3mm赤外線LED HIR234Cデータシート - T-1パッケージ - ピーク波長850nm - 順方向電圧1.65V - 日本語技術文書

1. 製品概要

HIR234Cは、標準的な3mm (T-1) ウォータークリア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850nmで発光するように設計されており、一般的なシリコンフォトトランジスタ、フォトダイオード、赤外線受信モジュールとスペクトル互換性があります。信頼性が高く効率的な赤外線伝送を必要とするアプリケーション向けに設計されています。

1.1 中核的利点

• 高放射強度:強力な光出力を提供し、長距離または低感度の受信システムに適しています。
• 高信頼性:一貫した性能と長い動作寿命のために構築されています。
• 低順方向電圧:20mA時で典型的に1.65Vであり、設計における低消費電力に貢献します。
• 環境規制準拠: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) に準拠しています。
• 標準パッケージ:2.54mmリード間隔を持つ一般的なT-1 (3mm) フォームファクタにより、既存の設計やPCBレイアウトへの容易な統合を保証します。

1.2 対象アプリケーション

この赤外線LEDは、不可視光通信またはセンシングを必要とする様々なシステムに適しています。

• 赤外線リモコン装置（特に高出力要件のあるもの）。
• 自由空間光データ伝送リンク。
• 煙感知システム。
• 近接センサーや物体カウンターを含む汎用赤外線応用システム。

2. 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。

• 連続順方向電流 (I_F):100 mA
• ピーク順方向電流 (I_FP):1.0 A (パルス幅 ≤ 100μs, デューティサイクル ≤ 1%)
• 逆方向電圧 (V_R):5 V
• 動作温度 (T_opr):-40°C ～ +85°C
• 保存温度 (T_stg):-40°C ～ +100°C
• 電力損失 (P_d):150 mW (周囲温度25°C以下)
• はんだ付け温度 (T_sol):260°C、最大5秒間

2.2 電気光学特性

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。

• 放射強度 (I_e):
  • 7.8 mW/sr (最小) / 15 mW/sr (標準) (I_F= 20mA (DC) 時)。
  • 50 mW/sr (標準) (I_F= 100mA (パルス) 時)。
  • 300 mW/sr (標準) (I_F= 1A (パルス) 時)。
• ピーク波長 (λ_p):850 nm (標準) (I_F= 20mA 時)。
• スペクトル帯域幅 (Δλ):45 nm (標準) (I_F= 20mA 時)。
• 順方向電圧 (V_F):
  • 1.45V (最小) / 1.65V (標準) / 1.65V (最大) (I_F= 20mA 時)。
  • 1.80V (標準) / 2.40V (最大) (I_F= 100mA (パルス) 時)。
  • 4.10V (標準) / 5.25V (最大) (I_F= 1A (パルス) 時)。
• 逆方向電流 (I_R):10 μA (最大) (V_R= 5V 時)。
• 指向角 (2θ_1/2):30 度 (標準) (I_F= 20mA 時)。

測定許容差:順方向電圧 ±0.1V、放射強度 ±10%、ピーク波長 ±1.0nm。

3. 性能曲線分析

データシートには、異なる動作条件下でのデバイス挙動を理解するために重要ないくつかの特性曲線が提供されています。

3.1 温度および電流依存性

順方向電流 vs. 周囲温度 (図1):この曲線は、周囲温度の上昇に伴う最大許容順方向電流のデレーティングを示しています。信頼性を確保し、電力損失限界内に収めるためには、高温時には駆動電流を低減する必要があります。

ピーク発光波長 vs. 周囲温度 (図3):LEDのピーク波長には温度係数があり、通常は温度とともにわずかにシフトします。この曲線はHIR234Cにおけるそのシフトを定量化しており、正確なスペクトルマッチング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 vs. 順方向電圧 (図4):これはダイオードの基本的なI-V曲線です。電流と電圧の指数関数的関係を示しています。この曲線は、電流制限回路の設計や、異なる駆動条件下でのLED両端の電圧降下を理解するのに役立ちます。

3.2 光出力特性

スペクトル分布 (図2):このグラフは、波長に対する相対放射強度をプロットしています。850nmのピークと約45nmのスペクトル帯域幅を視覚的に確認し、発光する波長の範囲を示しています。

放射強度 vs. 順方向電流 (図5):この曲線は、光出力 (mW/sr) と電気入力電流の関係を示しています。中程度の範囲では一般的に線形ですが、熱的および効率効果により非常に高い電流では飽和する可能性があります。

相対放射強度 vs. 角度変位 (図6):この極座標プロットは、LEDの放射パターンを定義します。中心軸 (0°) から離れるにつれて強度がどのように低下するかを示し、強度がピーク値の半分になる30度の指向角を最終的に定義します。

放射強度 vs. 周囲温度 (図7):接合温度が上昇すると光出力は減少します。この曲線は、周囲温度（ひいては接合温度）が上昇するにつれて放射強度が典型的にどの程度減少するかを定量化しており、広い温度範囲で動作するシステムの設計に不可欠です。

相対順方向電圧 vs. 周囲温度 (図8):ダイオードの順方向電圧は負の温度係数を持ちます。この曲線は、V_Fが温度の上昇とともに典型的にどのように減少するかを示しており、定電圧駆動方式やLEDを温度センサーとして使用する際の要因となり得ます。

4. 機械的およびパッケージ情報

4.1 デバイス構造と構成

• チップ材料:GaAlAs (ガリウムアルミニウムヒ素)。
• レンズ/色:ウォータークリアプラスチック。

4.2 パッケージ寸法 (T-1, 3mm)

本デバイスは、標準的なT-1 (3mm) 丸型LEDパッケージ寸法に準拠しています。データシートからの主な機械的注意点は以下の通りです:

• すべての寸法はミリメートル (mm) です。
• 特に指定がない限り、標準的な寸法公差は±0.25mmです。
• 図面には通常、本体直径 (3.0mm)、リード間隔 (2.54mm)、およびレンズ形状やリード長さ/直径を含む全体寸法が示されています。

極性識別:カソードは通常、プラスチックレンズリムのフラットスポットおよび/または短いリードによって識別されます。確定的な識別には常にパッケージ図面を参照してください。

5. はんだ付けおよび実装ガイドライン

• 手はんだ:温度制御されたはんだごてを使用してください。リードごとはんだ付け時間は、温度350°C以下で最大3秒に制限してください。
• フローはんだ付け:使用可能ですが、プラスチックパッケージへの熱ストレスを最小限に抑えるために、予熱および暴露時間を制御する必要があります。
• リフローはんだ付け:絶対最大定格に従い、本デバイスはピークはんだ付け温度260°Cを最大5秒間耐えることができます。これは標準的な無鉛 (Pb-free) リフロープロファイル (例: IPC/JEDEC J-STD-020) と互換性があります。
• 一般的な注意事項:
  • 取り扱い中にリードやレンズに機械的ストレスを加えないでください。
  • 指定された保存温度範囲を超えないでください。
  • 取り扱いおよび組立中は適切なESD (静電気放電) 対策を講じてください。

6. 梱包および発注情報

6.1 梱包仕様

• 標準梱包: 袋あたり200～1000個。
• 5袋が1箱に梱包されます。
• 10箱が1カートンに梱包されます。

6.2 ラベル情報

製品ラベルには、トレーサビリティと検証のための主要な識別子が含まれています:

• CPN:顧客部品番号
• P/N:製造番号 (HIR234C)
• QTY:梱包内数量
• CAT:ランク/カテゴリ (例: 輝度ビン)
• HUE:ピーク波長情報
• REF:参照
• LOT No:トレーサビリティのための製造ロット番号

7. アプリケーション設計上の考慮点

7.1 LEDの駆動方法

定電流駆動:LEDは電流駆動デバイスです。安定した予測可能な光出力を得るには、定電流源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。抵抗値はオームの法則を使用して計算できます: R = (V_supply- V_F) / I_F。保守的な設計のためには、データシートの最大V_Fを使用してください。

パルス動作:非常に高い瞬間強度を必要とするアプリケーション (長距離リモコンなど) では、指定された短い高電流パルス (最大1A) でLEDを駆動できます。過熱を防ぐためには、パルス幅 (≤100μs) とデューティサイクル (≤1%) の制限を厳密に遵守して行う必要があります。

7.2 光学設計

レンズ選択:ウォータークリアレンズは30度のビームを放射します。より狭い、または異なる形状のビームが必要な場合は、二次光学素子 (プラスチックレンズ、リフレクター) を使用できます。

受信機マッチング:850nmのピーク波長は、シリコンベースのセンサーによって最適に検出されます。選択したフォトトランジスタ、フォトダイオード、またはIR受信モジュールが800-900nm範囲でピーク感度を持つことを確認してください。

環境光耐性:強い環境光 (特にIRを含む太陽光) がある環境では、特定の周波数でLED駆動信号を変調し、その周波数に同調した受信機を使用してバックグラウンドノイズを除去することを検討してください。

8. 技術比較と市場ポジショニング

HIR234Cは、ユビキタスな3mmパッケージにおける汎用、高信頼性赤外線エミッタとして位置づけられています。

• 標準5mm IR LEDとの比較:3mmパッケージはより小さな占有面積を提供し、小型化設計において有利である一方、十分な放射強度を提供します。
• SMD IR LEDとの比較:スルーホールT-1パッケージは、試作、手作業組立、または表面実装デバイスと比較してより高い機械的堅牢性やリードを介した容易な放熱が望まれるアプリケーションでしばしば好まれます。
• 主要な差別化要因:その高パルス放射強度 (300 mW/sr)と標準パッケージの組み合わせにより、一般的に入手可能なフォームファクタから強力なIR光のバーストを必要とするアプリケーションに適しています。

9. よくある質問 (FAQ)

Q1: 放射強度 (mW/sr) と出力 (mW) の違いは何ですか？

A1: 放射強度は単位立体角 (ステラジアン) あたりの光パワーを測定します。ビームがどれだけ集中しているかを示します。全放射束 (mW) を得るには、放射パターン全体にわたって強度を積分する必要があります。30度のLEDの場合、全パワーはピーク強度値よりも大幅に低くなります。

Q2: このLEDを100mAで連続駆動できますか？

A2: 連続順方向電流の絶対最大定格は100mAです。ただし、この最大電流での連続動作は大きな熱を発生させ、接合温度を上昇させます。信頼性の高い長期動作のためには、より低い電流 (例: 20-50mA) で動作させるか、特に高い周囲温度では適切な放熱対策を実施することをお勧めします。

Q3: なぜ1Aパルス時 (最大5.25V) の順方向電圧は20mA DC時 (最大1.65V) と比べて非常に高いのですか？

A3: これはLEDチップおよびパッケージ内部の直列抵抗によるものです。非常に高い電流では、この内部抵抗による電圧降下が顕著になり、より高い合計V_Fとなります。これはすべてのLEDに共通する特性です。

Q4: 850nm LEDは見えますか？

A4: 850nmは近赤外 (NIR) スペクトルにあります。一般に人間の目には見えません。ただし、高電力の850nm LEDからは、発光スペクトルが可視赤色領域に伸びる小さな裾を持つため、ごくかすかな深紅色の光を感じる人もいます。完全に目立たない動作のためには、通常940nm LEDが使用されます。

10. 設計・使用事例

事例: 長距離赤外線リモコン送信機

目的:一般的なリビングルーム環境で15メートルの距離で確実に動作するリモコンを設計する。

設計選択:

1. LED選択:高いパルス放射強度 (1A時標準300 mW/sr) のためにHIR234Cが選択されました。
2. 駆動回路:3V電池電源からLEDをパルス駆動するために、単純なトランジスタスイッチが使用されます。直列抵抗は、電池電圧降下と高電流時のLED V_Fを考慮して、パルス電流を約800mA (最大1Aを安全に下回る) に制限するように計算されます。
3. 信号変調:駆動パルスは、IRリモコンの一般的な標準である38kHzの搬送波周波数でエンコードされます。
4. 光学系:LEDの前に単純なプラスチックコリメートレンズを配置し、ビームを30度から約10度に絞り、発光エネルギーのより多くを遠方の受信機に向けて集中させます。

結果:高強度パルス駆動とビームコリメーションの組み合わせにより、中程度の環境IRノイズが存在する場合でも、目標距離にあるIR受信モジュールに強力で検出可能な信号が確実に到達します。

11. 動作原理

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、エネルギーが放出されます。HIR234CのGaAlAs材料の場合、このエネルギーは約850ナノメートルを中心とする波長の光子に対応し、これは電磁スペクトルの赤外線部分にあります。特定の波長は、半導体材料のバンドギャップエネルギーによって決定されます。ウォータークリアエポキシパッケージはレンズとして機能し、発光を指定された指向角に形成します。

12. 技術トレンド

赤外線LED技術は、可視LED技術とともに進化を続けています。HIR234Cのようなデバイスに関連する一般的なトレンドは以下の通りです:

• 効率向上:継続的な材料およびエピタキシャル成長の改善により、壁プラグ効率 (電気ワット入力あたりのより多くの光出力) が高まり、消費電力と発熱が減少しています。
• 高速変調:より高速なスイッチングが可能なLEDの開発は、光データ通信 (IrDA, Li-Fi) や飛行時間 (ToF) のような高度なセンシングのアプリケーションによって推進されています。
• 小型化:スルーホールパッケージは依然として人気がありますが、自動組立およびスペース制約のある設計のために、表面実装デバイス (SMD) パッケージ (例: 0805, 0603, チップスケール) への強い市場シフトがあります。
• 多波長およびVCSEL:特殊なセンシング (例: ガス分析、生体認証) のために、多波長IR光源が登場しています。垂直共振器面発光レーザー (VCSEL) も、その精密なビーム特性により、高性能3Dセンシングおよび構造化光アプリケーションで注目を集めています。

HIR234Cは、この進化する状況の中で、成熟した、信頼性が高く、費用対効果の高いソリューションを表しており、民生用電子機器および産業用センシングにおける対象アプリケーションに完全に適合しています。