LTW-420DS4 白色LED データシート - 5mm T-1 パッケージ - 順電圧3.2V - 消費電力120mW - 技術文書

1. 製品概要

LTW-420DS4は、プリント基板（PCB）へのスルーホール実装を目的として設計された白色発光ダイオード（LED）です。一般的なT-1（5mm）径のパッケージにウォータークリアレンズを採用しており、多様な表示灯および照明用途に適しています。本デバイスは、白色光を生成するためにInGaN（窒化インジウムガリウム）技術を利用しています。

1.1 主な利点

このLEDの主な利点は、RoHS（有害物質使用制限）指令に準拠しており、鉛フリー製品である点です。比較的低い消費電力で高い発光効率を提供し、省エネルギー性に優れています。低電流要求により集積回路との互換性を考慮して設計されており、スルーホール設計によりPCBやパネルへの多様な実装が可能で、機械的安定性を提供します。

1.2 ターゲット市場と用途

このLEDは、様々な電子機器分野をターゲットとしています。主な用途分野には、状態表示のためのコンピュータ周辺機器、通信機器、民生用電子機器、家電製品、および産業用制御システムが含まれます。これらのデバイスにおいて、状態表示灯または低照度の光源として機能することが主な役割です。

2. 技術パラメータ詳細解説

このセクションでは、データシートに定義されたLEDの主要な電気的、光学的、熱的特性について、詳細かつ客観的な分析を提供します。

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発生する可能性のある限界値を定義します。通常動作を意図したものではありません。

• 消費電力（Pd）：最大120 mW。これはLEDパッケージが熱として放散できる総電力です。
• 順方向直流電流（IF）：連続30 mA。この電流を超えると、熱暴走のリスクが高まり、寿命が短縮する可能性があります。
• ピーク順方向電流：100 mA。ただし、パルス条件（デューティサイクル ≤ 1/10、パルス幅 ≤ 10ms）でのみ有効です。これは、短時間の高輝度フラッシュに有用です。
• 動作温度範囲（TA）：-30°C から +85°C。LEDはこの周囲温度範囲内で動作することが保証されています。
• 保存温度範囲（Tstg）：-40°C から +100°C。
• リードはんだ付け温度：最大260°C、最大5秒間（LED本体から2.0mmの位置で測定）。これは組立工程管理において重要です。

2.2 電気的・光学的特性（TA=25°C）

これらは、標準試験条件下での代表的な性能パラメータです。

• 光度（Iv）：順方向電流（IF）20 mAにおいて、最小1150 mcd、代表値2200 mcd、最大5500 mcdの範囲です。実際の光度はビニング（分類）されており、保証値には±15%の許容差が適用されます。Ivビンコードは梱包袋に印字されています。
• 45度。これは、中心（0度）での光度値の半分に低下する全角度です。45度の角度は、一般的な表示に適した比較的広いビームを提供します。順電圧（VF）：
• IF=20mAにおいて、2.8V（最小）、3.2V（代表値）、3.8V（最大）の範囲です。順電圧もビニングされており、測定許容差は±0.1Vです。逆方向電流（IR）：
• 逆電圧（VR）5Vにおいて最大10 μA。本デバイスは逆方向動作用に設計されておらず、このパラメータは試験目的のみであることが明記されています。色度座標（x, y）：IF=20mAにおける代表値は、CIE 1931色度図に基づきx=0.29、y=0.28です。特定の色相も、この図上の定義された領域にビニングされます。2.3 熱的特性
• 順方向直流電流のディレーティング係数は、30°Cから0.45 mA/°Cの割合で線形に指定されています。これは、周囲温度が30°Cを超えて1°C上昇するごとに、最大接合温度と消費電力の限界を超えないように、最大許容連続順方向電流を0.45 mA減少させなければならないことを意味します。例えば、周囲温度70°Cでは、最大直流電流は約30 mA - (0.45 mA/°C * (70-30)°C) = 12 mAにディレートされます。3. ビニングシステムの説明

LEDの主要パラメータは、生産ロット内の一貫性を確保し、設計者が特定の要件に合致する部品を選択できるように、ビンに分類されます。

3.1 光度（Iv）ビニング

LEDは、QR（1150-1900 mcd）、ST（1900-3200 mcd）、UV（3200-5500 mcd）の3つの光度ビンに分類されます。ビン限界値には±15%の許容差が適用されます。

3.2 順電圧（VF）ビニング

電圧は2.8Vから3.8Vまで0.2Vステップでビニングされ、コードは2Eから6Eです。これは、特に複数のLEDを並列接続する場合に、一貫した電流駆動回路の設計に役立ちます。

3.3 色相（色度）ビニング

白色点は、CIE 1931色度座標に従ってビニングされます。データシートは8つの主要色相ランク（A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1、D2）を定義しており、各ランクは色度図上の特定の四角形領域を表します。これらのビンの各座標限界には±0.01の許容差が適用されます。これにより、同じ色相ビンからのLED間の色の一貫性が確保されます。

4. 性能曲線分析

提供されたデータシート抜粋は代表的な曲線について言及していますが、標準的な分析では、設計に不可欠な以下の関係をカバーします。

4.1 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）

LEDは指数関数的なI-V特性を持つダイオードです。この曲線は、LEDを流れる電流とその両端の電圧の関係を示します。"膝"電圧は代表的なVF（3.2V）付近にあります。膝電圧を大幅に超えて動作させると、電流が急激に増加するため、外部の電流制限抵抗または定電流ドライバで制御する必要があります。

4.2 光度 vs. 順方向電流

この曲線は通常、光度が順方向電流とともに増加することを示しますが、特に加熱により効率が低下する可能性のある高電流では、完全に線形とは限りません。データシートのIv定格は、一般的な動作点である20mAで指定されています。

4.3 光度 vs. 周囲温度

LEDの光出力は、一般に接合温度が上昇すると減少します。このディレーティングを理解することは、高温環境で動作するアプリケーションにおいて、十分な明るさを維持するために不可欠です。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 外形寸法

LEDはT-1（5mm）ラジアルリードパッケージです。本体直径は約5mmです。リードはスルーホール挿入用に設計されています。ホルダー/スペーサー材質は黒色ナイロンプラスチックと指定され、LEDレンズ自体は白色です。重要な機械的注意点として、特に断りのない限り、すべての寸法には±0.25mmの許容差があります。

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、正極）および/またはプラスチックレンズの縁のフラットスポット（通常はカソード、負極に隣接）で示されます。このモデルの具体的なマーキングについては、データシートを参照してください。

6. はんだ付け・組立ガイドライン

適切な取り扱いは、損傷を防ぐために重要です。

6.1 リード成形

リードは、LEDレンズの基部から少なくとも3mm離れた位置で曲げ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。曲げ加工は室温で、はんだ付け工程の前に行う必要があります。

6.2 はんだ付け工程

手はんだ（はんだごて）：

最高温度350°C、リードあたり最大3秒間。はんだ付け点は、エポキシレンズ/バルブの基部から2mm以上離れている必要があります。LEDが熱いうちにリードに応力を加えてはいけません。フローはんだ付け：推奨条件は、最大100°Cで最大60秒の予熱、最大260°Cで最大5秒間のはんだ波温度です。ディップ位置は、エポキシバルブの基部から2mm以上離れている必要があります。レンズをはんだに浸漬することは避けてください。

重要な注意：

赤外線（IR）リフローはんだ付けは、このスルーホール型LED製品には適さないことが明記されています。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 保管と洗浄
保管時は、周囲温度30°Cまたは相対湿度70%を超えないようにしてください。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。元の梱包外で長期間保管する場合は、乾燥剤入りの密閉容器または窒素雰囲気が推奨されます。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を使用してください。7. 梱包・発注情報
7.1 梱包仕様LEDは袋詰めされています。標準的な袋の数量は、1000個、500個、200個、または100個です。これらの袋10個が内箱に入れられ、合計10,000個になります。内箱8個が外輸送箱に梱包され、外箱あたり合計80,000個になります。データシートには、出荷ロットごとに、最終梱包のみが満袋でない場合があると記載されています。7.2 ラベリングと識別光度（Iv）ビンコードは各梱包袋に印字されており、ユーザーは内容物の性能グレードを識別できます。

8. アプリケーション推奨事項

8.1 代表的なアプリケーション回路

LEDは電流駆動デバイスです。複数のLEDを並列接続する場合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が強く推奨されます（データシートの回路A）。個別の抵抗なしでLEDを直接並列接続すること（回路B）は推奨されません。LED間の順電圧（VF）のわずかなばらつきが、電流分担、ひいては明るさに大きな差を生じさせる可能性があるためです。抵抗値はオームの法則を使用して計算できます：R = (電源電圧 - VF) / IF。ここで、VFはデータシートからの代表値または最大順電圧、IFは所望の動作電流（例：20mA）です。

8.2 設計上の考慮事項

電流駆動：

常に電流制限機構（抵抗またはドライバ）を使用してください。

熱管理：

消費電力と電流ディレーティングの規則に従ってください。特に高温環境や密閉空間では注意が必要です。

光学設計：

45度の視野角は広い視野に適しています。より集光した光が必要な場合は、外部レンズや反射器が必要になる場合があります。PCBレイアウト：穴間隔がLEDのリード間隔と一致していることを確認してください。3mmのリード曲げ半径と2mmのはんだ付けクリアランスのために、LED本体周囲に十分なスペースを確保してください。

9. 技術比較と差別化

• 白熱電球などの旧来の技術と比較して、このLEDははるかに優れた電力効率、長寿命、高速スイッチング速度を提供します。LED市場内では、その主な差別化要因は、パッケージ（5mm T-1スルーホール）、白色、定義された光度および電圧ビン、45度の視野角という特定の組み合わせです。これは、高出力照明光源ではなく、汎用表示灯LEDとして位置付けられています。10. よくある質問（技術パラメータに基づく）
• Q: このLEDを5V電源から直接駆動できますか？A: いいえ。直列抵抗を使用する必要があります。例えば、代表的なVFが3.2V、所望のIFが20mAの場合、抵抗値は（5V - 3.2V）/ 0.02A = 90オームとなります。標準的な91オームまたは100オームの抵抗が適しています。
• Q: 光度の"±15%許容差"とはどういう意味ですか？A: 特定のビン（例：STビン：1900-3200 mcd）からのLEDの実際の測定光度が、公称ビン限界値より15%高くまたは低くなる可能性があることを意味します。これは生産ばらつきの許容範囲です。
• Q: なぜリードを本体から少なくとも3mm離して曲げることがそれほど重要ですか？A: 本体に近い位置で曲げると、内部のワイヤーボンドとエポキシ封止体に過度の機械的応力がかかり、即座の破損や時間の経過とともに潜在的な故障を引き起こす可能性があります。

Q: このLEDを屋外用途に使用できますか？

A: データシートには、屋内および屋外の標識に適していると記載されています。ただし、過酷な屋外環境では、防水性、外部材料の紫外線耐性、より広い温度サイクルに対する追加の設計考慮が必要です。

11. 実用的な使用例

シナリオ：ネットワークルーター用の状態表示パネルの設計。
パネルには、電源、ネットワークアクティビティ、ポート状態を示すために10個の明るい白色LEDが必要です。設計者は、高い視認性のためにUV光度ビンからLTW-420DS4を選択します。PCB上で5V電源ラインが利用可能です。直列抵抗の計算は、最悪条件の部品でも電流が20mAを超えないようにするために、最大VF（3.8V）を使用して実行されます：R = (5V - 3.8V) / 0.02A = 60オーム。各LEDに62オーム、1/4Wの抵抗が選択されます。PCBレイアウトでは、LEDを2.54mm（0.1インチ）のリード間隔で配置し、挿入後のリードに5mmの曲げ半径を確保できるように穴が配置されます。組立中は、指定された温度と時間プロファイルでフローはんだ付け工程が使用され、はんだ波がLED本体に接触しないようにします。

12. 動作原理の紹介
LEDは半導体p-n接合ダイオードです。順方向電圧が印加されると、n型材料からの電子が活性領域内でp型材料からの正孔と再結合します。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。発光の色（波長）は、半導体材料のエネルギーバンドギャップによって決まります。白色LEDは通常、青色InGaN LEDチップに蛍光体層を塗布して作成されます。チップからの青色光が蛍光体を励起し、黄色光を放出します。青色光と黄色光の組み合わせは、人間の目には白色として知覚されます。

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）、より高い電力密度、およびより優れた演色性に向かっています。LTW-420DS4のような表示灯タイプのLEDでは、小型化（0402や0201のような表面実装デバイス）、パッケージ内への電流制限抵抗の統合、より広い視野角または特定のビームパターンを持つLEDの開発がトレンドです。基礎となる材料科学は継続的に改善され、より一貫した色点とより長い動作寿命をもたらしています。RoHSやその他の環境規格への移行は、現在では電子部品の基本的な要件となっています。

Q: Can I use this LED for outdoor applications?
A: The datasheet states it is good for indoor and outdoor signs. However, for harsh outdoor environments, additional design considerations are needed for waterproofing, UV resistance of external materials, and wider temperature cycling.

. Practical Use Case Example

Scenario: Designing a status indicator panel for a network router.The panel requires 10 bright white LEDs to indicate power, network activity, and port status. The designer selects the LTW-420DS4 from the UV intensity bin for high visibility. A 5V rail is available on the PCB. The calculation for the series resistor is performed using the maximum VF (3.8V) to ensure the current never exceeds 20mA even with worst-case parts: R = (5V - 3.8V) / 0.02A = 60 Ohms. A 62 Ohm, 1/4W resistor is chosen for each LED. The PCB layout places the LEDs with 2.54mm (0.1\") lead spacing, and the holes are positioned to allow a 5mm bend radius for the leads after insertion. During assembly, a wave soldering process is used with the specified temperature and time profiles, ensuring the solder wave does not contact the LED body.

. Operating Principle Introduction

An LED is a semiconductor p-n junction diode. When a forward voltage is applied, electrons from the n-type material recombine with holes from the p-type material within the active region. This recombination process releases energy in the form of photons (light). The color (wavelength) of the emitted light is determined by the energy bandgap of the semiconductor material. White LEDs are typically created by using a blue InGaN LED chip coated with a phosphor layer. The blue light from the chip excites the phosphor, which then emits yellow light. The combination of blue and yellow light is perceived by the human eye as white.

. Technology Trends

The general trend in LED technology is toward higher efficiency (more lumens per watt), higher power density, and better color rendering. For indicator-type LEDs like the LTW-420DS4, trends include miniaturization (smaller packages like 0402 or 0201 surface-mount devices), integration of current-limiting resistors within the package, and the development of LEDs with wider viewing angles or specific beam patterns. The underlying material science continues to improve, yielding more consistent color points and longer operational lifetimes. The move toward RoHS and other environmental compliance standards is now a baseline requirement for electronic components.