目錄
- 1. 產品概述
- 1.1 核心特性與目標市場
- 2. 深入技術參數分析
- 2.1 絕對最大額定值
- 2.2 電氣-光學特性
- 3. 分級系統說明
- 4. 性能曲線分析
- 4.1 順向電流 vs. 環境溫度（圖1 & 8）
- 4.2 頻譜分佈（圖2）
- 4.3 峰值波長 vs. 溫度（圖3）
- 4.4 順向電流 vs. 順向電壓（圖4）
- 4.5 相對強度 vs. 順向電流（圖5）
- 4.6 相對輻射強度 vs. 角度位移（圖6）
- 5. 機械與封裝資訊
- 6. 焊接與組裝指南
- 7. 包裝與訂購資訊
- 8. 應用設計建議
- 8.1 典型應用電路
- 8.2 設計考量
- 9. 技術比較與差異化
- 10. 常見問題（FAQ）
- 11. 實際使用案例
- 12. 工作原理介紹
- 13. 技術趨勢
1. 產品概述
IR333C是一款高強度紅外線發射二極體，封裝於標準5mm (T-1) 透明塑膠外殼中。其設計為發射峰值波長940nm的光線，非常適合需要非可見光源的應用。此元件的光譜與常見的矽光電晶體、光電二極體及紅外線接收模組相匹配，確保在訊號傳輸系統中達到最佳效能。
此元件的關鍵優勢包括高可靠性、高輻射強度輸出以及低順向電壓需求。2.54mm的引腳間距使其相容於標準麵包板與印刷電路板。此外，它採用無鉛製程並符合RoHS規範，遵循現代環保標準。
1.1 核心特性與目標市場
定義IR333C的主要特性是其針對紅外線應用量身打造的光學與電氣特性。其高輻射強度（峰值於940nm）使其在自由空間光通訊中極為高效。低順向電壓則降低了功耗，這對於電池供電裝置至關重要。
目標應用廣泛，包括：
- 自由空間傳輸系統：用於短距離無線資料鏈路。
- 紅外線遙控器單元：特別是需要較高功率以實現更長距離或穿透障礙物操作的遙控器。
- 煙霧偵測器：應用於光學腔室設計中，以偵測煙霧粒子。
- 通用紅外線應用系統：這包括物體感測、接近偵測及工業自動化。
2. 深入技術參數分析
透徹理解元件的規格對於可靠的電路設計與系統整合至關重要。
2.1 絕對最大額定值
這些額定值定義了可能導致元件永久損壞的極限。任何情況下均不得超過，即使是瞬間超過。
- 連續順向電流 (IF)：100 mA。這是在指定條件下可無限期通過LED的最大直流電流。
- 峰值順向電流 (IFP)：1.0 A。此高電流僅允許在脈衝條件下（脈衝寬度 ≤ 100μs，工作週期 ≤ 1%）。這對於實現極高的瞬時輻射輸出非常有用。
- 逆向電壓 (VR)：5 V。可施加於逆向方向的最大電壓。超過此值可能導致接面崩潰。
- 功率耗散 (Pd)：在25°C或以下時為150 mW。此額定值同時考量了順向電壓降與電流。超過此限制運作將導致過度發熱，並使效能降低或導致故障。
- 溫度範圍：工作與儲存溫度範圍為-40°C至+85°C，顯示其適用於工業與汽車環境。
- 焊接溫度 (Tsol)：最高260°C，持續時間不超過5秒。這對於波焊或迴焊製程至關重要，可防止封裝損壞。
2.2 電氣-光學特性
這些參數是在標準測試條件下（Ta=25°C）測量，定義了元件的效能。
- 輻射強度 (Ee)：這是每單位立體角發射的光功率（mW/sr）。在IF=20mA時，典型值為15 mW/sr。在IF=100mA的脈衝條件下，上升至60 mW/sr；在IF=1A時，則達到450 mW/sr。這顯示了使用脈衝驅動時，輸出有顯著增益。
- 峰值波長 (λp)：940 nm（典型值）。此波長位於近紅外線光譜，人眼不可見，但能被矽基感測器有效偵測。
- 頻譜頻寬 (Δλ)：45 nm（典型值）。這定義了以峰值為中心所發射的波長範圍。較窄的頻寬有利於濾除環境光雜訊。
- 順向電壓 (VF)：在IF=20mA時，典型值為1.5V；在IF=100mA（脈衝）時，最大值為1.85V。低VF是低電壓電路設計的關鍵優勢。
- 逆向電流 (IR)：在VR=5V時，最大值為10 μA。此漏電流非常低。
- 視角 (2θ1/2)：20度（典型值）。此窄光束角將輻射強度集中於定向光束中，增加了如遙控器等應用的有效範圍。
3. 分級系統說明
IR333C根據其在標準測試電流20mA下的輻射強度，被分選至不同的等級。這讓設計師能為其應用選擇具有保證最低效能水準的元件。
分級結構如下：
- M級：輻射強度介於7.8 mW/sr（最小）至12.5 mW/sr（最大）之間。
- N級：輻射強度介於11.0 mW/sr（最小）至17.6 mW/sr（最大）之間。
- P級：輻射強度介於15.0 mW/sr（最小）至24.0 mW/sr（最大）之間。
- Q級：輻射強度介於21.0 mW/sr（最小）至34.0 mW/sr（最大）之間。
對於需要一致亮度或更長距離的應用，建議指定較高等級（例如P級或Q級）。產品標籤包含一個CAT欄位來標示等級。
4. 性能曲線分析
規格書提供了數條特性曲線，說明參數如何隨工作條件變化。
4.1 順向電流 vs. 環境溫度（圖1 & 8）
這些曲線顯示了最大允許順向電流與環境溫度之間的關係。隨著溫度升高，最大允許連續電流線性下降。這是由於在高溫下功率耗散能力降低所致。設計師必須根據預期的最高環境溫度對工作電流進行降額，以確保可靠性。
4.2 頻譜分佈（圖2）
此圖表繪製了相對強度與波長的關係。它確認了在940nm處的峰值發射，並顯示了發射頻譜的形狀與寬度（約45nm）。這對於在接收端選擇適當的光學濾波器非常重要。
4.3 峰值波長 vs. 溫度（圖3）
峰值發射波長具有輕微的溫度係數，通常隨著接面溫度升高而向較長波長偏移（紅移）。對於紅外線LED，此偏移通常很小，但在精密感測應用中應予以考慮。
4.4 順向電流 vs. 順向電壓（圖4）
這是二極體的標準I-V曲線，顯示了指數關係。此曲線讓設計師能確定給定驅動電流下的電壓降，這對於計算串聯電阻值或驅動電路需求至關重要。
4.5 相對強度 vs. 順向電流（圖5）
此曲線顯示，在典型工作範圍內，輻射輸出與順向電流大致呈線性關係。然而，在極高電流下，效率可能因發熱和其他效應而下降。
4.6 相對輻射強度 vs. 角度位移（圖6）
此極座標圖直觀地定義了視角。強度在0度（軸上）時最高，並隨著角度增加而降低，在大約±10度處達到最大值的一半（因此全視角為20度）。
5. 機械與封裝資訊
此元件採用業界標準的5mm T-1封裝。引腳間距為2.54mm（0.1英吋），這是許多原型板與PCB佈局的標準間距。封裝由透明塑膠製成，對940nm紅外線透明，能將光學損耗降至最低。陰極通常可透過塑膠透鏡邊緣的平面標記和/或較短的引腳來識別。規格書中的詳細機械圖提供了所有帶公差的重要尺寸，這些對於PCB焊盤設計以及確保在外殼或透鏡中的正確安裝至關重要。
6. 焊接與組裝指南
為防止組裝過程中損壞，必須遵循特定的焊接條件。焊接溫度的絕對最大額定值為260°C，焊接時間不得超過5秒。這適用於手工焊接與波峰焊接製程。對於迴焊，需要一個峰值在260°C或以下的溫度曲線。長時間暴露於高溫可能導致環氧樹脂封裝破裂或損壞內部接合線。也建議將元件儲存在乾燥環境中以防止吸濕，吸濕可能在迴焊過程中導致爆米花現象。
7. 包裝與訂購資訊
IR333C的標準包裝如下：500件裝於一袋，5袋裝於一盒，10盒構成一個紙箱。總計每箱25,000件。產品標籤包含數個用於追溯與識別的關鍵欄位：CPN（客戶料號）、P/N（製造商料號）、QTY（數量）、CAT（強度等級/分級）、HUE（峰值波長）、REF（參考）及LOT No（批號）。
8. 應用設計建議
8.1 典型應用電路
最常見的驅動電路是簡單的串聯電阻。電阻值（Rs）使用歐姆定律計算：Rs= (Vsupply- VF) / IF。例如，要從5V電源以20mA驅動LED，假設典型VF為1.5V：Rs= (5V - 1.5V) / 0.02A = 175Ω。一個標準的180Ω電阻將是合適的。對於高電流（例如1A）的脈衝操作，則需要電晶體或MOSFET開關，通常由微控制器驅動。
8.2 設計考量
- 熱管理：雖然封裝很小，但在高連續電流下，功率耗散（Pd= VF* IF）可能接近150mW的極限。確保充分的通風，或考慮使用脈衝驅動以降低平均功率。
- 光學設計：20度的視角提供了聚焦光束。對於更廣的覆蓋範圍，可能需要擴散透鏡。相反地，對於極長距離的應用，可以使用二次準直透鏡來進一步縮窄光束。
- 接收器匹配：務必將IR333C與對940nm區域敏感的接收器（光電晶體、光電二極體或IC）配對使用。使用阻擋可見光的光學濾波器可以顯著改善環境光下的訊噪比。
9. 技術比較與差異化
與標準可見光LED或其他紅外線LED相比，IR333C的關鍵差異在於其結合了高脈衝輸出能力（1A時450 mW/sr）、低順向電壓以及窄20度光束角。一些競爭產品可能提供更寬的視角以實現更廣的覆蓋範圍，但代價是軸上強度降低。940nm波長是最常見且最具成本效益的波長之一，具有良好的大氣穿透性及豐富的接收器選擇，相較之下，例如850nm LED會帶有一些可見的紅色餘暉。
10. 常見問題（FAQ）
問：我可以直接從微控制器的引腳驅動這個LED嗎？
答：對於20mA的連續操作，請檢查您的微控制器GPIO引腳是否能提供或吸收那麼大的電流。許多引腳只能處理10-25mA。通常使用電晶體作為開關會更安全。
問：為什麼在脈衝條件下輻射強度會高出這麼多？
答：脈衝電流允許您以遠高於其直流額定值的電流驅動LED，而不會使接面過熱。光輸出主要是瞬時電流的函數，因此短暫的高電流脈衝會產生非常明亮的閃光。
問：如何識別陰極？
答：尋找圓形塑膠透鏡上的平面邊緣。與此平面相鄰的引腳即為陰極。此外，陰極引腳通常比陽極引腳短。
問：像這樣的紅外線LED對眼睛安全嗎？
答：雖然不可見，但紅外線輻射仍可能被眼睛的晶狀體聚焦到視網膜上。對於高功率應用，特別是使用透鏡時，應避免直視。大多數消費性遙控器使用非常低的平均功率，被認為是對眼睛安全的。
11. 實際使用案例
情境：用於閘門開啟器的長距離紅外線遙控器。
一位設計師需要一個在日光下能達到50公尺距離的遙控器。他們選擇了Q級的IR333C以獲得最大強度。電路使用微控制器產生38kHz的載波訊號，並用資料碼進行振幅調變。使用一個NPN電晶體以極低的工作週期（例如1%）在1A下脈衝驅動LED。在LED前方添加一個簡單的塑膠透鏡以稍微準直光束。在接收端，使用一個帶有940nm濾波器的標準38kHz紅外線接收模組。此設計利用了LED的高脈衝輸出與窄光束來實現所需距離，同時保持低平均功耗以延長電池壽命。
12. 工作原理介紹
紅外線發光二極體（IR LED）是一種半導體p-n接面二極體。當施加順向電壓時，來自n區的電子和來自p區的電洞被注入跨越接面。當這些電荷載子復合時，它們會釋放能量。在IR LED中，所選的半導體材料（IR333C使用GaAlAs）使得此能量主要以電磁頻譜紅外線部分（約940nm）的光子形式釋放。透明的環氧樹脂封裝充當透鏡，將發射的光塑造成其特有的光束圖案。
13. 技術趨勢
紅外線LED的趨勢持續朝向更高效率（每瓦電輸入產生更多輻射輸出）和更高功率密度發展。這使得可攜式裝置能擁有更長的電池壽命和更遠的操作距離。同時，針對氣體分析和光譜測量等高級感測應用，多波長和可調式紅外線光源也在發展中。將LED驅動電路甚至感測器整合到緊湊模組中是另一個常見趨勢，簡化了終端使用者的設計。整個產業對於RoHS和綠色製造標準的推動力依然強勁。
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 | 為什麼重要 |
|---|---|---|---|
| 光效（Luminous Efficacy） | lm/W（流明/瓦） | 每瓦電能發出的光通量，越高越節能。 | 直接決定燈具的能效等級與電費成本。 |
| 光通量（Luminous Flux） | lm（流明） | 光源發出的總光量，俗稱"亮度"。 | 決定燈具夠不夠亮。 |
| 發光角度（Viewing Angle） | °（度），如120° | 光強降至一半時的角度，決定光束寬窄。 | 影響光照範圍與均勻度。 |
| 色溫（CCT） | K（開爾文），如2700K/6500K | 光的顏色冷暖，低值偏黃/暖，高值偏白/冷。 | 決定照明氛圍與適用場景。 |
| 顯色指數（CRI / Ra） | 無單位，0–100 | 光源還原物體真實顏色的能力，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，如"5-step" | 顏色一致性的量化指標，步數越小顏色越一致。 | 保證同一批燈具顏色無差異。 |
| 主波長（Dominant Wavelength） | nm（奈米），如620nm（紅） | 彩色LED顏色對應的波長值。 | 決定紅、黃、綠等單色LED的色相。 |
| 光譜分佈（Spectral Distribution） | 波長 vs. 強度曲線 | 顯示LED發出的光在各波長的強度分佈。 | 影響顯色性與顏色品質。 |
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點亮所需的最小電壓，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正常發光的電流值。 | 常採用恆流驅動，電流決定亮度與壽命。 |
| 最大脈衝電流（Pulse Current） | Ifp | 短時間內可承受的峰值電流，用於調光或閃光。 | 脈衝寬度與佔空比需嚴格控制，否則過熱損壞。 |
| 反向電壓（Reverse Voltage） | Vr | LED能承受的最大反向電壓，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） | 熱量從晶片傳到焊點的阻力，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），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晶片內部的實際工作溫度。 | 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的"使用壽命"。 |
| 流明維持率（Lumen Maintenance） | %（如70%） | 使用一段時間後剩餘亮度的百分比。 | 表徵長期使用後的亮度保持能力。 |
| 色漂移（Color Shift） | Δu′v′ 或 麥克亞當橢圓 | 使用過程中顏色的變化程度。 | 影響照明場景的顏色一致性。 |
| 熱老化（Thermal Aging） | 材料性能下降 | 因長期高溫導致的封裝材料劣化。 | 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 | 保護晶片並提供光學、熱學介面的外殼材料。 | EMC耐熱好、成本低；陶瓷散熱優、壽命長。 |
| 晶片結構 | 正裝、倒裝（Flip Chip） | 晶片電極佈置方式。 | 倒裝散熱更好、光效更高，適用於高功率。 |
| 螢光粉塗層 | YAG、矽酸鹽、氮化物 | 覆蓋在藍光晶片上，部分轉化為黃/紅光，混合成白光。 | 不同螢光粉影響光效、色溫與顯色性。 |
| 透鏡/光學設計 | 平面、微透鏡、全反射 | 封裝表面的光學結構，控制光線分佈。 | 決定發光角度與配光曲線。 |
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，確保顏色落在極小範圍內。 | 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，每組有對應的坐標範圍。 | 滿足不同場景的色溫需求。 |
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 | 在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的壽命。 | 提供科學的壽命預測。 |
| IESNA標準 | 照明工程學會標準 | 涵蓋光學、電氣、熱學測試方法。 | 行業公認的測試依據。 |
| RoHS / REACH | 環保認證 | 確保產品不含有害物質（如鉛、汞）。 | 進入國際市場的准入條件。 |
| ENERGY STAR / DLC | 能效認證 | 針對照明產品的能效與性能認證。 | 常用於政府採購、補貼項目，提升市場競爭力。 |