LTL42FKGD スルーホールLEDランプ データシート - 直径5mm - 順電圧2.6V - 緑色 - 81mW - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTL42FKGDは、幅広い電子アプリケーションにおける状態表示および照明を目的としたスルーホール実装型LEDランプです。直径5mmのパッケージに拡散レンズを備え、広い視野角と均一な光分布を提供します。発光体にはAlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）半導体技術を採用しており、緑色スペクトルにおける高効率と良好な色純度で知られています。このLEDは鉛フリーでRoHS（有害物質使用制限）指令に完全準拠しており、現代の電子機器製造要件に適合しています。

1.1 中核的利点

• 高輝度出力：標準駆動電流20mAにおいて、典型的な光度240 mcdを実現し、明るく鮮明な視認性を確保します。
• 省エネルギー性：典型的な順電圧2.6Vという低消費電力を特徴とし、システム全体の省エネルギーに貢献します。
• 設計の柔軟性：標準的な5mmスルーホールパッケージで提供され、プリント基板（PCB）やパネルへの多様な実装が可能です。広い60度の視野角により、様々な角度からの良好な視認性を確保します。
• 互換性：低電流要件により、多くのアプリケーションにおいて複雑な駆動回路を必要とせず、集積回路（IC）出力との互換性があります。
• 信頼性：動作温度範囲-40°Cから+85°Cで設計されており、多様な環境条件下での使用に適しています。

1.2 対象アプリケーション

このLEDは、複数の産業分野にわたる幅広い適用性を考慮して設計されています。主な機能は状態表示ですが、その明るさから限定的な領域の照明にも使用できます。主な適用分野は以下の通りです：

• 通信機器：ルーター、スイッチ、モデムなどの電源、ネットワークアクティビティ、システム状態を示すインジケータランプ。
• コンピュータ周辺機器：デスクトップコンピュータ、ノートパソコン、外付けドライブ、キーボードなどの電源およびアクティビティインジケータ。
• 民生電子機器：オーディオ/ビデオ機器、家電製品、玩具、携帯機器などの状態表示灯。
• 家電製品：洗濯機、電子レンジ、オーブンなどの白物家電の動作表示灯。
• 産業用制御装置：機械、制御システム、試験装置、計測器などのパネル表示灯。

2. 詳細技術パラメータ分析

以下のセクションでは、LTL42FKGD LED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。これらのパラメータを理解することは、適切な回路設計と信頼性の高い動作にとって極めて重要です。

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。これらの限界値付近または限界値での動作は推奨されず、信頼性に悪影響を及ぼします。

• 電力損失（Pd）：最大81 mW。これは、周囲温度（TA）25°CにおいてLEDパッケージが安全に熱として放散できる総電力（順電圧 * 順電流）です。
• 直流順電流（IF）：最大30 mAの連続電流。この値を超えると過剰な熱が発生し、光束維持率の急速な低下や破壊的故障の原因となります。
• ピーク順電流：最大60 mAですが、デューティサイクル10%以下、パルス幅10マイクロ秒以下のパルス条件下でのみ適用されます。この定格は、短時間の高強度フラッシュに関連します。
• 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、許容される最大直流順電流を0.57 mAずつ直線的に減少させなければなりません。これは高温環境における重要な設計上の考慮事項です。
• 動作・保管温度：デバイスは-40°Cから+85°Cで動作し、-40°Cから+100°Cで保管できます。
• リードはんだ付け温度：LED本体から2.0mm（0.079インチ）の位置で測定し、最大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（TA=25°C）下で測定された典型的な性能パラメータです。設計者は、設計マージンに応じて典型的値または最大値を適切に使用する必要があります。

• 光度（Iv）：IF=20mAにおいて、最小85 mcdから最大400 mcdの範囲で、典型的値は240 mcdです。個々のユニットの実際の値は、そのビンコードによって決定されます（セクション4参照）。測定には、人間の眼の応答曲線（CIE）に一致するようにフィルタリングされたセンサーが使用されます。ビン限界値には±15%の試験公差が適用されます。
• 視野角（2θ1/2）：60度。これは、中心軸（0度）で測定された光度の値が半分に低下する全角度です。60度の角度は、集中した明るさと広い視認性の間の良好なバランスを提供します。
• ピーク発光波長（λP）：574 nm。これは、発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（λd）：563 nmから573 nmの範囲で、LEDの知覚される緑色を定義します。これはCIE色度座標から導出され、LEDの色に最もよく一致する単一波長を表します。
• スペクトル線半値幅（Δλ）：20 nm。これはスペクトル純度を示します。値が小さいほど、より単色（純色）の光であることを意味します。20nmの幅はAlInGaP緑色LEDに典型的です。
• 順電圧（VF）：IF=20mAにおいて典型的に2.6V、最大2.6V。最小値は2.1Vです。このパラメータには分布があります。設計者は、直列抵抗値を計算する際に最大VFを考慮し、適切な電流制限を確保する必要があります。
• 逆電流（IR）：逆電圧（VR）5Vを印加した場合、最大100 μA。重要な注意点：このLEDは逆バイアス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。連続的な逆電圧を印加するとデバイスが損傷する可能性があります。

3. ビニングシステム仕様

生産アプリケーションにおける輝度と色の一貫性を確保するため、LEDは性能ビンに分類されます。LTL42FKGDは二次元ビニングシステムを使用しています。

3.1 光度ビニング

ユニットは、20mAで測定された光度に基づいて分類されます。ビンコードは包装に印字されています。

• ビン EF：85 mcd（最小）から 140 mcd（最大）
• ビン GH：140 mcd（最小）から 240 mcd（最大）
• ビン JK：240 mcd（最小）から 400 mcd（最大）

各ビン限界値の公差は±15%です。

3.2 主波長ビニング

ユニットは主波長によっても分類され、これは緑色の色合いに直接関連します。

• ビン H05：563.0 nm（最小）から 566.0 nm（最大）
• ビン H06：566.0 nm（最小）から 568.0 nm（最大）
• ビン H07：568.0 nm（最小）から 570.0 nm（最大）
• ビン H08：570.0 nm（最小）から 573.0 nm（最大）

各ビン限界値の公差は±1 nmです。

完全な製品注文では、輝度と色の両方の一貫性をロット内で保証するために、輝度ビンコード（例：GH）と波長ビンコード（例：H07）の両方を指定する必要があります。

4. 性能曲線分析

データシートで特定のグラフィカルデータが参照されていますが、主要パラメータ間の典型的な関係を以下に説明します。これらの曲線は、非標準条件下でのデバイスの動作を理解するために不可欠です。

4.1 順電流対順電圧（I-V曲線）

LEDは、ダイオードに典型的な非線形I-V特性を示します。順電圧（VF）は正の温度係数を持ち、所定の電流において接合温度が上昇するとわずかに減少することを意味します。曲線は、AlInGaP緑色LEDの場合、閾値電圧（電流が顕著に流れ始める電圧）が約1.8Vから2.0V付近であり、20mAで典型的な2.6Vまで上昇することを示しています。

4.2 光度対順電流

光出力（光度）は、通常動作範囲（例：最大30mAまで）において順電流にほぼ比例します。ただし、効率（ルーメン毎ワット）は最大定格よりも低い電流でピークに達する可能性があります。より高い電流でLEDを駆動すると出力は増加しますが、より多くの熱も発生し、効率と長期信頼性を低下させる可能性があります。

4.3 光度対周囲温度

LEDの光出力は、接合温度が上昇すると減少します。AlInGaP材料は他のいくつかのLEDタイプよりも温度安定性が高いですが、周囲温度が最大動作限界に近づくにつれて出力のデレーティングが予想されます。これが、一貫した輝度を維持するために熱管理（例：電流定格を超えない）が重要である理由です。

4.4 スペクトル分布

スペクトル出力曲線は、ピーク波長574 nmを中心とし、特徴的な半値幅20 nmを持ちます。色点を定義する主波長（λd）は、このスペクトルから計算されます。曲線は一般的にガウス形状です。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 外形寸法

LEDは標準的な5mm丸型スルーホールパッケージ寸法に準拠しています。主要な機械的仕様は以下の通りです：

• リード直径：標準0.6mm。
• リード間隔：2.54mm（0.1インチ）公称、パッケージ本体からリードが出る位置で測定。
• 本体直径：5.0mm公称。
• 全高：リードの底からドームレンズの頂部まで約8.6mmですが、わずかに変動する可能性があります。
• 公差：特に指定がない限り、ほとんどの直線寸法で±0.25mm。
• フランジ下部の樹脂突出は最大1.0mmです。これはLEDが基板に密着することを確保するためのPCBレイアウトにおいて重要です。

5.2 極性識別

LEDには2本の軸方向リードがあります。長いリードがアノード（正極、A+）、短いリードがカソード（負極、K-）です。さらに、LEDフランジ（レンズ基部の平らな縁）のカソード側には、小さな平らな部分または切り欠きが付いていることがよくあります。はんだ付け前に常に極性を確認し、デバイスを損傷する可能性のある逆接続を防止してください。

6. はんだ付け・組立ガイドライン

LEDへの機械的または熱的損傷を防ぐため、適切な取り扱いとはんだ付けが重要です。

6.1 保管条件

長期保管の場合は、LEDを元の防湿包装に入れたままにしてください。推奨される保管環境は、周囲温度≤30°C、相対湿度≤70%です。元の包装から取り出した場合は、3ヶ月以内に使用してください。元の袋の外で長期保管する場合は、湿気の吸収（はんだ付け時のポップコーン現象の原因となる）を防ぐために、乾燥剤を入れた密閉容器または窒素パージしたデシケーターに保管してください。

6.2 リード成形

取り付けのためにリードを曲げる必要がある場合は、必ずはんだ付け前に室温で行ってください。LEDレンズの基部から少なくとも3mm離れた位置でリードを曲げてください。LED本体やリードフレームを支点として使用しないでください。内部のワイヤーボンドに応力をかけないよう、必要最小限の力で行ってください。

6.3 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、イソプロピルアルコール（IPA）などのアルコール系溶剤のみを使用してください。エポキシレンズや内部構造を損傷する可能性のある強力な洗浄や超音波洗浄は避けてください。

6.4 はんだ付けプロセスパラメータ

手はんだ（はんだごて）：

• はんだごて最高温度：350°C
• 最高はんだ付け時間：リードあたり3秒
• レンズ基部からの最小距離：2.0mm。はんだ接合部がこの距離よりレンズ側に上がってはなりません。
• レンズをはんだに浸さないでください。

フローはんだ付け：

• 最高予熱温度：100°C
• 最高予熱時間：60秒
• 最高はんだウェーブ温度：260°C
• 最高接触時間：5秒
• 最低浸漬位置：エポキシレンズ基部から2mm以上離す。

重要な注意点：赤外線（IR）リフローはんだ付けは、このスルーホールLED製品には適していません。エポキシレンズはリフローオーブンのプロファイルの高温に耐えられません。過度のはんだ付け温度や時間は、レンズの変形、ひび割れ、または内部故障の原因となります。

7. 包装・注文情報

7.1 包装仕様

LEDはESD損傷を防ぐため、静電気防止袋に包装されています。標準的な包装階層は以下の通りです：

1. 包装袋：1000個、500個、200個、または100個入り。袋には部品番号、数量、およびビンコード（輝度と波長）が表示されています。
2. 内箱：10袋入り。内箱あたりの総数量は、通常10,000個（1000個入り袋を使用した場合）です。
3. 外箱：8個の内箱入り。外箱あたりの総数量は、通常80,000個です。

出荷ロットでは、最終包装のみが満量でない数量を含む場合があります。

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。その輝度は電圧ではなく、順電流（IF）によって制御されます。最も重要な設計要素は電流制限抵抗です。

推奨回路（回路A）：各LEDに直列抵抗を使用します。抵抗値（R）はオームの法則を使用して計算します：R = (電源電圧 - VF_LED) / IF。保守的な設計のため、データシートの最大VF（2.6V）を使用し、LED間のばらつきがあっても電流が所望のIFを超えないようにします。

例：電源5V、目標IF 20mAの場合：R = (5V - 2.6V) / 0.020A = 120オーム。最も近い標準値（例：120Ωまたは150Ω）を選択し、その電力定格が十分であることを確認します（P = I²R）。

避けるべき回路（回路B）：単一の電流制限抵抗から複数のLEDを直接並列に接続しないでください。個々のLED間の順電圧（VF）特性のわずかなばらつきが、深刻な電流不均衡を引き起こします。わずかにVFが低いLEDが不均衡に多くの電流を引き込み、輝度の不均一やそのLEDへの過負荷の原因となります。

8.2 静電気放電（ESD）保護

LEDは静電気放電に敏感です。取り扱いおよび組立中は、標準的なESD対策を遵守する必要があります：

• 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。
• すべての作業台、工具、および設備は適切に接地する必要があります。
• 作業面には導電性または帯電防止マットを使用してください。
• LEDはESD保護包装で保管および輸送してください。
• 取り扱い中に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に、イオナイザーの使用を検討してください。

8.3 熱に関する考慮事項

これは低電力デバイスですが、長寿命のためには熱管理が依然として重要です。電力損失と順電流の絶対最大定格を超えないでください。周囲温度50°C以上ではデレーティング曲線に従ってください。PCB上のLED間に十分な間隔を確保し、放熱を可能にし、局所的なホットスポットの発生を避けてください。

9. 技術比較・差別化

LTL42FKGDは、標準的な5mm AlInGaP緑色LEDとして、市場で確立された地位を占めています。その主要な差別化要因は、特定の性能ビンによって定義されます。

• 低輝度緑色LEDとの比較：JK範囲（240-400 mcd）にビニングされたユニットは、一般的な標準輝度緑色LEDよりも著しく高い光度を提供し、高い視認性が必要なアプリケーションや、薄く着色されたレンズ/ディフューザーの背後で使用されるアプリケーションに適しています。
• 他の緑色技術との比較：従来のリン化ガリウム（GaP）緑色LEDと比較して、AlInGaP技術はより高い効率とより鮮やかな真の緑色（主波長560-570nm範囲、GaPは555nm）を提供します。
• 青色/黄色ベースの緑色LEDとの比較：一部の白色または緑色LEDは、黄色蛍光体を塗布した青色チップを使用しており、スペクトル品質（より広いスペクトル）が異なり、直接発光型AlInGaP緑色LEDよりも色純度が低い可能性があります。
• 主な利点：その主な利点は、実証された信頼性、使いやすさ（スルーホール）、良好な効率、および生産ロットでの一貫した外観のための厳密な輝度と色のビニングの可用性を組み合わせた点です。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: このLEDを3.3Vまたは5Vのマイクロコントローラピンから直接駆動できますか？

A: いいえ、直接は駆動できません。順電圧（約2.6V）はこれらの電源電圧よりも低いですが、LEDは電流制限が必要です。直接接続すると過剰な電流を引き込もうとし、LEDとマイクロコントローラピンの両方を損傷する可能性があります。常にセクション8.1で説明したように直列抵抗を使用してください。

Q2: 12V電源の場合、どの抵抗値を使用すべきですか？

A: 公式 R = (12V - 2.6V) / 0.020A = 470オームを使用します。抵抗で消費される電力は P = (0.020A)² * 470Ω = 0.188W なので、標準的な1/4W（0.25W）抵抗で十分です。470Ωまたは560Ωの抵抗が適切です。

Q3: なぜ最小順電圧（2.1V）が記載されているのですか？

A: 順電圧は、半導体材料と製造プロセスのわずかなばらつきにより、生産ユニット間で分布があります。最小2.1Vはこの分布の下限です。典型的値または最大値で設計することで、すべてのユニットに対して回路が正しく動作することが保証されます。

Q4: このLEDを屋外で使用できますか？

A: データシートは屋内および屋外サインに適していると記載しています。動作温度範囲（-40°Cから+85°C）は屋外使用をサポートします。ただし、長期間直接天候にさらされる場合は、エポキシレンズが長年の紫外線暴露や湿気の侵入により劣化する可能性があるため、追加の保護（PCBへのコンフォーマルコーティング、密閉ケース）を検討してください。

Q5: 注文時にビンコードをどのように解釈すればよいですか？

A: 一貫したバッチを得るには、輝度ビン（例：GH）と波長ビン（例：H07）の両方を指定する必要があります。指定しないと、混合品を受け取る可能性があり、製品に目に見える輝度と色の違いが生じます。ほとんどのアプリケーションでは、中間のビン（輝度はGH、波長はH06/H07）を指定することが良い方法です。

11. 実用的なアプリケーション例

例1: マルチチャネル状態表示パネル

産業用制御ボックスでは、10個のLTL42FKGD LED（ビン GH/H07）がフロントパネルに使用され、10個の異なるセンサーまたは機械状態の状態を示します。各LEDは、5VロジックバッファIC（例：74HC244）の個別の出力によって駆動されます。各LEDに120Ωの抵抗が直列に配置されています。一貫したビニングにより、10個のランプすべてが均一な緑色と非常に類似した輝度を持ち、プロフェッショナルな外観を提供します。広い60度の視野角により、様々なオペレータ位置から状態を確認できます。

例2: メンブレンスイッチのバックライト

単一のLTL42FKGD LED（より高い輝度のためビン JK）が、メンブレンキーパッドの半透明アイコンの背後に配置されています。3.3V電源から150Ω抵抗を介してマイクロコントローラのGPIOピンによって駆動されます。LEDの拡散レンズは、アイコンの下に均一な照明を作り出すのに役立ちます。低電流要件（計算値：約13mA = (3.3V-2.6V)/150Ω）はGPIOピンの能力範囲内であり、設計を簡素化します。

12. 動作原理

LTL42FKGDは、AlInGaP（アルミニウムインジウムガリウムリン）材料から形成されたp-n接合に基づく半導体光源です。ダイオードの閾値を超える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（接合部）に注入されます。これらの電荷キャリア（電子と正孔）が再結合すると、光子（光粒子）の形でエネルギーを放出します。AlInGaP合金の特定の組成は、半導体のバンドギャップエネルギーを決定し、これが直接放出される光子の波長（色）を決定します—この場合、主波長約570 nmの緑色光です。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（60度の視野角を作成）、光を拡散して外観を柔らかくする役割を果たします。

13. 技術トレンド

LTL42FKGDのようなスルーホールLEDは、成熟した非常に信頼性の高い技術を表しています。LED業界の一般的なトレンドは、ほとんどの新設計において、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のため、表面実装デバイス（SMD）パッケージ（例：0603、0805、3528）に向かっています。しかし、スルーホールLEDは、手はんだ付けの容易さのためプロトタイピングやホビー用途、非常に高い信頼性と堅牢な機械的接続（耐振動性）が必要なアプリケーション、リードをシャーシに直接固定できるパネル取り付け、教育現場など、いくつかの分野で重要な関連性を維持しています。技術自体は、確立された5mmランプのようなパッケージ形式内でも、先進的なエピタキシャル成長とビニングプロセスを通じて、効率（ワットあたりの光出力の向上）と色の一貫性において漸進的な改善が見られ続けています。