LTL1CHKxKNNシリーズ LEDランプ データシート - T-1 3mmパッケージ - 順電圧2.0-2.4V - 連続電流30mA - ハイパーレッドからグリーン - 日本語技術文書

1. 製品概要

本資料は、LTL1CHKxKNNシリーズ発光ダイオード（LED）の技術仕様を詳細に説明します。この製品ファミリーは、より高いレベルの光度を必要とする汎用インジケータ用途向けに設計された、標準的なT-1（3mm）スルーホールLEDランプで構成されています。デバイスは、赤から緑の範囲の色で高効率の可視光を生成することで知られる、ヒ化ガリウム（GaAs）基板上に成長させたアルミニウムインジウムガリウムリン（AlInGaP）材料技術を用いて構築されています。

本シリーズの中核的な利点は、低消費電力、高発光効率、および低電流要件による集積回路（IC）駆動レベルとの互換性です。シリーズ内の全バリアントは、光を拡散しないウォータークリアレンズを特徴としており、より焦点の合った強力なビームを生成し、明確な表示に適しています。

これらのLEDのターゲット市場は広く、信頼性、視認性、およびコスト効率が重要な考慮事項となる、ステータスインジケータ、パネルライト、または単純な照明を必要とするあらゆる電子機器が含まれます。

2. 詳細技術パラメータ分析

2.1 絶対最大定格

絶対最大定格は、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。信頼性の高い動作のためには、これらの限界を一時的であっても決して超えてはなりません。

• 消費電力（Pd）：シリーズ内の全デバイスの最大消費電力は、周囲温度（T_A）25°Cにおいて75 mWです。この限界を超えると、過熱や致命的な故障を引き起こす可能性があります。
• 順電流：2つの電流定格が規定されています：
  • 連続順電流（I_F）：連続的に印加できる最大DC電流は、全色で30 mAです。
  • ピーク順電流：特定の条件下では、より高いパルス電流が許容されます。赤色バリアント（ハイパーレッド、スーパーレッド、レッド）の場合、ピーク電流はデューティサイクル1/10、パルス幅0.1msで90 mAです。オレンジ、黄色、緑色バリアントの場合、同じ条件下でピーク電流は60 mAです。このパラメータは、マルチプレクシングやパルス動作方式において重要です。
• 熱的デレーティング：最大連続順電流は、70°Cを超えると0.4 mA/°Cの割合で直線的にデレートする必要があります。これは、周囲温度が上昇するにつれて許容連続電流が減少することを意味し、高温環境における重要な設計上の考慮点です。
• 逆電圧（V_R）：最大許容逆電圧は、逆電流（I_R）100 µAにおいて5Vです。より高い逆電圧を印加すると、LEDのPN接合が破壊される可能性があります。
• 温度範囲：動作温度範囲は-40°Cから+100°C、保存温度範囲は-55°Cから+100°Cであり、幅広い条件下での堅牢な性能を示しています。
• はんだ付け温度：リードは260°Cで最大5秒間はんだ付け可能で、はんだ付け点はLED本体から少なくとも1.6mm（0.063インチ）離す必要があります。これは、エポキシレンズや内部ダイへの熱ダメージを防ぐためです。

2.2 電気的・光学的特性

これらのパラメータは標準試験条件（T_A=25°C）下で測定され、デバイスの代表的な性能を定義します。

• 光度（I_v）：これは重要な光学パラメータです。全デバイスは、順電流（I_F）20mAにおいて、最小光度140 mcd（ミリカンデラ）を有します。代表値は、特定の色バリアントに応じて210 mcdから320 mcdの範囲です。光度は、明所視（人間の目）応答曲線（CIE）に近似するセンサとフィルタの組み合わせを用いて測定されます。データシートには、製品は2つの光度ランクに分類され、ランクコードは梱包に印字されていると記載されています。
• 指向角（2θ_1/2）：本シリーズは45度の狭い指向角を特徴とします。これは、光度が中心軸（0°）で測定された値の半分に低下する全角として定義されます。この特性により、より指向性の高い光束が得られます。
• 波長仕様：3つの主要な波長指標が提供されています：
  • ピーク波長（λ_P）：光出力が最大となる波長です。575 nm（グリーン）から650 nm（ハイパーレッド）の範囲です。
  • 主波長（λ_d）：CIE色度図から導出され、光の知覚色を最もよく表す単一波長です。一般に、色の定義にはピーク波長よりも関連性が高いです。値は572 nm（グリーン）から639 nm（ハイパーレッド）の範囲です。
  • スペクトル半値幅（Δλ）：最大出力の半分における発光スペクトルの幅（半値全幅 - FWHM）です。色純度を示します。赤色LEDはスペクトルが広く（20 nm）、黄色および緑色LEDはスペクトルが狭いです（15-17 nm）。
• 順電圧（V_F）：20mAで駆動したときのLED両端の電圧降下です。最小V_Fは2.0Vから2.05Vの間、代表的なV_Fは色に応じて2.3Vから2.4Vの間です。このパラメータは、LEDと直列に接続する電流制限抵抗を設計する上で不可欠です。
• 逆電流（I_R）：逆電圧5Vを印加したときのリーク電流です。通常100 µA以下です。
• 容量（C）：バイアス0V、周波数1 MHzで測定した場合、接合容量は通常40 pFです。これは高速スイッチングアプリケーションにおける要因となり得ます。

3. ビニングシステムの説明

データシートは、主に光度に対してビニングシステムの使用を示しています。製品は2つの光度ランク（ビン）に分類されます。特定のLEDのビンコードは、個々の梱包袋に印字されています。これにより、設計者はアプリケーションに適した一貫した輝度レベルのLEDを選択できます。この文書では波長や順電圧については明示的に詳細が記載されていませんが、そのようなパラメータには許容範囲（最小/代表/最大）があり、事実上暗黙のビンを定義していることがよくあります。

4. 性能曲線分析

データシートは、代表的な電気的・光学的特性曲線に特化したページを参照しています。具体的なグラフは本文に記載されていませんが、標準的なLEDデータシートに基づくと、通常以下が含まれます：

• 相対光度 vs. 順電流（I-V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、通常は動作範囲内でほぼ線形関係にあります。
• 順電圧 vs. 順電流：ダイオードの指数関数的なV-I特性を示します。
• 相対光度 vs. 周囲温度：接合温度が上昇するにつれて光出力が減少することを示し、熱管理の重要性を強調します。
• スペクトル分布：異なる波長にわたる相対出力を示すプロットで、ピーク波長とスペクトル半値幅を視覚的に表します。
• 指向角パターン：LED周囲の光強度の空間分布を示す極座標プロットです。

これらの曲線は、非標準条件下でのデバイスの挙動を理解し、精密な回路設計を行う上で非常に貴重です。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

LEDは標準的なT-1（3mm）ラジアルスルーホールパッケージを使用しています。主要な寸法上の注意点は以下の通りです：

• 全寸法はミリメートル単位で、インチ単位が括弧内に記載されています。
• 特に指定がない限り、標準公差±0.25mm（±0.010インチ）が適用されます。
• フランジ下の樹脂は最大1.0mm（0.04インチ）突出する場合があります。
• リード間隔は、リードがパッケージ本体から出る点で測定され、これはPCBの穴配置にとって重要です。
• パッケージ図面（LTL1CHxシリーズ参照）には、通常、全長、レンズ径、リード長と径、フランジ上のフラットスポットやその他の極性インジケータの位置が示されています。

5.2 極性識別

スルーホールLEDの場合、長いリードは一般的にアノード（陽極）、短いリードはカソード（陰極）です。さらに、ほとんどのパッケージにはフランジの縁にフラットスポットがあり、通常はカソード側に位置します。はんだ付け前に常に極性を確認し、逆バイアスによる損傷を防いでください。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

提供されている主なガイドラインは、手はんだまたはフローはんだ付け用です：はんだごての先端はLEDのプラスチック本体から少なくとも1.6mm離し、温度は260°Cを5秒以上超えてはなりません。長時間の加熱は、エポキシレンズの炭化、内部の剥離、またはワイヤーボンドの損傷を引き起こす可能性があります。

一般的な組立上の注意：

• 本体付近のリードに機械的ストレスを加えないでください。
• LEDを超音波洗浄機で洗浄しないでください。キャビテーションが内部構造を損傷する可能性があります。
• 組立中は適切な静電気対策手順を使用し、半導体ダイを静電気放電（ESD）から保護してください。ただし、LEDは一般的に一部のICよりも堅牢です。

7. 梱包および発注情報

シリーズの部品番号体系はLTL1CHKxKNNで、xは色コードを示します：

• D：ハイパーレッド（AlInGaP）
• R：スーパーレッド（AlInGaP）
• E：レッド（AlInGaP）
• F：イエローオレンジ（AlInGaP）
• Y：アンバーイエロー（AlInGaP）
• S：イエロー（AlInGaP）
• G：グリーン（AlInGaP）

全バリアントはウォータークリアレンズと同一の基本パッケージを共有します。具体的な梱包タイプ（例：バルク、テープアンドリール）は提供された内容には指定されていませんが、サプライヤーによって定義されます。

8. アプリケーション推奨事項

8.1 代表的なアプリケーションシナリオ

汎用インジケータランプとして、これらのLEDは以下に適しています：

• 民生電子機器、家電製品、産業用制御パネルの電源投入/ステータスインジケータ。
• スイッチ、ボタン、レジェンドのバックライト。
• シンプルな装飾照明。
• 基本的な光アイソレータまたはセンサアプリケーション（LEDを光源として使用）。

8.2 設計上の考慮点

• 電流制限：外部の電流制限抵抗は必須です。オームの法則を使用して抵抗値を計算します：R = (V_電源- V_F) / I_F。保守的な設計のためには、データシートの最大V_Fを使用して、電流が所望のレベルを超えないようにしてください。
• 熱管理：最大定格電流付近での連続動作や高周囲温度環境では、デレーティング曲線を考慮してください。複数のLEDを狭い空間で使用する場合は、十分な空気の流れを確保してください。
• 指向角：45°の指向角は、より焦点の合ったホットスポットを作り出します。より広い領域の照明には、拡散レンズ付きLEDまたは外部ディフューザーがより適切です。
• 駆動回路：これらのLEDは、マイクロコントローラのGPIOピン（通常は最大20-25mAを供給/吸収）から直接駆動するか、より高い電流や多数のLEDのマルチプレクシングのためにトランジスタドライバを介して駆動できます。

9. 技術比較と差別化

LTL1CHKxKNNシリーズの主な差別化要因は、赤から黄/緑の色に対してAlInGaP技術を使用している点です。GaAsP（リン化ガリウムヒ素）のような古い技術と比較して、AlInGaPは著しく高い発光効率を提供し、同じ電気量に対してより明るい光出力を意味します。ウォータークリアレンズは、拡散色調による光の散乱や吸収がないため、パッケージから可能な限り高い光出力を提供します。狭い45°の指向角は、広い環境光ではなく指向性ビームを必要とするアプリケーションに対する特定の選択です。

10. よくある質問 (FAQ)

Q: 抵抗なしで5V電源からこのLEDを直接駆動できますか？

A:No.電流制限抵抗がない場合、LEDは過剰な電流を引き込もうとし、すぐに最大定格を超えて即座に故障します。定電圧駆動には常に直列抵抗が必要です。

Q: ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

A: ピーク波長は、最も多くの光出力が放出される波長です。主波長は色座標から計算され、人間の目が知覚する色に最もよく一致します。単色LEDの場合、これらはしばしば近い値ですが、色を指定する標準は主波長です。

Q: LEDが動作中に温まりますが、これは正常ですか？

A: はい、LEDが熱を発生するのは正常です。効率は100%ではないため、一部の電力は接合部で熱に変換されます。これが、長期信頼性のためにデレーティング仕様と熱的考慮が重要である理由です。

Q: PWM（パルス幅変調）を使用してこのLEDを調光できますか？

A: はい、これらのLEDはPWM調光に適しています。低デューティサイクルでピーク順電流（色に応じて60mAまたは90mA）で駆動することで、LEDを暗くする平均電流を実現できます。可視フリッカを避けるために、PWM周波数が十分に高い（通常>100Hz）ことを確認してください。

11. 実践的な設計・使用例

例1: マイクロコントローラ ステータスインジケータ

一般的な用途は電源インジケータです。赤色LED（LTL1CHKEKNN）のアノードを抵抗を介して3.3Vマイクロコントローラ電源ラインに接続します。抵抗を計算します：V_F= 2.4V、希望I_F= 10mA（低消費電力のため）と仮定すると、R = (3.3V - 2.4V) / 0.01A = 90Ω。標準の100Ω抵抗を使用すると約9mAとなり、安全で十分な明るさです。

例2: 12V パネルインジケータ

12V自動車用または産業用パネルの場合、直列抵抗はより多くの電力を消費します。緑色LED（LTL1CHKGKNN）を20mAで駆動する場合：R = (12V - 2.4V) / 0.02A = 480Ω。抵抗での消費電力はP = I²R = (0.02)²* 480 = 0.192Wです。標準の1/4W（0.25W）抵抗で十分ですが、温かくなります。1/2W抵抗を使用すると、より良い安全マージンが得られます。

12. 技術原理の紹介

これらのLEDは、発光活性層としてアルミニウムインジウムガリウムリン（AlInGaP）を使用したダブルヘテロ接合構造に基づいています。順電圧が印加されると、電子と正孔がそれぞれN型およびP型半導体層から活性領域に注入されます。それらは再結合して光を放射し、光子（光）の形でエネルギーを放出します。AlInGaP合金の特定の組成は、材料のバンドギャップエネルギーを決定し、それが直接発光の波長（色）を決定します。広いバンドギャップは短い波長（緑/黄）を生成し、狭いバンドギャップは長い波長（赤）を生成します。ウォータークリアエポキシレンズは、半導体ダイを保護し、ドーム形状によってビームを整形し、高屈折率の半導体材料から効率的に光を取り出すための媒体として機能します。

13. 技術開発動向

このデータシートは成熟した広く使用されている製品を表していますが、LED技術は進化し続けています。このクラスのデバイスに関連する動向は以下の通りです：

• 効率向上：継続的な材料科学とエピタキシャル成長の改善により、ワットあたりのルーメン（lm/W）が向上し、同じ明るさに対してより明るい光またはより低い消費電力を意味します。
• 色の一貫性：波長と光度に対するより厳しいビニング公差が標準となりつつあり、複数LEDアプリケーションでのより均一な外観を可能にします。
• パッケージング：スルーホールはプロトタイピングや特定のアプリケーションで依然として人気がありますが、表面実装デバイス（SMD）パッケージ（0603、0805など）は、その小さなサイズと自動組立への適合性から、大量生産において業界標準となっています。
• 応用分野の拡大：このようなLEDの基本的な信頼性と効率は、単純なインジケータを超えて、低照度の一般照明、標識、自動車内装照明などの新たな領域への採用を推進し続けています。