的な熱マネジメントは、高出力を維持し定格寿命を達成するために極めて重要です。

4.5 順方向電流ディレーティング曲線

この曲線は、周囲温度の関数として最大許容順方向電流を定義します。周囲温度が上昇すると、接合温度が115°Cの限界を超えないように、最大許容電流を低減する必要があります。このグラフは、指定された温度範囲で確実に動作するシステムを設計するために不可欠です。

5. 機械的仕様およびパッケージ情報

5.1 外形寸法

このLEDパッケージは約3.5mm x 3.5mmのコンパクトな占有面積を持ち、高さは約1.2mmです。特に断りのない限り、全ての寸法の公差は±0.2mmです。機械図面には、LEDチップ、ソルダーパッド、および光学レンズ構造の正確な位置が規定されています。

5.2 推奨PCB実装パッド

表面実装パッドに対して詳細なランドパターン設計が提供されています。信頼性の高いはんだ接合、PCBへの適切な熱伝導、正確な位置合わせを実現するため、この推奨フットプリントに従うことが重要です。パッド寸法の仕様公差は±0.1mmです。設計には通常、熱をPCBのグランドプレーンまたは専用放熱層へ伝達するために、サーマルパッド下にサーマルビアが含まれます。

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プロファイル

表面実装技術（SMT）組立工程での損傷を防止するため、詳細な無鉛リフロープロファイルが規定されています。主なパラメータは以下の通りです：

• プリヒート：150-200°C、60-120秒。
• 液相線温度以上（217°C）の時間：60～150秒。
• ピーク温度：推奨245°C、最大260°C。
• ピーク温度±5°C以内の時間：10～30秒。
• 最大昇温速度：3°C/秒。
• 最大降温速度：6°C/秒。

温度はパッケージ上部を指します。急激な冷却プロセスは推奨されません。LEDは最大3回のリフローサイクルに耐えることができます。

6.2 手はんだ付けと洗浄

手はんだ付けが必要な場合、はんだごて先端温度は300°Cを超えてはならず、接触時間はパッドごとに最大2秒に制限し、1回のみ行うこと。洗浄には、イソプロピルアルコールなどのアルコール系溶剤のみを使用すること。指定されていない化学洗浄剤は、シリコーン樹脂レンズやパッケージ材料を損傷する可能性があります。

7. 梱包および注文情報

7.1 テープ・リール仕様

LEDは、自動実装用にエンボス加工されたキャリアテープとリールに供給されます。テープ寸法（ポケットサイズ、ピッチ）およびリール寸法（ハブ径、フランジ径）は、EIA-481-1-B規格に準拠しています。7インチリールには最大500個を収容可能です。端数ロットの最小梱包数量は100個です。部品を保護するため、テープはカバーテープで密封されています。

8. アプリケーション提案および設計上の考慮事項

8.1 熱管理

これは最も重要な設計要素です。出力が接合部温度に非常に敏感であるため、効果的な放熱対策が必要です。Metal Core PCB（MCPCB）または、広範囲な銅面パターンと外部ヒートシンクに接続された熱ビアを備えた標準FR4 PCBを使用してください。目標は、LED接合部から周囲環境までの熱抵抗（R_{th j-a}）を最小限に抑えることです。高温環境での設計時は、必ず順方向電流の減額曲線を参照してください。

8.2 Electrical Drive

安定動作のためには定電流ドライバが必須です。ドライバは、選択したビンの順方向電圧範囲に対応しつつ、所望の電流（例：250mAまたは300mA）を供給できるものを選定してください。調光またはデューティサイクル運転にはパルス幅変調（PWM）の導入を検討すると、熱負荷の管理に役立ちます。ドライバが逆極性および電圧トランジェントから保護されていることを確認してください。

8.3 光学および材料に関する考慮事項

275nmのUVC放射は非常にエネルギーが高く、特定のプラスチック、エポキシ樹脂、接着剤を含む多くの一般的な材料を劣化させる可能性があります。光路内およびLED近傍のすべての材料（レンズ、反射板、ガスケット、電線被覆）が、長時間のUVC照射に耐えられる規格であることを確認してください。保護窓には通常、石英ガラスが使用されます。皮膚や目がUVC出力に直接さらされないように注意してください。

9. 信頼性と寿命

データシートには、室温動作寿命（RTOL）、高温/低温保管寿命（HTSL/LTSL）、湿熱試験、温度衝撃試験を含む包括的な信頼性試験計画が概説されています。これらの試験は、様々なストレス条件下での長年にわたる動作をシミュレートします。故障の基準は、順方向電圧の変動が10％を超える、または放射束が初期値の50％を下回ることと定義されています。規定範囲内での適切な熱設計と電気的動作は、想定される実使用環境での寿命を達成するために不可欠です。

10. 技術比較と差別化

従来の低圧水銀ランプ（254nm発光）と比較して、このUVC LEDには以下の利点があります：即時オン/オフ、コンパクトサイズ、指向性発光、堅牢性（壊れやすいガラスや水銀を使用しない）、波長チューニングの可能性。他のUVC LEDと比較した場合、この特定部品の主な差別化要因は、275nmの波長、250mA時37mWの代表出力、3.5x3.5mmのパッケージ形態を組み合わせている点です。広い120度の視野角は、アプリケーションの光学設計要件によっては利点にも欠点にもなり得ます。

11. よくあるご質問（技術パラメータに基づく）

Q: 放射束（mW）と殺菌効果の違いは何ですか？
A: 放射束はUVCの総光学出力です。殺菌効果は、この出力、発光スペクトル（ピーク波長）、ターゲットまでの距離、照射時間、および特定の微生物の感受性に依存します。275nmの波長は、幅広い病原体に対して非常に効果的です。

Q: このLEDを定電圧電源で駆動できますか？
A: いいえ。LEDは定電流駆動デバイスです。定電圧電源では電流が制御されず、熱暴走を起こして急速に故障します。常に定電流ドライバーを使用してください。

Q: 必要なヒートシンクはどのように計算しますか？
A: 総合的な熱抵抗経路を決定する必要があります。接合部からはんだへの熱抵抗（R_{th j-s} = 12.3 K/W）から始めます。熱界面材料、PCB、外部ヒートシンクの熱抵抗を加算します。公式 T_j = T_a + (P_ディス * R_{th j-a}), Tが_j 最大周囲温度および駆動電力（P）において115°Cを超えないことを確認してください。_ディス ≈ I_F * V_F).

Q: 出力が温度に非常に敏感なのはなぜですか？
A> This is a fundamental characteristic of semiconductor light sources, particularly in the ultraviolet range. Increased temperature increases non-radiative recombination within the semiconductor material, reducing the internal quantum efficiency and thus the light output.

12. 実用的な設計と使用事例

Case: 携帯型表面殺菌ワンドの設計
デザイナーは、カウンタートップ、キーボード、携帯電話などの表面を消毒するための手持ちワンドを作成したいと考えています。コンパクトなサイズと275nmの出力を理由にLTPL-G35UV275PR LEDを選択しました。照射面積を増やすために4個のLEDアレイを使用する計画です。各LEDは250mA（典型的なV_F=6.2V、P_ディス=1.55W）で駆動されます。システム全体の消費電力は約6.2Wです。約6Wの熱を放散するために、フィン付きの軽量アルミニウムヒートシンクがワンド本体に組み込まれています。充電式リチウムイオン電池で駆動される定電流ドライバーが設計されています。安全インターロックにより、ワンドが表面から適切な距離に保たれた時のみLEDが作動します。光学設計では、本来の120度ビーム角を利用して広い殺菌スポットを作り出します。デザイナーは性能の一貫性のためにX2フラックスビン（34-39mW）のLEDを選択し、PWMを用いて照射時間（例：10秒サイクル）を制御します。

13. 原理の紹介

UVC LEDは、一般的に窒化アルミニウムガリウム（AlGaN）などの半導体材料に基づいています。順方向電圧を印加すると、電子と正孔が半導体の活性領域で再結合し、光子の形でエネルギーを放出します。これらの光子の波長は、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。AlGaN層のアルミニウム含有量を注意深く制御することで、バンドギャップを調整し、UVC範囲（200-280nm）の光を放射することが可能です。275nmの発光は、精密なエピタキシャル成長プロセスによって実現されます。生成されたUVC光子は非常にエネルギーが高く、分子結合を切断することができ、特に微生物のDNA/RNAにおいてそれが決定的に作用し、その複製を阻止します。

14. 開発動向

UVC LEDの分野は急速に進化しています。主な動向には以下が含まれます：

• ウォールプラグ効率（WPE）の向上： 継続的な研究は、電気-光電力変換効率の改善を目指しており、これにより発熱とシステムの電力要件が直接的に低減される。
• 高出力： 単一エミッターまたは小型パッケージからのより高い放射束を有するLEDの開発により、よりコンパクトで強力な殺菌システムが可能になります。
• 長寿命化 (L70/B50): 材料、パッケージング、熱管理の改善により動作寿命が延びており、高デューティサイクル用途においてLEDが従来のランプに対してより競争力を持つようになっています。
• コスト削減: 製造量の増加とプロセスの成熟に伴い、UVC出力のミリワット当たりコストは着実に低下しており、実現可能なアプリケーションの範囲が広がっています。
• 波長最適化： 特定の病原体やアプリケーションに最適な波長に関する研究が続いており、医療、水処理、空気浄化のための特注LEDの開発につながる可能性があります。

固体状態UVC光源への移行は、そのフォームファクター、安全性、制御性における本質的な利点によって推進される明確な長期的トレンドである。