3.1mm 赤色LED 光度180-400mcd - 電圧2.4V - 電力75mW - 技術仕様書

1. 製品概要

本資料は、直径3.1mmのスルーホールパッケージに収められた、高効率・低消費電力の赤色LEDの仕様を詳細に説明します。本デバイスは光源としてAlInGaP（アルミニウム・インジウム・ガリウム・リン）チップを採用し、透明レンズ内に封止されています。プリント基板（PCB）やパネルへの多様な実装を目的として設計されており、低電流要件により集積回路との高い互換性を特徴とします。主な用途は、信頼性の高い視認性の高い表示が求められる、各種電子機器における汎用インジケータランプです。

1.1 中核的な利点

• 高光度:順方向電流20mAにおいて、典型的な出力400ミリカンデラ（mcd）を実現し、高い視認性を保証します。
• エネルギー効率:低い消費電力特性を持ち、標準的な駆動電流で効率的に動作します。
• コンパクトで汎用性が高い:3.1mmパッケージにより、スペースに制約のある設計にも柔軟に組み込むことが可能です。
• ドライバ互換性:低電流ロジック回路からの直接駆動に適しており、システム設計を簡素化します。

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生じる可能性のある応力限界を定義します。これらの条件下での動作は保証されません。

• 消費電力（P_D）:最大75 mW。これはLEDパッケージが扱える総電力であり、順方向電圧（V_F）×順方向電流（I_F）として計算されます。
• 順方向電流:DC順方向電流（I_F）は30 mAを超えてはなりません。90 mAというより高いピーク順方向電流は、パルス条件（デューティサイクル1/10、パルス幅0.1ms）でのみ許容されます。
• 熱的デレーティング:周囲温度（T_A）が50°Cを超えて上昇するごとに、許容される最大DC順方向電流は1°Cあたり0.4 mAの割合で直線的に減少させなければなりません。
• 逆方向電圧（V_R）:5 V。逆バイアスでこの電圧を超えると、接合部の破壊を引き起こす可能性があります。
• 温度範囲:デバイスは-40°Cから+100°Cで動作可能であり、-55°Cから+100°Cで保管可能です。
• はんだ付け温度:リード線は、LED本体から1.6mmの位置で測定した場合、260°Cで5秒間耐えることができます。

2.2 電気的・光学的特性

これらのパラメータは周囲温度（T_A）25°Cで測定され、デバイスの典型的な性能を定義します。

• 光度（I_V）:I_F=20mAにおいて、最小180 mcdから典型的な400 mcdの範囲です。測定はCIEの明所視感度曲線に従います。
• 指向角（2θ_1/2）:45度。これは光強度がピーク軸上値の半分に低下する全角度です。
• 波長:ピーク発光波長（λ_P）は典型的に632 nmです。知覚される色を定義する主波長（λ_d）は典型的に624 nmです。スペクトル半値幅（Δλ）は20 nmです。
• 順方向電圧（V_F）:典型的に2.4V、I_F=20mAにおける最大値は2.4Vです。
• 逆方向電流（I_R）:逆方向電圧（V_R）5Vを印加した場合、最大100 µAです。
• 静電容量（C）:ゼロバイアス、1MHz周波数で測定した場合、典型的に40 pFです。

3. ビニングシステムの説明

LEDは、主要な光学パラメータに基づいてビンに分類され、生産ロット内の一貫性を確保します。型番LTL1CHJETNNにはビンコードが含まれています。

3.1 光度ビニング

単位は20mAで測定したmcdです。各ビン限界の許容差は±15%です。

• ビンHJ:180 mcd（最小）から310 mcd（最大）。型番はこのLEDがHJビンに属することを示しています。
• ビンKL: 310 mcdから520 mcd。
• ビンMN: 520 mcdから880 mcd。

3.2 主波長ビニング

単位は20mAで測定したnmです。各ビン限界の許容差は±1nmです。型番は波長ビンを指定していないため、デバイスは典型的な値624 nmを使用します。

• ビンH27: 613.5 nmから617.0 nm
• 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
• ビンH31: 629.0 nmから633.0 nm

4. 性能曲線分析

データシートは、主要パラメータ間の関係を図示する典型的な特性曲線を参照しています。これらは設計に不可欠です。

• I-V曲線（電流対電圧）:順方向電圧と電流の指数関数的関係を示します。20mAにおける典型的なV_F2.4Vはこの曲線上の一点です。
• 光度対順方向電流:光出力が電流とともに増加する様子を示し、動作範囲内ではほぼ線形関係にあります。
• 光度対周囲温度:接合温度の上昇に伴う光出力の低下を示し、熱管理の重要性を強調しています。
• スペクトル分布:相対強度対波長のプロットで、約632 nmにピークと20 nmの半値幅を示し、純粋な赤色を確認できます。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

LEDは直径3.1mmの円筒形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単位です（括弧内はインチ）。
• 特に指定がない限り、一般的な公差は±0.25mm（±0.010\"）が適用されます。
• フランジ下の樹脂の最大突出は1.0mm（0.04\"）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。

5.2 極性識別

スルーホールLEDの場合、通常、長いリードがアノード（陽極）を示します。カソード（陰極）は、LEDレンズの平らな端部や短いリードで示されることが多いです。この部品の具体的な極性マーキングについては、データシートの図面を参照してください。

6. はんだ付け・組立ガイドライン

6.1 リード成形

• 曲げ加工は、LEDレンズの基部から少なくとも3mm離れた場所で行わなければなりません。
• リードフレームの基部を支点として使用してはいけません。
• 成形は室温で行い、かつはんだ付け工程の前に行わなければなりません。
• PCB組立時には、機械的ストレスを避けるため、最小限の締め付け力を使用してください。

6.2 はんだ付けプロセス

• レンズ基部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。
• LEDがはんだ付けで熱くなっている間にリードにストレスをかけないでください。
• 推奨はんだ付け条件:
  • はんだごて:最高温度300°C、最大時間3秒（1回のみ）。
  • フローはんだ付け:最大100°Cで最大60秒間予熱；はんだ波は最大260°Cで最大10秒間。
• 警告: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 保管・取り扱い

• 保管:周囲温度30°C以下、相対湿度70%以下を推奨します。
• 保管寿命:元の包装から取り出したLEDは、3ヶ月以内に使用してください。長期保管の場合は、乾燥剤入りの密閉容器または窒素雰囲気を使用してください。
• 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。

7. パッケージング・発注情報

7.1 包装仕様

LEDは静電気による損傷を防ぐため、静電気防止バッグに梱包されています。

• 包装袋: 1袋あたり1000個、500個、または250個。
• 内箱: 包装袋10袋、合計10,000個。
• 外箱: 内箱8箱、出荷ロットあたり合計80,000個。ロットの最後のパックは満杯でない場合があります。

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。均一な輝度を確保するため、特に複数のLEDを並列接続する場合は、各LEDに直列に電流制限抵抗を使用しなければなりません。

• 推奨回路（モデルA）:各LEDに専用の直列抵抗を設けます。これにより、個々のLED間の順方向電圧（V_F）のばらつきを補償し、各LEDが同じ電流を受け取り、したがって同じ明るさで発光することを保証します。
• 非推奨回路（モデルB）:複数のLEDを並列に接続し、単一の共有抵抗を使用することは推奨されません。V_Fのわずかな違いが大きな電流不均衡を引き起こし、輝度の不均一を招く可能性があります。

直列抵抗値（R_S）はオームの法則を用いて計算します: R_S= (V_電源- V_F) / I_F。典型的なV_F2.4V、希望するI_F20mA、電源電圧5Vを使用する場合: R_S= (5V - 2.4V) / 0.02A = 130 Ω。標準の130Ωまたは150Ωの抵抗が適しています。

8.2 静電気放電（ESD）保護

LEDは静電気放電に敏感です。予防措置が必須です:

• 作業者は接地されたリストストラップまたは静電気防止手袋を着用しなければなりません。
• すべての設備、作業台、保管ラックは適切に接地されなければなりません。
• 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、イオナイザーを使用してください。
• 作業員のESD認定と作業エリアの適切な標識に関するチェックリストを実施してください。

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。故障が生命や健康を危険にさらす可能性のある用途（航空、医療、安全システム）では、使用前に具体的な協議と承認が必要です。これは、汎用表示には適しているが、追加の認定なしでは安全上重要な役割には適さないという部品の適合性を強調しています。

9. 技術比較と差別化

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、同じ電流でより明るい出力を実現します。3.1mmパッケージは一般的な業界標準であり、既存のPCBレイアウトやパネル切り抜きとの幅広い互換性を保証します。詳細なビニングシステムは、設計者に予測可能な性能パラメータを提供し、ビニングされていない、または仕様が緩い部品に対する利点となります。このデータシートに含まれる包括的なアプリケーション注意事項（ESD、はんだ付け、駆動方法）は、現場での信頼性を確保することを目的とした、文書化が十分に行われた部品の証です。

10. よくある質問（FAQ）

10.1 5V電源で使用する抵抗はどれくらいですか？

典型的な順方向電流20mA、順方向電圧2.4Vの場合、130Ωの抵抗を使用してください。常に特定の電源電圧と希望電流に基づいて計算してください。

10.2 1つの抵抗で複数のLEDを駆動できますか？

推奨されません。並列接続する場合は、均一な輝度を確保するために、各LEDに個別の電流制限抵抗を使用してください。

10.3 指向角はなぜ重要ですか？

45度の指向角は、比較的集中したビームを示します。広角照明には、拡散レンズまたはより広い指向角（例：120°）のLEDの方が適しています。このLEDは指向性表示に最適です。

10.4 温度は性能にどのように影響しますか？

光度は温度の上昇とともに減少します。一貫した明るさを得るには、LEDが高温環境または高電流で動作する場合、熱管理を考慮してください。50°Cを超える場合の0.4 mA/°Cのデレーティング係数を適用しなければなりません。

11. 実践的な設計ケーススタディ

シナリオ:システム作動中を示す、同一の赤色LED10個を使用した状態表示パネルの設計。

設計手順:

1. 電源:安定化された5V DC電源ラインが利用可能です。
2. 電流選択:最大30mAの範囲内で良好な明るさを得るため、I_F=20mAを選択します。
3. 回路トポロジー:10個すべてのLEDを5V電源ラインに並列接続します。
4. 電流制限:各LEDのアノードに直列に130Ω抵抗を1個ずつ配置します。
5. 電力計算:LEDあたりの電力: P = V_F× I_F≈ 2.4V × 0.02A = 48mW、最大75mWを大幅に下回ります。電源からの総電流: 10 × 20mA = 200mA。
6. レイアウト:PCB設計時に、3mmのリード曲げ半径と2mmのはんだ付けクリアランスを確保してください。共通の堅牢なグランドプレーンを提供してください。
7. 組立:熱損傷を防ぐため、指定されたフローはんだ付けプロファイルに従ってください。

このアプローチにより、すべてのインジケータ間で均一な輝度と信頼性の高い長期動作が保証されます。

12. 動作原理

LEDは半導体ダイオードです。接合電位（このAlInGaPデバイスの場合約2.4V）を超える順方向電圧が印加されると、電子と正孔が半導体チップの活性領域内で再結合します。この再結合プロセスにより、光子（光）の形でエネルギーが放出されます。半導体（AlInGaP）の特定の材料組成が、放出される光の波長（色）を決定し、この場合は赤色スペクトル（主波長約624 nm）です。透明なエポキシレンズは、半導体ダイを保護し、光出力ビームを形成し（指向角45°）、チップからの光取り出しを向上させる役割を果たします。

13. 技術トレンド

AlInGaP材料の使用は、旧来のLED技術に対する進歩を表し、より高い効率と優れた温度安定性を提供します。業界のトレンドは、さらに高効率な材料とパッケージに向かって続いています。この3.1mm LEDのようなスルーホール部品は、試作、修理、および堅牢な機械的取り付けを必要とする特定の用途において依然として重要ですが、より広範な市場は表面実装デバイス（SMD）パッケージ（例：0603、0805、3528）に大きく移行しています。SMD LEDは、自動組立、基板スペースの節約、熱管理において利点があります。しかし、スルーホールLEDは、教育現場、ホビイストプロジェクト、手はんだ付けまたは高い機械的結合強度が好まれる用途において関連性を維持しています。