T-1 3mm 白色LEDランプ データシート - 3.0x5.0mmパッケージ - 3.2V標準 - 20mA駆動 - 110mW消費電力 - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、標準的なT-1（3mm）ラウンドパッケージに封止された高輝度白色発光ダイオード（LED）の仕様を詳細に説明します。このデバイスは優れた光束出力を提供するように設計されており、明るく鮮明なインジケータや照明を必要とする用途に適しています。白色光は、青色InGaN半導体チップによって生成され、その発光は反射カップ内に形成された蛍光体層によって白色光に変換されます。この設計アプローチにより、効率的で一貫性のある白色光の生成が可能となります。

このLEDの中核的な利点は、標準試験条件下で最大14,250ミリカンデラ（mcd）に達する高い光度を含みます。広く普及し互換性の高いパッケージ形状を特徴としており、既存の設計や製造プロセスへの容易な統合を保証します。本デバイスは関連する環境規制に準拠し、堅牢な静電気放電（ESD）保護を備えており、様々な取り扱いおよび動作環境下での信頼性を高めています。

この部品のターゲット市場は、幅広い電子機器アプリケーションに及びます。主な用途としては、制御パネルや計器上の光学インジケータとしての使用、小型ディスプレイやレジェンドのバックライトとしての提供、マーカーまたはステータスランプとしての機能、そして高い視認性が最も重要であるメッセージパネルや看板への統合などが挙げられます。

2. 詳細な技術パラメータ分析

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。回路設計において、これらの値は一瞬たりとも超えてはなりません。

• 連続順方向電流（I_F)）：30 mA。これはLEDのアノードに連続的に印加できる最大の直流電流です。
• ピーク順方向電流（I_FP)）：100 mA。このパルス電流定格（1/10デューティサイクル、1 kHz）は、マルチプレクシングやPWM調光アプリケーションに関連します。
• 逆電圧（V_R)）：5 V。この制限を超える逆バイアス電圧を印加すると、接合部の即時破壊を引き起こす可能性があります。
• 電力損失（P_d)）：110 mW。これはデバイス内で許容される最大の電力損失であり、順方向電圧と電流の積に、わずかな逆リーク電流を加えたものとして計算されます。
• 動作・保管温度：デバイスの動作温度範囲は-40°Cから+85°C、保管温度範囲は-40°Cから+100°Cです。
• ESD耐圧（HBM）：4 kV。この人体モデル定格は、取り扱い中の静電気放電に対する良好な保護レベルを示しています。
• はんだ付け温度：リードは260°Cで5秒間耐えることができ、標準的な波はんだ付けまたはリフローはんだ付けプロセスと互換性があります。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータは標準試験条件（T_a= 25°C）下で測定され、デバイスの代表的な性能を示します。

• 順方向電圧（V_F)）：I_F= 20 mAにおいて2.8 Vから3.6 V。代表値は約3.2Vです。この範囲は定電流回路の設計において重要です。
• 光度（I_V)）：I_F= 20 mAにおいて7,150 mcdから14,250 mcd。この高い光度が主要な特徴であり、実際の値はビンコードによって決定されます（セクション3参照）。
• 指向角（2θ_1/2)）：約25度。この狭い指向角により、光出力が集束ビームに集中し、高い軸上光度に寄与します。
• 色度座標：CIE 1931色度図上の代表的な座標はx=0.26、y=0.27です。これは発光の白色点を定義します。
• 逆電流（I_R)）：V_R= 5Vにおいて最大50 µA。オフ状態でのリーク電流が非常に低いことを示しています。

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は主要な性能パラメータに基づいてビンに分類されます。これにより、設計者は輝度や順方向電圧に関する特定の要件を満たす部品を選択することができます。

3.1 光度ビニング

光束出力は、T、U、Vのコードで指定される3つの主要なビンに分類されます。各ビンには、20mAで測定された定義された最小および最大の光度があります。

• ビン T：7,150 mcd（最小）から9,000 mcd（最大）
• ビン U：9,000 mcd（最小）から11,250 mcd（最大）
• ビン V：11,250 mcd（最小）から14,250 mcd（最大）

各ビン内の光度には、一般的に±10%の公差が適用されます。

3.2 順方向電圧ビニング

順方向電圧降下は、0から3のコードで指定される4つのビンに分類されます。これは、複数のLEDを並列接続する場合や、精密な駆動回路を設計する際に均一な輝度を確保するために重要です。

• ビン 0：2.8 Vから3.0 V
• ビン 1：3.0 Vから3.2 V
• ビン 2：3.2 Vから3.4 V
• ビン 3：3.4 Vから3.6 V

順方向電圧の測定不確かさは±0.1Vです。

3.3 色ビニング

白色点は、CIE色度図上の特定の領域内で管理されます。データシートでは、A0とA1の2つの主要な色ランクを定義しており、それぞれが4組の（x,y）座標ペアによって定義される四角形の境界を持ちます。代表的な色度（x=0.26、y=0.27）はこれらの定義された領域内に収まります。色度座標の測定不確かさは±0.01です。製品は、A1とA0の両方の色ランクからのLEDを含む、結合されたビングループ（2）で供給されます。

4. 性能曲線分析

提供される特性曲線は、様々な条件下でのデバイスの挙動についてより深い洞察を提供します。

• 相対強度対波長：この曲線は、発せられる白色光のスペクトルパワー分布を示します。通常、青色領域（InGaNチップからの）に主ピークを持ち、黄緑色領域（蛍光体からの）により広い二次ピークを持ち、これらが組み合わさって白色光を生成します。
• 指向性パターン：極座標図は光強度の空間分布を示し、強度が軸上値の半分に低下する約25度の指向角を確認します。
• 順方向電流対順方向電圧（I-V曲線）：この指数関数的な曲線は、駆動回路設計の基礎となります。印加電圧と結果として生じる電流の関係を示し、LEDを駆動するには電圧源ではなく、定電流ソリューションが必要であることを強調しています。
• 相対強度対順方向電流：この曲線は、光出力が駆動電流とともにどのように増加するかを示します。推奨動作範囲内では一般的に線形ですが、熱的および効率的な影響により、より高い電流では飽和します。
• 色度対順方向電流：このプロットは、白色点（色度座標）が駆動電流の変化に伴ってわずかにシフトする可能性があることを示しており、色が重要なアプリケーションにおいて重要です。
• 順方向電流対周囲温度：このデレーティング曲線は、周囲温度が上昇するにつれて最大安全動作電流がどのように減少するかを示し、高温環境での長期信頼性を確保するために不可欠です。

5. 機械的およびパッケージ情報

デバイスは、ウォータークリア樹脂レンズを備えた標準的なT-1（直径3mm）ラウンドパッケージを使用しています。主要な機械的寸法には、パッケージ全体の直径、シーティングプレーンからレンズ頂部までの高さ、およびリード間隔が含まれます。リードフレームはスルーホール実装用に設計されています。アノードとカソードは、リードの長さやその他の物理的マーカー（通常、長いリードがアノード）によって識別されます。詳細な寸法図には、リード直径、シーティングプレーンの位置、突起物など、すべての重要な測定値が指定されています。注記には、特に明記されていない限り、すべての寸法はミリメートル単位で標準公差は±0.25mmであり、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ることが指定されています。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

適切な取り扱いは、LEDの性能と信頼性を維持するために重要です。

• リード成形：曲げは、エポキシレンズの基部から少なくとも3mm離れた場所で行い、応力亀裂を避ける必要があります。成形ははんだ付け前かつ室温で行う必要があります。PCBの穴はLEDのリードと完全に一致させ、取り付け応力を避ける必要があります。
• 保管：LEDは30°C以下、70%RH以下で保管する必要があります。出荷からの保管寿命は3ヶ月です。より長期間の保管（最大1年）には、乾燥剤を入れた密閉窒素充填容器を使用してください。湿気の多い環境での急激な温度変化は結露を防ぐために避けてください。
• はんだ付け：はんだ接合部からエポキシバルブまでの最小距離を3mm保ってください。推奨条件は以下の通りです：
  
  手はんだ付け：はんだごて先端温度≤300°C、時間≤3秒。
  
  波はんだ付け：プリヒート≤100°C（≤60秒）、はんだ浴温度≤260°Cで≤5秒。
  
  はんだ付け中および直後、パッケージが熱いうちは、リードに機械的ストレスをかけないでください。

7. 包装および注文情報

LEDは、輸送および保管中のESDおよび環境損傷から保護するために、防湿・帯電防止包装で供給されます。包装仕様は通常、LEDを帯電防止バッグに入れ、それを内箱に詰め、さらにそれを外装出荷箱に詰めることを含みます。標準的な包装数量は、バッグあたり200-1000個、内箱あたり5袋、外箱あたり10個の内箱です。製品ラベルには、トレーサビリティと識別のための重要な情報が含まれています：顧客部品番号（CPN）、メーカー部品番号（P/N）、数量（QTY）、光度と順方向電圧の結合ランク（CAT）、色ランク（HUE）、参照（REF）、およびロット番号（LOT No.）。製品指定は特定のフォーマット（例：204-15/FNC2-2TVA）に従い、製品ファミリーとその輝度、電圧、色に関する特定のビン選択をエンコードしています。

8. アプリケーション提案および設計上の考慮事項

典型的なアプリケーションシナリオ：この高輝度LEDは、明るい環境下でも視認性が重要なパネルインジケータランプに理想的です。小型スイッチ、キーパッド、または半透明パネルのバックライトとして優れた性能を発揮します。機器のステータスや緊急表示用のマーカーライトとしての使用も、もう一つの主要なアプリケーションです。メッセージパネルや低解像度ドットマトリックスディスプレイでは、明るく離散的なピクセルを提供します。

設計上の考慮事項:

• 電流駆動：常に定電流ドライバまたは電圧源と直列に電流制限抵抗を使用してください。抵抗値は R = (V_電源- V_F) / I_F を使用して計算します。ここで、V_Fは堅牢な設計のために最大ビン値（3.6V）から選択する必要があります。
• 熱管理：電力損失は低いですが、適切な換気を確保し、他の熱源の近くに配置しないことで、特に高い駆動電流や高温環境下での光出力と寿命を維持します。
• 光学設計：狭い指向角はスポットライト効果を生み出します。より広い照明のためには、拡散板やレンズなどの二次光学部品が必要になる場合があります。
• ESD予防策：4kV HBM定格がありますが、組立中は標準的なESD取り扱い手順（接地された作業台、リストストラップ）を使用することを推奨します。

9. 技術比較および差別化

一般的な3mm白色LEDと比較して、このデバイスは、標準部品の2倍以上にもなる非常に高い光度を主な差別化要因としています。輝度、電圧、色に関する正式なビニングシステムは、均一な外観と性能が要求されるプロフェッショナルおよび大量生産アプリケーションに不可欠な一貫性と予測可能性のレベルを提供します。包括的な絶対最大定格、特性曲線、詳細な取り扱い説明書を含むことは、信頼性が高く、要求の厳しいアプリケーションへの統合が容易な製品として設計されていることを示しており、基本的な汎用LEDとは一線を画しています。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 5V電源にはどの抵抗が必要ですか？

A: 最大V_F3.6V、目標I_F20mAを使用すると：R = (5V - 3.6V) / 0.02A = 70オーム。最も近い標準値（例：68または75オーム）を使用し、抵抗の実際の電流と電力定格を確認してください。

Q: このLEDを30mAで連続駆動できますか？

A: はい、30mAは絶対最大連続電流定格内です。ただし、最大定格で動作すると寿命が短くなり、接合部温度が上昇する可能性があります。最適な寿命のためには、20mA以下での駆動を推奨します。

Q: アノードとカソードをどのように識別しますか？

A: 通常、長いリードがアノード（+）です。さらに、LEDパッケージのカソード側にはフランジに平らなエッジやその他のマーキングがある場合があります。常にデータシートの図で確認してください。

Q: LEDが予想より暗いのはなぜですか？

A: 考えられる原因は以下の通りです：20mAより低い電流で駆動している、計算に使用した順方向電圧値が高すぎる（実際の電流が低くなる）、低い光度ビン（T対V）にある、放熱不良や高い周囲温度による接合部温度の大幅な上昇。

11. 実践的な設計および使用事例

事例：高視認性ステータスインジケータパネルの設計

産業用制御パネルには、明るい工場環境で10メートル離れた場所からも明確に視認できる必要がある一連のステータスインジケータ（電源オン、システム作動中、故障）が必要です。この高輝度LEDを使用することは理想的な解決策です。設計者は、最大の輝度を確保するために、最高光度ビン（V）のLEDを選択します。均一な外観を確保するために、狭い順方向電圧ビン（例：ビン1：3.0-3.2V）と単一の色ランク（A0またはA1）も指定します。LEDは、すべてのインジケータ間で共有される定電流駆動回路によって20mAで駆動され、同一の電流、したがって同一の輝度を保証します。狭い指向角は、オペレータの視線方向に光を集中させるのに役立ちます。4kVのESD定格は、産業環境での追加の堅牢性を提供します。

12. 動作原理の紹介

このLEDは、半導体p-n接合におけるエレクトロルミネッセンスの原理に基づいて動作します。接合の内蔵電位を超える順方向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に注入され、そこで再結合します。この特定のデバイスでは、活性領域は窒化インジウムガリウム（InGaN）で構成され、再結合時に青色スペクトルの光子を放出します。この青色光は直接放出されません。代わりに、チップを囲む反射カップ内に形成された蛍光体コーティング（通常はセリウムをドープしたイットリウム・アルミニウム・ガーネット、YAG:Ce）に衝突します。蛍光体は高エネルギーの青色光子を吸収し、主に黄色範囲の広いスペクトルで低エネルギーの光子を再放出します。残りの青色光と変換された黄色光の組み合わせは、人間の目には白色光として知覚されます。この方法は、蛍光体変換白色LED技術として知られています。

13. 技術トレンドと背景

蛍光体変換を伴うInGaNベースの青色チップの使用は、一般照明およびインジケータ用の白色LEDを製造するための主要な技術を表しています。この分野のトレンドは、より高い発光効率（ワットあたりのルーメン数）、より良い演色性（CRI）による色精度の向上、および色点と輝度のより大きな一貫性（より厳密なビニング）に向かって継続しています。このデータシートはスルーホールパッケージを説明していますが、より広範な業界のトレンドは、その小さなサイズ、PCBへの優れた熱経路、自動組立への適合性のため、ほとんどの新しい設計において3528、5050、2835などの表面実装デバイス（SMD）パッケージに向かっています。しかし、T-1やその他のスルーホールパッケージは、高い単点強度、極端な堅牢性、手動組立、またはレガシーシステムのメンテナンスを必要とするアプリケーションにおいて依然として重要です。蛍光体技術とチップ設計の進歩は、すべてのLED形状の性能限界を押し上げ続けています。