バイカラーLEDランプ LTLR1DESTBKJH155T データシート - 青/黄 - 3.2V/2.1V - 70mW/75mW - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、バイカラー・スルーホールLEDランプアセンブリの仕様を詳細に説明します。この製品は、InGaN青色チップとAlInGaP黄色チップを搭載したT-1サイズのLEDランプを、黒色プラスチック製の直角ホルダー（ハウジング）内に収めた構成です。このアセンブリは回路基板用インジケータ（CBI）として設計されており、様々な電子機器に適した高コントラストの視覚信号を提供します。主な機能は、単一パッケージから二つの異なる色による状態表示を、PCB平面に対して垂直に実装することで実現することです。

1.1 中核的な利点

• 組立の容易さ：設計は、簡便な回路基板への組立に最適化されており、テープ＆リールを用いた自動実装プロセスにも対応しています。
• 視認性の向上：黒色のハウジング材はコントラスト比を大幅に向上させ、点灯したLEDを基板背景に対してより見やすくします。
• 2色機能：青色（代表波長470nm）と黄色（代表波長589nm）のLEDを1パッケージに統合し、複数の状態表示を可能にします。
• 環境規制対応：本製品は鉛フリーであり、RoHS（有害物質使用制限）指令に完全準拠しています。
• 低消費電力：代表的な順方向電流10-20mAでの効率的な動作を考慮して設計されています。

1.2 対象アプリケーション

この部品は、幅広い電子機器における状態表示および視覚的信号伝達を目的としています。主な適用市場は以下の通りです：

• 通信機器：ネットワークスイッチ、ルーター、モデム。
• コンピュータシステム：サーバー、デスクトップPC、周辺機器。
• 民生用電子機器：オーディオ/ビデオ機器、家電製品、ゲーム機。
• 産業用制御装置：計器盤、制御システム、自動化設備。

2. 詳細な技術パラメータ分析

以下のセクションでは、本デバイスに規定された主要な電気的、光学的、熱的パラメータについて、詳細かつ客観的な解釈を提供します。特に断りのない限り、すべてのデータは周囲温度（TA）25°Cを基準としています。

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生じる可能性のある応力限界を定義します。通常使用では、これらの限界値付近または限界値での動作は推奨されません。

• 電力損失（PD）：青色：70 mW、黄色：75 mW。このパラメータは、LEDチップ内で熱に変換される総電気電力（IF * VF）を制限します。
• 順方向電流：連続DC：青色：20 mA、黄色：30 mA。ピーク（パルス）：特定条件（デューティサイクル ≤1/10、パルス幅 ≤10µs）下で両色とも60 mA。DC電流を超えると、光束維持率の低下を加速し、破壊的故障を引き起こす可能性があります。
• 温度範囲：動作時：-30°C ～ +85°C。保管時：-40°C ～ +100°C。これらは、信頼性のある機能および非動作時の保管のための環境限界を定義します。
• はんだ付け温度：リードは、LEDボディから2.0mmの位置で測定し、最大5秒間260°Cに耐えることができます。これは、フローはんだ付けや手はんだ付けプロセスにおいて重要です。

2.2 電気光学特性

これらは、指定された試験条件下での代表的な性能パラメータであり、デバイスの期待される動作を表します。

• 光度（Iv）：IF=10mAで測定。青色：520 mcd（代表値）、黄色：310 mcd（代表値）。データシートには、保証目的で±30%の試験許容差を含める必要があると記載されており、ユニット間の大きなばらつきを示しています。
• 指向角（2θ1/2）：両色とも約40度。これは、光度が軸上値の半分に低下する全角であり、ビームの広がりを定義します。
• 波長：
  • ピーク波長（λP）：青色：468 nm、黄色：591 nm（測定ピーク時）。
  • 主波長（λd）：青色：470 nm（代表値）、黄色：589 nm（代表値）。主波長は、CIE色度図で定義される知覚される色です。
• 順方向電圧（VF）：IF=10mA時。青色：3.2V（代表値、範囲2.6-3.5V）、黄色：2.1V（代表値、範囲1.7-2.5V）。2色の異なるVF値は、特に共通の電流源から駆動する場合の回路設計において極めて重要です。
• 逆方向電流（IR）：VR=5V時、最大10 µA。データシートは、本デバイスが逆方向動作用に設計されていないことを明示しています。この試験は特性評価のみを目的としています。

3. ビニングシステムの説明

本製品は、主要な光学パラメータに基づいてビン（区分）に仕分けされ、生産ロット内の一貫性を確保します。設計者はこれらの範囲を考慮する必要があります。

3.1 光度ビニング

LEDは、10mAで測定された光度によってグループ分けされます。ビンコードは完全品番の一部です（例：LTLR1DESTBKJH155Tの'HJ'）。

• 青色LEDビン：FG（110-180 mcd）、HJ（180-310 mcd）、KL（310-520 mcd）。
• 黄色LEDビン：DE（65-110 mcd）、FG（110-180 mcd）、HJ（180-310 mcd）。
• 許容差：各ビン限界値には±30%の許容差があり、特定のビンの実際の最小値/最大値はこの範囲で変動する可能性があることを意味します。

3.2 色調（主波長）ビニング

LEDは、色の一貫性を制御するため、主波長によっても仕分けされます。

• 青色LED色調ビン：コード1（464.0-470.0 nm）、コード2（470.0-476.0 nm）。
• 黄色LED色調ビン：コード3（582.0-589.0 nm）、コード4（589.0-596.0 nm）。
• 許容差：各ビン限界値には、厳密な±1 nmの許容差があります。

完全品番は、青色および黄色コンポーネントの正確な光度と色調ビンを指定しており、アプリケーション要件に応じた精密な選択を可能にします。

4. 性能曲線分析

PDFでは代表的な曲線が参照されていますが、その一般的な挙動は表形式データと半導体物理学から推測することができます。

4.1 電流対電圧（I-V）特性

順方向電圧（VF）は電流に対して対数的な関係を示します。青色LED（InGaN）は、異なる半導体バンドギャップエネルギーにより、黄色LED（AlInGaP、~2.1V @10mA）と比較してVFが高くなります（~3.2V @10mA）。VFは負の温度係数を持ち、接合温度が上昇すると減少します。

4.2 光出力対電流（L-I特性）

光度は、指定された動作範囲（最大20-30mAまで）では順方向電流に対してほぼ線形です。ただし、発熱の増加やドループ効果により、高電流では効率（ルーメン毎ワット）が低下する可能性があります。異なる光度ビンは、製造母集団におけるこのL-I特性のばらつきを表しています。

4.3 温度依存性

LEDの光出力は、接合温度が上昇すると減少します。黄色AlInGaP LEDは、青色InGaN LEDよりも一般的に温度感受性が高く（熱による出力低下が大きい）、一貫した輝度と長期信頼性を維持するには適切な熱管理が不可欠です。

5. 機械的およびパッケージング情報

5.1 外形寸法と構造

本デバイスは黒色プラスチック製の直角ホルダーを使用しています。主要な機械的注意点は以下の通りです：

• すべての寸法はミリメートル単位で、特に指定のない限り一般的な許容差は±0.25mmです。
• ハウジング材質は黒色プラスチックです。
• 内蔵されたT-1ランプは白色拡散レンズを備えており、指向角を広げ、LEDチップの外観を和らげます。
• 直角設計により、LEDをPCBの端に実装し、基板表面と平行に光を放射することが可能で、フロントパネル表示に理想的です。

5.2 極性識別

カソードコモンまたはアノードコモン構成のバイカラーLEDとして（具体的な構成は、参照されているが提供された抜粋では完全に詳細化されていない詳細なピン配置図から確認する必要があります）、正しい極性が不可欠です。5Vを超える逆電圧を印加すると、即座に損傷を引き起こす可能性があります。単色LEDでは通常、長いリードがアノードを示しますが、バイカラータイプでは、ハウジングまたはデータシートの図面に記載されたマーキングを参照する必要があります。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

6.1 保管条件

LEDは湿気に敏感なデバイス（MSD）です。

• 未開封バッグ：温度≤30°C、相対湿度≤70%で保管。乾燥剤入りの元の防湿バッグ（MBB）内での保管寿命は1年です。
• 開封済みバッグ：温度≤30°C、相対湿度≤60%で保管。部品はバッグ開封後168時間（1週間）以内にIRリフローはんだ付けする必要があります。
• 長時間暴露時：168時間を超えて暴露された場合は、はんだ付け前に少なくとも48時間60°Cでベーキングを行い、リフロー中のポップコンクラックを防止する必要があります。

6.2 リード成形と取り扱い

• リードは、LEDレンズの基部から少なくとも3mm離れた位置で曲げてください。レンズ基部を支点として使用しないでください。
• リード成形は、はんだ付け前に室温で行う必要があります。
• PCB挿入時は、可能な限り最小のクリンチ力を使用し、エポキシレンズとワイヤーボンドへの機械的ストレスを避けてください。

6.3 はんだ付けプロセス

• レンズ基部からはんだ付けポイントまで、最低2mmのクリアランスを確保してください。
• レンズをはんだやフラックスに浸さないでください。
• はんだ付け中またははんだ付け後に、リードに外部ストレスを加えないでください。
• 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してください。

7. パッケージングおよび発注情報

7.1 パッケージング仕様

本デバイスは、自動組立用のテープ＆リールパッケージで供給されます。

• キャリアテープ：黒色導電性ポリスチレン合金、厚さ0.50mm。
• リール容量：13インチリールあたり450個。
• カートン梱包：
  • 1リール + 乾燥剤 + 湿度指示カードを1つの防湿バッグ（MBB）に収納。
  • 2つのMBBを1つの内箱に収納（合計900個）。
  • 10個の内箱を1つの外箱に収納（合計9,000個）。

8. アプリケーション設計推奨事項

8.1 代表的なアプリケーション回路

各色LEDは、電流制限抵抗を用いて独立して駆動する必要があります。異なる順方向電圧（青色~3.2V、黄色~2.1V）のため、両LEDを並列に接続して共通の抵抗を使用することは推奨されず、深刻な電流不均衡を引き起こします。個別の電流制限抵抗は、電源電圧（Vcc）、所望の電流（IF、通常10-20mA）、およびLEDのVFに基づいて計算する必要があります。計算式：R = (Vcc - VF) / IF。

8.2 設計上の考慮事項

• 電流駆動：LEDは常に定電流源または直列抵抗を伴う電圧源で駆動してください。電圧源への直接接続は、制御不能な電流流れと故障を引き起こします。
• 熱管理：電力損失は低いですが、最大電流で動作する場合や高い周囲温度環境では、接合温度を限界内に維持するために、十分なPCB銅面積または通気を確保してください。
• 視覚設計：黒色ホルダーは優れたコントラストを提供します。ライトパイプやパネル切り欠きを設計する際は、40度の指向角を考慮し、意図した視認位置からの可視性を確保してください。
• ビニングの影響：複数ユニット間で均一な輝度を必要とするアプリケーションでは、狭い光度ビン（例：両色ともHJ）を指定し、可能であれば同じ製造ロットからの調達を確保してください。

9. 技術比較と差別化

単色スルーホールLEDや表面実装型の代替品と比較して、本製品は以下の特定の利点を提供します：

• 2つの単色LEDとの比較：PCBスペースを節約し、部品点数を削減し、2つの表示機能に1つのフットプリントを使用することで組立を簡素化します。
• SMDバイカラーLEDとの比較：スルーホール直角設計は、手作業による組立、修理、振動や機械的ストレスを受けるアプリケーションにおいて、しばしばより頑丈です。また、追加のライトパイプなしでフロントパネル実装を容易にします。
• 3色RGB LEDとの比較：状態表示（例：電源/スタンバイ、動作/待機、正常/警告）に2つの特定の色（青と黄/琥珀）のみが必要な場合、よりシンプルでしばしば低コストなソリューションを提供します。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

10.1 1つのピンから両方のLEDを同時に駆動できますか？

いいえ、直接はできません。青色と黄色のLEDは異なる順方向電圧を持っています。これらを並列に接続して単一の電流源に接続すると、ほとんどの電流が黄色LED（VFが低い）に流れ、過駆動する可能性があり、青色LEDは暗くなるか点灯しません。これらは別々の回路または独立した電流制御が可能なドライバICで駆動する必要があります。

10.2 ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

ピーク波長（λP）は、LEDの分光パワー分布曲線の最高点における波長です。主波長（λd）は、知覚される色を単一波長として表す、CIE色度図から計算された値です。λdは色表示アプリケーションにより関連性が高く、λPは分光分析により関連性が高いです。

10.3 光度保証に±30%の許容差があるのはなぜですか？

これは、半導体エピタキシーおよび製造プロセスに内在するばらつきを反映しています。ビニングシステムは、相対的性能がはるかに狭いグループにLEDを仕分けるために使用されます。許容差はビン限界値自体に適用され、180-310 mcdと表示されたビンには、試験限界において126 mcd（180 -30%）から403 mcd（310 +30%）までのユニットが含まれる可能性があることを意味します。

11. 実用的な使用例

11.1 ネットワークスイッチポート状態インジケータ

イーサネットスイッチでは、ポートごとに1つのバイカラーLEDを使用して、複数の状態を表示できます：消灯（リンクなし）、点灯黄（10/100 Mbpsリンク）、点灯青（1 Gbpsリンク）、点滅黄（低速でのデータアクティビティ）、点滅青（高速でのデータアクティビティ）。これにより、2つの別々のLEDが必要だったものを1つに統合し、フロントパネルスペースを節約します。

11.2 電源装置（PSU）の状態

サーバーや産業用PSUでは、LEDは以下の状態を示すことができます：消灯（AC電源なし）、点灯黄（AC供給中、DC出力オフ/スタンバイ）、点灯青（DC出力オンかつ規定範囲内）。黒色ホルダーの高コントラストは、ラックマウント環境での明確な視認性を保証します。

12. 動作原理

発光ダイオード（LED）は、半導体p-n接合デバイスです。材料のバンドギャップエネルギーを超える順方向電圧が印加されると、電子が空乏層内の正孔と再結合し、光子（光）の形でエネルギーを放出します。光の色は、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。InGaN（インジウムガリウム窒化物）は青色発光に、AlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン化物）は黄色/琥珀色発光に使用されます。白色拡散レンズには、指向角を広げ光出力を和らげるための蛍光体または散乱粒子が含まれています。2つの半導体チップは、コンパクトさのために共通の電気的接続（カソードコモンまたはアノードコモン）を持つ単一のT-1パッケージ内に収められています。

13. 技術動向

インジケータ用のスルーホールLED市場は成熟しており、高密度PCB設計に向けて0603、0402、サイドビュータイプなどの表面実装デバイス（SMD）パッケージへの漸進的な移行が進んでいます。しかし、スルーホールLED、特に直角タイプは、より高い機械的堅牢性、容易な手作業による組立/保守性、二次光学系なしでの特定の光学実装角度を必要とするアプリケーションにおいて、強い関連性を維持しています。このセグメント内での技術動向は、効率の向上（より高いmcd/mA）、一貫性のためのより厳密な色と光度ビニングの実現、より広い温度・湿度範囲下での信頼性の向上に焦点を当てています。本製品に見られるように、単一パッケージへの複数の色/チップの統合は、PCB上の単位面積あたりの機能性を高めるための主要な方法であり続けています。