LTE-3226 赤外線エミッタ データシート - 5.0mmパッケージ - 850nm波長 - 1.6V順電圧 - 120mW許容損失 - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTE-3226は、高速応答と高い光出力を必要とする用途向けに設計された高性能赤外線（IR）エミッタです。その中核的な利点は、高速動作、高い放射パワー出力、パルス駆動方式への適合性、そして精密な光学的アライメントを容易にする透明クリアパッケージにあります。このデバイスは、リモコンシステム、光スイッチ、産業用センサー、信頼性の高い赤外線信号伝送が不可欠な近距離データ通信リンクなど、関連する市場を主なターゲットとしています。

2. 詳細な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発生する可能性のあるストレスの限界を定義します。これらの限界値付近での長時間の動作は推奨されません。

• 許容損失（P_D）：120 mW。これは、周囲温度（T_A）25°Cにおける、あらゆる動作条件下でデバイスが熱として放散できる最大総電力です。
• ピーク順電流（I_FP）：1 A。この高電流は、パルス幅10 µs、パルス繰り返し周波数が毎秒300パルス（pps）を超えないという特定のパルス条件下でのみ許容されます。この定格は、高輝度・短時間の信号伝送などのアプリケーションにおいて極めて重要です。
• 連続順電流（I_F）：60 mA。これは、デバイスに連続的に印加できる最大の直流電流です。
• 逆電圧（V_R）：5 V。逆方向でこの電圧を超えると、接合部の破壊を引き起こす可能性があります。
• 動作・保管温度範囲：-40°C ～ +85°C。この広い範囲により、過酷な環境条件下での信頼性が確保されています。
• リードはんだ付け温度：パッケージ本体から1.6mmの位置で測定し、6秒間260°C。これは、組立プロセスにおける熱プロファイル耐性を定義します。

2.2 電気的・光学的特性

これらのパラメータは、T_A=25°Cで測定され、指定された試験条件下でのデバイスの代表的な性能を定義します。

• 放射強度（I_e）：主要な光出力パラメータです。代表値は、I_F=20mAで26 mW/sr、I_F=50mAで65 mW/srです。電流に伴う大幅な増加は、デバイスの高出力出力能力を示しています。
• ピーク発光波長（λ_P）：850 nm（代表値）。これにより、デバイスは近赤外線スペクトルに位置し、シリコンフォトディテクタに理想的で、より短い波長よりも人間の目には見えにくくなっています。
• スペクトル半値幅（Δλ）：40 nm（代表値）。これは、発光のスペクトル帯域幅を示します。
• 順電圧（V_F）：1.6 V（代表値）、I_F=50mAでの最大値は2.0 Vです。この低電圧は、低電力回路設計に有利です。
• 逆電流（I_R）：V_R=5Vにおいて100 µA（最大）。
• 指向角（2θ_1/2）：25度（代表値）。これは、放射強度がピーク値の半分に低下する全角であり、ビームの角度広がりを定義します。

3. 性能曲線分析

データシートには、設計の最適化に不可欠な、デバイスの動作を示すいくつかのグラフが提供されています。

3.1 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、850nmのピークを中心に特徴的な40nmの半値幅を持ちます。デバイスが意図した赤外線帯域で発光していることを確認できます。

3.2 順電流対順電圧（図3）

このIV曲線は、電流と電圧の非線形関係を示しています。50mAにおける代表的なV_F1.6Vが確認できます。設計者はこれを使用して、LEDの直列抵抗値と電力損失を計算します。

3.3 相対放射強度対順電流（図5）

このグラフは、駆動電流に伴う光出力の超線形的な増加を示しており、非常に高い瞬間輝度を達成するためのパルス高電流動作（最大1Aピーク定格まで）の使用を正当化します。

3.4 相対放射強度対周囲温度（図4）

この曲線は、光出力の負の温度係数を示しています。周囲温度が上昇すると、放射強度は減少します。これは、全温度範囲で動作する設計において、一貫した信号強度を確保するために考慮に入れる必要があります。

3.5 放射パターン図（図6）

この極座標プロットは、25度の指向角を視覚的に表し、発せられる赤外線の空間分布を示しています。レンズや反射鏡の設計、およびエミッタと検出器のアライメントを行う際に不可欠です。

4. 機械的・パッケージ情報

4.1 パッケージ寸法

LTE-3226は、透明クリアレンズを備えた標準的な5.0mmラジアルリードパッケージです。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、一般的な公差は±0.25mmです。フランジ下の樹脂突出部の最大は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。

4.2 極性識別

デバイスはパッケージ本体に平らな面があり、通常はカソード（負極）リードを示します。長いリードは通常アノード（正極）です。逆バイアスによる損傷を防ぐため、接続前に必ず極性を確認してください。

5. はんだ付け・組立ガイドライン

はんだ付け仕様の遵守は、信頼性にとって極めて重要です。絶対最大定格では、パッケージ本体から1.6mmの位置で測定した場合、リードは6秒間260°Cに耐えられると規定されています。これは、フローはんだ付けや手はんだ付けの際、熱暴露時間を最小限に抑えるべきであることを意味します。リフローはんだ付けでは、この限界内に収まるよう、ピーク温度が260°C未満のプロファイルが推奨されます。高温への長時間の暴露は、内部のエポキシ樹脂や半導体材料を劣化させる可能性があります。

6. アプリケーション提案

6.1 代表的なアプリケーションシナリオ

• 赤外線リモコン：高速性と高出力により、符号化されたデータパルスの送信に適しています。
• 光スイッチ・センサー：フォトディテクタと組み合わせて、物体検出、カウント、位置検知に使用されます。
• 産業用データリンク：電気的ノイズの多い環境における、近距離でノイズ耐性のあるシリアル通信に使用されます。
• セキュリティシステム：赤外線感応カメラ用の不可視照明光源として使用されます。

6.2 設計上の考慮点

• 電流制限：順電流を所望のレベル（例：20mA、50mA、またはパルス1A）に制限するために、常に直列抵抗または定電流ドライバを使用し、電圧源に直接接続しないでください。
• 熱管理：パッケージは120mWを放散できますが、高い連続電流での動作や高い周囲温度下では、性能と寿命を維持するために熱環境への配慮が必要になる場合があります。
• 光学設計：25度の指向角と透明パッケージにより、特定のアプリケーション向けにビームを整形するためのレンズやライトパイプとの容易な結合が可能です。
• 回路保護：回路がLEDを5Vを超える可能性のある逆電圧にさらす場合、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。

7. 技術比較・差別化

標準的な低電力IR LEDと比較して、LTE-3226の主な差別化要因は、その高速性能と高出力、特にパルス条件下でのそれです。1Aのピーク電流定格は、一般的なインジケータ用IR LEDよりも大幅に高くなっています。拡散や着色されたものとは対照的な透明パッケージは、より指向性が高く効率的なビームを提供し、焦点を絞ったアプリケーションに有利です。その850nm波長は一般的な標準であり、シリコンフォトディテクタや受信機との幅広い互換性を確保しています。

8. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: このLEDを5Vマイクロコントローラのピンで直接駆動できますか？

A: できません。一般的なマイクロコントローラのピンは50-60mAを連続的に供給できず、またLEDには電流制限が必要です。MCUピンで駆動されるトランジスタスイッチ（例：BJTまたはMOSFET）と、電源電圧とLEDのV_F.

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、ビーム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、特定の距離にある特定の表面積（cm²）に到達するパワー密度を測定します。後者は、既知の面積を持つ検出器上の信号レベルを計算する際により直接的に有用です。

Q: 25度の指向角は設計にどのように影響しますか？

A: それはビームの広がりを定義します。長距離または狭ビームのアプリケーションでは、コリメートレンズが必要になる場合があります。より広いカバレッジが必要な場合は、元の角度で十分な場合もあれば、拡散板を使用する場合もあります。

9. 実践的設計事例

シナリオ：長距離赤外線ビーコンの設計

目標：パルスビーコンの検知距離を最大化する。

設計アプローチ：

1. 駆動回路：タイマーICで制御されるMOSFETスイッチを使用して、LEDを最大定格でパルス駆動します：パルス幅10µs、低デューティサイクル（例：300ppsで<0.3%）の1Aパルス。これにより、直流動作をはるかに超えるピーク光パワーが得られます。

2. 電流設定：直列抵抗を計算します：R = (V_電源- V_F) / I_FP。5V電源で高電流時のV_F~1.8Vの場合、R = (5 - 1.8) / 1 = 3.2Ω。3.3Ω、高ワット数の抵抗を使用します。

3. 光学系：LEDに小型のコリメートレンズを組み合わせて、実効ビーム角を25度からおそらく5-10度に縮小し、発せられるパワーをより狭いビームに集中させて、遠距離での強度を増加させます。

4. 熱チェック：平均電力を計算します：P_平均= V_F* I_FP* デューティサイクル。デューティサイクル0.3%の場合、P_平均≈ 1.8V * 1A * 0.003 = 5.4mWとなり、120mWの放散限界内に十分収まり、過熱が発生しないことが保証されます。

10. 動作原理紹介

LTE-3226は発光ダイオード（LED）です。その動作は、半導体p-n接合におけるエレクトロルミネッセンスに基づいています。接合の内蔵電位（この材料では約1.6V）を超える順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。使用される特定の半導体材料（通常はアルミニウムガリウムヒ素 - AlGaAs）が、発せられる光子の波長を決定し、この場合は850nmの赤外線範囲になります。透明なエポキシパッケージはレンズとして機能し、出力ビームを整形します。

11. 技術トレンド

赤外線エミッタの分野における一般的なトレンドには以下が含まれます：

効率向上：単位電気入力電力（ワット）あたりのより多くの光パワー（ルーメンまたは放射束）を生成し、発熱とエネルギー消費を削減するための材料と構造の開発。

高速化：光通信アプリケーションでより高いデータ伝送速度をサポートするための、より高速な変調速度への最適化。

小型化：自動組立とより小さなフォームファクタのための表面実装デバイス（SMD）パッケージへの移行が進んでいますが、5mmのようなラジアルリードパッケージは、試作や特定の高出力/レガシーアプリケーションで依然として人気があります。

波長多様化：850nmと940nmが標準ですが、特定のセンシングアプリケーション（例：ガス検知、生体医療モニタリング）向けに他の波長も開発されています。LTE-3226は850nmデバイスとして、シリコン検出器との互換性により主流のコンポーネントであり続けています。