LTE-5228A 赤外線エミッタ データシート - 高電流・低順電圧・940nm波長 - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTE-5228A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出力赤外線（IR）発光ダイオード（LED）です。その中核的な利点は、比較的低い順電圧を維持しながら高電流駆動能力のために設計された点にあり、パルス動作および連続動作において効率的です。本デバイスは、発光する不可視光の吸収を最小限に抑えるIRエミッタに典型的な、透明なハウジングにパッケージングされています。主なターゲット市場は、信頼性の高い不可視光源が重要な、産業オートメーション、セキュリティシステム（監視カメラ照明など）、光学センサー、リモコンなどです。

2. 詳細技術パラメータ分析

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限界を定義します。LTE-5228Aは最大150mWの電力を消費できます。そのピーク順電流定格は2アンペアと非常に高く設定されていますが、これは特定のパルス条件（パルス幅10マイクロ秒、毎秒300パルス）でのみ許容されます。連続順電流定格は、より一般的な100mAです。デバイスは最大5Vの逆電圧に耐えることができます。動作および保管温度範囲はそれぞれ-40°Cから+85°C、-55°Cから+100°Cであり、過酷な環境への適合性を示しています。リードはんだ付け温度は、パッケージ本体から1.6mmの距離で5秒間260°Cと規定されており、これは組立工程における重要なパラメータです。

2.2 電気・光学特性

これらのパラメータは、周囲温度25°C、順電流（I_F）20mAの標準試験条件で測定されます。主要な光出力は2つの方法で定義されています：開口放射照度（E_e、単位mW/cm²）と放射強度（I_E、単位mW/sr）です。両パラメータはビニングされており、製造後に性能グループ（BIN A、B、C、D）に仕分けされ、BIN Dが最高出力を表します。ピーク発光波長（λ_ピーク）は典型的に940nmであり、近赤外線スペクトルに位置します。スペクトル半値幅（Δλ）は50nmであり、発光のスペクトル帯域幅を示します。電気的特性では、順電圧（V_F）は20mA時に1.2Vから1.6Vの間であり、低電圧動作の主張を裏付けています。逆電流（I_R）は、5V逆バイアス時に最大100µAです。視野角（2θ_1/2）は40度であり、放射強度がピーク値の少なくとも半分となる角度範囲を定義します。

3. ビニングシステムの説明

本データシートでは、放射出力に対して明確に性能ビニングシステムが採用されています。デバイスは、I_F=20mAにおける測定された開口放射照度と放射強度に基づき、4つのビン（A、B、C、D）にテスト・分類されます。BIN Aは低出力範囲を、BIN Dは保証される最高出力を表します。このシステムにより、メーカーは一貫した性能レベルを提供でき、設計者はアプリケーションの感度や距離要件を正確に満たすビンを選択することが可能になります。この特定の型番では、電圧や波長のビニングは示されておらず、順電圧とピーク波長はビンコードなしの典型的/最大範囲として記載されています。

4. 性能曲線分析

データシートには、様々な条件下でのデバイスの挙動を示すいくつかのグラフが提供されています。

4.1 スペクトル分布 (図1)

この曲線は、波長の関数としての相対放射強度を示しています。940nmでのピークと約50nmのスペクトル半値幅を確認できます。形状はAlGaAsベースのIR LEDに典型的なものです。

4.2 順電流 vs. 周囲温度 (図2)

このデレーティング曲線は、周囲温度が上昇するにつれて最大許容連続順電流が減少する様子を示しています。接合温度が安全限界を超えないようにするための熱設計において、これは極めて重要です。

4.3 順電流 vs. 順電圧 (図3)

これは標準的なI-V（電流-電圧）特性曲線です。電圧が電流の増加とともに上昇する指数関数的な関係を示しています。この曲線により、設計者は所望の動作電流に必要な駆動電圧を決定できます。

4.4 相対放射強度 vs. 周囲温度 (図4) & vs. 順電流 (図5)

図4は光出力の温度依存性を示し、一般的に温度上昇に伴い効率が低下することを示しています。図5は、光出力が順電流とともにどのように増加するかを示し、特に高電流では発熱により効率が低下する可能性があるため、非線形の関係を強調しています。

4.5 放射パターン図 (図6)

この極座標プロットは、発光の空間分布を視覚的に表し、40度の視野角を確認できます。図は、中心軸（0°）からの異なる角度における相対強度を示しています。

5. 機械的仕様・パッケージ情報

パッケージはフランジ付きの標準LEDスタイルです。主要寸法には、リードがパッケージ本体から出る部分で測定されるリード間隔が含まれます。フランジ下の樹脂の最大突出量は1.5mmであることが注記されています。パッケージは透明と記述されており、IR発光に最適です。極性は通常、長いリードがアノード（+）、および/またはカソード（-）リード近くのパッケージリムの平坦部で示されますが、この具体的なマーキングは提供されたテキストでは詳細に記述されていません。寸法図（本文中で参照されているが提供されていない）には、正確な長さ、幅、高さが示されています。

6. はんだ付け・実装ガイドライン

提供されている主なガイドラインは、リードはんだ付けの絶対最大定格です：パッケージ本体から1.6mm（0.063インチ）の位置で測定し、5秒間260°C。これはフローはんだ付けや手はんだ付け工程における重要なパラメータです。これを超えると、内部のダイボンドやエポキシパッケージが損傷する可能性があります。リフローはんだ付けでは、ピーク温度260°C未満で、使用するはんだペーストに合わせた液相線以上の時間を持つプロファイルを使用する必要があります。一般的に、取り扱い中にリードに過度の機械的ストレスをかけないようにすることが推奨されます。保管条件は、湿気の吸収を防ぐために、乾燥した環境で規定の範囲-55°Cから+100°Cに従うべきです。

7. アプリケーション提案

7.1 代表的なアプリケーション例

• 赤外線照明：低照度または無照度環境での監視カメラ用。
• 光学センサー：近接センサー、物体検出、ライントレースロボットなどの光源として。
• リモコン：テレビ、エアコンなどに符号化された信号を送信するため。
• 産業用データリンク：電気的ノイズの多い環境での短距離・自由空間光通信。
• 生体認証センサー：心拍数モニタリングや指紋認証システムの一部として。

7.2 設計上の考慮点

• 電流制限：特に低いV_Fは電圧源から過剰な電流を引きやすくするため、最大連続電流を超えないように、常に直列抵抗または定電流ドライバを使用してください。
• 放熱対策：最大電流付近での連続動作では、熱経路を考慮してください。フランジは、熱ビア付きPCBやヒートシンクへの取り付けに使用できます。
• パルス動作：非常に高いピーク出力（より長い距離用）を得るには、パルスモード仕様（2Aピーク）を使用してください。駆動回路が必要な短い高電流パルスを供給できることを確認してください。
• 光学設計：アプリケーションの必要に応じて40度のビームを平行化または整形するために、適切なレンズまたは反射鏡と組み合わせてください。透明パッケージは二次光学系との互換性があります。
• ESD保護：明示されていませんが、IR LEDは静電気放電（ESD）に敏感な場合があります。取り扱いおよび回路設計において標準的なESD対策を実施することが推奨されます。

8. 技術比較・差別化

標準的な低出力IR LEDと比較して、LTE-5228Aの主な差別化要因は、その高電流駆動能力（100mA連続、2Aパルス）と比較的低い順電圧です。この組み合わせにより、過剰な電圧降下による比例的に高い電力損失なしに、より高い放射出力が可能になります。広い40度の視野角は、一部の集光型IRエミッタよりも広く、長距離スポット照射ではなく、エリアカバレッジのためのより均一な照明を提供します。透明パッケージは、可視LEDに使用される着色パッケージと比較して、940nmの光に対してより高い透過効率を提供します。

9. よくある質問 (技術パラメータに基づく)

Q: このLEDを3.3Vまたは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。低い順電圧（20mA時最大1.6V）は、直接接続すると過剰電流によりLEDを破壊し、場合によってはマイクロコントローラピンも損傷する可能性があることを意味します。電流制限抵抗または駆動回路が必須です。

Q: 開口放射照度と放射強度の違いは何ですか？

A: 開口放射照度（E_e）は、LEDに近接して垂直に置かれた表面に到達するパワー密度（mW/cm²）です。放射強度（I_E）は単位立体角あたりの放射パワー（mW/sr）であり、光源の固有の指向性を記述します。I_Eは距離のある場所での照度計算により有用です。

Q: 正しいBINをどのように選択すればよいですか？

A: システムの感度に基づいて選択してください。受信機が最小信号レベルを必要とする場合、動作電流と距離でそのレベルを保証するBINを選択します。より高いBIN（C、D）はより大きな出力マージンを提供します。

Q: ヒートシンクは必要ですか？

A: 動作電流と周囲温度によります。最大連続電流（100mA）かつ周囲温度が高い場合、消費電力（P = V_F* I_F）は160mWに近づき、絶対最大消費電力150mWを超えます。したがって、フルパワーでの連続動作では、PCBの銅面積やヒートシンクによる熱管理が必要です。パルス動作またはより低い電流では、必要ない場合があります。

10. 実用例

長距離パッシブ赤外線（PIR）モーションセンサーアクチベータの設計：PIRモーションセンサーはしばしば距離が限られています。夜間の検知距離を延ばすために、IRイルミネーターが使用できます。このアプリケーションでは、LTE-5228Aはパルスモードで駆動されます。平均電力を低く保つために低デューティサイクル（例：1%）で1Aパルス（最大2A以内）を供給する回路が設計されます。この高いピーク電流は非常に高い瞬間的な光出力を生成し、20-30メートルの距離にあるシーンを効果的に照らします。広い40度の角度は、センサー前方の広いエリアをカバーします。透明パッケージは最大のエネルギーが外部に投射されることを保証します。設計者は最大距離を得るためにBIN DのLEDを選択し、デレーティング曲線を使用して、屋外筐体内でのデバイス温度が安定していることを確認します。

11. 動作原理

LTE-5228Aは半導体p-n接合ダイオードです。バンドギャップエネルギーを超える順方向電圧が印加されると、活性領域で電子と正孔が再結合し、光子の形でエネルギーを放出します。特定の材料組成（通常はアルミニウムガリウムヒ素 - AlGaAs）がバンドギャップエネルギーを決定し、これは940nmの赤外線波長に対応します。透明なエポキシパッケージは半導体チップを封止し、機械的保護を提供し、出力ビームを整形するレンズとして機能します。放射出力は、順電流によって制御されるキャリア再結合の速度に直接比例します。

12. 技術トレンド

赤外線エミッタ技術は、可視LED技術とともに進化を続けています。トレンドには以下が含まれます：

効率向上：単位入力電力あたりより多くの光子を取り出すための新しい半導体材料と構造（例：多重量子井戸）の開発により、発熱を低減。

高出力密度化：より高い駆動電流を扱い、より効果的に放熱するためのパッケージング改善により、同等またはそれ以上の出力を持つ小型デバイスを実現。

統合ソリューション：IRエミッタとドライバIC、フォトダイオード、さらにはマイクロコントローラを単一モジュールに統合し、センサーアプリケーションでの設計を簡素化。

波長多様化：940nmは一般的（不可視、シリコン検出器に適している）ですが、850nm（わずかに可視の赤い発光）や1050nmなどの他の波長は、視線追跡やより長い大気透過などの特定のアプリケーションに使用されます。

LTE-5228Aは、この分野における成熟した高信頼性コンポーネントであり、最先端の効率性よりも、過酷な条件下での堅牢な性能に最適化されています。