3.1mm 拡散レッドLEDランプ データシート - 直径3.1mm - 順電圧2.4V - 消費電力75mW - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、スルーホール実装型の拡散レンズLEDランプの完全な技術仕様を提供します。このデバイスは、信頼性の高い性能と組立の容易さが求められる汎用インジケータおよび照明用途向けに設計されています。主要な構成材料はAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）であり、赤色光の生成における高効率と安定性で知られています。本製品はRoHS指令に準拠しており、鉛（Pb）などの有害物質を含みません。

このLEDの主な利点は、中程度に明るい環境でも良好な視認性を確保する高い光度出力です。低消費電力の特徴を備えており、バッテリー駆動デバイスやエネルギー効率が優先される用途に適しています。低電流要件により集積回路との互換性があり、適切な電流制限抵抗を介してマイクロコントローラのGPIOピンやロジック出力から直接駆動することが可能です。直径3.1mmのパッケージは、プリント基板（PCB）やパネルへの実装に汎用的なフォームファクタを提供します。

2. 技術パラメータ詳細

2.1 絶対最大定格

絶対最大定格は、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。これらの定格は、周囲温度（T_A）25°Cで規定されています。最大連続消費電力は75 mWです。パルス条件（デューティサイクル1/10、パルス幅0.1ms）で許容されるピーク順電流は90 mAです。推奨される最大連続DC順電流は30 mAです。50°C以上では0.4 mA/°Cのデレーティング係数が線形に適用され、温度が上昇するにつれて安全な動作電流が減少することを意味します。デバイスは周囲温度-40°Cから+100°Cの範囲で動作可能であり、-55°Cから+100°Cの温度で保管できます。はんだ付けに関しては、LED本体から2.0 mmの位置で測定した場合、リード線は最大5秒間260°Cに耐えることができます。

2.2 電気的・光学的特性

代表的な動作特性は、標準試験条件であるT_A=25°C、順電流（I_F）20 mAで測定されています。

• 光度（I_V）：最小85 mcdから最大310 mcdの範囲で、代表値は240 mcdです。この測定は、CIE明所視感度曲線に近似したセンサとフィルターを使用して行われます。
• 指向角（2θ_1/2）：60度。これは、光度が軸上（オンアクシス）値の半分に低下する全角であり、光を拡散させる拡散レンズの特性です。
• ピーク発光波長（λ_P）：632 nm。これはスペクトルパワー分布が最も高くなる波長です。
• 主波長（λ_d）：617 nmから629 nmの範囲で、代表値は621 nmです。これは、CIE色度図から導き出された、LEDの色（赤）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）：20 nm。これはスペクトルの純度を示します。値が小さいほど、より単色性の高い光源であることを示します。
• 順電圧（V_F）：代表値2.4 V、I_F=20mA時の最大値は2.4 Vです。最小値は2.0 Vです。
• 逆電流（I_R）：逆電圧（V_R）5Vを印加した場合、最大100 μAです。このデバイスは逆動作用に設計されていないことに注意することが重要です。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

本製品は、製造ロット内の一貫性や特定のアプリケーション要件を確保するために、主要な性能パラメータに基づいてビンに分類されます。

3.1 光度ビニング

LEDは、20mA時のミリカンデラ（mcd）で測定された3つの光度ビンに分類されます：

• ビンEF：最小85 mcd、最大140 mcd。
• ビンGH：最小140 mcd、最大240 mcd。
• ビンJ：最小240 mcd、最大310 mcd。

各ビン限界値の許容差は±15%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に主波長によってもビニングされます：

• ビンH28：617.0 nmから621.0 nm。
• ビンH29：621.0 nmから625.0 nm。
• ビンH30：625.0 nmから629.0 nm。

各ビン限界値の許容差は±1 nmです。光度と波長の特定のビンコードは、通常、パッケージに印字されるか、サプライヤーから入手可能であり、色や明るさが重要なアプリケーション向けに正確な選択を可能にします。

4. 性能曲線分析

PDFでは代表的な特性曲線が参照されていますが、提供されたテキストには実際のグラフは含まれていません。標準的なLEDの動作と与えられたパラメータに基づいて、これらの曲線の性質を推測することができます。I-V（電流-電圧）曲線は指数関数的な関係を示し、試験電流20mAにおける順電圧は約2.0-2.4Vとなります。光度対順電流（I_V-I_F）曲線は通常の動作範囲では一般的に線形であり、光出力が電流に直接比例することを示しています。光度対周囲温度曲線は負の係数を示し、接合温度が上昇するにつれて光出力が減少することを意味します。スペクトル分布曲線は、ピーク波長632 nmを中心とし、半値幅20 nmのベル型曲線となり、赤色の光出力を定義します。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

デバイスは直径3.1mmの丸型拡散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：すべ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、標準公差は±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位置で測定されます。詳細な寸法図には、通常、本体直径、レンズ形状、リード長、リード直径が示されます。

5.2 極性識別

スルーホールLEDの場合、極性は通常、リード長（長いリードがアノード、プラス）またはレンズ縁やプラスチックフランジの平坦部によって示されます。カソード（マイナス）は通常、短いリードまたは平坦部のある側に関連付けられます。

5.3 梱包仕様

LEDは静電気防止バッグに梱包されています。標準梱包数量は、バッグあたり1000個、500個、200個、または100個です。これらのバッグ10袋が内箱に入れられ、合計10,000個となります。最後に、内箱8箱が外装出荷箱に梱包され、外箱あたり合計80,000個となります。出荷ロットごとに、最終梱包のみがフルパックでない場合があることに注意してください。

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、温度30°C以下、相対湿度70%以下の環境で保管する必要があります。元の防湿梱包から取り出した場合は、3か月以内に使用することを推奨します。元の袋の外での長期保管の場合は、湿気の吸収を防ぐために、乾燥剤を入れた密閉容器または窒素雰囲気のデシケーターに保管する必要があります。

6.2 リード成形

リードを曲げる必要がある場合は、通常の室温で、はんだ付け前に行う必要があります。曲げは、LEDレンズの基部から少なくとも3mm離れた位置で行う必要があります。リードフレームの基部を曲げる際の支点として使用してはならず、エポキシシールへのストレスを避けるためです。PCB組立時には、最小限のクリンチング力を使用する必要があります。

6.3 はんだ付けプロセス

このスルーホールランプタイプには、フローはんだ付けまたははんだごてによる手はんだ付けが適したプロセスです。赤外線（IR）リフローは推奨されません。エポキシがリードに登ったり、熱損傷を避けたりするために、レンズ基部からはんだ付けポイントまで最低3mmのクリアランスを維持する必要があります。LEDレンズをはんだに浸してはなりません。

推奨はんだ付け条件：

• はんだごて：最高温度350°C、リードあたり最大はんだ付け時間3秒（1回のみ）。
• フローはんだ付け：最大予熱温度100°C、最大60秒。最大はんだウェーブ温度260°C、最大接触時間5秒。

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。

7. アプリケーション推奨事項

7.1 使用目的と注意事項

このLEDは、オフィス機器、通信機器、家庭用アプリケーションを含む一般的な電子機器向けに設計されています。事前の協議と認定なしに、故障が生命や健康を危険にさらす可能性のある安全上重要な用途や高信頼性用途（例：航空、医療生命維持、交通制御）での使用は推奨されません。

7.2 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明るさを確保するためには、各LEDに直列に個別の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）。電圧源から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、結果として不均一な明るさを引き起こす可能性があるためです。直列抵抗値はオームの法則を使用して計算できます：R = (V_電源- V_F) / I_F、ここでI_Fは所望の順電流（例：20mA）です。

7.3 静電気放電（ESD）保護

これらの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：

• 作業者は接地リストストラップまたは静電気防止手袋を着用する必要があります。
• すべての機器、作業台、保管ラックは適切に接地する必要があります。
• プラスチックレンズ表面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ます。

ESD損傷は、高い逆リーク電流、異常に低い順電圧、または低電流での点灯不良として現れる可能性があります。

8. 洗浄

はんだ付け後に洗浄が必要な場合は、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する必要があります。強力な化学薬品や超音波洗浄は、エポキシレンズや内部構造を損傷する可能性があります。

9. 技術比較と考察

GaAsP（ガリウムヒ素リン）赤色LEDなどの旧来の技術と比較して、このAlInGaPデバイスは著しく高い発光効率を提供し、同じ入力電流に対してより大きな明るさをもたらします。拡散レンズは、クリアまたはウォータークリアレンズと比較して、より広く均一な指向角を提供し、様々な角度から見る必要がある状態表示に理想的です。3.1mmサイズは一般的な業界標準であり、より小さい2mmや3mmのLED、またはより大きい5mmや10mmタイプと比較して、光出力と基板スペース消費の良いバランスを提供します。

10. よくある質問（FAQ）

Q: ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

A: ピーク波長（λ_P=632nm）は、LEDが発する光スペクトルの物理的なピークです。主波長（λ_d=~621nm）は、視覚的な色を定義する人間の色知覚（CIE図表）に基づく計算値です。これらはしばしば異なります。

Q: 直列抵抗なしでこのLEDを駆動できますか？

A: いいえ。LEDを電圧源に直接接続すると、過剰な電流が流れ、過熱し、即座に故障する可能性があります。電流制御のためには直列抵抗が必須です。

Q: なぜビニングシステムがあるのですか？

A: 製造上のばらつきにより、性能にわずかな差が生じます。ビニングは、厳密に制御されたパラメータ（明るさ、色）を持つグループにLEDを分類し、設計者が一貫性を必要とするアプリケーションに適切なビンを選択できるようにします。

Q: 絶対最大定格を超えた場合、どうなりますか？

A: これらの限界を超えて動作すると、たとえ短時間でも、光出力の低下、色ずれ、または完全な故障など、不可逆的な損傷を引き起こす可能性があります。常に安全マージンを持って設計してください。

11. 設計および使用事例

シナリオ：民生用オーディオアンプのマルチインジケータパネルを設計する。パネルには10個の赤色電源/状態インジケータが必要です。すべてのLEDが同一の明るさと色を持つことを確保するために、設計者はサプライヤーから同じ光度ビン（例：GHビン：140-240 mcd）および同じ波長ビン（例：H29：621-625 nm）のLEDを指定します。基板上には5Vラインが利用可能です。代表的なV_F2.4Vと目標I_F20mAを使用して、直列抵抗を計算します：R = (5V - 2.4V) / 0.020A = 130オーム。標準の130Ωまたは150Ω抵抗が選択されます。各LEDは、アンプのマイクロコントローラからのトランジスタまたはGPIOピンによって制御される5Vラインに接続された独自の抵抗を取得します。組立中、技術者はESD安全対策を使用し、リードあたり320°Cで2秒未満の時間でLEDを手はんだ付けし、レンズから3mmのクリアランスが維持されていることを確認します。

12. 動作原理

LEDは半導体ダイオードです。バンドギャップを超える順電圧が印加されると、電子と正孔が活性領域（この場合はAlInGaP層）で再結合します。この再結合により、エネルギーが光子（光）の形で放出されます。特定の材料組成（AlInGaP）がバンドギャップエネルギーを決定し、それが直接放出される光の波長（色）を定義します—この場合は赤色スペクトルです。拡散エポキシレンズには散乱粒子が含まれており、放出された光子の方向をランダム化し、クリアレンズと比較してより広く柔らかいビームパターンを作り出します。

13. 技術トレンド

LED技術の一般的なトレンドは、より高い効率（ワットあたりのルーメン）、改善された演色性、およびより高い信頼性に向かっています。インジケータタイプのLEDでは、小型化が継続しています（例：1.6mm、1.0mmパッケージ）。また、民生電子機器や自動車アプリケーションの要求を満たすために、より広く一貫した指向角とより厳しいビニング公差への重点も高まっています。さらに、持続可能性への取り組みにより、ライフサイクル全体で環境への影響が少ない材料とプロセスが推進されています。