紅外線LED元件規格書 - 峰值波長940nm

1. 產品概覽

呢份文件提供咗紅外線發光二極管 (LED) 元件嘅技術規格。呢類元件主要用喺需要非可見光源嘅系統，例如遙控器、接近感應器、夜視照明同光學數據傳輸。呢款特定元件嘅核心優勢在於佢嘅峰值發射波長係940nm，呢個波長對於人眼嚟講幾乎睇唔到，所以非常適合需要盡量減少可見光嘅應用。目標市場包括消費電子產品、工業自動化、安防系統同汽車應用。

2. 深入技術參數分析

提供嘅內容指明咗一個關鍵光度參數：峰值波長 (λp)。呢個係紅外線LED嘅重要規格。

2.1 光度特性

峰值波長 (λp)：940 納米 (nm)。呢個參數定義咗LED發出最大光功率嘅波長。940nm波長屬於近紅外光譜範圍。呢個波長之所以常用，係因為紅外系統中常用嘅接收器——矽光電二極管，喺呢個波長範圍附近有高靈敏度。而且，同較短波長嘅紅外線（例如850nm）相比，940nm嘅光線較少會被人眼察覺為微弱紅光，因此更適合用於隱蔽照明。

分析：選擇940nm表明呢款元件針對使用標準矽感測器嘅檢測系統效率進行咗優化，並且適用於需要低可見光污染嘅應用。雖然冇提供輻射強度同視角呢啲常見嘅補充規格，但佢哋對於計算設計中嘅有效範圍同覆蓋面積至關重要。

2.2 電氣參數

雖然摘要中冇列出具體嘅順向電壓 (Vf)、順向電流 (If) 同反向電壓 (Vr) 數值，但呢啲係任何LED嘅基本參數。設計師必須查閱完整嘅規格書，以獲取絕對最大額定值同典型工作條件，確保可靠運行同使用壽命。超過最大順向電流係導致LED失效嘅主要原因，因為會產生過多熱量。

2.3 熱特性

熱管理對於LED性能同壽命至關重要。關鍵參數包括從接面到環境空氣嘅熱阻 (RθJA) 同最高接面溫度 (Tj max)。特別係喺高電流或高環境溫度下工作時，必須通過LED封裝同印刷電路板 (PCB) 進行有效散熱，以將Tj維持喺安全範圍內。

3. 分級系統解說

LED製造存在自然差異。分級系統根據關鍵參數對元件進行分類，以確保同一生產批次內嘅一致性。

3.1 波長分級

對於紅外線LED，峰值波長係主要嘅分級參數。元件可能會被分到標稱值940nm附近公差較窄嘅級別（例如，935nm至945nm）。咁樣可以確保系統中所有LED嘅發射特性幾乎相同，對於接收器中光學濾波器嘅性能同感測器調校至關重要。

3.2 順向電壓分級

LED亦會根據指定測試電流下嘅順向電壓 (Vf) 進行分級。將具有相似Vf值嘅LED分組有助於設計驅動電路，特別係當多個LED串聯時，可以確保電流分佈均勻同亮度一致。

4. 性能曲線分析

圖形數據對於理解元件喺各種條件下嘅行為至關重要。

4.1 電流對電壓 (I-V) 曲線

I-V曲線顯示咗順向電壓同流經LED電流之間嘅關係。呢個關係係非線性嘅。"膝點"電壓係LED開始顯著導通同發光嘅近似點。工作區域內曲線嘅斜率有助於確定LED嘅動態電阻。

4.2 溫度特性

LED性能受溫度影響。通常，順向電壓 (Vf) 會隨著接面溫度升高而降低。相反，發光強度或輻射功率亦會隨著溫度升高而下降。顯示相對強度對接面溫度同順向電壓對溫度嘅圖表，對於設計補償熱效應嘅電路至關重要。

3.3 光譜分佈

光譜分佈圖將輻射功率對應波長繪製出嚟。對於940nm LED，呢個圖會顯示一個主峰喺或接近940nm，並具有一定嘅光譜帶寬（例如，半高全寬 - FWHM）。較窄嘅FWHM表示光源更接近單色光，對於使用光學濾波器嘅應用可能非常重要。

5. 機械及封裝資訊

摘要提到包裝類型，但冇指明具體嘅LED封裝（例如，5mm、3mm、表面貼裝器件如0805或1206）。完整嘅規格書會包含詳細嘅機械圖紙。

5.1 尺寸圖

需要一份標註尺寸嘅圖紙，顯示長度、寬度、高度、引腳間距（適用於通孔）或焊盤尺寸（適用於SMD）。必須指明所有尺寸嘅公差。

5.2 焊盤佈局設計 (適用於SMD)

對於表面貼裝封裝，會提供建議嘅PCB焊盤圖形（封裝佔位）。呢個包括銅焊盤嘅尺寸、形狀同間距，以確保正確焊接同機械穩定性。

5.3 極性識別

必須清楚指明識別陽極同陰極嘅方法。對於通孔LED，陰極通常係較短嘅引腳，或者係靠近透鏡平面嘅引腳。對於SMD LED，封裝上嘅標記（例如圓點、凹口或陰影角）表示陰極。

6. 焊接及組裝指引

6.1 回流焊溫度曲線

對於SMD元件，需要詳細嘅回流焊溫度曲線。呢個包括預熱溫度同時間、保溫時間、峰值溫度、液相線以上時間 (TAL) 同冷卻速率。遵循呢個曲線可以防止熱衝擊，並確保焊點可靠。

6.2 注意事項

一般注意事項包括：避免對LED透鏡施加機械應力、處理時使用靜電放電 (ESD) 保護（因為LED對靜電放電敏感）、確保光學表面冇污染。對於通孔元件，彎曲引腳時應與封裝主體保持足夠距離。

6.3 儲存條件

LED應儲存喺陰涼乾燥嘅環境中，通常喺指定嘅溫度同濕度範圍內。佢哋通常以帶有乾燥劑嘅防潮敏感包裝供應，如果包裝打開時間過長，使用前可能需要烘烤。

7. 包裝及訂購資訊

PDF摘要明確列出咗包裝要素，呢個係提供內容嘅關鍵部分。

7.1 包裝規格

包裝層級定義如下：

靜電袋：主要容器，設計用於保護元件免受靜電放電 (ESD) 同濕氣影響。
內盒：一個裝有多個靜電袋或元件卷帶嘅盒子或托盤。
外箱：裝有多個內盒嘅主運輸箱。

7.2 包裝數量

必須指明每個靜電袋、每個內盒同每個外箱中LED元件嘅具體數量。常見數量係SMD元件卷帶嘅1000、2000或5000嘅倍數，或者散裝包裝嘅特定數量。

7.3 標籤資訊

每個包裝層級都應該有一個標籤，標明零件編號、數量、日期代碼、批次號同ESD/濕度敏感等級 (MSL)。

7.4 型號命名規則

完整嘅零件編號通常包含關鍵屬性。例如，一個型號可能表示封裝尺寸、峰值波長、視角同光通量分級。像"IR940-45D"咁樣嘅代碼可能表示一個紅外線LED、940nm、45度視角同特定輻射強度分級'D'。

8. 應用建議

8.1 典型應用場景

呢款940nm紅外線LED適用於：

紅外線遙控器：適用於電視、音響系統同機頂盒。
接近同存在感應器：適用於智能手機、電器同自動水龍頭。
夜視照明：與安防同監控系統中對紅外線敏感嘅攝像頭配對使用。
光學開關同編碼器：用於檢測位置或旋轉。
數據傳輸：用於符合IrDA標準嘅設備，進行短距離無線通信。

8.2 設計考慮因素

驅動電路：建議使用恆流源，而非帶串聯電阻嘅電壓源，以獲得穩定輸出，特別係喺溫度變化時。驅動器必須能夠承受LED嘅順向電流。
光學設計：LED同目標之間嘅透鏡或蓋板材料必須對940nm光線透明。許多塑料都適合，但某些類型嘅玻璃或有色材料可能會衰減信號。
散熱：如果喺高連續電流下工作，請確保有足夠嘅PCB銅面積或外部散熱器。
接收器匹配：光電探測器（例如，光電晶體管、光電二極管）應喺940nm附近具有峰值靈敏度。與LED光譜匹配嘅光學濾波器可以通過阻擋環境光來提高信噪比。

9. 技術比較

同其他紅外線LED相比，940nm元件具有特定優勢同取捨。

對比850nm紅外線LED：由於喺該波長下材料效率更高，850nm LED通常喺相同電氣輸入下能提供稍高嘅輻射輸出。然而，850nm會發出微弱紅光，喺黑暗環境中可能可見，對於隱蔽應用可能唔理想。940nm幾乎睇唔到，因此喺隱蔽照明方面更勝一籌。

對比可見光LED：主要區別在於波長。紅外線LED能夠實現用戶睇唔到嘅功能，允許實現自動操作（感應器）或控制（遙控器）等功能，而唔會發出令人分心嘅光線。

10. 常見問題 (FAQs)

問：點解峰值波長940nm咁重要？
答：佢匹配咗常見矽光電探測器嘅高靈敏度範圍，同時最大限度地減少可見光發射，使其成為感應器同隱蔽照明應用嘅理想選擇。

問：我應該點樣驅動呢個LED？
答：使用恆流驅動電路。一個簡單嘅實現方法係使用帶有限流電阻嘅電壓源，根據完整規格書中LED嘅典型順向電壓 (Vf) 同所需順向電流 (If) 計算：R = (電源電壓 - Vf) / If。

問：我可以睇到呢個LED發出嘅光嗎？
答：940nm波長對於大多數人嚟講係喺可見光譜之外。有些人喺極暗環境下可能會察覺到非常深嘅紅光，但基本上係睇唔到嘅。不過，智能手機攝像頭通常可以清楚睇到，因為相機感測器對近紅外線敏感。

問：靜電袋有咩用途？
答：佢保護LED免受靜電放電 (ESD) 影響，即使人體感覺唔到放電，靜電放電亦可能損壞半導體接面。

11. 實際應用案例

案例研究 1：自動皂液器。一個940nm紅外線LED與一個光電晶體管配對，形成一個接近感應器。LED持續發射不可見光束。當手阻斷光束時，檢測到嘅光線變化會觸發泵電機。940nm波長確保操作無縫進行，且冇任何可見光指示。

案例研究 2：長距離電視遙控器。萬能遙控器中使用咗一個940nm LED陣列。高輻射強度（通過適當分級同驅動電流確保）允許信號從寬角度同更遠距離到達電視感測器。冇可見光可以防止喺黑暗家庭影院中造成干擾。

12. 原理簡介

紅外線發光二極管 (IR LED) 係一種半導體p-n接面二極管。當施加順向偏壓時，來自n區嘅電子會同p區嘅電洞喺有源區複合。呢個複合過程以光子（光）嘅形式釋放能量。發射光子嘅特定波長由構成LED所用半導體材料嘅能隙能量決定（對於940nm，通常係砷化鋁鎵 - AlGaAs）。較大嘅能隙會導致較短嘅波長（更藍嘅光），而較小嘅能隙會導致較長嘅波長（更紅或紅外光）。940nm輸出係通過設計半導體成分以實現呢個特定能隙能量嘅直接結果。

13. 發展趨勢

紅外線LED領域嘅發展受到對更高效率、更細封裝同更大集成度需求嘅推動。

提高效率：研究重點在於提高內部量子效率（產生光子嘅電子-電洞複合百分比）同光提取效率（將產生嘅光子從半導體材料中提取出嚟）。呢樣可以喺相同電氣輸入下獲得更高輻射輸出，從而延長便攜式設備嘅電池壽命。

微型化：消費電子產品趨向更細嘅趨勢推動咗紅外線LED向更細表面貼裝封裝（例如，0402、0201公制尺寸）發展，同時保持或提高性能。

集成解決方案：業界正朝著將紅外線LED、光電探測器同控制邏輯集成到單一模組或芯片嘅方向發展。咁樣可以簡化終端用戶嘅設計，減少PCB佔用空間，並通過確保匹配嘅光學特性來提高系統可靠性。

新波長：雖然850nm同940nm佔主導地位，但其他波長正被開發用於專業應用，例如光譜學、氣體感測同使用塑料光纖嘅光通信。

LED規格術語詳解

LED技術術語完整解釋

一、光電性能核心指標

術語	單位/表示	通俗解釋	點解重要
光效（Luminous Efficacy）	lm/W（流明/瓦）	每瓦電能發出嘅光通量，越高越慳電。	直接決定燈具嘅能效等級同電費成本。
光通量（Luminous Flux）	lm（流明）	光源發出嘅總光量，俗稱"光亮度"。	決定燈具夠唔夠光。
發光角度（Viewing Angle）	°（度），例如120°	光強降至一半時嘅角度，決定光束闊窄。	影響光照範圍同均勻度。
色溫（CCT）	K（開爾文），例如2700K/6500K	光嘅顏色冷暖，低值偏黃/暖，高值偏白/冷。	決定照明氣氛同適用場景。
顯色指數（CRI / Ra）	無單位，0–100	光源還原物體真實顏色嘅能力，Ra≥80為佳。	影響色彩真實性，用於商場、美術館等高要求場所。
色容差（SDCM）	麥克亞當橢圓步數，例如"5-step"	顏色一致性嘅量化指標，步數越細顏色越一致。	保證同一批燈具顏色冇差異。
主波長（Dominant Wavelength）	nm（納米），例如620nm（紅）	彩色LED顏色對應嘅波長值。	決定紅、黃、綠等單色LED嘅色相。
光譜分佈（Spectral Distribution）	波長 vs. 強度曲線	顯示LED發出嘅光喺各波長嘅強度分佈。	影響顯色性同顏色品質。

二、電氣參數

術語	符號	通俗解釋	設計注意事項
順向電壓（Forward Voltage）	Vf	LED點亮所需嘅最小電壓，類似"啟動門檻"。	驅動電源電壓需≥Vf，多個LED串聯時電壓累加。
順向電流（Forward Current）	If	使LED正常發光嘅電流值。	常採用恆流驅動，電流決定亮度同壽命。
最大脈衝電流（Pulse Current）	Ifp	短時間內可承受嘅峰值電流，用於調光或閃光。	脈衝寬度同佔空比需嚴格控制，否則過熱損壞。
反向電壓（Reverse Voltage）	Vr	LED能承受嘅最大反向電壓，超過則可能擊穿。	電路中需防止反接或電壓衝擊。
熱阻（Thermal Resistance）	Rth（°C/W）	熱量從芯片傳到焊點嘅阻力，值越低散熱越好。	高熱阻需更強散熱設計，否則結溫升高。
靜電放電耐受（ESD Immunity）	V（HBM），例如1000V	抗靜電打擊能力，值越高越不易被靜電損壞。	生產中需做好防靜電措施，尤其高靈敏度LED。

三、熱管理與可靠性

術語	關鍵指標	通俗解釋	影響
結溫（Junction Temperature）	Tj（°C）	LED芯片內部嘅實際工作溫度。	每降低10°C，壽命可能延長一倍；過高導致光衰、色漂移。
光衰（Lumen Depreciation）	L70 / L80（小時）	亮度降至初始值70%或80%所需時間。	直接定義LED嘅"使用壽命"。
流明維持率（Lumen Maintenance）	%（例如70%）	使用一段時間後剩餘亮度嘅百分比。	表徵長期使用後嘅亮度保持能力。
色漂移（Color Shift）	Δu′v′ 或麥克亞當橢圓	使用過程中顏色嘅變化程度。	影響照明場景嘅顏色一致性。
熱老化（Thermal Aging）	材料性能下降	因長期高溫導致嘅封裝材料劣化。	可能導致亮度下降、顏色變化或開路失效。

四、封裝與材料

術語	常見類型	通俗解釋	特點與應用
封裝類型	EMC、PPA、陶瓷	保護芯片並提供光學、熱學介面嘅外殼材料。	EMC耐熱好、成本低；陶瓷散熱優、壽命長。
芯片結構	正裝、倒裝（Flip Chip）	芯片電極佈置方式。	倒裝散熱更好、光效更高，適用於高功率。
螢光粉塗層	YAG、硅酸鹽、氮化物	覆蓋喺藍光芯片上，部分轉化為黃/紅光，混合成白光。	唔同螢光粉影響光效、色溫同顯色性。
透鏡/光學設計	平面、微透鏡、全反射	封裝表面嘅光學結構，控制光線分佈。	決定發光角度同配光曲線。

五、質量控制與分檔

術語	分檔內容	通俗解釋	目的
光通量分檔	代碼例如 2G、2H	按亮度高低分組，每組有最小/最大流明值。	確保同一批產品亮度一致。
電壓分檔	代碼例如 6W、6X	按順向電壓範圍分組。	便於驅動電源匹配，提高系統效率。
色區分檔	5-step MacAdam橢圓	按顏色坐標分組，確保顏色落喺極細範圍內。	保證顏色一致性，避免同一燈具內顏色不均。
色溫分檔	2700K、3000K等	按色溫分組，每組有對應嘅坐標範圍。	滿足唔同場景嘅色溫需求。

六、測試與認證

術語	標準/測試	通俗解釋	意義
LM-80	流明維持測試	喺恆溫條件下長期點亮，記錄亮度衰減數據。	用於推算LED壽命（結合TM-21）。
TM-21	壽命推演標準	基於LM-80數據推算實際使用條件下嘅壽命。	提供科學嘅壽命預測。
IESNA標準	照明工程學會標準	涵蓋光學、電氣、熱學測試方法。	行業公認嘅測試依據。
RoHS / REACH	環保認證	確保產品不含有害物質（例如鉛、汞）。	進入國際市場嘅准入條件。
ENERGY STAR / DLC	能效認證	針對照明產品嘅能效同性能認證。	常用於政府採購、補貼項目，提升市場競爭力。

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