赤外線発光ダイオード LTE-4238 データシート - 波長880nm - 順電流100mA - 許容損失150mW - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTE-4238は、信頼性の高い強力な赤外線照明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。その主な機能は、ピーク波長880ナノメートルの不可視光を放射することで、センシング、リモートコントロール、光スイッチングシステムに適しています。主要な特徴は、特定のシリーズのフォトトランジスタとの機械的・スペクトル的マッチングであり、正確な信号伝送のための受信機・発信機ペアにおいて最適な性能を保証します。

2. 詳細技術パラメータ分析

2.1 絶対最大定格

本デバイスは、長寿命と信頼性を確保するために、厳格な環境的・電気的制限内での動作が定格されています。最大連続順電流は100 mAで、パルス条件下（300 pps、10 µsパルス幅）では2 Aのピーク順電流能力があります。最大許容損失は、周囲温度（T_A）25°Cにおいて150 mWです。動作温度範囲は-40°Cから+85°C、保管温度範囲は-55°Cから+100°Cです。デバイスは最大5 Vの逆電圧に耐えることができます。組立時には、リード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秒間はんだ付け可能です。

2.2 電気的・光学的特性

主要な性能パラメータは、T_A=25°C、順電流（I_F）20 mAで規定されています。放射強度（I_E）は、典型的に4.81 mW/srであり、単位立体角あたりの光出力を示します。開口放射照度（E_e）は0.64 mW/cm²です。順電圧（V_F）は典型的に1.3Vから1.8Vの範囲です。スペクトル特性は、ピーク発光波長（λ_ピーク）880 nmとスペクトル半値幅（Δλ）50 nmによって定義され、放射される光帯域の狭さを示します。逆電流（I_R）は、逆電圧（V_R）5Vにおいて最大100 µAです。指向角（2θ_1/2）は20度で、放射強度がピーク値の半分に低下する放射の角度広がりを表します。

3. 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は、波長の関数としての相対放射強度を示しています。曲線は880 nmを中心とし、典型的な半値幅は50 nmであり、フィルタリングや精密検出に適したIR出力の単色性を確認できます。

3.2 順電流 vs. 周囲温度

図2は、周囲温度の上昇に伴う最大許容順電流のデレーティングを示しています。このグラフは熱設計において重要であり、あらゆる環境条件下でデバイスが安全動作領域（SOA）内で動作することを保証します。

3.3 順電流 vs. 順電圧

図3は、ダイオードのIV（電流-電圧）特性を示しています。この非線形関係は、駆動回路を設計し、特定の動作電流を達成するために必要な電圧を決定する上で不可欠です。

3.4 相対放射強度 vs. 周囲温度 & 順電流

図4と図5は、光出力が温度と駆動電流とともにどのように変化するかを示しています。出力は一般的に温度の上昇とともに減少し（図4）、順電流とともに超線形的に増加します（図5）。これは、出力、効率、熱負荷の間のトレードオフを強調しています。

3.5 放射パターン

図6は、放射光の空間分布を示す極座標図です。20度の指向角が確認され、指向性照明アプリケーションに有利な、比較的集中したビームプロファイルを示しています。

4. 機械的・パッケージ情報

4.1 パッケージ寸法

本デバイスはフランジ付きの標準LEDパッケージを使用しています。主要寸法には、本体サイズ、リード間隔、樹脂突出限界が含まれます。特に指定がない限り、すべての寸法は標準公差±0.25mmでミリメートル単位で提供されます。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ます。フランジ下の最大樹脂突出は1.0mmまで許容されます。エンジニアは、プリント基板（PCB）上の正確な配置とフットプリント設計のために、詳細な機械図面（PDF内に示唆）を参照する必要があります。

4.2 極性識別

標準的なLEDの極性規則が適用され、通常はパッケージの平らな面や異なる長さのリード（アノードがカソードより長い）によって示されます。組立時に逆バイアス損傷を防ぎ、正しい向きを確保するためには、パッケージ図面から具体的なマーキングを確認する必要があります。

5. はんだ付け・組立ガイドライン

リードはんだ付け温度の絶対最大定格は、パッケージ本体から1.6mm（0.063インチ）の位置で測定し、260°Cで5秒間です。この定格は、標準的な無鉛リフローはんだ付けプロファイル（例：IPC/JEDEC J-STD-020）と互換性があります。内部の半導体ダイ、ワイヤーボンディング、またはエポキシレンズ材料への熱損傷を防ぐため、この制限を遵守することが重要です。熱衝撃を最小限に抑えるために、予熱が推奨されます。デバイスは、メーカーの取り扱い説明書から得られるべき湿気感受性レベル（MSL）ガイドラインに従って、乾燥した管理された環境で保管する必要があります。

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

このIRエミッタは、以下のアプリケーションに理想的です：光学エンコーダおよび位置センサー、赤外線リモコン送信機、物体検出および近接センシング、産業オートメーション用ライトカーテン、光データ伝送リンク。特定のフォトトランジスタとのマッチングにより、アライメントとスペクトル応答が重要な反射型または透過型フォトカプラ設計において特に価値があります。

6.2 設計上の考慮事項

駆動回路：電圧源で駆動する場合、所望のI_Fを設定し、熱暴走を防ぐために、電流制限抵抗が必須です。抵抗値は R = (V_電源- V_F) / I_F を使用して計算されます。高ピーク電流（最大2A）でのパルス動作には、パルスジェネレータで駆動されるトランジスタスイッチ（例：MOSFET）が必要です。
熱管理：150 mWの許容損失制限を遵守する必要があります。高い周囲温度または高い連続電流では、接合温度が上昇し、出力強度とデバイスの寿命が低下する可能性があります。適切な熱放散のための十分な銅面積を持つPCBレイアウトが必要になる場合があります。
光学設計：20度の指向角は集中ビームを提供します。より広いカバレッジが必要な場合は、拡散レンズが必要になることがあります。マッチングされた光検出器との最大結合効率を得るためには、適切な機械的アライメントを確保し、周囲のIRノイズ源（太陽光、白熱電球）を考慮する必要があります。

7. 技術比較・差別化

LTE-4238の主な差別化要因は、その高い放射強度（典型的に4.81 mW/sr）と、コンパニオンフォトトランジスタとのマッチング性能のための特定の選別にあります。一般的なIR LEDと比較して、この事前選別により、ペアの光電子システムにおいてより厳密な公差が保証され、より一貫した感度、低いクロストーク、改善された信号対雑音比が得られます。880 nm波長は一般的な標準であり、シリコンフォト検出器の感度と、940 nm光源と比較して低い可視性との間の良好なバランスを提供します。

8. よくある質問 (FAQ)

Q: 連続電流が100mAしかないのに、ピーク順電流定格（2A）の目的は何ですか？
A: ピーク定格により、非常に短い高電流パルスが可能になります。これは、リモコンやデータ伝送などのアプリケーションで、距離や速度のために高い瞬間光出力が必要だが、平均電力（および熱）は低いままである場合に不可欠です。

Q: 周囲温度は性能にどのように影響しますか？
A: 温度が上昇すると、順電圧は通常わずかに減少し、放射出力は減少し（図4に示す通り）、最大許容連続電流はデレーティングする必要があります（図2）。設計ではこれらの変動を考慮する必要があります。

Q: マイクロコントローラのGPIOピンから直接このLEDを駆動できますか？
A: 可能ですが、注意が必要です。GPIOピンは20-50mAを供給する場合があります。所望のI_F（例：20mA）に電流を制限するために直列抵抗を使用し、総電流がマイクロコントローラのピンおよびパッケージの制限を超えないようにする必要があります。より高い電流やパルスの場合は、外部駆動トランジスタが必要です。

Q: スペクトルマッチングとはどういう意味ですか？
A: このIR LEDの発光スペクトルが、ペアとなるフォトトランジスタのピークスペクトル感度に合わせて最適化されていることを意味します。これにより、与えられた放射電力に対して検出される信号強度が最大化されます。

9. 実践的設計ケーススタディ

シナリオ: 近接センサーの設計目標は、10 cm以内の物体を検出することです。システムは、LTE-4238 IRエミッタとマッチングされたフォトトランジスタを並べて同じ方向を向けて配置し（反射型センシングモード）、使用します。
実装：LEDは、1 kHzの周波数で50 mAのパルス（連続定格内）で駆動されます。電流制限抵抗がこのバイアスを設定します。フォトトランジスタのコレクタは、プルアップ抵抗と増幅器/フィルタ回路に接続されています。物体が範囲内にあると、IR光がフォトトランジスタに反射して戻り、そのコレクタ電圧が低下します。この信号はその後、調整され、コンパレータまたはマイクロコントローラのADCに入力され、検出イベントをトリガーします。
主要計算：駆動抵抗値は、5V電源とV_F約1.5Vに基づいて計算されます：R = (5V - 1.5V) / 0.05A = 70 オーム（標準値68 Ωを使用）。LEDでの消費電力：P = V_F* I_F= 1.5V * 0.05A = 75 mW、これは25°Cでの最大150 mWを十分に下回ります。

10. 動作原理の紹介

赤外線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領域からの正孔が接合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、エネルギーが光子（光）の形で放出されます。880 nmという特定の波長は、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。放出される光は非干渉性で、近赤外スペクトル内にあり、人間の目には見えませんが、シリコンベースの光検出器で容易に検出可能です。

11. 技術トレンド

センシング用IRエミッタのトレンドは、より小さなパッケージでより高い電力密度と効率を目指し続けています。これにより、より長い検出距離とより低いシステム消費電力が可能になります。また、エミッタ、ドライバ、時には検出器をデジタルインターフェース（I2C、SPI）を備えた単一モジュールに統合するソリューションへの移行も進んでいます。さらに、ウェハレベルパッケージング（WLP）やチップスケールパッケージング（CSP）の進歩により、個別の光電子部品のサイズとコストが削減され、信頼性が向上しています。動作の基本原理は変わりませんが、単位体積あたりの統合度と性能は着実に向上しています。