赤外線LEDエミッタ 5mm ウォータークリアパッケージ - 外形寸法 直径5.0mm x 高さ8.6mm - 順電圧 1.6-2.0V - ピーク波長 850nm - 放射強度 30-45mW/sr - 日本語技術データシート

1. 製品概要

本資料は、幅広い光電子アプリケーション向けに設計されたディスクリート赤外線発光ダイオード (IRED) の仕様を詳細に説明します。このデバイスは、低い順電圧特性を備えた高い放射出力を提供するように設計されており、電力に敏感な設計に適しています。主な発光は近赤外スペクトルにあり、ピーク波長850ナノメートルを中心としています。

この部品の中核的な利点は、高電流動作が可能であり、それが直接的に高い光出力に繋がる点です。標準的な5mmフォーマットのウォータークリアレンズパッケージに収められており、広い視野角を提供し、広範囲の照明や受光に適しています。これにより、信頼性の高い赤外線信号伝送を必要とするシステムにおいて汎用的な選択肢となります。

ターゲット市場および典型的なアプリケーションシナリオは、民生用電子機器、産業用制御装置、セキュリティシステムを含みます。一般的な用途としては、テレビやオーディオ機器用の赤外線リモコン、短距離無線データリンク、セキュリティアラームの侵入検知センサー、光学式エンコーダなどがあります。その性能パラメータは、リモコンやデータ伝送プロトコルで標準的なパルス動作に最適化されています。

2. 詳細技術パラメータ分析

2.1 絶対最大定格

これらの限界を超えてデバイスを動作させると、永久損傷を引き起こす可能性があります。最大連続順電流定格は80 mAで、パルス条件下（300 pps、10μsパルス幅）では1 Aのピーク順電流が許容されます。最大許容損失は200 mWであり、これはアプリケーションの熱設計を決定します。デバイスは最大5Vまでの逆電圧に耐えることができますが、この領域での動作は想定されていません。動作温度範囲および保管温度範囲はそれぞれ-40°Cから+85°C、-55°Cから+100°Cであり、過酷な環境下での信頼性を確保します。リードはんだ付けは、エポキシボディから少なくとも1.6mm離した位置で、260°Cで最大5秒間行う必要があります。

2.2 電気的・光学的特性

主要な性能パラメータは、順電流50 mA (I_F)、周囲温度25°C (T_A) という標準試験条件で測定されます。

• 放射強度 (I_E):単位立体角あたりの光出力で、最小30 mW/srから代表値45 mW/srの範囲です。これはLEDの主方向における明るさを直接測定した値です。
• ピーク発光波長 (λ_P):公称波長は850 nmで、近赤外領域に位置します。この波長はシリコンフォトディテクタに理想的であり、より短い波長よりも人間の目には見えにくい特性があります。
• スペクトル半値幅 (Δλ):約50 nm。これはスペクトル帯域幅を定義し、ピーク周辺で発光される波長の範囲を示します。
• 順電圧 (V_F):代表値1.6V、I_F=50mA時最大2.0V。低いV_Fは、高効率でバッテリー駆動のデバイスにおける重要な特徴です。
• 逆電流 (I_R):V_R=5V時最大100 μA。このパラメータは試験目的のみであり、デバイスは逆バイアス動作を意図していません。
• 立上り/立下り時間 (T_r/T_f):30ナノ秒。この高速スイッチング速度により、データ伝送のための高周波パルス動作が可能になります。
• 指向角 (2θ_1/2):30度。これは放射強度がピーク値の半分に低下する全角であり、ビームの広がりを定義します。

3. 性能曲線分析

データシートには、回路設計および性能予測に不可欠ないくつかの特性曲線が提供されています。

3.1 順電流対順電圧 (I-V曲線)

この曲線は、LEDを流れる電流とその両端の電圧との関係を示します。ダイオードに典型的な非線形特性です。この曲線により、設計者は所望の動作電流に必要な駆動電圧を決定し、消費電力 (V_F* I_F) を計算することができます。代表的なV_Fが1.6Vであることから、低い膝電圧が明らかです。

3.2 相対放射強度対順電流

このグラフは、光出力が入力電流にどのように比例するかを示します。一般的に、通常の動作範囲では、放射強度は電流に対して線形的に増加します。この直線性は、アナログ変調アプリケーションにおいて重要です。設計者はこれを使用して、特定の輝度レベルを達成するための適切な駆動電流を選択できます。

3.3 相対放射強度対周囲温度

この曲線は、熱的影響を理解する上で重要です。LEDの放射強度は、接合温度が上昇すると減少します。このグラフはそのデレーティングを定量化し、動作温度範囲全体で25°C時の値に対する出力パワーの相対値を示します。信頼性の高い動作のためには、特に高電流または高周囲温度のアプリケーションにおいて、出力安定性を維持するために熱管理を考慮する必要があります。

3.4 スペクトル分布

スペクトルプロットは、異なる波長にわたって発光される光の強度を示します。850 nmでのピークと約50 nmの半値幅を確認します。この情報は、LEDをフォトディテクタと組み合わせる際に極めて重要です。なぜなら、ディテクタの感度は波長によって変化するからです。

3.5 放射パターン図

この極座標図は、指向角を視覚的に表しています。パターンは強度分布を示し、30度の半値角を確認できます。これは、受信機がLEDのビーム内にあることを保証するなど、特定の照射エリアに対する光学システムの設計に役立ちます。

4. 機械的・パッケージ情報

4.1 外形寸法

デバイスは標準的な5mm丸型LEDパッケージに準拠しています。主要な寸法は、ボディ直径5.0mm、フランジ底面からレンズ頂部までの代表的な高さ8.6mmです。リードがパッケージから出る位置で測定されるリード間隔は、標準的な2.54mm (0.1インチ) です。特に指定がない限り、公差は通常±0.25mmです。フランジ下部の樹脂突出は最大1.5mmまで許容されます。アノード（正極リード）は通常、より長いリード長で識別されます。

5. はんだ付けおよび実装ガイドライン

5.1 保管条件

部品は、温度30°C以下、相対湿度70%以下の環境で保管する必要があります。元の密封パッケージを開封した後は、リード酸化（はんだ付け性に影響）を防ぐため、温度25°C以下、相対湿度60%以下の管理された環境で3ヶ月以内に使用しなければなりません。

5.2 洗浄

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のみを使用してください。強力な化学薬品はエポキシレンズを損傷する可能性があります。

5.3 リード成形

リードを曲げる必要がある場合は、はんだ付け前に、通常の室温で行わなければなりません。曲げは、LEDレンズの基部から少なくとも3mm離れた位置で行う必要があります。リードフレームの基部を曲げる際の支点として使用してはならず、内部ダイボンドにストレスがかかるのを避けるためです。

5.4 はんだ付けプロセス

手はんだ (はんだごて):最大温度350°C、リードあたり3秒以内。はんだごて先端は、エポキシレンズの基部から2mm以上離す必要があります。
フローはんだ付け:推奨プロファイルは、最大100°Cまで最大60秒間の予熱を行い、その後最大260°Cのはんだ波に最大5秒間接触させます。浸漬位置は、レンズ基部から2mm以上離す必要があります。
重要な警告:レンズをはんだに浸漬することは避けてください。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。赤外線 (IR) リフローはんだ付けは、このスルーホールパッケージタイプには適していません。

6. 梱包および発注情報

部品は静電気防止バッグに梱包されています。標準梱包構成は、1バッグあたり1000個です。8バッグが内箱に梱包され、8つの内箱が1つの外輸送箱を構成し、外箱あたり合計64,000個となります。

7. アプリケーション設計推奨事項

7.1 駆動回路設計

LEDは電流駆動デバイスです。均一な輝度を確保し、電流の偏りを防ぐために、複数のLEDを電圧源に並列接続する場合でも、各LEDに直列の電流制限抵抗を使用することを強く推奨します。各LEDと直列に抵抗を接続する単純な回路モデル (A) が正しいアプローチです。複数のLEDを個別の抵抗なしで直接並列接続する代替モデル (B) は、各LEDの順電圧 (V_F) のわずかなばらつきが、電流分担、ひいては輝度に大きな差を生じさせるため、推奨されません。

直列抵抗 (R_s) の値は、オームの法則を使用して計算できます: R_s= (V_supply- V_F) / I_F, ここで I_Fは所望の動作電流 (例: 50mA)、V_Fはデータシートからの代表的な順電圧 (例: 1.6V) です。

7.2 静電気放電 (ESD) 保護

この部品は静電気放電に敏感です。取り扱いおよび組立中は適切なESD対策を実施する必要があります:

• 作業者は接地されたリストストラップまたは静電気防止手袋を着用する必要があります。
• すべての作業台、工具、設備は適切に接地されていなければなりません。
• プラスチックレンズに蓄積する可能性のある静電気を中和するためにイオナイザーを使用します。
• 部品は導電性または静電気防止包装で保管および輸送します。

7.3 適用範囲と信頼性

本製品は、オフィスオートメーション、通信、家電製品を含む標準的な商業用および産業用電子機器での使用を意図しています。故障が生命や健康に危険を及ぼす可能性のある、例外的な信頼性を必要とするアプリケーション（例：航空、医療生命維持装置、輸送安全システム）では、設計採用前に特定の協議と認定が必要です。

8. 技術比較と差別化

この850nm IREDは、高出力(30-45 mW/sr) と低順電圧(代表値1.6V) の組み合わせによって差別化されています。標準的な可視LEDや低出力IREDと比較して、バッテリー駆動デバイスにおいてより明るい照明またはより長い距離を可能にします。30度の指向角は、集中した強度と照射面積の間の良好なバランスを提供します。高速な30nsのスイッチング速度により、基本的なスイッチングに限定される低速デバイスとは異なり、単純なオン/オフリモコンと高速データ伝送プロトコルの両方に適しています。

9. よくある質問 (FAQ)

Q: このLEDを3.3Vまたは5Vのマイクロコントローラピンから直接駆動できますか？
A: いいえ。常に直列の電流制限抵抗を使用する必要があります。マイクロコントローラピンは電流供給/吸収能力が限られており、正確な電流制御機能がありません。LEDを直接接続すると、ピンの最大電流を超えてマイクロコントローラを損傷し、LEDを過駆動する可能性があります。

Q: なぜ逆電流定格は試験用のみで、動作用ではないのですか？
A: LEDは順方向導通に最適化されたダイオードです。最大定格5V以内であっても逆電圧を印加しても、有用な動作はしません。指定された逆電流は品質試験に使用されるリークパラメータであり、回路動作の設計パラメータではありません。

Q: 5V電源、50mAで必要な抵抗値をどのように計算しますか？
A: 代表的なV_F1.6Vを使用します: R = (5V - 1.6V) / 0.05A = 68 オーム。最も近い標準値は68Ωです。抵抗の定格電力は少なくとも P = I²R = (0.05)²* 68 = 0.17Wである必要があるため、1/4W抵抗で十分です。

Q: 光が見えないのに、ウォータークリアパッケージの目的は何ですか？
A: ウォータークリアエポキシは850nmの赤外線に対して非常に透明であり、パッケージ自体内部での光損失を最小限に抑えます。色付きレンズは一部のIR出力を吸収し、効率を低下させます。クリアパッケージは最大の放射強度を可能にします。

10. 設計・使用事例

シナリオ: シンプルな赤外線リモコン送信機の設計
目標は、一般的なリビングルームで、ハンドヘルドユニットから最大10メートル離れた受信機にコード化されたコマンドを送信することです。

部品選定:この850nm IREDは、高出力（良好な距離のため）、低電圧動作（2xAA電池のような3Vを供給する小型電池と互換性あり）、高速スイッチング速度（リモコンで一般的に使用される38kHzキャリア周波数を扱える）により、優れた選択肢です。

回路設計:コアとなる送信回路は、変調コードを生成するマイクロコントローラを含みます。マイクロコントローラピンは、スイッチ構成のトランジスタ（例：2N3904のようなシンプルなNPN）を駆動します。IREDとその電流制限抵抗は、トランジスタのコレクタ回路に配置されます。トランジスタは高速スイッチとして機能し、マイクロコントローラがMCUピンに直接負荷をかけずに、必要な高電流（例：100mAパルス）でLEDをパルス駆動できるようにします。直列抵抗値は、電池電圧 (3V)、LEDのV_F(~1.6V)、および所望のパルス電流に基づいて計算されます。

考慮事項:LEDの広い30度の指向角により、リモコンを正確に受信機に向ける必要がありません。ESD対策は、ハンドヘルドユニットの組立中に極めて重要です。保管ガイドラインは、生産プロセス中にLEDのはんだ付け性が維持されることを保証します。

11. 動作原理

赤外線発光ダイオード (IRED) は、半導体p-n接合デバイスです。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、エネルギーが光子（光）の形で放出されます。発光される特定の波長（この場合は850 nm）は、ここではヒ化ガリウム (GaAs) またはアルミニウムガリウムヒ素 (AlGaAs) 化合物に基づく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半導体チップを封止し、機械的保護を提供し、出力ビームを形成するレンズとして機能します。

12. 技術トレンド

ディスクリート赤外部品は進化を続けています。トレンドには、LiDARや飛行時間センシングのような長距離アプリケーション向けに、さらに高いパワー密度と効率を備えたデバイスの開発が含まれます。また、自動組立および小型化のための表面実装デバイス (SMD) パッケージへの小型化も進められています。さらに、干渉を減らし信号対雑音比を改善するために、専門的なセンシングおよび光通信アプリケーション向けに、より厳密に制御された波長公差と狭いスペクトル帯域幅を持つ部品が開発されています。半導体接合におけるエレクトロルミネセンスの基本原理は不変ですが、材料科学とパッケージング技術が性能向上を推進しています。