IR204-A 3.0mm赤外線LEDデータシート - 3mmパッケージ - 940nm波長 - 100mA電流 - 技術文書

1. 製品概要

IR204-Aは、標準的な3mm（T-1）青色プラスチックパッケージに収められた高強度赤外線発光ダイオードです。ピーク波長940nmでの発光を目的として設計されており、一般的なフォトトランジスタ、フォトダイオード、および赤外線受信モジュールとスペクトル的に整合しています。このデバイスは、高い信頼性、高い放射強度、および低い順方向電圧を特徴としており、様々な赤外線伝送アプリケーションに適しています。

1.1 中核的利点

• 高い放射強度：信頼性の高い信号伝送のための強力な赤外線出力を提供します。
• 波長整合性：940nmのピーク波長は、標準的なIR受信機との互換性を最適化しています。
• コンパクトで標準化：2.54mmのリード間隔を持つ3mmパッケージは、標準的なPCBレイアウトへの容易な統合を可能にします。
• 規格適合：本製品は、RoHS、EU REACH、およびハロゲンフリー規格（Br < 900ppm、Cl < 900ppm、Br+Cl < 1500ppm）に適合しています。

1.2 対象アプリケーション

この赤外線LEDは、主に不可視光通信を必要とするシステムを対象としています。主なアプリケーション分野には、高出力要件を伴う赤外線リモコン装置、自由空間伝送システム、煙感知器、およびその他の一般的な赤外線ベースのセンシングまたは通信システムが含まれます。

2. 技術パラメータ：詳細な客観的解釈

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がある限界を定義します。これらの限界以下または限界での動作は保証されません。

• 連続順方向電流（IF）：100 mA。連続的に印加可能な最大DC電流です。
• ピーク順方向電流（IFP）：1.0 A。この高電流は、パルス条件下（パルス幅 ≤ 100μs、デューティサイクル ≤ 1%）でのみ許容されます。
• 逆電圧（VR）：5 V。逆バイアスでこの電圧を超えると、ダイオード接合部が損傷する可能性があります。
• 動作・保管温度（Topr/Tstg）：-40°C から +85°C。デバイスは産業用温度範囲に対応しています。
• 電力損失（Pd）：25°C時 150 mW。熱的限界を超えずにパッケージが放散できる最大電力です。

2.2 電気光学特性

これらのパラメータは、標準接合部温度25°Cで測定され、指定条件下でのデバイスの性能を定義します。

• 放射強度（Ie）：主要な性能指標です。標準駆動電流20mAでは、典型的な放射強度は5.6 mW/srです。高電流パルス動作（100mA、1A）では、出力はそれぞれ38 mW/srおよび350 mW/srに大幅に増加し、長距離または高輝度パルスアプリケーションを可能にします。
• ピーク波長（λp）：940 nm（典型値）。これは近赤外スペクトルにあり、人間の目には見えませんが、シリコンベースのセンサーで効率的に検出されます。
• スペクトル帯域幅（Δλ）：約45 nm。これは、ピーク波長周辺の放射光のスペクトル幅を定義します。
• 順方向電圧（VF）：20mA時、典型的に1.2Vで、電流と共に増加します。この低電圧は、設計における低消費電力に貢献します。
• 指向角（2θ1/2）：35度。これは放射強度がピーク値の半分に低下する角度の広がりであり、ビームパターンを定義します。

3. ビニングシステムの説明

データシートには放射強度のビニング構造が含まれています。LEDは、IF=20mAでの測定出力に基づいてグループ（K、L、M、N）に分類されます。例えば、ビンLは最小強度5.6 mW/sr、最大強度8.9 mW/srを持ちます。これにより、設計者は一貫したシステム動作のために保証された最小性能レベルを持つ部品を選択できます。この特定の型番については、波長や順方向電圧のビニングは示されていません。

4. 性能曲線分析

データシートには、設計に不可欠ないくつかの特性曲線が提供されています。

4.1 順方向電流 vs. 周囲温度（図1）

この曲線は、周囲温度が25°Cを超えて上昇するにつれて、最大許容連続順方向電流がどのように低下するかを示しています。設計者はこのグラフを使用して、アプリケーションの最大周囲温度において動作電流が安全限界を超えないようにする必要があります。

4.2 スペクトル分布（図2）

相対放射パワーを波長の関数として示し、指定された約45nmの帯域幅で940nmピークを中心としています。

4.3 ピーク発光波長 vs. 温度（図3）

周囲温度（したがって接合部温度）の変化に伴うピーク波長のシフトを示します。これは、検出器との正確なスペクトル整合が重要なアプリケーションにおいて重要です。

4.4 順方向電流 vs. 順方向電圧（IV曲線）（図4）

電流と電圧の非線形関係を描いています。この曲線は、電流制限回路（例えば、直列抵抗の計算）の設計に不可欠です。

4.5 相対強度 vs. 順方向電流（図5）

光出力は電流に比例せず、特に高電流では加熱やその他の影響により効率が低下する可能性があることを示しています。

4.6 相対放射強度 vs. 角度変位（図6）

これは空間放射パターンであり、35度の指向角をグラフィカルに示しています。適切な位置合わせとカバレッジを確保するための光学設計に極めて重要です。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

デバイスは標準的なT-1（3mm）ラウンドパッケージを使用しています。データシートの詳細な機械図面には、本体直径（典型的に3.0mm）、リード間隔（2.54mm）、リード直径を含むすべての重要な寸法が提供されています。特に指定がない限り、公差は典型的に±0.25mmです。パッケージ材料は青色のプラスチックで、内蔵フィルターとして機能します。

5.2 極性識別

長いリードがアノード（+）、短いリードがカソード（-）です。これはLEDの標準的な慣例です。パッケージのリムにある平らな面もカソード側を示している場合があります。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

• はんだ付け温度：最大はんだ付け温度は260°Cです。
• はんだ付け時間：リードは260°Cを超えるはんだ付け温度に5秒以上さらさないでください。
• 一般的な取り扱い：半導体接合部の損傷を防ぐため、取り扱いおよび組立中は標準的なESD（静電気放電）対策を遵守する必要があります。
• 保管条件：デバイスは、乾燥した環境で指定温度範囲-40°Cから+85°C内で保管する必要があります。

7. 包装および注文情報

7.1 包装仕様

LEDは通常、袋詰め（1袋あたり200-1000個）で梱包されます。4袋が1箱に入り、10箱で1カートンを構成します。

7.2 ラベル情報

包装のラベルには、部品番号（P/N）、数量（QTY）、ランク/ビン（CAT）、ピーク波長（HUE）、ロット番号（LOT No.）、および参照コードなどの重要な情報が含まれています。このトレーサビリティは品質管理にとって重要です。

8. アプリケーション提案

8.1 典型的なアプリケーション回路

基本的な回路では、LEDは電圧源から電流制限抵抗を介して駆動されます。抵抗値（R）はオームの法則を使用して計算されます：R = (Vcc - Vf) / If。ここで、Vccは電源電圧、VfはLEDの順方向電圧（例：20mA時1.2V）、Ifは所望の順方向電流です。パルス動作（例：リモコン）では、通常、トランジスタスイッチを使用して、コンデンサまたは電源から直接高ピーク電流（最大1A）を供給します。

8.2 設計上の考慮事項

• 電流駆動：LEDは固定電圧ではなく、制御された電流で駆動してください。直列抵抗または定電流ドライバを使用します。
• 熱管理：パッケージの熱抵抗は低いですが、高電流（100mAに近い）での連続動作や高周囲温度では、過熱を避けるためにデレーティング曲線を考慮する必要があります。
• 光学的アライメント：35度の指向角では、最適な信号強度を得るために受信センサーとの適切な位置合わせが必要です。必要に応じて、レンズや反射板を使用してビームパターンを変更できます。
• 電源ノイズ：感度の高いアナログセンシングアプリケーションでは、LED駆動回路が検出器からの微弱信号に干渉する可能性のある電気的ノイズを発生させないようにしてください。

9. 技術比較と差別化

IR204-Aの主な差別化要因は、標準的な3mmパッケージ、高いパルス放射強度（最大350 mW/sr）、および正確に定義された940nm波長の組み合わせです。一般的なIR LEDと比較して、保証された最小性能（ビニングによる）と現代の環境規制への適合を提供します。そのGaAlAsチップ材料は、効率的な赤外線発光のための標準です。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

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

いいえ、直接は駆動できません。マイクロコントローラピンは通常、20mAを連続的に供給できず（MCUのデータシートを確認してください）、ましてや1Aのピーク電流を供給することはできません。さらに重要なのは、所望の値（例：20mA）に電流を制限するために直列抵抗を使用しなければならないことです。LEDに必要なより高い電流をスイッチングするには、トランジスタ（BJTまたはMOSFET）が必要です。

10.2 なぜパルス条件下では放射強度が非常に高くなるのですか？

より高いパルス定格（100mA、1A）により、接合部を非常に短時間でより多くの電流で駆動することができます。これにより、チップとパッケージの熱容量がパルス間で冷却される時間があるため、平均接合部温度が破壊的なレベルに上昇することなく、より多くの光が生成されます。これはリモコンのようなバースト通信に理想的です。

10.3 フォトトランジスタとスペクトル的に整合とはどういう意味ですか？

シリコンベースのフォトトランジスタやフォトダイオードは、近赤外領域（約800-900nm）でピーク感度を持ちます。IR204-Aの940nm発光はこの高感度帯域内に収まり、検出器が強い信号を受信することを保証し、システムの信号対雑音比と動作距離を向上させます。

11. 実践的な設計と使用事例

事例：シンプルな赤外線リモコン送信機。一般的な用途はテレビのリモコンです。マイクロコントローラが変調されたデジタルコード（例：38kHzキャリア）を生成します。この信号がトランジスタのベースを駆動します。トランジスタがIR204-Aを通るコレクタ電流をスイッチングします。LED付近のコンデンサが、強い信号に必要な短時間の高電流パルス（最大100mA以上）を供給する場合があります。LEDは38kHzの周波数でパルス駆動されます。940nmの光は不可視であり、高いパルス強度により、信号が壁で反射されても部屋全体の受信機で検出できます。低い順方向電圧はバッテリー電力を節約するのに役立ちます。

12. 原理紹介

赤外線発光ダイオード（IR 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領域からの電子とp領域からの正孔が接合領域に注入されます。これらの電荷キャリアが再結合すると、エネルギーを放出します。この特定のデバイスでは、このエネルギーが主に赤外線スペクトル（波長940ナノメートル）の光子として放出されるように、半導体材料（ガリウムアルミニウムヒ素 - GaAlAs）が選択されています。青色プラスチックパッケージはフィルターとして機能し、一部の可視光を遮断し、出力ビームを形成するレンズとしても機能する可能性があります。

13. 開発動向

赤外線LED技術の動向には、さらなる壁面プラグ効率（入力電力あたりの光出力）の向上によるデバイスの開発が含まれ、これによりバッテリー寿命の延長や長距離化が可能になります。また、正確な波長制御を必要とするアプリケーションや、環境光ノイズへの感度を低減するために、より狭いスペクトル帯域幅を持つLEDの製造も進行中です。LEDとドライバICまたは光検出器を単一モジュールに統合する別の動向もあり、システム設計を簡素化します。より小さなパッケージでのより高い電力密度への推進は、環境および安全規制への完全適合を目指す業界全体の取り組みと並行して続いています。