T-13/4 (5mm) 超高輝度LED データシート - 直径5mm - 順電圧2.0-2.4V - 消費電力120mW - スーパーレッドからイエロー - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、T-13/4（直径5mm）の超高輝度発光ダイオード（LED）シリーズの仕様を詳細に説明します。これらはプリント基板（PCB）やパネルへの実装を目的としたスルーホール部品です。LEDは、ヒ化ガリウム（GaAs）基板上のアルミニウムインジウムガリウムリン（AlInGaP）半導体技術を用いて製造され、ウォータークリアエポキシパッケージに封止されています。本シリーズは、高い発光強度と低消費電力を特徴とし、高い視認性と効率性が求められる用途に適しています。

1.1 中核的利点

• 高発光強度：非常に明るい光を出力し、具体的な値はモデルと色によって異なります。
• 低消費電力：代表的な順電流20mAで効率的に動作します。
• 高効率：電気入力に対して大きな光出力を提供します。
• 多様な実装方法：PCBまたはパネル実装に対応した標準的なスルーホール設計です。
• IC駆動対応：低い電流要件のため、集積回路で直接駆動可能です。
• 標準パッケージ：一般的なT-13/4（直径5mm）のフォームファクタです。

1.2 ターゲット市場と用途

これらのLEDは、明確で明るい信号表示が求められる用途を主な対象としています。典型的な用途には、メッセージ表示や、遠方からの高い視認性が重要な交通標識など、様々な標識が含まれます。

2. 技術パラメータ詳細

これらのLEDの性能は、視野角によって区別される異なる製品シリーズ（F、H、P、R）間で変動する、いくつかの主要な電気的および光学的パラメータによって定義されます。

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発生する可能性がある限界を定義します。すべての値は、周囲温度（T_A）25°Cで規定されています。

• 消費電力（P_D）：最大120 mW。
• ピーク順電流（I_FP）：色バリエーションに応じて90 mAから130 mAの範囲（パルス条件：1/10デューティサイクル、0.1msパルス幅）。
• 連続順電流（I_F）：全バリエーションで50 mA。
• ディレーティング係数：順電流に対して70°Cから線形に0.6 mA/°C。
• 逆電圧（V_R）：最大5 V（I_R= 100 µA時）。
• 動作温度範囲：-40°C ～ +100°C。
• 保存温度範囲：-55°C ～ +100°C。
• リードはんだ付け温度：LED本体から1.6mm（0.063インチ）の位置で測定し、260°Cで5秒間。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、T_A=25°C、I_F=20mAで測定した代表的な動作パラメータです。シリーズは視野角によって定義されます：Fシリーズ（8°）、Hシリーズ（15°）、Pシリーズ（22°）、Rシリーズ（30°）。発光強度は視野角に反比例します。

2.2.1 Fシリーズ（視野角8°）

• 発光強度（I_v）：3200-5500 mcd（スーパーレッド）から4200-7800 mcd（その他の色）の範囲。
• 順電圧（V_F）：通常2.0Vから2.4V、スーパーレッドは1.9Vから2.3V。
• ピーク波長（λ_P）：588 nm（イエロー）から639 nm（スーパーレッド）の範囲。
• 主波長（λ_d）：587 nm（イエロー）から631 nm（スーパーレッド）の範囲。
• スペクトル半値幅（Δλ）：15 nmから20 nmの範囲。

2.2.2 Hシリーズ（視野角15°）

• 発光強度（I_v）：1500-2400 mcd（スーパーレッド）から1900-3400 mcd（その他の色）の範囲。
• 電気的およびスペクトル特性（V_F、λ_P、λ_d、Δλ）はFシリーズと同一です。

2.2.3 Pシリーズ（視野角22°）

• 発光強度（I_v）：880-1400 mcd（スーパーレッド）から1150-2000 mcd（その他の色）の範囲。
• 電気的およびスペクトル特性（V_F、λ_P、λ_d、Δλ）はFシリーズおよびHシリーズと同一です。

2.2.4 共通パラメータ

• 逆電流（I_R）：V_R= 5V時、最大100 µA。
• 静電容量（C）：V_F= 0V、f = 1 MHz時、代表値40 pF。

2.3 ビニングシステムの説明

データシートは発光強度のビニングシステムを示しています。

• 発光強度ビニング：製品は2つのランク（例：最小値と代表値）に分類されます。具体的なビン分類コードは、個々の梱包袋に印字されています。
• 色／波長ビニング：型番の構造が色とそれに対応する波長特性を正確に定義しています（例：スーパーレッドはRK、レッドはEK）。色コード内での追加のビニングはありません。

3. 機械的・パッケージ情報

3.1 パッケージ寸法

LEDは、直径5mm（T-13/4）のレンズを備えた標準的なラジアルリードパッケージです。

• 本体直径：代表値5.0mm。
• リード間隔：リードがパッケージ本体から出る位置で測定。
• 樹脂突出：フランジ下部で最大1.0mm（0.04インチ）。
• 公差：特に指定がない限り±0.25mm（0.010インチ）。

3.2 極性の識別

部品は標準的なLED極性を使用します。長いリードは通常アノード（陽極）、短いリードはカソード（陰極）です。カソードはプラスチックレンズの縁にある平らな部分でも示される場合があります。逆バイアスによる損傷を防ぐため、はんだ付け前に必ず極性を確認してください。

4. はんだ付けと組立ガイドライン

4.1 手はんだまたはフローはんだ

スルーホール実装には、標準的なフローはんだまたは手はんだ技術を使用できます。

• 温度制限：リードは最大5秒間260°Cに耐えられます。この測定は、LEDのプラスチック本体から1.6mm（0.063インチ）の位置で行われます。
• 熱管理：エポキシパッケージや内部の半導体チップへの損傷を防ぐため、長時間の加熱は避けてください。必要に応じて、はんだ付け点とLED本体の間のリードにヒートシンク（例：ピンセット）を使用します。

4.2 保管条件

はんだ付け性とデバイスの完全性を維持するため、LEDは元の防湿バッグに入れた状態で、指定された保存温度範囲-55°Cから+100°C内で管理された環境に保管してください。高湿度や腐食性ガスの環境は避けてください。

5. アプリケーション提案

5.1 典型的なアプリケーションシナリオ

• メッセージサイン＆ディスプレイ：昼間の視認性のために高輝度が必要な状態表示灯、スクロールテキスト表示、情報パネルに最適です。
• 交通＆信号標識：補助信号灯、横断歩道表示灯、または特定の色（赤、琥珀色、黄色）を必要とするその他の交通関連アプリケーションに適しています。
• 産業用インジケータ：機械の状態表示灯、制御盤の警告表示灯。
• 民生用電子機器：電源表示灯、小型ディスプレイのバックライト。

5.2 設計上の考慮事項

• 電流制限：常に直列の電流制限抵抗を使用してください。抵抗値は、電源電圧（V_CC）、LEDの順電圧（V_F）、および所望の順電流（I_F、通常20mA）に基づいて計算します。計算式：R = (V_CC- V_F) / I_F.
• 視野角の選択：必要なビームパターンに基づいてシリーズを選択します。指向性のある長距離視認には狭角（8° Fシリーズ）を、より広く拡散した照明には広角（22° Pシリーズ、30° Rシリーズ）を使用します。
• 熱管理：消費電力は低いですが、動作周囲温度が100°Cを超えないようにしてください。複数のLEDを使用する設計や高温環境では、間隔と可能な気流を考慮してください。
• 逆電圧保護：LEDは最大5Vの逆電圧に耐えられますが、逆バイアスにさらさないことが望ましいです。AC回路や極性反転回路では、保護のために逆並列ダイオードを含めてください。

6. 技術比較と差別化

旧世代の標準的な5mm LED（例：GaPまたはGaAsP技術を使用）と比較して、このAlInGaPベースのシリーズは以下のような大きな利点を提供します：

• 高効率＆高輝度：AlInGaP技術は優れた発光効率を提供し、同じ駆動電流でより高い発光強度を実現します。
• 改善された色飽和度：スペクトル特性（狭い半値幅）により、特に赤から琥珀色の範囲で、より純粋で鮮やかな色が得られます。
• 広い視野角オプション：同じコア技術から複数の明確な視野角（8°、15°、22°、30°）が利用可能なため、設計者はLEDの電気的または色特性を変更することなく、アプリケーションに合わせて光分布を正確に調整できます。

7. よくある質問（技術パラメータに基づく）

7.1 ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

ピーク波長（λ_P)は、LEDの放射光のスペクトルパワー分布が最大となる波長です。主波長（λ_d)は、CIE色度図から導出されます。これは、LEDの光の知覚色に一致する純粋なスペクトル色の単一波長です。広いスペクトルを持つLEDの場合、これらの値は異なることがあります。主波長は、人間が知覚する色をよりよく表すことが多いです。

7.2 F、H、Pシリーズの間でどのように選択すればよいですか？

選択は主に、必要なビームパターンと強度に基づきます。Fシリーズ（8°）は光を非常に狭く強力なビームに集中させ、長距離表示に最適です。Hシリーズ（15°）は強度と広がりの良いバランスを提供します。Pシリーズ（22°）およびRシリーズ（30°）は、はるかに広く拡散した光を提供し、エリア照明や広角視認に適しています。発光強度は視野角が広くなるにつれて減少します。

7.3 電流制限抵抗なしでこれらのLEDを駆動できますか？

No.LEDは電流駆動デバイスです。その順電圧には許容差と負の温度係数（温度上昇とともに減少）があります。電圧源に直接接続すると過剰な電流が流れ、連続順電流の絶対最大定格（50mA）を超えてデバイスを破損する可能性があります。安定した安全な動作のためには、直列抵抗が必須です。

7.4 ウォータークリアレンズとはどういう意味ですか？

ウォータークリアまたは非拡散レンズは完全に透明です。これにより、LEDチップの全強度が投影され、可能な限り高い発光強度とより明確なビームパターン（狭視野角バリエーションに見られるように）が得られます。拡散（乳白色）レンズのように光を散乱させることはありません。

8. 実践的設計事例

シナリオ：直射日光下でも視認可能な、屋外用機器の高視認性バッテリー駆動ON表示灯を設計します。表示灯の色は赤である必要があります。

設計選択：

1. LED選択：以下のLEDを選択します：LTL2F3VEKNT（赤、視野角8°、Fシリーズ）。狭い8°のビームは発光強度（代表値1900-3100 mcd）を一点に集中させ、正面の視聴者にとって知覚される明るさを最大化します。赤色は電源オン表示灯の標準色です。
2. 駆動回路：デバイスは5V電源ラインで駆動されます。代表的なV_F2.4Vと目標I_F20mAを使用します：R = (5V - 2.4V) / 0.020A = 130 Ω。直列に標準の130Ωまたは150Ω 1/4W抵抗を使用します。
3. レイアウト：スルーホールLEDは前面パネルに配置します。電流制限抵抗はメインPCB上に配置できます。組立時にLEDの極性が正しく向いていることを確認してください。
4. 結果：非常に明るく焦点の合った赤い点の表示灯で、消費電力はわずか20mA * 2.4V = 48mWであり、デバイスの120mW定格を十分に下回り、長期的な信頼性を確保します。

9. 技術原理の紹介

これらのLEDは、アルミニウムインジウムガリウムリン（AlInGaP）半導体材料をヒ化ガリウム（GaAs）基板上に成長させた技術に基づいています。動作原理はエレクトロルミネセンスです。

1. p-n接合に順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に注入されます。
2. 活性AlInGaP層内で、電子と正孔が再結合します。この再結合中に放出されるエネルギーは、光子（光）の形で放射されます。
3. 光の特定の色（波長）は、AlInGaP合金のバンドギャップエネルギーによって決定され、これは結晶成長時のアルミニウム、インジウム、ガリウム、リンの正確な比率によって制御されます。アルミニウムとインジウムを多く添加するとバンドギャップが大きくなり、放射光は赤から黄色／緑色へとシフトします。
4. ウォータークリアエポキシパッケージはレンズとして機能し、光出力を形成し、繊細な半導体チップに対して機械的および環境的保護を提供します。

10. 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技術は進化を続けています。このクラスのデバイスに関連する動向には以下が含まれます：

• 効率の向上：継続的な材料科学と製造プロセスの改善により、発光効率（ワットあたりのルーメン数）が高まり、同じ電流でより明るい出力、または同じ明るさでより低い消費電力が可能になります。
• 色の一貫性とビニング：エピタキシャル成長とプロセス制御の進歩により、波長と発光強度の分布がより狭まり、広範なビニングの必要性が減少し、デバイス間でより一貫した性能が提供されます。
• パッケージングの革新：T-13/4パッケージはスルーホール用途では標準的ですが、ほとんどの新設計では、小型化と自動組立への適合性から、表面実装デバイス（SMD）パッケージへの一般的な業界の移行があります。ただし、スルーホールLEDは、試作、教育キット、高信頼性または手動組立を必要とする用途では重要性を保っています。
• 拡大された色範囲：新しい半導体材料（青色／緑色／白色用のInGaNなど）の開発によりAlInGaPが補完され、フルカラーディスプレイが可能になりました。単色表示灯では、AlInGaPは高輝度赤色、オレンジ色、琥珀色LEDの主要技術であり続けています。