LTE-3371T 赤外線エミッタ データシート - 高出力 940nm - 順電圧 1.6V - 150mW - クリアパッケージ - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTE-3371Tは、厳しい電気的条件下でも堅牢な光出力と信頼性の高い動作を必要とするアプリケーション向けに設計された高性能赤外線（IR）エミッタです。その中核となる設計思想は、低い順電圧降下を維持しながら高い放射パワーを提供することにあり、連続駆動とパルス駆動の両方の方式において効率的です。本デバイスは940ナノメートルのピーク波長で光を放射し、これは人間の目に見えないことが望まれる、暗視システム、リモコン、光学センサーなどのアプリケーションに理想的です。

エミッタは、光取り出し効率を最大化し、広い視野角を提供する透明なクリアパッケージに収められており、均一な放射パターンを保証します。この製品は、幅広い温度と電流範囲で一貫した性能が重要な、産業、自動車、民生電子機器アプリケーションに特に適しています。

2. 詳細な技術パラメータ分析

このセクションでは、データシートに規定されている主要な電気的および光学的パラメータについて、設計エンジニアにとってのその重要性を説明しながら、詳細かつ客観的な解釈を提供します。

2.1 絶対最大定格

これらの定格は、デバイスに永久的な損傷が生じる可能性のある応力限界を定義します。通常動作を意図したものではありません。

• 許容損失 (150 mW):これは、周囲温度（T_A）25°Cにおいて、デバイスが熱として放散できる最大電力です。この限界を超えると、半導体接合部の過熱リスクがあり、加速劣化や致命的な故障につながります。設計者は、特に高連続電流で動作する場合、PCBおよび周囲環境の熱管理により接合部温度を安全限界内に保つことを確実にしなければなりません。
• ピーク順電流 (2 A @ 300pps, 10μs パルス):デバイスは非常に高い瞬時電流を扱うことができますが、特定のパルス条件（毎秒300パルス、各パルス幅10マイクロ秒）でのみです。この定格は、データが短い高電力バーストで送信される赤外線通信などのアプリケーションにおいて極めて重要です。パルス動作時の平均電流は、連続電流および許容損失の限界内に収まるように管理する必要があります。
• 連続順電流 (100 mA):規定条件下で無期限にデバイスに流すことができる最大DC電流です。この限界付近で動作するには、優れた放熱対策が必要です。
• 逆電圧 (5 V):逆バイアス方向に印加できる最大電圧です。これを超えると、破壊と即時故障を引き起こす可能性があります。直列抵抗や並列保護ダイオードなどの回路保護がしばしば必要です。
• 動作・保管温度範囲:デバイスは産業グレードの温度範囲（動作：-40°C ～ +85°C、保管：-55°C ～ +100°C）に対応しており、過酷な環境に対する堅牢性を示しています。
• リードはんだ付け温度 (260°C、5秒間):フローまたは手はんだ付けのガイドラインを提供し、パッケージ本体から1.6mmの位置でリードが曝される最大温度と時間を規定します。

2.2 電気的・光学的特性

これらのパラメータは標準試験条件（T_A=25°C）で測定され、デバイスの性能を定義します。

• 開口放射照度 (E_e) および放射強度 (I_E):これらは中核となる光出力パラメータです。E_eは電力密度（mW/cm²）を測定し、I_Eは単位立体角あたりの放射パワー（mW/sr）を測定します。両方とも順電流（I_F）20mAで試験されます。値はビニング（セクション3参照）されており、典型的な範囲は0.64-1.20 mW/cm²（ビンB）から4.0 mW/cm²（ビンG）までです。より高いビンは、著しく多くの光パワーを提供します。
• ピーク発光波長 (λ_ピーク):公称値940 nm。この波長はシリコンフォトダイオードによって効率的に検出され、ほぼ不可視であるため、隠密照明に最適です。
• スペクトル半値幅 (Δλ):約50 nm。これはスペクトル帯域幅を指定します。狭い幅はより単色性の高い光源を示し、センシングアプリケーションで環境光を除去する際に重要となる場合があります。
• 順電圧 (V_F):重要な電気効率パラメータです。典型的なV_Fは、50mAで1.6V、250mAで2.1Vです。高電流時（250mA時、最小1.65V、最大2.1V）の比較的低いV_Fは、LED自体の電力損失と発熱を低減する特長として強調されています。
• 逆電流 (I_R):逆電圧（V_R）5V時、最大100 μA。低いリーク電流が望ましいです。
• 視野角 (2θ_1/2):40度（最小）。これは放射強度が最大値（軸上）の半分に低下する全角です。40°の広い視野角は、広く均一な照明を提供し、近接センサーやエリア照明などのアプリケーションに適しています。

3. ビニングシステムの説明

LTE-3371Tは、その放射出力に対してビンBからビンGまでの厳格なビニングシステムを採用しています。このシステムは、生産ロット内の一貫性を確保し、設計者が特定の光パワー要件に合致するデバイスを選択できるようにします。

• 光パワービニング:主要なビニングパラメータは放射強度（I_E）と開口放射照度（E_e）です。例えば、ビンDデバイスの典型的なI_E範囲は8.42-16.84 mW/srであり、ビンGデバイスは30 mW/sr（最小）と定格されています。ビンGには上限が規定されておらず、生産における最高性能ユニットを表していることを示しています。
• 設計への影響:システムを設計する際、予測可能な性能を得るためにはビンコードを指定することが不可欠です。低いビンを使用すると、高いビンと同じ光出力を得るために高い駆動電流が必要となり、システム効率と熱設計に影響を与える可能性があります。コスト重視のアプリケーションでは低いビンで十分かもしれませんが、高性能システムではビンE、F、またはGが必要になります。
• 波長一貫性:データシートは単一のピーク波長（940nm）をビニングなしで規定しており、エピタキシャル成長プロセスに対する厳密な制御を示唆しており、すべてのビンで一貫したスペクトル特性をもたらします。

4. 性能曲線分析

提供されるグラフは、非標準条件下でのデバイスの挙動に関する重要な洞察を提供します。

4.1 スペクトル分布 (図1)

この曲線は、940nmでのピーク発光と約50nmのスペクトル半値幅を確認します。形状はAlGaAsベースのIRエミッタに典型的です。曲線は可視スペクトルでの発光が最小限であることを示し、その隠密性を確認しています。

4.2 順電流 vs. 周囲温度 (図2)

このデレーティング曲線は熱管理にとって極めて重要です。周囲温度が上昇するにつれて、許容される最大連続順電流が減少することを示しています。85°Cでは、許容される最大電流は25°Cでの100mA定格よりも大幅に低くなります。設計者は、アプリケーションの最悪ケースの周囲温度に対する安全な動作電流を決定するためにこのグラフを使用しなければなりません。

4.3 順電流 vs. 順電圧 (図3)

これは標準的なI-V曲線であり、指数関数的な関係を示しています。この曲線により、設計者は任意の動作電流に対する電圧降下と電力損失（V_F* I_F）を推定することができ、適切な電流制限抵抗または駆動回路の選択に不可欠です。

4.4 相対放射強度 vs. 周囲温度 (図4) および 順電流 (図5)

図4は、光出力が温度の上昇とともに減少する（負の温度係数）ことを示しており、これはLEDに共通の特性です。図5は、電流とともに出力が超線形的に増加することを示しています。出力は電流とともに増加しますが、発熱の増加により非常に高い電流では効率が低下することがよくあります。これらの曲線は、出力パワー、効率、デバイス寿命の間のトレードオフのバランスを取るのに役立ちます。

4.5 放射パターン図 (図6)

この極座標プロットは視野角を視覚的に表しています。同心円は相対強度（0から1.0）を表します。プロットは、広くほぼランバート（余弦）的な放射パターンを確認し、中心軸から約±20°（合計40°）で強度がピーク値の半分に低下します。

5. 機械的・パッケージ情報

デバイスは、透明樹脂レンズを備えた標準的なスルーホールパッケージを使用しています。データシートからの主要な寸法上の注意点は以下の通りです:

• 特に指定がない限り、すべての寸法はミリメートル単位で、標準公差は±0.25mmです。
• フランジ下での樹脂の最大突出量は1.5mm許容されており、PCBのスタンドオフおよび洗浄時に考慮する必要があります。
• リード間隔は、リードがパッケージ本体から出る点で測定され、PCBフットプリント設計にとって重要です。
• パッケージにはフランジが含まれており、はんだ付け時の機械的安定性を助け、向きの視覚的および物理的な基準を提供します。

極性識別:データシートは標準的なLED極性（通常、長いリードがアノード）を示唆しています。ただし、設計者は常に、パッケージフランジの平坦部や切り欠きなどで示されることが多い、アノード/カソードのマーキングについて特定のパッケージ図面を確認すべきです。

6. はんだ付け・組立ガイドライン

これらのガイドラインを遵守することは信頼性にとって不可欠です。

• はんだ付け:絶対最大定格は、パッケージ本体から1.6mmの位置で測定し、260°Cで最大5秒間のリードはんだ付けを規定しています。これは標準的なフローまたは手はんだ付けプロセスと互換性があります。リフローはんだ付けの場合、プラスチックパッケージや内部ダイボンドへの熱損傷を防ぐために、ピーク温度260°C以下で液相線以上の時間が制限されたプロファイルを使用する必要があります。
• 取り扱い:半導体接合部は静電気によって損傷する可能性があるため、標準的なESD（静電気放電）対策を講じる必要があります。
• 洗浄:透明樹脂パッケージは、特定の強力な溶剤に敏感な場合があります。はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、適合性を確認する必要があります。
• 保管:デバイスは、指定された温度範囲（-55°C ～ +100°C）内で、低湿度、腐食性のない環境に保管する必要があります。湿気に敏感なデバイスは、使用前にベーキングされない場合は、乾燥剤を入れた密封袋で保管する必要があります。

7. アプリケーション提案

7.1 典型的なアプリケーションシナリオ

• CCTV/暗視用赤外線照明:これらのエミッタをアレイ状に配置することで、赤外線感度センサーを備えた防犯カメラ用の隠密照明を提供できます。
• 近接・存在検知:フォト検出器と組み合わせて、エミッタは非接触スイッチ、物体検知、液面検知などに使用できます。
• 光データ伝送:高いパルス電流耐性のため、短距離、低データレートの赤外線通信リンク（例：リモコン、産業用遠隔測定）に適しています。
• 産業オートメーション:光学エンコーダ、生産ライン上の物体計数、ビームブレークセンサーなどに使用されます。

7.2 設計上の考慮事項

• 電流駆動:LEDは電流駆動デバイスです。常に定電流源または電圧源と直列に電流制限抵抗を使用してください。抵抗値は R = (V_電源- V_F) / I_F で計算されます。すべての条件下で電流が所望の値を超えないようにするために、データシートの最大V_Fを使用してください。
• 熱管理:高電流（例：>50mA）での連続動作の場合、電力損失（P_D= V_F* I_F）を考慮してください。PCBがリードから熱を逃がすための十分な銅面積（サーマルパッド）を持つことを確認してください。デレーティング曲線（図2）を参照してください。
• 光学設計:広い視野角は、長距離アプリケーションで光を平行にするためにレンズや反射板を必要とする場合があります。拡散照明には、広い角度が有利です。
• 電気的保護:突入電流を制限するためにLEDと直列に小さな値の抵抗を追加し、駆動回路が逆電圧を誘導する可能性がある場合はLEDに並列に逆バイアス保護ダイオードを追加することを検討してください。

8. 技術比較・差別化

その仕様に基づき、LTE-3371Tはいくつかの主要な分野で差別化されています:

• 高電流耐性:2Aのピークパルス電流定格は、このパッケージスタイルのデバイスとしては特に高く、長距離センシングや通信に理想的な非常に明るい短時間パルスを可能にします。
• 低順電圧:50mA時の典型的なV_F1.6Vは、高出力IRエミッタとしては比較的低い値です。これは、より高いV_F.
• を持つデバイスと比較して、所定の光出力に対して、より高い電気効率と少ない廃熱に直接つながります。広視野角とクリアパッケージ:
• この組み合わせにより、着色パッケージの拡散効果なしに均一で高効率な光出力が提供され、供給される全光束を最大化します。産業用温度定格:

-40°C ～ +85°Cの動作範囲は、標準的な民生グレード部品では故障する可能性のある自動車および屋外アプリケーションに適しています。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

9.1 このLEDを5Vマイクロコントローラのピンから直接駆動できますか？いいえ、直接はできません。_FマイクロコントローラのGPIOピンは通常、限られた電流（例：20-40mA）しか供給できず、必要な電圧マージンを提供できません。駆動回路を使用する必要があります。最も簡単な方法は直列抵抗です：5V電源で目標I_F50mAの場合、最大V²1.6Vを使用すると、R = (5V - 1.6V) / 0.05A = 68Ω。抵抗の電力定格は P = I²R = (0.05)

* 68 = 0.17Wであるため、1/4W抵抗で十分です。

9.2 放射強度（mW/sr）と開口放射照度（mW/cm²）の違いは何ですか？_E)放射強度（Iは、光源が特定の方向（通常は軸上）に単位立体角あたり放射する光パワーの量を測定します。ビームの集中度を記述します。_e)開口放射照度（E_Eは、特定の距離、通常はビームに垂直に配置された検出器の有効面積上で測定される電力密度（単位面積あたりのパワー）です。所与のLEDに対して、これらは関連していますが、I_eは光源自体を特徴付けるためにより基本的であり、E

は特定の検出器上の信号を計算するためにより実用的です。

9.3 なぜ光出力は温度の上昇とともに減少するのですか？（図4）

これはいくつかの半導体物理現象によるものです。主に、温度の上昇はLEDの活性領域内での非放射再結合事象の確率を高めます。再結合する電子-正孔対からのエネルギーは光子（光）を生成する代わりに、格子振動（熱）に変換されます。これにより、デバイスの内部量子効率が低下します。さらに、ピーク発光波長は温度とともにわずかにシフトする可能性があります。

10. 実践的設計ケーススタディシナリオ:

• 物体の存在を検知する短距離（1メートル）赤外線近接センサーの設計。エミッタ駆動:_{LTE-3371T（良好な出力のためビンD）を使用します。MOSFETスイッチを介して5V電源から、100msごとに100mA、1msのパルス（デューティサイクル1%）で駆動します。平均電流は1mAで、限界内です。直列抵抗として (5V - 2.1V}最大
• )/0.1A ≈ 30Ω が必要です。検出器:
• スペクトル応答のピークが940nm付近にあるシリコンフォトトランジスタまたはフォトダイオードを使用します。直接結合を避けるために、エミッタから数センチメートル離して配置します。光学系:
• LTE-3371Tの40°の広い視野角は、センサーペアの前に拡散した光のカーテンを作り出すのに最適です。この短距離拡散アプリケーションでは追加のレンズは必要ありません。信号処理:

検出器の出力は、ベースラインレベル（環境光）と、発光パルスが近くの物体から反射されたときのスパイクを示します。同期検出回路（1msパルス中のみ信号を探す）を使用すると、環境光ノイズに対する耐性を大幅に向上させることができます。

11. 動作原理

LTE-3371Tは半導体発光ダイオード（LED）です。その動作は、アルミニウムガリウムヒ素（AlGaAs）などの直接遷移型半導体材料におけるエレクトロルミネッセンスに基づいています。順電圧が印加されると、電子がn型領域から、正孔がp型領域から活性領域（p-n接合）に注入されます。これらの電荷キャリアが再結合し、エネルギーを放出します。AlGaAsのような直接遷移型材料では、このエネルギーは主に光子（光）として放出されます。940nmという特定の波長は、活性層で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、これはエピタキシャル成長プロセス中に設計されます。透明なエポキシパッケージは、半導体ダイを保護し、リードに機械的支持を提供し、放射される光出力を形成するレンズとして機能します。

12. 技術トレンド

• 赤外線エミッタ技術は、より広範なオプトエレクトロニクスのトレンドとともに進化し続けています。開発の主要分野は以下の通りです:高出力密度と高効率化:
• エピタキシャル成長とチップ設計の継続的な改善により、所与のチップサイズからより多くの光パワーを取り出しつつ順電圧を最小化し、ルーメン毎ワット（または電気ワットから光ワットへの）効率を直接向上させることを目指しています。先進的なパッケージング:
• トレンドには、改善された熱性能（例：チップオンボードまたはCOB設計）を備えた表面実装デバイス（SMD）パッケージが含まれ、より高い連続動作電流とより良い信頼性を可能にします。また、特定のビームパターンのための集積レンズや拡散板を備えたパッケージの開発も進んでいます。多波長およびVCSEL:
• 飛行時間（ToF）やLiDARなどのセンシングアプリケーションでは、垂直共振器面発光レーザー（VCSEL）が大きく成長しており、従来のLTE-3371TのようなLEDエミッタよりも狭いスペクトル幅、高速変調速度、低い発散角を提供します。ただし、LEDは多くのアプリケーションにおいて依然として非常にコスト効率が高く信頼性があります。ドライバとの統合:

よりスマートなコンポーネントへのトレンドがあり、一部のエミッタはパッケージ内に単純な駆動回路や保護機能（ESDダイオードなど）を統合しています。_FLTE-3371Tは、高電流パルス耐性、低V