T-1 3/4 LEDランプ 仕様書 - ウォームホワイト - 30mA - 110mW - 日本語技術文書

1. 製品概要

本資料は、高性能ウォームホワイトLEDランプの仕様を詳細に説明します。本デバイスは高輝度を実現するように設計されており、明るく鮮明な照明を必要とするアプリケーションに適しています。デバイスのコアにはInGaN半導体チップが使用されています。このチップから放出される青色光は、パッケージのリフレクターカップ内に形成された蛍光体層によってウォームホワイト色に変換されます。この設計アプローチにより、精密な色制御と高効率が実現されています。

LEDは業界で広く使用されている標準的なスルーホール形状である、一般的なT-1 3/4ラウンドパッケージに収められています。本デバイスはRoHS、EU REACH、ハロゲンフリー規格などの主要な環境・安全規制に準拠しており、現代の製造要件を満たしています。

1.1 中核的利点とターゲット市場

本LEDシリーズの主な利点は、標準的でコスト効率の高いパッケージ内で高い光束出力を実現している点です。代表的な光度は非常に高く、インジケータや照明用途に十分な明るさを提供します。ウォームホワイト色（代表的なCIE 1931色度座標 x=0.40, y=0.39）は視覚的に快適に設計されており、ディスプレイのバックライトやパネルインジケータによく好まれます。

ターゲットアプリケーションは多岐にわたり、明確で信頼性の高い視覚的信号が最も重要となる分野に焦点を当てています。これには、個々のLEDが文字やグラフィックスを形成するメッセージパネルや表示盤が含まれます。また、民生電子機器、産業機器、自動車内装における汎用の光学インジケータにも理想的です。さらに、その明るさから、小型パネル、スイッチ、またはスケールのバックライトにも適しています。家電製品や標識などのマーカーライト用途でも、その性能の恩恵を受けられます。

2. 技術パラメータ詳細解説

信頼性の高い回路設計と長期性能のためには、デバイスの限界値と動作特性を包括的に理解することが不可欠です。

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生じる可能性のある応力限界を定義します。これらの限界以下または限界での動作は保証されません。

• 連続順方向電流 (I_F):30 mA。これはLEDアノードに連続的に印加できる最大DC電流です。
• ピーク順方向電流 (I_FP):100 mA。この高い電流は、ここではデューティ比1/10、周波数1kHzのパルス条件下でのみ許容されます。連続電流定格を一時的にでも超えると、LEDの性能が劣化する可能性があります。
• 逆電圧 (V_R):5 V。これより高い逆バイアス電圧を印加すると、接合部の破壊を引き起こす可能性があります。
• 電力損失 (P_d):110 mW。これはデバイスが熱として放散できる最大電力であり、順方向電圧 (V_F) と順方向電流 (I_F) の積として計算されます。
• 動作・保管温度:デバイスは周囲温度-40°Cから+85°Cで動作可能であり、-40°Cから+100°Cの温度で保管できます。
• ESD耐圧 (HBM):4 kV。本デバイスは人体モデルによる静電気放電に対して良好な保護レベルを提供し、組立時の取り扱いにおいて重要です。
• はんだ付け温度:リードは260°Cのはんだ付け温度を最大5秒間耐えることができ、標準的なフローまたは手はんだ付けプロセスと互換性があります。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータは代表的条件 (Ta=25°C) で測定され、動作時のデバイス性能を定義します。

• 順方向電圧 (V_F):テスト電流20mA時で2.8Vから3.6Vの範囲です。この範囲は電流制限回路の設計に重要です。代表値はこの範囲内に収まり、実際の電圧は特定のビンに依存します (セクション3参照)。
• 光度 (I_V):20mA時で最小値7150ミリカンデラ (mcd) です。これは特定方向におけるLEDの知覚される明るさの尺度です。個々のユニットの実際の強度は、定義されたビン (T、U、またはV) に分類されます。
• 視野角 (2θ_1/2):代表的な半値全角は30度です。これは光出力の角度広がりを表します。このような小さな角度は、より集光された指向性ビームパターンを示します。
• 色度座標:代表的な色点は、CIE 1931色度図上でx=0.40, y=0.39と定義されます。これは白色光をウォームホワイト領域に位置付けます。個々のユニットは色の一貫性を確保するために、特定の色ビン (D1、D2、E1、E2、F1、F2) にグループ分けされます。
• 逆電流 (I_R):5V逆バイアス印加時、最大50 µA。
• ツェナー逆電圧 (V_z):ツェナー電流 (I_z) 5mA印加時の代表値は5.2Vです。これはデバイスが逆電圧保護機能を内蔵している可能性を示しており、誤った逆接続による損傷を防ぐ貴重な機能です。

3. ビニングシステムの説明

量産における輝度、色、電気的特性の一貫性を確保するため、LEDはビンに仕分けされます。これにより、設計者は特定のアプリケーション要件を満たす部品を選択できます。

3.1 光度ビニング

LEDは、20mAで測定された光度に基づいて3つのビンに分類されます:

- ビン T:7150 mcd から 9000 mcd。

- ビン U:9000 mcd から 11250 mcd。

- ビン V:11250 mcd から 14250 mcd。

光度には±10%の許容差が適用されます。より高いビン (例: V) を選択することで、より明るい最小出力が保証されます。

3.2 順方向電圧ビニング

順方向電圧は、電源設計およびマルチLEDアレイにおける電流マッチングを支援するために、4つのビンに仕分けされます:

- ビン 0:2.8V から 3.0V。

- ビン 1:3.0V から 3.2V。

- ビン 2:3.2V から 3.4V。

- ビン 3:3.4V から 3.6V。

V_Fの測定不確かさは±0.1Vです。

3.3 色ビニング

ウォームホワイト色は、LEDをCIE図上の特定の色度領域 (D1、D2、E1、E2、F1、F2とラベル付け) にグループ分けすることで厳密に管理されます。データシートには、これらの六角形の各ビンのコーナー座標範囲が記載されています。発注時には、これらは単一のグループ (グループ1: D1+D2+E1+E2+F1+F2) に統合されます。これは、出荷製品がこれら6つの色ランクのいずれかからなり、すべてがウォームホワイト仕様内にあることを保証することを意味します。色座標の測定不確かさは±0.01です。

4. 性能曲線分析

提供された特性曲線は、様々な条件下でのデバイスの挙動に関する洞察を提供します。

4.1 相対強度 vs. 波長

このスペクトル分布曲線は、LEDが蛍光体変換白色LEDに特徴的な広いスペクトルを放出することを示しています。青色領域 (InGaNチップ由来) にピークを持ち、黄色/赤色領域 (蛍光体由来) により広いピークを持ち、これらが結合して白色光を生成します。曲線は、長波長側に有意なエネルギーを持つことでウォームな品質を確認しています。

4.2 指向性パターン

放射パターンプロットは、30度の代表的な視野角を確認します。強度は0度 (オンアクシス) で最も高く、約±15度で半値まで対称的に減少します。

3.3 順方向電流 vs. 順方向電圧 (IV曲線)

この曲線は、ダイオードに典型的な指数関数的関係を示しています。順方向電圧は電流とともに増加します。設計者はこれを使用して、選択した動作電流に必要な駆動電圧を決定し、電流制限抵抗またはドライバが適切にサイジングされていることを確認します。

4.4 相対強度 vs. 順方向電流

この曲線は、光出力 (相対強度) が順方向電流とともに増加することを示していますが、特に高電流では完全に線形ではありません。一貫した輝度のための安定した電流制御の重要性を強調しています。

4.5 色度 vs. 順方向電流

このプロットは、色度座標 (x, y) が駆動電流の変化に伴ってわずかにシフトする様子を示しています。これは、蛍光体効率の変化やチップ特性による白色LEDにおける既知の現象です。色が重要なアプリケーションでは、推奨される20mAで動作させることで、色が指定されたビン範囲内に収まることが保証されます。

4.6 順方向電流 vs. 周囲温度

このデレーティング曲線は信頼性にとって重要です。周囲温度が上昇するにつれて、許容される最大順方向電流が減少することを示しています。過熱や早期故障を防ぐためには、高周囲温度で動作する際には駆動電流を減らし、電力損失限界内に留める必要があります。

5. 機械的・パッケージ情報

本デバイスは、2本のアキシアルリードを持つ標準的なT-1 3/4 (5mm) ラウンドLEDパッケージを使用しています。主な寸法上の注意点は以下の通りです:

- 特に指定がない限り、すべての寸法はミリメートル単位で、一般公差は±0.25mm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。

- フランジ下面からの樹脂レンズの最大許容突出は1.5mmです。

パッケージ図面には、レンズ直径、本体高さ、リード長さ、リード間隔の正確な寸法が記載されており、これはPCBフットプリント設計やハウジングまたはパネルへの適切な収まりを確保するために不可欠です。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

適切な取り扱いは、デバイスの完全性と性能を維持するために重要です。

6.1 リードフォーミング

• 曲げは、内部ダイとワイヤボンディングへの応力を避けるため、エポキシレンズの基部から少なくとも3mm離れた場所で行う必要があります。
• フォーミングは、はんだ付けプロセスの前に完了させなければなりません。
• 曲げ時の過度の応力は、エポキシのクラックや内部接続の損傷を引き起こす可能性があります。
• リードカットは室温で行うべきです。高温でのカットは熱衝撃を誘発する可能性があります。
• PCBの穴はLEDリードと完全に一致させ、取り付け応力を避ける必要があります。

6.2 保管条件

• 受領後の推奨保管条件は、温度≤30°C、相対湿度≤70%で最大3ヶ月間です。
• 長期保管 (最大1年) の場合、デバイスは乾燥剤を入れた密閉された窒素充填容器内で保管する必要があります。
• 湿気の多い環境での急激な温度変化は避け、デバイスへの結露を防止してください。

6.3 はんだ付けプロセス

• はんだ接合部からエポキシレンズまでの距離を3mm以上保ってください。
• リードフレームのタイバーの基部までのはんだ付けを推奨します。
• 手はんだ付けの場合は、はんだごて先の温度と時間を制御し、過熱を防いでください。
• ディップ/フローはんだ付けの場合、リードは260°Cで5秒間耐えることができます。

7. 梱包および発注情報

7.1 梱包仕様

LEDは損傷とESDを防ぐために梱包されます:

- 静電気防止バッグに入れられます。

- 各バッグには最小200個、最大500個が入っています。

- 5つのバッグが内箱に梱包されます。

- 10個の内箱が外箱に梱包されます。

7.2 ラベル説明

梱包のラベルには以下が含まれます:

- CPN:顧客部品番号参照。

- P/N:メーカー部品番号。

- QTY:パッケージ内のデバイス数量。

- CAT:光度および順方向電圧ビンの組み合わせコード。

- HUE:色ランクのコード (例: D1, E2)。

- REF:参照情報。

- LOT No:トレーサブルな製造ロット番号。

7.3 型番指定方法

部品番号は構造化されたフォーマットに従います:334-15/X2C3- □ □ □ □。空白の四角 (□) は、光度、順方向電圧、色ランクの正確なビニング選択を指定するコードのプレースホルダーです。これにより、顧客は特定の輝度、電圧降下、色の一貫性のニーズに合わせた部品を発注できます。

8. アプリケーション提案および設計上の考慮点

8.1 代表的なアプリケーション回路

最も一般的な駆動方法は、単純な直列抵抗です。抵抗値 (R_series) は次のように計算されます: R_series= (V_supply- V_F) / I_F。ビンまたはデータシートの最大V_F(例: 3.6V) を使用して、低抵抗のLEDであっても電流が所望のI_F(例: 20mA) を超えないようにします。例えば、5V電源の場合: R = (5V - 3.6V) / 0.020A = 70オーム。標準的な68または75オームの抵抗が適しています。複数のLEDの場合、供給電圧が十分に高い場合は単一の電流制限抵抗で直列に接続するか、より良い電流マッチングのためにそれぞれ独自の抵抗を持つ並列ストリングを使用します。

8.2 熱管理

電力損失は比較的低い (最大110mW) ですが、適切な熱設計は寿命を延ばし、光出力を維持します。特に最大電流付近または高周囲温度で動作する場合、LEDリード周囲に十分な銅面積をPCBに確保し、ヒートシンクとして機能させてください。LEDを他の発熱部品の近くに配置しないでください。

8.3 光学統合

30度の視野角は集光ビームを提供します。より広い照明のためには、拡散板やレンズなどの二次光学部品が必要になる場合があります。ウォームホワイト色はクールホワイトよりもグレアを引き起こしにくく、直接視認するインジケータに適しています。

9. 技術比較および差別化

一般的な5mm白色LEDと比較して、本デバイスは以下の主要な利点を提供します:

1. 高輝度:最小7150 mcdで、標準的なインジケータグレードのLEDよりも大幅に明るく、太陽光下で読めるディスプレイや小面積光源としての使用を可能にします。

2. 統合保護:4kVのESD定格と示唆されるツェナークランプ (Vz=5.2V) は、取り扱いや電気的過渡現象に対する堅牢性を提供し、基本的なLEDでは追加コストや外部部品となることが多い機能です。

3. 厳格なビニング:輝度、電圧、色に関する詳細なビニングにより、複数のユニット間で均一な輝度や色が重要なアプリケーションにおいて、精密な選択とより良い一貫性が可能になります。

4. 環境適合性:RoHS、REACH、ハロゲンフリー規格への完全準拠により、厳格な環境規制を持つ世界市場に適しています。

10. よくある質問 (技術パラメータに基づく)

Q: このLEDを30mAで連続駆動できますか？

A: はい、30mAは絶対最大連続順方向電流です。最適な寿命と信頼性のためには、代表特性で指定されているように20mAなど、この最大値以下で動作させるのが一般的な慣行です。

Q: 異なる色ビン (D1、F2など) の目的は何ですか？

A: すべてのビン (D1からF2) はウォームホワイト光を生成しますが、正確な色合いにわずかな違いがあります (例: より黄色がかった vs. よりピンクがかった)。これらをグループ化することで、メーカーは製造されたすべてのLEDを使用しながら、許容されるウォームホワイト範囲内にあることを保証します。ほとんどのアプリケーションでは、グループ1で十分です。非常に厳密な色合わせを必要とするアプリケーションでは、単一のビンを指定する必要があるかもしれません。

Q: 順方向電圧ビンはどのように解釈すればよいですか？

A: 設計が電圧降下に敏感な場合 (例: 低電圧バッテリーから動作)、より低いV_Fビン (0または1) を選択することで、バッテリー放電時の輝度の一貫性がより確保されます。なぜなら、より低い電圧降下は電流制限抵抗にかかる電圧をより多く残すからです。

Q: 電流制限抵抗は常に必要ですか？

A: はい。LEDは電流駆動デバイスです。電流制限なしで電圧源に直接接続すると、過剰な電流が流れ、即座に故障します。直列抵抗または定電流ドライバは必須です。

11. 実践的設計および使用事例

事例: 産業機器用ステータスインジケータパネルの設計

エンジニアは、20個の明るいウォームホワイトステータスインジケータを持つパネルを設計する必要があります。要件: 一貫した輝度と色、24V DC電源、高信頼性。

設計ステップ:

1. 駆動方法:シンプルさとコスト効率のために直列抵抗を使用します。24V電源を効率的に使用するためにLEDを直並列接続します。4個のLEDを直列にすると、最大V_Fは約14.4V (4 * 3.6V) です。抵抗値: R = (24V - 14.4V) / 0.020A = 480オーム。470オーム、1/4Wの抵抗を使用します。4個のLED + 1個の抵抗からなる同一のストリングを5つ作成します。

2. ビニング選択:均一な外観を確保するために、発注するすべてのユニットに対して同じ光度ビン (例: ビンU) と同じ色ビングループを指定します。

3. PCBレイアウト:LEDリードに十分なパッドサイズを確保します。わずかな放熱のためにカソードリードに接続された小さな銅面を含めます。フットプリント設計で3mmリード曲げルールが守られていることを確認します。

4. 組立:はんだ付けガイドラインに従い、熱損傷を避けるために制御されたプロセスを使用します。

12. 動作原理の紹介

このLEDは、半導体におけるエレクトロルミネッセンスの原理で動作します。活性領域は窒化インジウムガリウム (InGaN) で作られています。順方向電圧が印加されると、電子と正孔が活性領域に注入され、そこで再結合して光子の形でエネルギーを放出します。InGaN層の特定の組成により、これらの光子は青色波長範囲 (~450-470 nm) になります。

白色光を作り出すために、青色チップの上に蛍光体コーティングが施されています。この蛍光体は、希土類元素をドープしたセラミック材料です。高エネルギーの青色光子が蛍光体に衝突すると、吸収され、主に黄色および赤色領域の広いスペクトルでより低エネルギーの光子として再放出されます。変換されない青色光とダウンコンバートされた黄色/赤色光の組み合わせが、人間の目には白色光として知覚されます。ウォームな品質は、スペクトルの長波長 (赤) 成分を強調するように蛍光体組成を調整することで達成されます。

13. 技術トレンドと背景

蛍光体変換を伴うInGaNベースの青色チップの使用は、白色LED (pc-LEDとして知られる) を製造するための主要な技術です。このデバイスは、スルーホールパッケージにおける成熟した大量生産製品を代表しています。業界のトレンドは以下の方向に進んでいます:

1. 効率向上 (lm/W):チップ設計、蛍光体効率、パッケージ光取り出しの継続的な改善により、発光効率がさらに高まり、同じ光出力に対するエネルギー消費が減少しています。

2. 色品質:複数の蛍光体や量子ドットの使用を含む蛍光体技術の進歩により、演色評価数 (CRI) が向上し、白色光がより自然で正確な色表示が可能になっています。

3. パッケージ小型化 & SMT移行:T-1 3/4は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 (3528、5050など) は自動組立や高密度設計でますます一般的になっています。しかし、このようなスルーホールLEDは、試作、修理、およびより高い単点輝度や振動に対する堅牢性を必要とするアプリケーションで利点を保持しています。

4. スマートおよびコネクテッド照明:より広い市場では、インテリジェント照明システムのためにLEDにセンサーやコントローラーを統合していますが、これは主に高電力照明モジュールに影響し、個別のインジケータランプにはあまり影響しません。

この特定のLEDは、安定した性能最適化されたニッチに位置し、その特定の輝度、パッケージスタイル、色の組み合わせが必要とされるアプリケーションに対して信頼性の高いソリューションを提供します。