적외선 발광 다이오드 5mm 투명 패키지 - 직경 5mm - 순방향 전압 1.8V - 방사 강도 4.81mW/sr - 한국어 기술 데이터시트

1. 제품 개요

본 문서는 투명 플라스틱 패키지에 수납된 고출력 소형 적외선 발광 다이오드의 사양을 상세히 설명합니다. 이 소자는 신뢰할 수 있는 적외선 조명이 필요한 애플리케이션을 위해 설계된 정면 발광형 발광체입니다. 주된 기능은 전류를 적외선 복사로 변환하는 것으로, 일반적으로 호환 가능한 광검출기와 함께 사용되는 감지, 검출 및 통신 시스템에 사용됩니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

2.1 절대 최대 정격

본 소자는 지정된 환경 및 전기적 한계 내에서 안정적으로 동작하도록 설계되었습니다. 이 정격을 초과하면 영구적인 손상이 발생할 수 있습니다.

• 전력 소산:150 mW. 이는 모든 동작 조건에서 소자가 안전하게 열로 방출할 수 있는 최대 전력량입니다.
• 피크 순방향 전류:2 A. 이는 초당 300펄스, 펄스 폭 10마이크로초 조건에서 지정된 최대 허용 펄스 전류입니다. 이는 연속 정격보다 훨씬 높아 짧은 고강도 빛의 폭발을 허용합니다.
• 연속 순방향 전류:100 mA. 이는 손상 위험 없이 LED에 무기한으로 인가할 수 있는 최대 DC 전류입니다.
• 역방향 전압:5 V. 이 값보다 큰 역바이어스 전압을 인가하면 반도체 접합이 항복될 수 있습니다.
• 동작 온도 범위:-40°C ~ +85°C. 소자는 이 주변 온도 범위 내에서 기능이 보장됩니다.
• 보관 온도 범위:-55°C ~ +100°C. 소자는 이 더 넓은 온도 범위 내에서 동작 없이 보관할 수 있습니다.
• 리드 솔더링 온도:패키지 본체에서 1.6mm 떨어진 지점에서 측정 시 5초 동안 260°C. 이는 조립 공정에 대한 열 프로파일 허용 오차를 정의합니다.

2.2 전기적 및 광학적 특성

이 파라미터들은 표준 주변 온도 25°C에서 측정되며, 정상 동작 조건에서 소자의 성능을 정의합니다. 대부분의 광학적 파라미터에 대한 테스트 조건은 순방향 전류(I_F)가 20 mA일 때입니다.

• 개구 방사 조도(E_e):0.64 mW/cm² (최소). 이는 발광체 개구부에서 단위 면적당 방사 전력을 측정합니다. 발광체가 검출기 근처에 배치되는 애플리케이션에서 핵심 파라미터입니다.
• 방사 강도(I_E):4.81 mW/sr (최소). 이는 단위 입체각(스테라디안)당 방출되는 방사 전력입니다. 적외선 스펙트럼에서 LED 출력 "밝기"의 주요 척도이며, 거리에 따른 조명 계산에 중요합니다.
• 피크 방출 파장(λ_피크):880 nm (일반). 소자는 이 파장을 중심으로 적외선을 방출합니다. 이는 근적외선 영역으로, 인간의 눈에는 보이지 않지만 실리콘 광검출기로 쉽게 검출됩니다.
• 스펙트럼 선 반치폭(Δλ):50 nm (최대). 이는 방출된 광 전력이 피크 값의 절반 이상인 파장 범위를 지정합니다. 50 nm 값은 표준 IR LED에 일반적인 중간 정도의 넓은 스펙트럼 출력을 나타냅니다.
• 순방향 전압(V_F):I_F=20mA에서 1.3 V (최소), 1.8 V (최대). 이는 LED가 동작할 때 걸리는 전압 강하입니다. 전류 제한 회로 설계에 필수적입니다.
• 역방향 전류(I_R):V_R=5V에서 100 µA (최대). 이는 소자가 역바이어스될 때 흐르는 작은 누설 전류입니다.
• 시야각(2θ_1/2):40° (일반). 이는 방사 강도가 최대값(축상)의 절반으로 떨어지는 전체 각도입니다. 40° 각도는 넓은 빔을 제공하여, 넓은 영역 커버리지가 필요한 애플리케이션에 적합합니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트는 다양한 조건에서의 소자 동작을 나타내는 여러 그래픽 표현을 제공합니다.

3.1 스펙트럼 분포

스펙트럼 출력 곡선(그림 1)은 파장의 함수로서 상대 방사 강도를 보여줍니다. 이는 양쪽으로 점차 감소하는 종 모양의 특성 곡선과 함께 약 880 nm에서 피크 방출을 확인시켜 줍니다. 반치폭은 이 그래프에서 시각적으로 추정할 수 있습니다.

3.2 순방향 전류 대 순방향 전압

I-V 곡선(그림 3)은 인가된 순방향 전압과 결과 전류 사이의 비선형 관계를 설명합니다. 이는 다이오드의 일반적인 지수 함수적 턴-온 특성을 보여줍니다. 20mA에서 지정된 V_F 범위는 이 곡선에서 상호 참조할 수 있습니다.

3.3 상대 방사 강도 대 순방향 전류

이 곡선(그림 5)은 광 출력 전력이 구동 전류와 함께 어떻게 증가하는지 보여줍니다. 이는 상당한 범위에서 일반적으로 선형이지만, 매우 높은 전류에서 포화 또는 효율 저하를 나타낼 수 있습니다. 이 그래프는 원하는 출력 수준을 달성하는 데 필요한 구동 전류를 결정하는 데 중요합니다.

3.4 상대 방사 강도 대 주변 온도

온도 의존성 곡선(그림 4)은 LED의 출력 전력이 접합 온도가 증가함에 따라 감소함을 보여줍니다. 이는 반도체 광원의 기본 특성입니다. 이 그래프를 통해 설계자는 고온 동작 환경에 대해 예상 출력을 감액할 수 있습니다.

3.5 방사 패턴

극좌표 방사 패턴(그림 6)은 시야각을 시각적으로 표현합니다. 이는 중심축에서의 각도에 대한 상대 강도를 도표화하여, 강도가 50%로 떨어지는 40° 반각을 명확히 보여줍니다.

4. 기계적 및 패키징 정보

4.1 패키지 치수

소자는 표준 5mm 직경, 정면 발광형, 투명 플라스틱 패키지(종종 T-1 3/4 패키지라고 함)를 사용합니다. 주요 치수 정보는 다음과 같습니다:

• 모든 치수는 인치 환산값과 함께 밀리미터 단위로 제공됩니다.
• 다르게 지정되지 않는 한 ±0.25mm의 표준 허용 오차가 적용됩니다.
• 플랜지 아래 수지의 최대 돌출은 1.5mm입니다.
• 리드 간격은 리드가 패키지 본체를 빠져나가는 지점에서 측정됩니다.

패키지는 투명하여 적외선이 최소 흡수로 통과할 수 있습니다. 리드는 일반적으로 주석 도금된 구리 합금으로 만들어집니다.

4.2 극성 식별

이 스타일의 패키지의 경우, 더 긴 리드는 일반적으로 애노드(양극 연결)를 나타내고, 더 짧은 리드는 캐소드(음극 연결)를 나타냅니다. 또한, 패키지에는 캐소드 리드 근처 림에 평평한 부분이 있을 수 있습니다. 소자가 빛을 방출하려면 올바른 극성을 준수해야 합니다.

5. 솔더링 및 조립 지침

리드 솔더링의 절대 최대 정격은 패키지 본체에서 1.6mm 떨어진 지점에서 측정 시 5초 동안 260°C입니다. 이 정격은 핸드 솔더링 또는 웨이브 솔더링 공정을 위한 것입니다.

• 리플로우 솔더링:리플로우에 대해 명시적으로 지정되지는 않았지만, 260°C 한계는 일부 리플로우 프로파일을 견딜 수 있음을 시사합니다. 그러나 플라스틱 패키지 및 내부 와이어 본드에 대한 열 응력을 최소화하기 위해 더 낮은 피크 온도(예: 245°C)와 제어된 램프 속도를 가진 프로파일을 강력히 권장합니다.
• 일반 주의사항:리드에 과도한 기계적 응력을 피하십시오. 패키지 루트에서 리드를 구부리지 마십시오. 필요한 경우 솔더링 중 적절한 방열판을 사용하십시오.
• 보관 조건:습기 흡수 및 기타 열화를 방지하기 위해 지정된 온도 범위(-55°C ~ +100°C) 내의 건조한 정전기 방지 환경에 보관하십시오.

6. 애플리케이션 제안

6.1 일반적인 애플리케이션 시나리오

이 IR 발광체는 다양한 광전자 애플리케이션에 적합합니다. 여기에는 다음이 포함됩니다:

• 물체 감지 및 센싱:근접 센서, 물체 카운터 및 레벨 감지 시스템에 사용되며, 종종 언급된 LTR-3208 시리즈와 같은 광트랜지스터와 함께 사용되어 광 차단기 또는 반사 센서를 형성합니다.
• 리모컨 시스템:가전제품용 적외선 리모컨의 송신기 역할을 합니다.
• 광학 데이터 링크:단거리 무선 직렬 데이터 통신을 가능하게 합니다.
• 보안 시스템:야간 투시 카메라용 적외선 조명 또는 침입 감지 빔의 일부로 사용됩니다.

6.2 설계 고려사항

• 전류 제한:LED는 전류 구동 소자입니다. 특히 순방향 전압이 범위(1.3V-1.8V)를 가지므로, 최대 연속 순방향 전류를 초과하지 않도록 항상 직렬 전류 제한 저항 또는 정전류 구동 회로를 사용하십시오.
• 열 관리:전력 소산은 낮지만, 높은 연속 전류 또는 높은 주변 온도에서 동작하면 출력과 수명이 감소합니다. 필요한 경우 적절한 환기를 보장하십시오.
• 광학적 매칭:데이터시트는 소자가 특정 광트랜지스터와 기계적 및 스펙트럼적으로 매칭된다고 언급합니다. 권장 검출기를 사용하면 880nm 피크 파장에서 최적의 감도와 조립된 모듈에서의 물리적 정렬이 보장됩니다.
• 회로 보호:최대 역방향 전압이 5V에 불과하므로, 역방향 전압 스파이크 또는 정전기 방전에 대한 보호를 추가하는 것을 고려하십시오.

7. 기술 비교 및 차별화

이 IR 발광체를 차별화하는 주요 특징은 다음과 같습니다:

• 선택된 강도 범위:소자는 특정 방사 강도 사양을 충족하도록 빈닝되거나 선택되어 생산의 일관성을 보장합니다.
• 고출력:20mA에서 최소 4.81 mW/sr의 방사 강도는 표준 5mm 패키지에 대해 경쟁력이 있어 우수한 신호 강도를 제공합니다.
• 넓은 시야각(40°):넓은 커버리지를 제공하며, 정렬이 덜 중요한 근접 감지 및 반사 감지에 유리합니다.
• 투명 패키지:색조가 있거나 확산된 패키지와 달리, 투명 렌즈는 순방향 광 출력을 최대화하고 방출된 빛의 색상에 대해 중립적이며, 이는 IR 애플리케이션에 이상적입니다.
• 검출기 시리즈와 매칭:이는 페어링된 광트랜지스터를 사용하는 시스템의 설계 및 조달을 단순화하여 광학적 및 기계적 호환성을 보장합니다.

8. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

8.1 5V 공급 전압으로 어떤 저항 값을 사용해야 합니까?

옴의 법칙(R = (V_공급- V_F) / I_F)을 사용하고 목표 I_F를 20mA로 가정할 때, 저항 값은 실제 V_F에 따라 달라집니다. 전류가 20mA를 절대 초과하지 않도록 보장하는 최악의 경우 설계를 위해 최소 V_F(1.3V)를 사용하십시오. R = (5V - 1.3V) / 0.02A = 185 옴. 가장 가까운 표준 값은 180 옴입니다. 이는 최대 약 20.6mA의 전류를 제공하며 안전합니다. 전력 정격: P = I²R = (0.02)² * 180 = 0.072W, 따라서 1/8W 또는 1/4W 저항이면 충분합니다.

8.2 마이크로컨트롤러 핀으로 직접 구동할 수 있습니까?

일반적으로 아닙니다. 대부분의 마이크로컨트롤러 GPIO 핀은 20-40mA의 전류 공급/싱크 한계를 가지며, 이는 이 LED의 동작점에 근접합니다. 한계 내에 있더라도 핀의 출력 전압은 부하 하에서 떨어져 전류 제어가 부정확해집니다. 마이크로컨트롤러 핀으로 구동되는 스위치로 트랜지스터(예: NPN BJT 또는 N채널 MOSFET)를 사용하여 LED 전류를 독립적으로 제어하는 것이 항상 권장됩니다.

8.3 온도가 성능에 어떤 영향을 미칩니까?

그림 4에 표시된 바와 같이, 상대 방사 강도는 주변 온도가 증가함에 따라 감소합니다. +85°C에서 출력은 25°C에서의 값의 60-80%에 불과할 수 있습니다. 반대로, 매우 낮은 온도에서는 출력이 더 높을 수 있습니다. 이는 특히 실외 또는 고신뢰성 애플리케이션을 위한 시스템 감도 계산에 고려되어야 합니다. 순방향 전압(V_F)도 음의 온도 계수를 가지며, 이는 온도가 상승함에 따라 약간 감소함을 의미합니다.

8.4 방사 조도와 방사 강도의 차이점은 무엇입니까?

방사 강도(I_E, mW/sr)는 각도별 전력 측정값입니다. 이는 특정 방향(스테라디안당)으로 얼마나 많은 전력이 방출되는지 설명합니다. 거리에 독립적입니다.개구 방사 조도(E_e, mW/cm²)는 면적별 전력 밀도 측정값입니다. 이는 소스의 개구부에서 단위 면적을 통과하는 전력량을 설명합니다. E_e는 검출기가 본질적으로 발광체 표면에 있는 매우 근거리 애플리케이션과 더 관련이 있으며, I_E는 역제곱 법칙과 함께 사용되어 거리에서의 조도를 계산하는 데 사용됩니다.

9. 설계 및 사용 사례 연구

시나리오: 프린터용 종이 카운터 설계.

프린터 메커니즘을 통과하는 종이 시트를 세기 위해 광 차단기 센서가 필요합니다. U자형 브래킷은 한쪽에 IR 발광체를, 다른 쪽에 매칭된 광트랜지스터를 고정합니다. 종이가 없을 때, 발광체의 IR 빛이 직접 검출기에 도달하여 전도하게 합니다. 종이 시트가 간격을 통과할 때, IR 빔을 차단하여 검출기의 전도가 떨어지게 합니다.

부품 선택 근거:

• 이 IR 발광체는높은 방사 강도(최소 4.81 mW/sr)로 인해 선택되었으며, 브래킷 정렬이 완벽하지 않거나 먼지가 쌓여도 강한 신호가 검출기에 도달할 수 있도록 보장합니다.
• 넓은 40° 시야각은 U자형 브래킷의 별도 암에 수납된 발광체와 검출기 사이의 작은 기계적 오정렬에 대한 허용 오차를 제공하므로 유리합니다.LTR-3208 광트랜지스터와의 스펙트럼 매칭
• 은 검출기가 방출되는 880nm 파장에서 가장 민감하도록 보장하여 신호 대 잡음비를 최대화합니다.투명 패키지는 IR 빛을 불필요하게 감쇠시키지 않으므로 이상적입니다.
• 회로 구현:발광체는 일관된 출력을 위해 일정한 20mA 전류원으로 구동됩니다. 광트랜지스터는 풀업 저항과 함께 공통 이미터 구성으로 연결됩니다. 비교기 또는 마이크로컨트롤러 ADC 핀이 광트랜지스터의 컬렉터 전압을 모니터링합니다. 통과하는 종이 시트는 뚜렷한 전압 전이를 일으키며, 이는 마이크로컨트롤러의 펌웨어에 의해 카운트됩니다.10. 동작 원리 소개

적외선 발광 다이오드는 반도체 p-n 접합 다이오드입니다. 접합의 내재 전위를 초과하는 순방향 전압이 인가되면, n 영역의 전자가 접합을 가로질러 p 영역으로 주입되고, p 영역의 정공이 n 영역으로 주입됩니다. 이 주입된 소수 캐리어(p 영역의 전자, n 영역의 정공)는 다수 캐리어와 재결합합니다. 적외선 방출에 사용되는 갈륨 비소와 같은 직접 밴드갭 반도체 재료에서, 이러한 재결합의 상당 부분은방사성

입니다. 방사성 재결합 동안, 재결합하는 전자-정공 쌍의 에너지는 광자의 형태로 방출됩니다. 이 광자의 파장(λ)은 반도체 재료의 밴드갭 에너지(E

)에 의해 결정되며, 방정식 λ = hc / E에 따릅니다. 여기서 h는 플랑크 상수이고 c는 빛의 속도입니다. 880 nm에서의 방출 피크에 대해, 해당 밴드갭 에너지는 약 1.41 eV입니다. 투명 에폭시 패키지는 반도체 칩을 캡슐화하고 기계적 보호를 제공하며, 방출된 빛의 방사 패턴을 형성하는 렌즈 역할을 합니다..

11. 기술 동향_gIR LED의 기본 원리는 안정적으로 유지되지만, 여러 동향이 그 발전과 애플리케이션에 영향을 미칩니다:_g증가된 출력 및 효율:

지속적인 재료 과학 및 칩 설계 개선으로 더 높은 방사 강도와 벽 플러그 효율(광 출력 / 전기 입력)을 가진 소자가 개발되어 더 밝은 신호 또는 더 낮은 전력 소비를 가능하게 합니다.

소형화:

• 자동화 조립을 위한 표면 실장 소자 패키지(예: 0805, 0603, 칩 스케일)로의 강력한 추세가 있으며, 크기와 비용을 줄입니다. 스루홀 5mm 패키지는 프로토타이핑, 교육용 및 더 높은 단일 소자 출력 또는 더 쉬운 수동 조립이 필요한 애플리케이션에서 여전히 인기가 있습니다.파장 전문화:
• 일반적인 850-940 nm LED를 넘어서, 의료용 맥박 산소 측정을 위한 810nm 또는 눈 안전 LiDAR를 위한 1450nm와 같은 특수 애플리케이션을 위한 특정 파장의 사용이 증가하고 있습니다.통합:
• 발광체는 구동기, 변조기 및 때로는 검출기까지 단일 모듈 또는 IC로 점점 더 통합되어 데이터 통신 및 센싱을 위한 시스템 설계를 단순화합니다.애플리케이션 확장:
• 사물 인터넷, 웨어러블 장치, 자동차 LiDAR 및 고급 생체 인식 센싱(예: 얼굴 인식, 정맥 검출)의 확산은 특정 성능 특성을 가진 신뢰할 수 있고 저렴한 IR 발광체에 대한 수요를 계속해서 주도하고 있습니다.Emitters are increasingly integrated with drivers, modulators, and sometimes even detectors into single modules or ICs, simplifying system design for data communication and sensing.
• Application Expansion:The proliferation of the Internet of Things (IoT), wearable devices, automotive LiDAR, and advanced biometric sensing (e.g., facial recognition, vein detection) continues to drive demand for reliable, low-cost IR emitters with specific performance characteristics.