3mm赤外線LED IR204/H16/L10 データシート - 外形3mm - 電圧1.5V - 波長940nm - 日本語技術文書

1. 製品概要

本ドキュメントは、高強度3mm（T-1）赤外線発光ダイオード（LED）の仕様を詳細に説明します。本デバイスは青色透明プラスチックパッケージに収められており、シリコン光検出器、フォトトランジスタ、および赤外線受信モジュールとの最適なスペクトルマッチングのために設計されています。その主な機能は、ピーク波長940ナノメートルで赤外線を発光することで、人間の目には見えませんが、電子センサーによって高感度で検出可能です。

1.1 中核的利点とターゲット市場

本LEDは、高信頼性、低順電圧、高放射強度など、いくつかの主要な利点を提供します。PCBへの容易な統合のために標準2.54mmリード間隔で設計されています。本製品はRoHS、EU REACH、およびハロゲンフリー基準（Br < 900ppm、Cl < 900ppm、Br+Cl < 1500ppm）に準拠しており、環境意識の高い規制市場に適しています。主なターゲットアプリケーションは、リモコン、近接センサー、物体検出、光スイッチなどの赤外線ベースのシステムです。

2. 詳細技術パラメータ分析

2.1 絶対最大定格

本デバイスは、長寿命と信頼性を確保するために厳格な制限内で動作するように設計されています。連続順電流（IF）は100 mAを超えてはなりません。パルス幅≤100μs、デューティサイクル≤1%のパルス動作では、最大1.0 Aのピーク順電流（IFP）が許容されます。最大逆電圧（VR）は5 Vです。動作温度範囲（Topr）は-40°Cから+85°C、保管温度（Tstg）は-40°Cから+100°Cです。はんだ付け温度（Tsol）は260°C以下で、持続時間は5秒を超えないようにする必要があります。周囲温度25°C自由空気温度での最大許容損失（Pd）は150 mWです。

2.2 電気光学特性

特に断りのない限り、すべての電気光学特性は周囲温度（Ta）25°C、順電流（IF）20mAで規定されています。放射強度（IE）はビニングされており、ランクに応じて最小値は4.0から11.0 mW/srの範囲です。ピーク波長（λp）は典型的に940 nm、スペクトル帯域幅（Δλ）は45 nmです。順電圧（VF）は典型的に1.2 V、最大1.5 Vです。逆電流（IR）は逆電圧5Vで最大10 μAです。半値全角として定義される指向角（2θ1/2）は典型的に50度です。

3. ビニングシステムの説明

LEDの放射出力は、アプリケーション設計における一貫性を確保するためにビンに分類されます。ビニングはIF=20mAで測定された放射強度に基づいています。利用可能なビンはK、L、M、Nであり、対応する最小および最大放射強度値は以下の通りです：ビンK: 4.0-6.4 mW/sr；ビンL: 5.6-8.9 mW/sr；ビンM: 7.8-12.5 mW/sr；ビンN: 11.0-17.6 mW/sr。これにより、設計者は自身の光検出器回路の特定の感度要件を満たす部品を選択することができます。

4. 性能曲線分析

4.1 順電流対周囲温度

デレーティング曲線は、最大許容連続順電流と周囲温度の関係を示しています。周囲温度が上昇すると、最大許容順電流は直線的に減少します。これは、熱暴走を防止し、接合温度を安全な動作限界内に保つための重要な設計上の考慮事項であり、デバイスの信頼性を維持します。

4.2 スペクトル分布

スペクトル分布グラフは、波長の関数としての相対放射強度を示しています。発光は典型的なピーク波長940 nmを中心に、定義された帯域幅を持っています。この特性は、通常独自のスペクトル感度曲線を持つ受信センサーとの互換性を確保するために重要です。良好なマッチングは、システム効率と信号対雑音比を最大化します。

4.3 放射強度対順電流

このグラフは、放射出力（Ie）と順電流（IF）の非線形関係を示しています。放射強度は電流とともに増加しますが、完全に線形ではなく、特に高い電流レベルではその傾向が顕著です。絶対最大定格を超えることなく、所望の光出力を達成するためにLEDを正しく駆動するには、この曲線を理解することが不可欠です。

4.4 相対放射強度対角度変位

放射パターングラフは、発光強度が中心軸（0°）からの角度とともにどのように変化するかを示しています。このパッケージタイプでは、パターンは典型的にランバートまたは準ランバート型であり、強度は約±25度で軸上値の50%に低下します（これが50°の指向角となります）。この情報は光学設計、システム内のカバレッジエリアとアライメント要件の決定に不可欠です。

5. 機械的・パッケージ情報

LEDは標準的なT-1（3mm）ラジアルリードパッケージに収められています。本体は青色透明プラスチック製です。リードの標準間隔は2.54mm（0.1インチ）です。寸法図（PDF内に示唆）は、本体直径、リード長、その他の重要な寸法の正確な測定値を提供し、特に指定がない限り通常±0.25mmの公差を持ちます。カソードは通常、レンズリムの平らな部分または短いリードで識別されますが、具体的なマーキングは機械図面から確認する必要があります。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

手はんだ付けまたは波はんだ付けプロセスを使用できます。絶対最大はんだ付け温度は260°Cで、はんだ付け時間は5秒を超えないようにする必要があります。スルーホール部品のはんだ付けについては、標準的なIPCガイドラインに従うことを推奨します。高温への長時間の曝露は、プラスチックパッケージと内部半導体ダイを損傷する可能性があります。デバイスは湿気の吸収を防ぐために乾燥した環境で保管する必要があります。湿気はリフロー時にポップコーニングを引き起こす可能性がありますが、これは主にスルーホール部品です。

7. 梱包および発注情報

標準梱包仕様は、袋あたり200～1000個、箱あたり4袋、段ボール箱あたり10箱です。梱包のラベルには、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：顧客生産番号（CPN）、生産番号（P/N）、梱包数量（QTY）、ランク（CAT）、ピーク波長（HUE）、参照（REF）、ロット番号（LOT No）、生産地。防湿梱包材が使用され、保管および輸送中の部品を保護します。

8. アプリケーション推奨事項

8.1 典型的なアプリケーションシナリオ

この赤外線LEDは、幅広い非接触センシングおよび信号伝送アプリケーションに理想的に適しています。一般的な用途には、民生電子機器（テレビ、オーディオシステム）用の赤外線リモコン、家電および産業機器における近接および物体検出、光学エンコーダ、ビームブレークセンサー、カウントやレベルセンシング用のペア型エミッタ・ディテクタモジュール内の光源などが含まれます。

8.2 設計上の考慮事項

回路を設計する際は、順電流を制御し損傷を防ぐために、LEDと直列に電流制限抵抗を必ず含めてください。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。必要な検知距離と検出器の感度に基づいて適切な放射強度ビンを選択してください。LEDを受信機とアライメントする際には指向角を考慮してください。より高い瞬時出力（例えば、より長い距離用）を得るためのパルス動作では、パルス幅とデューティサイクルがIFPの指定限界内に収まるようにしてください。特に最大定格近くで動作する場合、熱を放散するための適切なPCBレイアウトを提供してください。

9. 技術比較と差別化

一般的な赤外線LEDと比較して、本デバイスは940nmを中心とした明確で一貫したスペクトル出力を提供し、これはシリコンフォトダイオードやフォトトランジスタの一般的なピーク感度波長であり、効率的な結合を保証します。放射強度ビンの利用可能性により、量産における予測可能な性能が可能になります。低順電圧（典型的に1.2V）と高放射強度の組み合わせは、より電力効率の高い設計につながる可能性があります。現代の環境基準（RoHS、REACH、ハロゲンフリー）への準拠は、厳格な規制を持つグローバル市場をターゲットとする製品にとって大きな利点です。

10. よくある質問（FAQ）

Q: ビンK、L、M、Nの違いは何ですか？

A: ビンは最小放射強度の異なる範囲を表します。ビンNが最も高い出力（11.0-17.6 mW/sr）を持ち、ビンKが最も低い出力（4.0-6.4 mW/sr）を持ちます。アプリケーションに必要な信号強度に基づいてビンを選択してください。

Q: このLEDを5V電源で直接駆動できますか？

A: いいえ。順電圧は約1.2-1.5Vしかありません。5Vに直接接続すると過剰な電流が流れ、LEDを破壊します。必ず直列に電流制限抵抗を使用する必要があります。

Q: カソードはどのように識別しますか？

A: 標準的なT-1パッケージの場合、カソードは通常、プラスチックレンズリムの平らなエッジで示されます。あるいは、LEDを下から見たとき、平らな側に対応するリードがカソードです。カソードは短いリードの場合もあります。

Q: 典型的な動作寿命はどれくらいですか？

A: このデータシートに明示されていませんが、このような赤外線LEDは、特に電流と温度の制限内で指定された絶対最大定格内で動作する場合、非常に長い動作寿命（数万時間）を持つことが一般的です。

11. 実用的な使用例

シナリオ：シンプルな物体検出センサーの設計

エンジニアは、隙間を通過する物体の存在を検出する必要があります。彼らはこのIR204 LEDを、隙間の反対側に配置されたフォトトランジスタとペアにします（スルービーム構成）。十分な強度を得るためにビンMのLEDを選択します。LEDは、100Ωの抵抗を介して3.3Vマイクロコントローラピンから20mAの定電流で駆動されます（R = (3.3V - 1.2V) / 0.02A ≈ 105Ω）。フォトトランジスタのコレクタは抵抗を介して3.3Vにプルアップされ、コレクタの電圧はマイクロコントローラのADCによって読み取られます。ビームが遮られていないとき、フォトトランジスタは導通し、電圧を低く引っ張ります。物体がビームを遮ると、フォトトランジスタは導通を停止し、電圧が高くなり、物体の存在を信号として送ります。50°の指向角により、わずかな位置ずれがあっても確実な検出のための十分に広いビームが確保されます。

12. 動作原理の紹介

赤外線LEDは、半導体p-n接合ダイオードです。バンドギャップエネルギーを超える順電圧が印加されると、n領域からの電子が活性領域（この場合はGaAlAs製）でp領域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。特定の材料組成（ガリウムアルミニウムヒ素）が放出される光子の波長を決定し、このデバイスでは約940 nmの赤外線スペクトル内です。青色透明プラスチックパッケージはフィルターではなく、出力ビームを形成し半導体チップを保護するレンズとして機能します。

13. 技術トレンド

赤外線LED技術は、より高い効率（電気ワット入力あたりのより多くの放射出力）、LiDARや飛行時間センシングなどの長距離アプリケーションのためのより高い電力密度、コンパクトな民生デバイスへの統合のためのより小さなパッケージサイズに向けて進化し続けています。また、ガス検出や生理学的モニタリングなどの特定のセンシングアプリケーションのための、より正確な波長制御と狭いスペクトル帯域幅への傾向もあります。ドライバーと制御ロジックをLEDダイと直接統合する（スマートLED）ことも、もう一つの開発分野です。ここで説明したようなデバイスの基本原理は、確立されたおよび新興の光電子システムの広大なアレイにとって依然として重要です。