赤外線LED コンポーネント データシート - ピーク波長 940nm - 技術文書

1. 製品概要

本資料は、赤外線（IR）発光ダイオード（LED）コンポーネントの技術仕様を提供します。このようなコンポーネントの主な用途は、リモコン、近接センサー、暗視照明、光データ通信など、可視光以外の光源を必要とするシステムです。この特定コンポーネントの中核的な利点は、ピーク波長940nmでの発光であり、これは人間の目にはほとんど見えないため、可視光の発光を最小限に抑えたいアプリケーションに理想的です。ターゲット市場は、民生電子機器、産業オートメーション、セキュリティシステム、自動車アプリケーションを含みます。

2. 詳細技術パラメータ分析

提供された内容は、主要な測光パラメータであるピーク波長（λp）を規定しています。これはIR LEDにとって重要な仕様です。

2.1 測光特性

ピーク波長（λp）：940ナノメートル（nm）。このパラメータは、LEDが最大光出力を発する波長を定義します。940nmの波長は近赤外線スペクトル内にあります。この波長は、IRシステムにおける典型的な受光素子であるシリコンフォトダイオードがこの範囲で高い感度を持つため、一般的に使用されます。さらに、940nmの光は、850nmなどのより短いIR波長と比較して、かすかな赤色の発光として知覚されにくく、隠密照明に適しています。

分析：940nmの選択は、このコンポーネントが標準的なシリコンセンサーを使用する検出システムの効率性と、低い可視光汚染を必要とするアプリケーションに対して最適化されていることを示しています。放射強度と指向角といった一般的な補足仕様は提供されていませんが、設計における有効範囲と照射エリアを計算する上で極めて重要です。

2.2 電気的特性

抜粋には具体的な順方向電圧（Vf）、順方向電流（If）、逆方向電圧（Vr）の値は記載されていませんが、これらはあらゆるLEDの基本です。設計者は、信頼性の高い動作と長寿命を確保するために、絶対最大定格および標準動作条件について完全なデータシートを参照する必要があります。最大順方向電流を超えることは、過剰な発熱によるLED故障の主な原因です。

2.3 熱特性

熱管理はLEDの性能と寿命にとって最も重要です。主要なパラメータには、接合部から周囲空気への熱抵抗（RθJA）および最大接合温度（Tj max）が含まれます。特に高電流での動作や周囲温度が高い環境では、LEDのパッケージおよびプリント基板（PCB）を通じた効率的な放熱が、Tjを安全な限界内に維持するために必要です。

3. ビニングシステムの説明

LEDの製造には自然なばらつきが伴います。ビニングシステムは、主要なパラメータに基づいてコンポーネントを分類し、生産ロット内の一貫性を確保します。

3.1 波長ビニング

IR LEDの場合、ピーク波長が主要なビニングパラメータです。コンポーネントは、公称940nm周辺の狭い許容範囲（例：935nmから945nm）でビンに分類される場合があります。これにより、システム内のすべてのLEDがほぼ同一の発光特性を持つことが保証され、受信側の光学フィルターやセンサーチューニングの性能にとって重要です。

3.2 順方向電圧ビニング

LEDは、指定されたテスト電流における順方向電圧（Vf）によってもビニングされます。類似したVf値を持つLEDをグループ化することは、特に複数のLEDが直列に接続される場合に、均一な電流分配と輝度を確保するためのドライバ回路の設計に役立ちます。

4. 性能曲線分析

グラフデータは、様々な条件下でのコンポーネントの挙動を理解するために不可欠です。

4.1 電流-電圧（I-V）特性曲線

I-V曲線は、順方向電圧とLEDを流れる電流の関係を示します。これは非線形です。膝電圧は、LEDが著しく導通し始め、光を発し始めるおおよそのポイントです。動作領域における曲線の傾きは、LEDの動的抵抗を決定するのに役立ちます。

4.2 温度特性

LEDの性能は温度に依存します。一般的に、順方向電圧（Vf）は接合温度が上昇すると減少します。逆に、光度または放射パワーも温度上昇とともに減少します。相対強度対接合温度、および順方向電圧対温度を示すグラフは、熱効果を補償する回路を設計する上で重要です。

3.3 分光分布

分光分布グラフは、放射パワーを波長に対してプロットします。940nm LEDの場合、このグラフは940nmまたはその近傍に支配的なピークを持ち、特定の分光帯域幅（例：半値全幅 - FWHM）を示します。狭いFWHMは、より単色性の高い光源を示し、光学フィルターを使用するアプリケーションで重要となる場合があります。

5. 機械的仕様とパッケージ情報

抜粋ではパッケージタイプに言及していますが、特定のLEDパッケージ（例：5mm、3mm、0805や1206などの表面実装デバイス）については触れていません。完全なデータシートには詳細な機械図面が含まれます。

5.1 外形寸法図

長さ、幅、高さ、リード間隔（スルーホール用）、またはパッド寸法（SMD用）を示す寸法図が必要です。すべての寸法の公差を指定する必要があります。

5.2 パッドレイアウト設計（SMD用）

表面実装パッケージの場合、推奨されるPCBランドパターン（フットプリント）が提供されます。これには、適切なはんだ付けと機械的安定性を確保するための銅パッドのサイズ、形状、間隔が含まれます。

5.3 極性識別

アノードとカソードを識別する方法を明確に示す必要があります。スルーホールLEDの場合、カソードは通常、短いリードまたはレンズの平らな部分の隣のリードです。SMD LEDの場合、パッケージ上のドット、切り欠き、または陰影付きのコーナーなどのマーキングがカソードを示します。

6. はんだ付けおよび実装ガイドライン

6.1 リフローはんだ付けプロファイル

SMDコンポーネントの場合、詳細なリフロープロファイルが必要です。これには、予熱温度と時間、ソーク時間、ピーク温度、液相線以上時間（TAL）、冷却速度が含まれます。このプロファイルに従うことで、熱衝撃を防止し、信頼性の高いはんだ接合を確保します。

6.2 注意事項

一般的な注意事項には以下が含まれます：LEDレンズへの機械的ストレスの回避、取り扱い中のESD保護の使用（LEDは静電気放電に敏感なため）、光学面の汚染防止。スルーホール部品の場合、リードの曲げはパッケージ本体から十分な距離で行う必要があります。

6.3 保管条件

LEDは、通常、指定された温度および湿度範囲内の涼しく乾燥した環境で保管する必要があります。それらはしばしば乾燥剤付きの湿気に敏感な梱包で供給され、梱包が長期間開封された場合は使用前にベーキングが必要になる場合があります。

7. 梱包および発注情報

PDF抜粋では、梱包要素が明示的にリストされており、これは提供された内容の重要な部分です。

7.1 梱包仕様

梱包の階層は以下のように定義されます：

• 静電気防止袋：コンポーネントを静電気放電（ESD）および湿気から保護するように設計された一次容器です。
• 内箱：複数のESD袋またはリールに巻かれたコンポーネントを収納する箱またはトレイです。
• 外箱：複数の内箱を含む出荷用のマスターカートンです。

7.2 梱包数量

ESD袋ごと、内箱ごと、外箱ごとのLEDコンポーネントの具体的な数量を指定する必要があります。一般的な数量は、リール上のSMD部品の場合、1000、2000、または5000個の倍数、またはバルク梱包の場合は特定の個数です。

7.3 ラベル情報

各梱包レベルには、品番、数量、日付コード、ロット番号、およびESD/湿気感受性レベル（MSL）を示すラベルが必要です。

7.4 型番命名規則

完全な品番は通常、主要な属性をコード化しています。例えば、型番はパッケージサイズ、ピーク波長、指向角、光束ビンを示す場合があります。IR940-45Dのようなコードは、IR LED、940nm、45度指向角、特定の放射強度ビンDを意味する可能性があります。

8. アプリケーション推奨事項

8.1 代表的なアプリケーション例

この940nm IR LEDは以下に適しています：

• 赤外線リモコン：テレビ、オーディオシステム、セットトップボックス用。
• 近接・存在センサー：スマートフォン、家電製品、自動水栓など。
• 暗視照明：セキュリティおよび監視システムの赤外線感度カメラと組み合わせて。
• 光学スイッチおよびエンコーダー：位置または回転の検出用。
• データ通信：近距離無線通信のためのIrDA準拠デバイス内。

8.2 設計上の考慮点

駆動回路：安定した出力、特に温度変動にわたって安定した出力を得るために、直列抵抗付きの電圧源よりも定電流源の使用が推奨されます。ドライバーはLEDの順方向電流に対して定格されている必要があります。
光学設計：LEDとターゲットの間のレンズまたはカバー材料は、940nmの光に対して透明である必要があります。多くのプラスチックは適していますが、一部の種類のガラスや着色材料は信号を減衰させる可能性があります。
放熱：高連続電流で動作する場合は、十分なPCB銅面積または外部ヒートシンクを確保してください。
受光器のマッチング：フォト検出器（例：フォトトランジスタ、フォトダイオード）は、940nm付近でピーク感度を持つべきです。LEDのスペクトルに一致する光学フィルターを使用することで、環境光を遮断し、信号対雑音比を改善できます。

9. 技術比較

他のIR LEDと比較して、940nmコンポーネントは特定の利点とトレードオフを提供します。

850nm IR LEDとの比較：850nm LEDは、その波長での材料効率が良いため、同じ電気入力に対してわずかに高い放射出力を提供することが多いです。しかし、850nmは暗い条件下で見えるかすかな赤色の発光を放つため、隠密アプリケーションには望ましくない場合があります。940nmは事実上見えないため、目立たない照明に優れています。

可視LEDとの比較：主な違いは波長です。IR LEDはユーザーには見えない機能を可能にし、気を散らす光を発することなく、自動操作（センサー）や制御（リモコン）などの機能を実現します。

10. よくある質問（FAQ）

Q: なぜピーク波長940nmが重要なのですか？
A: 一般的なシリコンフォト検出器の高感度範囲に一致しながら、可視光の発光を最小限に抑えるため、センサーや隠密照明アプリケーションに理想的です。

Q: このLEDをどのように駆動すればよいですか？
A: 定電流駆動回路を使用してください。簡単な実装方法は、電流制限抵抗付きの電圧源で、完全なデータシートからLEDの標準順方向電圧（Vf）と希望する順方向電流（If）を使用して計算します：R = (電源電圧 - Vf) / If。

Q: このLEDからの光は見えますか？
A: 940nmの波長は、ほとんどの人間にとって可視スペクトルの外です。一部の人は極端に暗い条件下で非常に深い赤色の発光を感知するかもしれませんが、ほとんど見えません。ただし、スマートフォンのカメラは通常、はっきりと見ることができます。カメラセンサーは近赤外線に感度があるためです。

Q: 静電気防止袋の目的は何ですか？
A: 人が感じない放電であっても、半導体接合を損傷する可能性のある静電気放電（ESD）からLEDを保護します。

11. 実用例

事例研究1：自動せっけんディスペンサー。940nm IR LEDは、フォトトランジスタと組み合わせて近接センサーを作成します。LEDは常に見えないビームを発します。手がビームを遮ると、検出された光の変化がポンプモーターを起動します。940nmの波長により、操作はシームレスで、可視光の表示なしに行われます。

事例研究2：長距離テレビリモコン。940nm LEDのアレイがユニバーサルリモコンで使用されます。高い放射強度（適切なビニングと駆動電流により確保）により、信号は広い角度とより長い距離からテレビセンサーに到達できます。可視光がないため、暗いホームシアターでの気が散ることを防ぎます。

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。順方向バイアスがかかると、n領域からの電子が活性領域でp領域からの正孔と再結合します。この再結合プロセスは、光子（光）の形でエネルギーを放出します。放出される光子の特定の波長は、LEDの構造に使用される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（940nmの場合、通常はアルミニウムガリウムヒ素 - AlGaAs）。より大きなバンドギャップはより短い波長（より青い光）をもたらし、より小さなバンドギャップはより長い波長（より赤いまたは赤外線の光）をもたらします。940nmの出力は、この特定のバンドギャップエネルギーを達成するために半導体組成を設計した直接の結果です。

13. 開発動向

IR LEDの分野は、より高い効率、より小さなパッケージ、およびより大きな統合への需要によって牽引されています。

効率向上：研究は、内部量子効率（光子を生成する電子-正孔再結合の割合）と光取り出し効率（生成された光子を半導体材料から取り出すこと）の改善に焦点を当てています。これにより、同じ電気入力に対してより高い放射出力が得られ、携帯機器でのバッテリー寿命を延ばすことができます。

小型化：より小さな民生電子機器への傾向が、性能を維持または向上させながら、ますます小さな表面実装パッケージ（例：0402、0201メートルサイズ）でのIR LEDの開発を推進しています。

統合ソリューション：IR LED、フォト検出器、および制御ロジックを単一のモジュールまたはチップに組み合わせる動きがあります。これにより、エンドユーザーの設計が簡素化され、PCBフットプリントが削減され、一致した光学特性を確保することでシステムの信頼性が向上します。

新たな波長：850nmと940nmが主流ですが、分光法、ガス検知、プラスチック光ファイバーを使用した光通信などの特殊なアプリケーション向けに、他の波長も開発されています。