LTL87HTBK 青色LED データシート - 5mm ラウンドレンズ - 順電圧4.0V - 消費電力120mW - 技術文書

1. 製品概要

LTL87HTBKは、窒化インジウムガリウム（InGaN）半導体材料を利用した青色発光ダイオード（LED）です。標準的な5mmラウンドスルーホールパッケージに収められており、ウォータークリアレンズを備え、汎用のインジケータおよび照明用途向けに設計されています。主な特徴として、低消費電力、広い視野角、そして固体照明技術に固有の長寿命と信頼性が挙げられます。

1.1 中核的な利点

• 低消費電力：典型的な駆動電流で効率的に動作し、バッテリー駆動デバイスに適しています。
• 広視野角（120°）：広く均一な光分布を提供し、パネルインジケータや状態表示灯に理想的です。
• 固体素子の信頼性：フィラメントや破損しやすいガラス管がなく、様々な環境下での耐久性を確保する長い動作寿命を提供します。

1.2 対象用途

このLEDは、一般的な電子機器での使用を意図しています。典型的な用途には、民生電子機器の状態インジケータ、小型ディスプレイのバックライト、パネル照明、装飾照明などが含まれます。故障が安全性を脅かす可能性がある（例：航空、医療用生命維持装置など）ような、例外的な信頼性を必要とする用途向けには設計されていません。

2. 詳細な技術パラメータ分析

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発生する可能性のあるストレスの限界を定義します。これらの限界値以下または限界値での動作は保証されません。

• 消費電力（Pd）：最大120 mW。これはパッケージが熱として放散できる総電力（Vf * If）です。
• 順電流（DC）：最大連続30 mA。
• ピーク順電流：最大100 mA、パルス条件（デューティ比1/10、パルス幅0.1ms）でのみ許容されます。
• 動作温度（Ta）：周囲温度範囲 -25°C から +80°C。
• 保存温度（Tstg）：-30°C から +100°C。
• リードはんだ付け温度：最大260°C、5秒間（LED本体から1.6mmの位置で測定）。

2.2 電気的・光学的特性

これらのパラメータは周囲温度（Ta）25°Cで規定され、デバイスの典型的な性能を定義します。

• 光度（Iv）：順電流（If）20mA時、最小65 mcd、典型的180 mcd、最大520 mcdの範囲です。保証される光度には±15%の許容差が適用されます。
• 順電圧（Vf）：典型的に4.0V、If=20mA時最大4.0V。最小値は3.5Vです。
• 視野角（2θ1/2）：120度。これは光度が軸上の値の半分に低下する全角度です。
• ピーク波長（λp）：468 nm。これは発光スペクトルの最高点における波長です。
• 主波長（λd）：470 nm。これは色を定義する、人間の目が知覚する単一波長です。
• スペクトル半値幅（Δλ）：25 nm。これはスペクトルの純度を示します。値が小さいほど単色光に近くなります。
• 逆電流（Ir）：逆電圧（Vr）5V時、最大100 μA。このデバイスは逆方向動作用には設計されていません。

3. ビニングシステムの説明

生産の一貫性を確保するため、LEDは主要な光学的パラメータに基づいて選別（ビニング）されます。LTL87HTBKでは、主に2つのビニング基準が使用されています。

3.1 光度ビニング

LEDは、20mAで測定された光度に基づいてビンに分類されます。各ビンには最小値と最大値があり、ビン限界値には±15%の許容差があります。ビンコード（例：D, E, F...L）は梱包袋に印字されています。

• 例：ビン 'G' の光度範囲は140から180 mcdです。

3.2 主波長ビニング

LEDは色の一貫性を制御するため、主波長によってもビニングされます。各ビン限界値の許容差は±1 nmです。

• 例：ビン 'B08' の主波長範囲は465.0から470.0 nmです。

4. 性能曲線分析

具体的なグラフは提供されたテキストには詳細に記載されていませんが、このようなLEDの典型的な性能曲線には以下が含まれます：

4.1 順電流対順電圧（I-V曲線）

この曲線は電流と電圧の指数関数的関係を示します。順電圧は負の温度係数を持ち、接合温度が上昇するとわずかに減少することを意味します。

4.2 光度対順電流

この曲線は低電流域では一般的に線形ですが、高電流域では熱的影響や効率低下により飽和する可能性があります。

4.3 光度対周囲温度

LEDの光出力は接合温度が上昇すると減少します。この減衰曲線は、広い温度範囲で動作するアプリケーションを設計する上で極めて重要です。

4.4 スペクトル分布

相対強度対波長を示すグラフで、中心は468 nm、典型的な半値幅は25 nmであり、青色の発光点を定義します。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

このデバイスは標準的な5mmラウンドLEDです。主な寸法上の注意点は以下の通りです：

• 全ての寸法はミリメートル（インチ）単位です。
• 特に指定がない限り、公差は±0.25mmです。
• フランジ下部の樹脂突出は最大1.0mmです。
• 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ます。

5.2 極性識別

長いリードがアノード（陽極）、短いリードがカソード（陰極）です。さらに、カソード側にはLEDレンズのプラスチックフランジに平坦部（フラット）があることが多いです。

6. はんだ付け・組立ガイドライン

6.1 リード成形

• LEDレンズの根元から少なくとも3mm離れた位置でリードを曲げてください。
• リードフレームの基部を支点として使用しないでください。
• リード成形は室温で、はんだ付け工程の前に行ってください。

6.2 はんだ付けパラメータ

レンズ基部からはんだ付け点まで最低2mmのクリアランスを確保してください。レンズをはんだに浸さないでください。

• 手はんだ（はんだごて）：最高温度300°C、最大3秒間（1回のみ）。
• フローはんだ付け：最大100°Cまで最大60秒間予熱。はんだ波は最大260°Cで最大10秒間。

警告：過度の温度や時間はレンズの変形や致命的な故障を引き起こす可能性があります。

6.3 保存条件

• 推奨保存環境：温度30°C以下、相対湿度70%以下。
• 元の梱包から取り出したLEDは、3ヶ月以内に使用してください。
• 元の梱包外での長期保存には、乾燥剤を入れた密閉容器または窒素雰囲気を使用してください。

7. 梱包・発注情報

7.1 梱包仕様

• 基本単位：静電気防止梱包袋あたり1000個、500個、または250個。
• 内箱：1箱あたり10梱包袋（合計10,000個）。
• 外箱：1箱あたり8内箱（合計80,000個）。出荷ロットの最後の梱包は満杯でない場合があります。

8. アプリケーション設計推奨事項

8.1 駆動回路設計

LEDは電流駆動デバイスです。複数のLEDを並列に接続する際に均一な輝度を確保するためには、強く推奨します各LEDに直列に個別の電流制限抵抗を使用することです。電圧源から複数のLEDを直接並列駆動する（個別の抵抗なし）と、各デバイスの順電圧（Vf）の自然なばらつきにより、輝度の大きな不一致が生じる可能性があります。

8.2 静電気放電（ESD）保護

このLEDは静電気放電による損傷を受けやすいです。取り扱いおよび組立時には以下の予防措置を講じる必要があります：

• 接地されたリストストラップまたは静電気防止手袋を使用してください。
• すべての機器、作業台、保管ラックが適切に接地されていることを確認してください。
• プラスチックレンズに蓄積する可能性のある静電気を中和するためにイオナイザーを使用してください。

8.3 熱管理

これは低電力デバイスですが、最大DC電流（30mA）付近またはその値で動作すると熱が発生します。過度の熱は光出力と寿命を低下させるため、アプリケーション内で十分な通風を確保し、LEDの接合温度を規定の動作範囲内に保ってください。

9. 技術比較・差別化

LTL87HTBKは、標準的な5mm青色InGaN LEDとして、その特定の光度ビンと主波長ビンの組み合わせによって差別化されています。旧技術の青色LED（例：炭化ケイ素使用）と比較して、InGaN LEDは著しく高い効率と、より明るく鮮やかな青色光を提供します。その主な利点は、明確に定義されたビニングシステムにあり、設計者がアプリケーションで一貫した色と輝度を得るために部品を選択することが可能になります。

10. よくある質問（FAQ）

10.1 5V電源で使用する場合、どの抵抗値を使用すべきですか？

オームの法則を使用します：R = (電源電圧 - LEDのVf) / If。20mA時の典型的なVf 4.0Vの場合：R = (5V - 4.0V) / 0.020A = 50オーム。最も近い標準値は51オームです。抵抗での消費電力も常に計算してください：P = I²R = (0.02)² * 51 = 0.0204W、したがって標準的な1/4W抵抗で十分です。

10.2 3.3V電源でこのLEDを駆動できますか？

可能性はありますが、確実ではありません。最小順電圧は3.5V、典型的な値は4.0Vです。3.3V電源ではLEDが点灯しないか、非常に暗く不安定な光しか出ない可能性があります。昇圧コンバータまたはより高い電源電圧の使用を推奨します。

10.3 光度に±15%の許容差があるのはなぜですか？

この許容差は、測定システムの変動や製造上のわずかなばらつきを考慮したものです。ビニングシステムは、より正確な選択範囲を提供します。ビン 'G'（140-180 mcd）内のデバイスの実際の光度は、その範囲内に収まり、測定許容差が加わります。

11. 実践的設計ケーススタディ

11.1 複数LEDステータスインジケータパネル

シナリオ：12V電源ラインから駆動される、均一な輝度が要求される10個の青色ステータスインジケータを備えた制御パネルを設計する。

設計解決策：

1. 回路トポロジー：LEDとそれ専用の直列抵抗からなる、同一の10個の駆動回路を並列に使用します。単一の抵抗で全てのLEDを並列駆動することは避けてください。
2. 抵抗計算：目標If = 20mA。Vf（典型的）= 4.0V。R = (12V - 4.0V) / 0.020A = 400オーム。標準の390または430オーム抵抗を使用します。電力：P = (0.02)² * 400 = 0.16W、したがって1/4W抵抗で十分です。
3. ビニング：視覚的一貫性を確保するため、同じ光度ビン（例：全てビン 'G'）および同じ主波長ビン（例：全てビン 'B08'）からのLEDを指定してください。
4. レイアウト：3mmのリード曲げ距離と2mmのはんだ付けクリアランスを維持してください。放熱のため、LED間にいくらかのスペースを設けてください。

12. 動作原理

LTL87HTBKは、窒化インジウムガリウム（InGaN）に基づく半導体p-n接合ダイオードです。ダイオードのオン電圧（約3.5V）を超える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。この活性領域で電子と正孔が再結合すると、エネルギーが光子（光）の形で放出されます。InGaN合金の特定の組成がバンドギャップエネルギーを決定し、それが直接放出光の波長（色）に対応します。この場合、約470 nmの青色光です。

13. 技術トレンド

1990年代初頭に先駆けられた青色InGaN LEDは、固体照明における基礎的なブレークスルーでした。これにより、白色LED（青色光と黄色蛍光体の組み合わせ）やフルカラーディスプレイの実現が可能になりました。この技術における現在のトレンドは、効率（ルーメン毎ワット）の向上、白色光用途での演色性（CRI）の改善、小型化および高密度パッケージの開発に焦点が当てられています。5mmスルーホールLEDはインジケータ用途では依然として人気がありますが、照明用途では、より優れた熱性能と自動組立への適合性から、表面実装デバイス（SMD）パッケージが現在主流となっています。