3.1mm アンバー拡散 AlInGaP LED ランプ - 光度 140-240mcd @20mA - 順電圧 2.4V - 日本語技術データシート

1. 製品概要

本資料は、高効率スルーホール実装型LEDランプの仕様を詳細に説明します。このデバイスは、汎用インジケータ用途向けに設計されており、性能、信頼性、使いやすさのバランスを提供します。その主な機能は、電子機器において明確で視認性の高い光信号を提供することです。

この部品の中核的な利点は、低消費電力に対して高い光度出力を実現する点にあり、エネルギー効率に優れた選択肢となります。パッケージは標準的なプリント基板（PCB）実装プロセスに対応し、低電流回路で駆動できるように設計されており、複雑なドライバ段を必要とせずに集積回路（IC）と直接インターフェースすることが多いです。拡散レンズは広く均一な視野角を提供し、様々な位置からの視認性を高めます。

ターゲット市場は、信頼性の高い状態表示が必要とされる幅広い民生用および産業用電子機器を含みます。具体的には、家電製品、通信機器、オフィス機器などの電源インジケータ、モードセレクタ、動作状態表示灯などが挙げられますが、これらに限定されるものではありません。

2. 詳細な技術パラメータ分析

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ておらず、信頼性の高い設計では避けるべきです。

• 電力損失 (Pd):75 mW。これは、周囲温度（T_A）が25°Cの時にデバイスが熱として放散できる最大電力です。これを超えると熱暴走や故障を引き起こす可能性があります。
• 直流順電流 (I_F):30 mA。LEDに流すことができる最大連続電流です。
• ピーク順電流:60 mA。ただし、パルス条件（デューティ比1/10、パルス幅0.1ms）でのみ許容されます。これは、点滅アプリケーションなどで、より高い輝度を短時間実現することを可能にします。
• デレーティング:周囲温度が50°Cを超えて1°C上昇するごとに、直流順電流は0.4 mAずつ線形的に低減しなければなりません。これは高温環境での長寿命化を確保するために重要です。
• 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、LED接合部が即座に致命的に破壊される可能性があります。
• 動作・保管温度:-40°C ～ +100°C。デバイスは産業用温度範囲に対応しています。
• リードはんだ付け温度:LED本体から1.6mmの位置で測定し、5秒間260°C。これは手はんだまたはフローはんだ付けのプロセスウィンドウを定義します。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、標準試験条件であるT_A=25°C、I_F=20mAで測定された代表的な性能パラメータです。

• 光度 (I_V):140-240 mcd（ミリカンデラ）。これは、人間の目の明所視応答（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た、LEDの知覚される明るさを指定します。広い範囲は、ビニングシステムが使用されていることを示しています（セクション3参照）。
• 視野角 (2θ_1/2):75度。これは、光強度がピーク（軸上）値の半分に低下する全角です。75°の角度は、広範囲の表示に適した、適度に広く拡散したビームパターンを示しています。
• ピーク発光波長 (λ_P):591 nm。これはスペクトルパワー出力が最も高い波長です。
• 主波長 (λ_d):590 nm。これはCIE色度図から導出された測色値であり、LEDの知覚される色（アンバー）を最もよく表す単一波長です。色指定に関しては、より関連性の高いパラメータとなります。
• スペクトル半値幅 (Δλ):15 nm。これは発光のスペクトル純度または帯域幅を示します。幅が狭いほど、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):2.4V（代表値、最大値）。20mAで動作時のLED両端の電圧降下です。直列に接続する電流制限抵抗の設計に不可欠です。
• 逆電流 (I_R):V_R=5V時、100 µA（最大値）。オフ状態での接合部のリークの尺度です。
• 静電容量 (C):バイアス0V、1MHz時、40 pF（代表値）。これは非常に高速なスイッチングアプリケーションに関連しますが、インジケータ用途では通常無視できます。

3. ビニングシステムの説明

量産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。これにより、設計者は特定の輝度と色の要件を満たす部品を選択できます。

3.1 光度ビニング

単位: mcd @ 20mA。この特定の型番で提供されるビンコードはGHであり、最小光度140 mcd、最大光度240 mcdに対応します。他の利用可能なビン（JK、LM）はより高い光度範囲（最大680 mcdまで）を提供します。各ビン限界の許容差は±15%です。

3.2 主波長ビニング

単位: nm @ 20mA。データシートには、H14（582-584 nm）からH20（594-596 nm）までのビンがリストされています。型番LTL1KHKSDの特定のビンは提供された抜粋には記載されていませんが、これらの範囲のいずれかに該当し、その正確なアンバーの色調を定義します。各ビン限界の許容差は±1 nmであり、選択されたビン内での厳密な色管理を保証します。

4. 性能曲線分析

具体的なグラフは本文では詳細に説明されていませんが、このようなLEDの典型的な曲線には以下が含まれます:

• I-V（電流-電圧）曲線:順電圧と電流の指数関数的関係を示します。AlInGaP LEDの場合、膝電圧は約2.0-2.1Vです。
• 光度 vs. 順電流 (I_Vvs. I_F):一般的にほぼ線形の関係を示し、電流が増加すると輝度が増加しますが、熱効果により非常に高い電流では効率が低下する可能性があります。
• 光度 vs. 周囲温度:温度上昇に伴う光出力のデレーティングを示します。AlInGaP LEDは、従来技術と比較して一般的に優れた高温性能を有します。
• スペクトル分布:相対強度と波長の関係を示すプロットで、約591 nmにピークがあり、半値幅は約15 nmで、アンバー色を確認できます。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

LEDは直径3.1 mmの丸型パッケージを採用しています。主な寸法上の注意点は以下の通りです：すべての寸法はmm単位；標準公差は±0.25mm；フランジ下の樹脂突出最大は1.0mm；リード間隔はパッケージ本体からの出口点で測定されます。リードはスルーホール実装用に設計されています。

5.2 極性識別

スルーホールLEDの場合、カソードは通常、レンズ縁のフラットなエッジ、短いリード、またはプラスチックフランジの切り欠きによって識別されます。具体的なマーキングは部品またはその包装で確認する必要があります。

6. はんだ付け・組立ガイドライン

損傷を防ぐため、適切な取り扱いが不可欠です。

• リード成形:はんだ付け前に、室温で行う必要があります。リードはレンズ基部から少なくとも3mm離れた位置で曲げてください。パッケージ本体を支点として使用しないでください。
• はんだ付けクリアランス:はんだ付け点とレンズ基部の間は最低2mm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。
• 推奨はんだ付け条件:
  • はんだごて:最高300°C、リードあたり最大3秒。
  • フローはんだ付け:最大100°Cで最大60秒間予熱；最大260°Cのはんだウェーブで最大10秒間。
• 重要:IRリフローはんだ付けは、このスルーホール型LEDには適していません。過度の熱または時間はレンズの変形やLEDの破壊を引き起こす可能性があります。
• 洗浄: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してください。

7. 包装・発注情報

標準包装は以下の通りです：LEDは1000個、500個、または250個入りの袋に梱包されます。10袋が内箱（合計10,000個）に入れられます。8つの内箱が外装出荷箱（合計80,000個）に梱包されます。部分梱包は、出荷ロットの最終梱包でのみ許可されます。

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。均一な輝度を確保し、過電流による損傷を防ぐために、電圧源から駆動する場合は各LEDに直列の電流制限抵抗が必須です。抵抗値（R）はオームの法則を使用して計算します：R = (V_電源- V_F) / I_F。複数のLEDを並列に接続し、共通の抵抗を使用する方法（データシートの回路B）は、個々のLEDのV_Fのばらつきにより、輝度と電流分担に大きな差が生じる可能性があるため、推奨されません。

8.2 静電気放電（ESD）保護

LEDはESDに敏感です。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：接地されたリストストラップと作業台を使用する；プラスチックレンズ上の静電気を中和するためにイオナイザーを使用する；すべての設備が適切に接地されていることを確認する。

8.3 保管条件

元の密封袋の外で長期保管する場合は、乾燥剤を入れた密閉容器または窒素雰囲気中で保管してください。推奨保管環境は、温度≤30°C、相対湿度≤70%です。元の包装から取り出したLEDは、理想的には3ヶ月以内に使用してください。

9. 技術比較・差別化

このAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）LEDは、GaAsP（ガリウムヒ素リン）などの従来技術に対する進歩を表しています。主な差別化要因は以下の通りです：

• 高効率:AlInGaPはワットあたりのルーメンを多く提供し、同じ電流でより高い輝度、または同じ輝度でより低い消費電力を実現します。
• 優れた温度安定性:AlInGaP LEDの光度は、GaAsPと比較して温度上昇による低下が少ないです。
• 優れた色飽和度:この技術により、より明るく鮮やかなアンバーおよび赤色が可能になります。

10. よくある質問（FAQ）

Q: このLEDを5Vマイクロコントローラのピンから直接駆動できますか？

A: できません。代表的な順電圧は2.4Vであり、マイクロコントローラのピンは約2.6Vの電圧降下を起こしながら20mAを確実に供給することはできません。直列抵抗（例：(5V - 2.4V) / 0.02A = 130オーム）を使用し、おそらくMCUピンで駆動するトランジスタスイッチが必要です。

Q: なぜ代表値だけでなく、最小光度（140 mcd）があるのですか？

A: ビニングシステムは最低性能レベルを保証します。GHビンから発注すると、すべてのLEDが標準試験条件下で140 mcd以上を満たすことが保証され、アプリケーションにおける一貫性が確保されます。

Q: ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

A: ピーク波長は発光スペクトルの物理的なピークです。主波長は人間の色知覚（CIEチャート）に基づく計算値であり、実際に見える色をより正確に表します。このアンバーLEDのような単色LEDでは、両者は非常に近い値になることが多いです。

11. 実用的なアプリケーション例

シナリオ: 商用電源駆動の家電製品用電源インジケータの設計。

電源は安定化された5Vラインを提供します。目標は、明確に視認可能な常時点灯のアンバーインジケータを実現することです。

1. 電流選択:I_F= 20mAを選択（標準試験電流、良好な輝度と長寿命を確保）。
2. 抵抗計算:保守的な設計のために最大V_F(2.4V)を使用すると、より高いV_Fの部品でも輝度が確保されます。R = (5V - 2.4V) / 0.02A = 130オーム。最も近い標準値は130Ωまたは120Ωです。
3. 抵抗の定格電力:P = I²R = (0.02)²* 130 = 0.052W。標準の1/8W（0.125W）または1/4W抵抗で十分な余裕があります。
4. PCBレイアウト:LEDをパネル切り欠きの近くに配置します。穴径が3.1mmレンズにクリアランスを持って収まることを確認します。フットプリント設計では、はんだ付け点から本体までの最低2mm間隔のルールに従ってください。
5. 組立:LEDを挿入し、正しい極性を確認します。推奨されるフローはんだ付けプロファイルを使用し、部品を過熱しないように注意してください。

12. 動作原理

LEDは半導体ダイオードです。バンドギャップ電圧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）として放出されます。特定の材料組成（Al、In、Ga、P）がバンドギャップエネルギーを決定し、それによって発光の波長（色）が決まります。拡散エポキシレンズが半導体チップを封止し、機械的保護を提供し、光出力ビームを整形し、光取り出し効率を向上させます。

13. 技術トレンド

インジケータLEDの一般的なトレンドは、さらなる高効率化と小型化に向かっています。この3.1mmランプのようなスルーホールパッケージは、その堅牢性と手作業による組立の容易さから依然として人気がありますが、表面実装デバイス（SMD）LEDは、その小さなサイズ、自動ピックアンドプレース組立への適合性、および低プロファイルにより、新しい設計を支配しています。しかし、スルーホールLEDは、高い単点輝度が必要なアプリケーション、リードを介した優れた放熱、またはフロントパネル実装における機械的強度が重要な場合に利点を維持しています。基盤となるAlInGaP材料技術は、効率と信頼性のために最適化され続けています。