3.1mm 青色LED LTL1CHTBK5 データシート - 直径3.1mm - 順電圧3.8V - 消費電力120mW - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、プリント基板（PCB）やパネルへのスルーホール実装を目的とした、高効率・低消費電力の青色発光ダイオード（LED）の技術仕様を詳細に説明します。本デバイスは直径3.1mmのパッケージを採用し、InGaN（窒化インジウムガリウム）技術を利用して青色光を生成します。低電流動作による集積回路との親和性と、多様な実装オプションという中核的な利点を備えており、民生電子機器、計測機器、汎用電子機器における各種インジケータやバックライト用途に幅広く適しています。

2. 詳細技術パラメータ分析

2.1 絶対最大定格

デバイスの動作限界は、周囲温度（T_A）25°Cにおいて定義されます。これらの定格を超えると、永久破損を引き起こす可能性があります。

• 許容損失（P_D）：120 mW - デバイスが安全に放散できる最大総電力です。
• ピーク順電流（I_FP）：100 mA - パルス条件（デューティ比1/10、パルス幅0.1ms）下で許容されます。
• 直流順電流（I_F）：30 mA - 最大連続順電流です。
• 動作温度範囲：-25°C ～ +80°C。
• 保存温度範囲：-30°C ～ +100°C。
• リードはんだ付け温度：LED本体から1.6mmの位置で測定し、260°Cで5秒間。

2.2 電気的・光学的特性

主要性能パラメータは、T_A=25°C、標準試験電流（I_F）20mAで測定されます。

• 光度（I_V）：310 mcd（最小）、880 mcd（標準）。これは、人間の眼の明所視応答（CIE曲線）に合わせてフィルタリングされたセンサーで測定される知覚される明るさです。保証値には±15%の許容差が適用されます。
• 指向角（2θ_1/2）：30度（標準）。これは、光度が軸上（中心）値の半分に低下する全角度です。
• ピーク発光波長（λ_P）：468 nm（標準）。スペクトルパワー出力が最高となる波長です。
• 主波長（λ_d）：470 nm（標準）。CIE色度図から導出されるこの単一波長は、LEDの知覚される色を最もよく表します。
• スペクトル半値幅（Δλ）：25 nm（標準）。発光スペクトルの最大パワーの半分の高さにおける幅であり、色純度を示します。
• 順方向電圧（V_F）：I_F=20mAにおいて、3.5V（最小）、3.8V（標準）。
• 逆方向電流（I_R）：逆方向電圧（V_R）5Vにおいて、100 µA（最大）。重要：本デバイスは逆方向動作用に設計されていません。この試験条件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

アプリケーションにおける一貫性を確保するため、LEDは主要な光学パラメータに基づいて選別（ビニング）されます。

3.1 光度ビニング

単位：mcd @ 20mA。各ビンの限界値には±15%の許容差があります。

• K：310 - 400 mcd
• L：400 - 520 mcd
• M：520 - 680 mcd
• N：680 - 880 mcd
• P：880 - 1150 mcd
• Q：1150 - 1500 mcd

ビンコードは識別のため、各梱包袋に印字されています。

3.2 主波長ビニング

単位：nm @ 20mA。各ビンには±1nmの許容差があります。

• B08：465.0 - 470.0 nm
• B09：470.0 - 475.0 nm

4. 性能曲線分析

データシート内で特定のグラフが参照されていますが（4ページの代表的な電気的・光学的特性曲線）、以下の傾向はこの種のデバイスに典型的です：

• I-V曲線：順方向電圧（V_F）は順方向電流（I_F）に対し対数的な関係を示し、約3V付近に特徴的なニー電圧があり、その後より線形的に上昇します。
• 光度 vs. 電流： I_Vは、推奨動作範囲内ではI_Fにほぼ比例しますが、非常に高い電流では飽和または劣化する可能性があります。
• 温度依存性：光度は一般に接合温度の上昇に伴って減少します。順方向電圧も負の温度係数（温度上昇とともに減少）を持ちます。
• スペクトル分布：発光スペクトルはピーク波長（468 nm）を中心としたベル型の曲線で、標準的な半値幅は25 nmです。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ外形寸法

本デバイスは、直径3.1mmの円筒形のウォータークリアレンズパッケージに収められています。主要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単位です（括弧内にインチ単位を併記）。
• 特に指定がない限り、一般公差は±0.25mmです。
• フランジ下の樹脂の最大突出は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。

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。これはスルーホールLEDの標準的な慣例です。

6. はんだ付け・組立ガイドライン

6.1 リード成形・取り扱い

• リードは、LEDレンズの根元から少なくとも3mm離れた位置で曲げてください。パッケージの根元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行い、はんだ付けの soldering.
• 前に行ってください。PCB組立時は、機械的ストレスを避けるため最小限のクリンチ力で留めてください。

6.2 はんだ付けプロセス

• レンズ根元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漬しないでください。
• はんだ付けでLEDが熱くなっている間に、リードに外部ストレスを加えないでください。
• IRリフローはこのスルーホール型LEDには適していません。

推奨はんだ付け条件：

• はんだごて：最大300°C、最大3秒間（1回のみ）。
• フローはんだ付け：最大100°Cで最大60秒間予熱後、最大260°Cのはんだ波に最大10秒間接触。

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 洗浄・保管

• 洗浄：必要に応じてイソプロピルアルコールなどのアルコール系溶剤を使用してください。
• 保管：温度30°C以下、相対湿度70%以下の環境で保管してください。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。長期保管の場合は、乾燥剤を入れた密閉容器または窒素雰囲気下で保管してください。

7. 梱包・発注情報

7.1 梱包仕様

• 梱包袋：1袋あたり1000個、500個、または250個。
• 内箱：1箱あたり10袋（合計10,000個）。
• 外箱：1外箱あたり8内箱（合計80,000個）。
• 注記：出荷ロットごとに、最後の梱包のみが満袋でない場合があります。

7.2 品番

本データシートが対象とする特定の品番はLTL1CHTBK5です。レンズはウォータークリア、光源はInGaN、発光色は青色です。

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を並列に駆動する際に均一な輝度を確保するためには、各LEDに直列に電流制限抵抗を使用することを強く推奨します（回路モデルA）。LEDを直接並列に駆動すること（回路モデルB）は推奨されません。個々のLED間の順方向電圧（V_F）特性のわずかなばらつきが、電流分担に大きな差を生じさせ、結果として知覚される輝度に差が生じる可能性があるためです。

直列抵抗値（R_s）はオームの法則を用いて計算できます：R_s= (電源電圧V_supply- V_F) / I_F。ここで、V_Fは標準順方向電圧（例：3.8V）、I_Fは所望の動作電流（例：20mA）です。

8.2 静電気放電（ESD）対策

このLEDは静電気放電による損傷を受けやすいです。以下の予防措置を講じる必要があります：

• 作業者は導電性リストストラップまたは帯電防止手袋を着用してください。
• すべての設備、作業台、保管ラックは適切に接地してください。
• 取り扱い時の摩擦により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、イオナイザーを使用してください。

8.3 適用範囲と注意事項

このLEDは、通常の電子機器（オフィス、通信、家庭用）を対象としています。事前の協議と特定の認定なしに、故障が生命や健康を脅かす可能性のある用途（例：航空、医療生命維持装置、重要な安全装置）には設計されていません。

9. 技術比較・差別化

旧来の技術（例：炭化ケイ素ベース）の青色LEDと比較して、このInGaNベースのLEDは、同じ光出力に対して著しく高い発光効率と低い消費電力を提供します。直径3.1mmは一般的な業界標準であり、光出力と基板占有面積の良いバランスを提供します。その主な差別化要因は、指向性の高い光を提供する比較的狭い指向角（30°）と、輝度と波長の両方で精密なビニングが利用可能であることの組み合わせにあり、複数LEDアプリケーションにおける色と輝度の厳密なマッチングを可能にします。

10. よくある質問（FAQ）

10.1 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、スペクトルパワー出力が最大となる物理的な波長（468 nm）です。主波長（λ_d)は、人間の眼が知覚する単一波長の色を最もよく表す、色彩科学から計算された値（470 nm）です。この青色LEDのような単色LEDでは、これらはしばしば近い値ですが、同一ではありません。

10.2 直列抵抗なしでこのLEDを駆動できますか？

No.LEDの電流-電圧特性は指数的です。順方向電圧をわずかに超える電圧の増加は、非常に大きく、破壊的となる可能性のある電流の増加を引き起こします。電圧源からの安定した、安全で予測可能な動作のためには、直列抵抗が不可欠です。

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、半導体製造およびパッケージングプロセスにおける通常のばらつきを考慮したものです。ビニングシステムは、この全体的なばらつきの中でLEDをより狭いグループ（例：K、L、Mビン）に選別し、輝度の一貫性に関する特定のアプリケーション要求を満たすために実施されます。

10.4 "I.C. compatible"とはどういう意味ですか？

これは、LEDの電気的特性、特にその低い順電流要求（例：20mA）が、この範囲の電流を通常供給または吸収できる多くの標準集積回路（IC）やマイクロコントローラの出力ピンによる直接駆動に適していることを意味します。

11. 設計事例スタディ例

シナリオ：10個の均一な明るさの青色インジケータを必要とする状態表示パネルの設計。

1. ビニング選択：視覚的一貫性を確保するため、同じ光度ビン（例：すべてビン'M'）および同じ主波長ビン（例：すべてB09）のLEDを指定してください。
2. 回路設計：5V電源を使用。直列抵抗を計算：R_s= (5V - 3.8V) / 0.020A = 60 Ω。標準の62 Ωまたは68 Ωの抵抗が適しています。この抵抗を10個のLEDそれぞれに直列に接続し、5Vラインから並列に接続してください。
3. レイアウト・組立：ストレス緩和のため、曲げる前に少なくとも3mmのリード長を確保してLEDを配置してください。はんだ付けはフローはんだ付けガイドラインに従い、はんだごてまたははんだ波の接触をレンズから>2mm離して行ってください。
4. ESD軽減：組立ラインがESD保護されていることを確認してください。使用準備ができるまで、LEDは元の梱包で保管・取り扱ってください。

12. 技術原理紹介

このLEDは、InGaN（窒化インジウムガリウム）半導体材料に基づいています。p-n接合に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、そこで再結合します。この再結合時に放出されるエネルギーは光子（光）として放出されます。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、それが直接発光の波長（色）を決定します。青色発光には、インジウムとガリウムの特定の比率が使用されます。ウォータークリアエポキシレンズは、半導体チップを保護し、光出力ビームを形成（30°指向角）、およびパッケージからの光取り出し効率を向上させる役割を果たします。

13. 業界動向と発展

これは標準的なスルーホール部品ですが、基盤となるInGaN技術は絶えず進化しています。より広範なLED業界の動向には以下が含まれます：

• 効率向上：エピタキシャル成長とチップ設計の継続的な改善により、より高い発光効率（電気入力ワット当たりのより多くの光出力）が得られています。
• 色の一貫性：製造管理とビニングアルゴリズムの進歩により、主波長と輝度の許容差がより狭くなり、フルカラーディスプレイなどのアプリケーションに重要です。
• パッケージング：スルーホールは特定の用途で依然として人気がありますが、表面実装デバイス（SMD）パッケージは、その小さな占有面積と自動ピックアンドプレース組立への適合性から、新しい設計で主流となっています。しかし、このようなスルーホールLEDは、より高い機械的堅牢性、容易な手動プロトタイピング、またはラジアルパッケージからの特定の光学特性を必要とするアプリケーションで関連性を維持しています。
• 信頼性：材料（例：エポキシ樹脂、リードフレーム）とパッケージング技術の改善により、様々な環境条件下でのLEDの動作寿命と安定性が継続的に延伸されています。