红外LED元件规格书 - 峰值波长940nm

1. 产品概述

本文档提供一款红外（IR）发光二极管（LED）元件的技术规格。此类元件主要用于需要非可见光源的系统，例如遥控器、接近传感器、夜视照明和光数据传输。该特定元件的核心优势在于其峰值发射波长为940nm，这对于需要最小化可见光发射的应用（如隐蔽照明）而言是理想选择，因为该波长的光对人眼基本不可见。目标市场包括消费电子、工业自动化、安防系统和汽车应用。

2. 深度技术参数分析

所提供内容指定了一个关键的光度参数：峰值波长（λp）。这是红外LED的一项关键规格。

2.1 光度特性

峰值波长（λp）：940纳米（nm）。此参数定义了LED发射最大光功率的波长。940nm波长属于近红外光谱范围。该波长之所以常用，是因为红外系统中典型的接收器——硅光电二极管——在此波长附近具有高灵敏度。此外，与850nm等较短波长的红外光相比，940nm光作为微弱红光被感知的可能性更低，因此更适用于隐蔽照明。

分析：选择940nm表明该元件针对使用标准硅传感器的检测系统效率以及需要低可见光污染的应用进行了优化。辐射强度和视角等常见的补充规格虽未提供，但对于设计中计算有效范围和覆盖区域至关重要。

2.2 电气参数

虽然节选中未列出具体的正向电压（Vf）、正向电流（If）和反向电压（Vr）值，但这些是任何LED的基本参数。设计人员必须查阅完整的数据手册以获取绝对最大额定值和典型工作条件，以确保可靠运行和长久寿命。超过最大正向电流是导致LED因过热而失效的主要原因。

2.3 热特性

热管理对于LED的性能和寿命至关重要。关键参数包括结到环境空气的热阻（RθJA）和最高结温（Tj max）。通过LED封装和印刷电路板（PCB）进行有效的散热是必要的，以将结温维持在安全范围内，尤其是在高电流或高环境温度下运行时。

3. 分档系统说明

LED制造存在自然差异。分档系统根据关键参数对元件进行分类，以确保生产批次内的一致性。

3.1 波长分档

对于红外LED，峰值波长是主要的分档参数。元件可能会被分入标称值940nm附近具有严格容差的档位中（例如，935nm至945nm）。这确保了系统中所有LED具有几乎相同的发射特性，这对于接收端的光学滤波器和传感器调谐的性能至关重要。

3.2 正向电压分档

LED也会在指定的测试电流下按正向电压（Vf）进行分档。将具有相似Vf值的LED分组有助于设计驱动电路，特别是当多个LED串联连接时，以确保电流分布和亮度均匀。

4. 性能曲线分析

图形数据对于理解元件在各种条件下的行为至关重要。

4.1 电流-电压（I-V）特性曲线

I-V曲线显示了正向电压与流过LED的电流之间的关系，它是非线性的。“拐点”电压是LED开始显著导通并发光的近似点。工作区域内曲线的斜率有助于确定LED的动态电阻。

4.2 温度特性

LED性能与温度相关。通常，正向电压（Vf）随着结温升高而降低。相反，发光强度或辐射功率也随着温度升高而下降。显示相对强度与结温关系以及正向电压与温度关系的图表对于设计补偿热效应的电路至关重要。

3.3 光谱分布

光谱分布图绘制了辐射功率与波长的关系。对于940nm LED，该图将在940nm处或附近显示一个主峰，并具有一定的光谱带宽（例如，半高全宽 - FWHM）。更窄的半高全宽意味着光源的单色性更好，这对于使用光学滤波器的应用可能很重要。

5. 机械与封装信息

节选提到了封装类型，但未提及具体的LED封装（例如，5mm、3mm通孔式，或0805、1206等表面贴装器件）。完整的数据手册应包含详细的机械图纸。

5.1 尺寸图

需要提供带尺寸标注的图纸，显示长度、宽度、高度、引脚间距（针对通孔式）或焊盘尺寸（针对SMD）。必须指定所有尺寸的公差。

5.2 焊盘布局设计（针对SMD）

对于表面贴装封装，会提供推荐的PCB焊盘图形（封装焊盘）。这包括铜焊盘的尺寸、形状和间距，以确保正确的焊接和机械稳定性。

5.3 极性标识

必须明确指示识别阳极和阴极的方法。对于通孔式LED，阴极通常是较短的引脚或靠近透镜平面一侧的引脚。对于SMD LED，封装上的标记（如圆点、凹口或阴影角）表示阴极。

6. 焊接与组装指南

6.1 回流焊温度曲线

对于SMD元件，需要详细的回流焊温度曲线。这包括预热温度和时间、浸润时间、峰值温度、液相线以上时间（TAL）和冷却速率。遵循此曲线可防止热冲击并确保可靠的焊点。

6.2 注意事项

一般注意事项包括：避免对LED透镜施加机械应力，操作时使用静电放电（ESD）防护（因为LED对静电放电敏感），并确保光学表面无污染。对于通孔式元件，引脚弯曲应在距离封装本体足够远的位置进行。

6.3 存储条件

LED应储存在阴凉干燥的环境中，通常在指定的温度和湿度范围内。它们通常以防潮敏感包装（带有干燥剂）提供，如果包装打开时间过长，可能需要在用前进行烘烤。

7. 包装与订购信息

PDF节选明确列出了包装要素，这是所提供内容的关键部分。

7.1 包装规格

包装层级定义如下：

防静电袋：主要容器，旨在保护元件免受静电放电（ESD）和湿气影响。
内盒：容纳多个防静电袋或元件卷盘的盒子或托盘。
外箱：包含多个内盒的主运输箱。

7.2 包装数量

必须指定每个防静电袋、每个内盒和每个外箱中LED元件的具体数量。常见数量是SMD卷盘元件的1000、2000或5000的倍数，或散装包装的特定数量。

7.3 标签信息

每个包装层级都应有一个标签，标明部件号、数量、日期代码、批号和ESD/湿敏等级（MSL）。

7.4 型号命名规则

完整的部件号通常编码了关键属性。例如，型号可能表示封装尺寸、峰值波长、视角和光通量档位。像“IR940-45D”这样的代码可能意味着红外LED、940nm、45度视角和特定的辐射强度档位‘D’。

8. 应用建议

8.1 典型应用场景

这款940nm红外LED适用于：

红外遥控器：用于电视、音响系统和机顶盒。
接近和存在传感器：用于智能手机、家电和自动水龙头。
夜视照明：与安防监控系统中的红外敏感摄像头配对使用。
光学开关和编码器：用于检测位置或旋转。
数据传输：用于符合IrDA标准的设备，进行短距离无线通信。

8.2 设计考量

驱动电路：建议使用恒流源而非带串联电阻的电压源，以实现稳定的输出，尤其是在温度变化时。驱动器的额定值必须满足LED的正向电流要求。
光学设计：LED与目标之间的透镜或盖板材料必须对940nm光透明。许多塑料是合适的，但某些类型的玻璃或有色材料可能会衰减信号。
散热：如果以高连续电流工作，请确保足够的PCB铜箔面积或使用外部散热器。
接收器匹配：光电探测器（例如，光电晶体管、光电二极管）应在940nm附近具有峰值灵敏度。与LED光谱匹配的光学滤波器可以通过阻挡环境光来提高信噪比。

9. 技术对比

与其他红外LED相比，940nm元件具有特定的优势和权衡。

与850nm红外LED对比：由于在该波长下材料效率更高，850nm LED在相同电输入下通常能提供略高的辐射输出。然而，850nm会发出在黑暗条件下可能可见的微弱红光，这对于隐蔽应用可能是不希望的。940nm几乎不可见，因此在隐蔽照明方面更胜一筹。

与可见光LED对比：主要区别在于波长。红外LED实现了对用户不可见的功能，允许实现自动操作（传感器）或控制（遥控器）等功能，而不会发出干扰性光线。

10. 常见问题解答（FAQ）

问：为什么峰值波长940nm很重要？
答：它匹配了常见硅光电探测器的高灵敏度范围，同时最大限度地减少了可见光发射，使其成为传感器和隐蔽照明应用的理想选择。

问：如何驱动这款LED？
答：使用恒流驱动电路。一个简单的实现方式是电压源加限流电阻，根据完整数据手册中LED的典型正向电压（Vf）和所需正向电流（If）计算：R = (电源电压 - Vf) / If。

问：我能看到这款LED发出的光吗？
答：940nm波长对大多数人来说在可见光谱之外。在极暗条件下，有些人可能会感知到非常深的红光，但它基本上是看不见的。然而，智能手机摄像头通常可以清晰地看到它，因为摄像头传感器对近红外光敏感。

问：防静电袋的作用是什么？
答：它保护LED免受静电放电（ESD）的损害，即使人体感觉不到放电，ESD也可能损坏半导体结。

11. 实际应用案例

案例研究1：自动皂液器。一个940nm红外LED与一个光电晶体管配对，形成一个接近传感器。LED持续发射不可见光束。当手中断光束时，检测到的光的变化会触发泵电机。940nm波长确保了操作的无缝性，且没有任何可见光指示。

案例研究2：远距离电视遥控器。在通用遥控器中使用了一组940nm LED阵列。高辐射强度（通过适当的分档和驱动电流确保）使得信号能够从宽角度和更远距离到达电视传感器。没有可见光可防止在黑暗的家庭影院中造成干扰。

12. 原理介绍

红外发光二极管（IR LED）是一种半导体p-n结二极管。当正向偏置时，来自n区的电子与来自p区的空穴在有源区复合。这种复合过程以光子（光）的形式释放能量。发射光子的特定波长由构成LED的半导体材料的带隙能量决定（对于940nm，通常使用铝镓砷 - AlGaAs）。较大的带隙导致较短的波长（更蓝的光），较小的带隙导致较长的波长（更红或红外光）。940nm的输出是通过设计半导体成分以实现此特定带隙能量的直接结果。

13. 发展趋势

红外LED领域受到对更高效率、更小封装和更高集成度需求的推动。

效率提升：研究重点在于提高内量子效率（产生光子的电子-空穴复合百分比）和光提取效率（使产生的光子从半导体材料中逸出）。这导致在相同电输入下获得更高的辐射输出，从而延长便携式设备的电池寿命。

小型化：消费电子产品向小型化发展的趋势推动了红外LED向更小的表面贴装封装（例如，0402、0201公制尺寸）发展，同时保持或提升性能。

集成解决方案：正在朝着将红外LED、光电探测器和控制逻辑集成到单个模块或芯片的方向发展。这简化了最终用户的设计，减少了PCB占用空间，并通过确保匹配的光学特性提高了系统可靠性。

新波长开发：虽然850nm和940nm占主导地位，但其他波长正在为特殊应用而开发，例如光谱学、气体传感和使用塑料光纤的光通信。

LED规格术语详解

LED技术术语完整解释

一、光电性能核心指标

术语	单位/表示	通俗解释	为什么重要
光效（Luminous Efficacy）	lm/W（流明/瓦）	每瓦电能发出的光通量，越高越节能。	直接决定灯具的能效等级与电费成本。
光通量（Luminous Flux）	lm（流明）	光源发出的总光量，俗称"亮度"。	决定灯具够不够亮。
发光角度（Viewing Angle）	°（度），如120°	光强降至一半时的角度，决定光束宽窄。	影响光照范围与均匀度。
色温（CCT）	K（开尔文），如2700K/6500K	光的颜色冷暖，低值偏黄/暖，高值偏白/冷。	决定照明氛围与适用场景。
显色指数（CRI / Ra）	无单位，0–100	光源还原物体真实颜色的能力，Ra≥80为佳。	影响色彩真实性，用于商场、美术馆等高要求场所。
色容差（SDCM）	麦克亚当椭圆步数，如"5-step"	颜色一致性的量化指标，步数越小颜色越一致。	保证同一批灯具颜色无差异。
主波长（Dominant Wavelength）	nm（纳米），如620nm（红）	彩色LED颜色对应的波长值。	决定红、黄、绿等单色LED的色相。
光谱分布（Spectral Distribution）	波长 vs. 强度曲线	显示LED发出的光在各波长的强度分布。	影响显色性与颜色品质。

二、电气参数

术语	符号	通俗解释	设计注意事项
正向电压（Forward Voltage）	Vf	LED点亮所需的最小电压，类似"启动门槛"。	驱动电源电压需≥Vf，多个LED串联时电压累加。
正向电流（Forward Current）	If	使LED正常发光的电流值。	常采用恒流驱动，电流决定亮度与寿命。
最大脉冲电流（Pulse Current）	Ifp	短时间内可承受的峰值电流，用于调光或闪光。	脉冲宽度与占空比需严格控制，否则过热损坏。
反向电压（Reverse Voltage）	Vr	LED能承受的最大反向电压，超过则可能击穿。	电路中需防止反接或电压冲击。
热阻（Thermal Resistance）	Rth（°C/W）	热量从芯片传到焊点的阻力，值越低散热越好。	高热阻需更强散热设计，否则结温升高。
静电放电耐受（ESD Immunity）	V（HBM），如1000V	抗静电打击能力，值越高越不易被静电损坏。	生产中需做好防静电措施，尤其高灵敏度LED。

三、热管理与可靠性

术语	关键指标	通俗解释	影响
结温（Junction Temperature）	Tj（°C）	LED芯片内部的实际工作温度。	每降低10°C，寿命可能延长一倍；过高导致光衰、色漂移。
光衰（Lumen Depreciation）	L70 / L80（小时）	亮度降至初始值70%或80%所需时间。	直接定义LED的"使用寿命"。
流明维持率（Lumen Maintenance）	%（如70%）	使用一段时间后剩余亮度的百分比。	表征长期使用后的亮度保持能力。
色漂移（Color Shift）	Δu′v′ 或麦克亚当椭圆	使用过程中颜色的变化程度。	影响照明场景的颜色一致性。
热老化（Thermal Aging）	材料性能下降	因长期高温导致的封装材料劣化。	可能导致亮度下降、颜色变化或开路失效。

四、封装与材料

术语	常见类型	通俗解释	特点与应用
封装类型	EMC、PPA、陶瓷	保护芯片并提供光学、热学接口的外壳材料。	EMC耐热好、成本低；陶瓷散热优、寿命长。
芯片结构	正装、倒装（Flip Chip）	芯片电极布置方式。	倒装散热更好、光效更高，适用于高功率。
荧光粉涂层	YAG、硅酸盐、氮化物	覆盖在蓝光芯片上，部分转化为黄/红光，混合成白光。	不同荧光粉影响光效、色温与显色性。
透镜/光学设计	平面、微透镜、全反射	封装表面的光学结构，控制光线分布。	决定发光角度与配光曲线。

五、质量控制与分档

术语	分档内容	通俗解释	目的
光通量分档	代码如 2G、2H	按亮度高低分组，每组有最小/最大流明值。	确保同一批产品亮度一致。
电压分档	代码如 6W、6X	按正向电压范围分组。	便于驱动电源匹配，提高系统效率。
色区分档	5-step MacAdam椭圆	按颜色坐标分组，确保颜色落在极小范围内。	保证颜色一致性，避免同一灯具内颜色不均。
色温分档	2700K、3000K等	按色温分组，每组有对应的坐标范围。	满足不同场景的色温需求。

六、测试与认证

术语	标准/测试	通俗解释	意义
LM-80	流明维持测试	在恒温条件下长期点亮，记录亮度衰减数据。	用于推算LED寿命（结合TM-21）。
TM-21	寿命推演标准	基于LM-80数据推算实际使用条件下的寿命。	提供科学的寿命预测。
IESNA标准	照明工程学会标准	涵盖光学、电气、热学测试方法。	行业公认的测试依据。
RoHS / REACH	环保认证	确保产品不含有害物质（如铅、汞）。	进入国际市场的准入条件。
ENERGY STAR / DLC	能效认证	针对照明产品的能效与性能认证。	常用于政府采购、补贴项目，提升市场竞争力。

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