LTE-3271T 赤外線LEDエミッタ データシート - 940nm波長 - 高電流・低順電圧 - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTE-3271Tは、堅牢な光出力を必要とするアプリケーション向けに設計された高電力赤外線（IR）発光ダイオード（LED）です。その中核的な利点は、比較的低い順方向電圧降下を維持しながら高駆動電流を扱うための特殊な構造にあり、電力に敏感な設計において高い効率性に貢献します。このエミッタは940ナノメートルのピーク波長で動作し、近赤外線スペクトルに位置します。これは、近接センサー、光スイッチ、リモコンシステムなど、可視光の発光が望ましくないアプリケーションに理想的です。本デバイスは広い視野角を特徴とし、エリア照明やセンシングに適した広く均一な放射パターンを保証します。

2. 詳細技術パラメータ分析

2.1 絶対最大定格

本デバイスの最大連続順電流（I_F）定格は100 mAです。ただし、パルス動作時には大幅に高いピーク電流を扱うことが可能で、300パルス/秒のレートで10マイクロ秒のパルス幅において2アンペアの定格を持ちます。これは、データ伝送やバーストモードセンシングなどのパルスアプリケーションへの適合性を強調しています。最大許容損失は150 mWです。動作温度範囲および保存温度範囲はそれぞれ-40°Cから+85°C、-55°Cから+100°Cと規定されており、広範な環境条件下での堅牢な性能を示しています。本デバイスは最大5ボルトまでの逆電圧（V_R）に耐えることができます。

2.2 電気的・光学的特性

主要な性能パラメータは周囲温度（T_A）25°Cで測定されます。本デバイスは放射出力に基づくビニングシステムを特徴とします：

• ビンB：開口放射照度（E_e） 0.64 - 1.20 mW/cm²； 放射強度（I_E） 4.81 - 9.02 mW/sr（I_F=20mA時）。
• ビンC： E_e0.80 - 1.68 mW/cm²；I_E6.02 - 12.63 mW/sr。
• ビンD： E_e1.12 mW/cm²（最小）；I_E8.42 mW/sr（最小）。

順方向電圧（V_F）は、50mA時で典型的に1.6V、250mA時で2.1Vであり、低電圧動作特性を確認しています。ピーク発光波長は940 nmを中心とし、典型的なスペクトル半値幅（Δλ）は50 nmです。視野角（2θ_1/2）は50度であり、放射強度が最大値の少なくとも半分である範囲の円錐角を定義します。

3. ビニングシステムの説明

本製品は放射出力に基づく性能ビニングシステムを採用しています。このシステムは、標準テスト電流20mAにおける測定された光出力（放射強度および開口放射照度）に従ってデバイスをグループ分けします。ビンB、C、Dは異なる階層の光出力を表し、ビンDが最も高い最小保証出力を提供します。これにより、設計者はペアとなる検出器の感度要件やアプリケーションの照明ニーズに正確に一致する部品を選択でき、一貫したシステム性能を確保できます。

4. 性能曲線分析

データシートにはいくつかの特性グラフが提供されています。図1はスペクトル分布を示し、940nm付近の狭い発光帯域を図示しています。図2は順電流対周囲温度のデレーティング曲線を描き、過熱を防ぐために最大許容連続電流が周囲温度の上昇とともにどのように減少するかを示しています。図3は標準的な電流-電圧（I-V）曲線であり、順電流と順電圧の関係を示しています。図4は相対放射強度が周囲温度の上昇とともにどのように減少するかを示しています。図5は相対放射強度が順電流の増加とともにどのように増加するかを示し、デバイスの出力スケーラビリティを実証しています。図6は放射指向性図であり、50度の視野角を視覚的に表す極座標プロットです。図7はピーク順電流対パルス幅を詳細に示し、所定のパルス幅とデューティサイクルに対する最大許容電流を示すことで、安全なパルス駆動回路の設計に不可欠なデータを提供します。

5. 機械的仕様・パッケージ情報

本デバイスはフランジ付きの標準LEDパッケージで提供されます。主要な寸法上の注意点は以下の通りです：すべての寸法はミリメートル単位であり、特に指定がない限り一般的な公差は±0.25mmです。フランジ下の樹脂の最大突出量は1.5mmです。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ます。データシートの具体的な寸法図が、正確な長さ、幅、高さ、リード径、および位置を定義しています。

6. はんだ付け・実装ガイドライン

絶対最大定格では、リードはパッケージ本体から1.6mm（0.063インチ）の距離で測定して、260°Cの温度で5秒間はんだ付け可能と規定されています。これは、フローはんだ付けやリフローはんだ付けプロセスにおける重要なパラメータです。この温度や時間を超えると、内部の半導体ダイやパッケージの完全性が損なわれる可能性があります。取り扱いおよび実装時には、標準的なESD（静電気放電）対策を遵守する必要があります。

7. アプリケーション推奨事項

7.1 代表的なアプリケーションシナリオ

LTE-3271Tは、以下のような様々な赤外線アプリケーションに適しています：家電製品向け赤外線リモコンユニット、家電製品やセキュリティシステムにおける近接・存在センサー、産業機器における光スイッチおよびエンコーダー、自動化における物体検出、および赤外線感応カメラと組み合わせたナイトビジョン照明。

7.2 設計上の考慮点

• 電流駆動：LEDの強度は主に電流に依存するため、安定した光出力には定電流源の使用が推奨されます。駆動回路は、連続電流とパルス電流の両方の制限を遵守する必要があります。
• 熱管理：本デバイスは広い動作範囲を持ちますが、接合温度を低く保つことは、より長い寿命と安定した出力を確保します。高デューティサイクルまたは高電流アプリケーションでは、放熱対策を検討してください。
• 光学設計：50度の視野角は、レンズやハウジングの設計に考慮する必要があります。長距離アプリケーションでは、ビームを平行にするために二次レンズが必要になる場合があります。
• 検出器との組み合わせ：最適なシステム性能を得るために、選択した光検出器またはセンサーが940nm領域に感度を持つことを確認してください。

8. 技術比較・差別化

標準的な低電流IR LEDと比較して、LTE-3271Tの主な差別化要因は、その高電流駆動能力（最大2Aパルス）と低順電圧です。この組み合わせにより、所定の電源電圧からより高い光出力を供給でき、効率が向上します。放射強度に対する明示的なビニングは保証された性能レベルを提供し、出力が大きく変動する可能性のある非ビニング部品に比べて利点があります。広い視野角は、狭いビームではなく広いカバレッジを必要とするアプリケーションに有益です。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: このLEDを5Vのマイクロコントローラピンから直接駆動できますか？

A: できません。マイクロコントローラピンは通常、100mAを連続的に供給できません。トランジスタまたは専用の駆動回路を使用する必要があります。さらに、LEDの低順電圧のため、5Vに直接接続すると過剰な電流が流れるため、電流制限抵抗を含める必要があります。

Q: 放射強度（mW/sr）と開口放射照度（mW/cm²）の違いは何ですか？

A: 放射強度は単位立体角（ステラジアン）あたりの光パワーを測定し、光がどれだけ集中しているかを記述します。開口放射照度は、特定の距離/位置における単位面積あたりのパワーを測定し、センサーに関連することが多いです。両者は幾何学と放射パターンを通じて関連しています。

Q: ビンB、C、Dの間でどのように選択すればよいですか？

A: 受信回路の感度と必要な動作距離に基づいて選択してください。ビンDは最大範囲または信号強度のために最も高い保証出力を提供します。要求が厳しくないアプリケーションでは、ビンBまたはCが十分であり、コスト効果的です。

10. 実践的設計事例

事例：長距離近接センサーの設計

2メートルの範囲を必要とするセンサーの場合、設計者は最大出力を得るためにビンDのLTE-3271Tを選択します。図7に示すように、低デューティサイクル（例：1%）で非常に短いパルス（例：10μs）で最大定格2Aで動作するパルス駆動回路を設計します。これにより、平均損失電力制限を超えることなく、検出器での信号対雑音比を向上させるための高い瞬間光出力が供給されます。エミッタの上にはレンズが配置され、本来の50度からおそらく10-15度にビームを絞り、2メートルの目標領域にエネルギーを集中させます。ペアとなる光検出器には、940nmを中心とする狭帯域フィルターが搭載され、環境光を除去します。

11. 動作原理の紹介

赤外線発光ダイオード（IR LED）は、半導体p-n接合ダイオードです。順方向電圧が印加されると、n領域からの電子とp領域からの正孔が活性領域に注入されます。これらの電荷キャリアが再結合すると、光子（光）の形でエネルギーを放出します。940nmという特定の波長は、ダイオードの構造に使用される半導体材料（通常はアルミニウムガリウムヒ素、AlGaAs）のバンドギャップエネルギーによって決定されます。広い視野角は、パッケージ設計とエポキシレンズに対する半導体チップの配置の結果です。

12. 技術トレンド

IRエミッタ技術のトレンドは、より高い効率（電気入力ワットあたりのより多くの光出力）に向かって続いており、発熱と消費電力を削減します。また、IrDAや光無線ネットワークなどのデータ通信アプリケーション向けの高速変調能力の開発も進んでいます。統合は別のトレンドであり、エミッタがドライバー、センサー、またはロジックと組み合わされて単一モジュールまたはICになり、システム設計を簡素化します。基本的な動作原理は半導体物理学に基づいていますが、材料（新しいIII-V族化合物など）とパッケージング技術の進歩が性能向上を推進しています。