赤外線LEDエミッタ LTE-209 データシート - パッケージ寸法 5.0mm - 順方向電圧 1.6V - ピーク波長 940nm - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTE-209シリーズは、信頼性の高い光電子応用向けに設計された赤外線（IR）発光ダイオード（LED）のファミリーです。これらの部品は、近赤外スペクトル内にあるピーク波長940ナノメートルで光を放射するように設計されています。この特定の波長は、近接センサー、物体検出、光学エンコーダーなど、不可視光源を必要とするアプリケーションで一般的に使用されます。本シリーズの中核的な利点は、一貫した放射強度とスペクトル特性を保証する精密な製造にあります。デバイスは、エンドルッキング構成の低コストのミニチュアプラスチックパッケージに収められており、スペースに制約のある設計に適しています。重要な特徴は、特定のシリーズのフォトトランジスタとの機械的およびスペクトル的なマッチングであり、システム性能と信号の完全性を向上させる最適化されたエミッタ・ディテクタペアの設計を容易にします。

2. 詳細な技術パラメータ分析

2.1 絶対最大定格

絶対最大定格は、デバイスに永久的な損傷が発生する可能性のある応力限界を定義します。これらの定格は、周囲温度（T_A）25°Cで規定されています。最大連続順方向電流は60 mAで、パルス条件下（毎秒300パルス、パルス幅10 μs）でのピーク順方向電流能力は1 Aです。最大許容損失は90 mW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。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。実装時には、リードはパッケージ本体から1.6mmの位置で測定し、温度260°Cで最大5秒間のはんだ付けが可能です。

2.2 電気光学特性

電気光学特性は、標準試験条件（T_A=25°C、I_F=20mA）で測定される主要な性能パラメータです。単位立体角あたりの放射光パワーを測定する放射強度（I_E）の代表値は1.383 mW/srです。パワー密度を表す開口放射照度（E_e）の代表値は0.184 mW/cm²です。ピーク発光波長（λ_Peak）は940 nmを中心とし、スペクトル半値幅（Δλ）は50 nmで、発光のスペクトル純度を定義します。順方向電圧（V_F）は、試験電流において代表値1.2Vから最大1.6Vの範囲です。逆電流（I_R）は、5Vの逆バイアスを印加した場合、最大100 μAです。放射強度がピーク値の半分に低下する視野角（2θ_1/2）は16度で、比較的狭いビームパターンを示しています。

3. ビニングシステムの説明

提供されたデータシートには多パラメータのビニングシステムの明示的な詳細は記載されていませんが、特定のオンライン強度および放射強度範囲にSELECTED（選別）されていると示されています。これは、測定された放射強度、およびおそらく放射照度の値に基づく選別またはソーティングプロセスを意味します。この事前選別により、特定の注文で納品される部品は、一般仕様に記載された絶対的な最小・最大限界値よりも、これらの主要な光学パラメータについてより狭い公差帯内に収まることが保証されます。この慣行は、特に光学出力のマッチングが重要なシステムにおいて、アプリケーション性能の一貫性を高めます。

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動作を示すいくつかの代表的な特性曲線が含まれています。

4.1 スペクトル分布

図1はスペクトル分布曲線を示し、相対放射強度を波長に対してプロットしています。940 nmでのピーク発光と約50 nmのスペクトル半値幅を確認でき、ピーク周辺の発光波長の広がりを示しています。

4.2 順方向電流 vs. 順方向電圧（I-V曲線）

図3は、順方向電流対順方向電圧特性を示しています。この曲線は非線形で、ダイオードに典型的なものです。オン閾値を超えた電圧のわずかな増加が電流の急速な増加につながる関係を示しています。20mAでのV_Fの規定値1.2Vから1.6Vは、この曲線の中で文脈化することができます。

4.3 相対放射強度 vs. 順方向電流

図5は、光学出力（相対放射強度）が順方向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。一般に、出力は電流とともに増加しますが、関係は動作範囲全体で完全に線形ではない場合があります。この曲線は、所望の光学出力レベルを達成するために必要な駆動電流を決定するために不可欠です。

4.4 温度依存性

図2と図4は、周囲温度の影響を示しています。図2（順方向電流 vs. 周囲温度、おそらく一定電圧下）と図4（相対放射強度 vs. 周囲温度、一定電流下）は、LEDの電気的特性と光学特性の両方が温度に依存することを示しています。一般的に、赤外線LEDでは、温度が上昇すると順方向電圧は低下し、光学出力は減少します。これらの曲線は、温度補償を備えた回路の設計や、非周囲環境での性能見積もりに不可欠です。

4.5 放射パターン

図6は放射ダイアグラムまたは視野角パターンです。これは、放射強度の角度分布を示す極座標プロットです。16度の半値角が視覚的に表現されており、中心から±8度で強度がオンアクシス値の50%に低下することが示されています。

5. 機械的およびパッケージ情報

デバイスはミニチュアプラスチックエンドルッキングパッケージを使用しています。パッケージ図面からの主要寸法には、本体直径、リード間隔、全長が含まれます。リードは特定の間隔でパッケージから出ており、これはPCBレイアウトにとって重要です。パッケージにはフランジが含まれており、このフランジ下の樹脂の最大突出量が注記で規定されています。注記では、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、特に明記されていない限り一般公差は±0.25mmであることも明確にしています。物理的構成は、対応するフォトトランジスタと機械的に整合するように設計されており、組み立てられたモジュール内での適切な位置合わせを保証します。

6. はんだ付けおよび組み立てガイドライン

提供される主要な組み立てガイドラインは、はんだ付け温度に関連するものです。絶対最大定格では、リードは温度260°Cに最大5秒間さらすことができると規定されています。この定格は、パッケージ本体から1.6mm（0.063インチ）の距離で測定されます。この情報は、リフローはんだ付けプロファイルや手はんだ手順を定義するために重要です。この温度や時間を超えると、内部のダイボンド、ワイヤーボンド、またはプラスチックパッケージ材料自体が損傷する可能性があります。取り扱い時には標準的なESD（静電気放電）対策を講じる必要があります。デバイスは、湿気吸収（リフロー時のポップコーン現象を引き起こす可能性がある）を防ぐため、指定された温度範囲-55°Cから+100°Cの乾燥環境で保管する必要があります。

7. パッケージングおよび注文情報

データシートでは、型番をLTE-209と識別しています。Spec No.はDS-50-92-0001、リビジョンはCです。テープアンドリール包装、リール数量、または湿気感受性レベル（MSL）に関する具体的な詳細は、抜粋では提供されていません。注文は通常、基本型番LTE-209に基づいて行われ、特徴で言及されている選別プロセスが示唆するように、特定の強度ビンを表す可能性のある接尾辞が付くことがあります。

8. アプリケーション推奨事項

8.1 代表的なアプリケーションシナリオ

LTE-209は、コンパクトで効率的な赤外線光源を必要とするアプリケーションに最適です。その940nm波長は人間の目には見えず、以下の用途に適しています：

• 光学スイッチおよび物体検出：フォトトランジスタ（前述のLTR-4206シリーズなど）と組み合わせて、IRビームを遮断することで物体の存在、不在、または位置を検出します。
• 近接センシング：ユーザーや物体の近接を検出するデバイスで使用され、反射型センシングを採用することが多いです。
• エンコーダ：モーター制御や位置検出システムにおけるインクリメンタルまたはアブソリュート光学エンコーダの光源を提供します。
• データ伝送：近距離、低データレートの赤外線通信リンク（例：リモコンシステム）に使用できますが、狭い視野角のため位置合わせが必要になる場合があります。

8.2 設計上の考慮事項

• 電流制限：常に直列抵抗または定電流ドライバを使用して、順方向電流を所望の動作点に制限し、絶対最大定格を超えないようにしてください。
• 熱管理：電力損失（V_F* I_F）と周囲温度が出力に及ぼす影響を考慮してください。高信頼性アプリケーションでは、高温時の最大電流をデレーティングします。
• 光学的位置合わせ：狭い16度の視野角は、最適な信号強度を得るために、ペアとなるディテクタまたはターゲット領域との精密な機械的位置合わせを必要とします。
• 回路保護：5Vの逆電圧定格がありますが、回路に逆電圧や電圧スパイクに対する保護を組み込むことは良い習慣です。
• マッチドペア：センシングアプリケーションで最高の性能を得るには、提案されているように、スペクトル的および機械的に整合したフォトトランジスタと組み合わせて使用してください。

9. 技術比較および差別化

提示されているLTE-209シリーズの主要な差別化要因は、強度パラメータに対する特定の選別と、フォトトランジスタシリーズとのマッチドペアリングです。一般的なIR LEDと比較して、この事前選別は光学出力の一貫性を高め、回路のキャリブレーションを簡素化し、量産時の歩留まりを向上させることができます。機械的整合により、指定されたフォトトランジスタと使用した場合、物理的位置合わせと光学的結合が最適化され、より強力で信頼性の高い信号が得られます。ヒ化ガリウム（GaAs）基板上のヒ化ガリウムアルミニウム（GaAlAs）の使用は、波長約940nmの効率的な近赤外線エミッタを製造するための標準技術です。

10. よくある質問（FAQ）

Q: 940nm波長の目的は何ですか？

A: 940nmは近赤外スペクトルに属し、人間の目には見えません。可視光の干渉を避けるため、センシングや通信で一般的に使用され、シリコンフォトディテクタで効率的に検出されます。

Q: 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？

A: いいえ。電流制限抵抗を使用する必要があります。20mAでの代表的なV_Fが1.6Vの場合、5V電源での抵抗値は R = (5V - 1.6V) / 0.02A = 170Ω となります。標準の180Ω抵抗を使用すると、電流は約19mAになります。

Q: 温度は性能にどのように影響しますか？

A: 特性曲線に示されているように、温度が上昇すると、一般に所定の電流での光学出力は減少し、順方向電圧は低下します。広い温度範囲での設計では、これを考慮する必要があります。

Q: スペクトル的に整合しているとはどういう意味ですか？

A: LEDの発光スペクトル（中心940nm）が、指定されたフォトトランジスタのピーク感度領域とよく一致していることを意味します。これにより、ディテクタが電気信号に変換できる発光量が最大化されます。

11. 実用的な設計および使用例

例1: 物体検出ゲート：2つのLTE-209 IR LEDをコンベアベルトの片側に配置し、それぞれに対応するフォトトランジスタを反対側に配置して、2つの独立した検出ビームを作成します。マイクロコントローラはフォトトランジスタの出力を監視します。物体が通過すると、1つまたは両方のビームが遮断され、システムは物体をカウントしたり、サイズを測定したり（ビーム遮断時間により）、アクションをトリガーしたりすることができます。

例2: 反射型近接センサ：LTE-209とその対応フォトトランジスタをPCB上に並べて配置し、同じ方向を向けます。LEDがビームを放射します。物体が近づくと、この光の一部が反射されてフォトトランジスタに戻ります。検出された信号の強度は、物体の近接度と相関します。このセットアップは、非接触蛇口や自動石けんディスペンサーで一般的です。

12. 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型領域からの電子とp型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、エネルギーが放出されます。ここで使用されている特定の材料システム（GaAlAs/GaAs）では、このエネルギーは赤外線スペクトルの光子、波長約940nmに対応します。ダイオードの構造（言及されたウィンドウ層を含む）は、この生成された光が半導体材料から効率的に放出されるように設計されています。プラスチックパッケージは、半導体ダイを保護し、機械的構造を提供し、またレンズとして機能して発光ビームを整形し、規定された16度の視野角に寄与します。

13. 技術動向と発展

赤外線エミッタ技術は進化を続けています。この分野の一般的な傾向には以下が含まれます：

• 効率向上：所定の電気入力に対してより高い光学出力パワーを達成し、消費電力と発熱を低減するための新しい半導体材料と構造（例：多重量子井戸）の開発。
• 小型化：パッケージサイズの継続的な縮小（例：チップスケールパッケージ）により、より小さな民生電子機器やIoTデバイスへの統合を可能にします。
• 機能強化：エミッタと駆動回路、フォトディテクタ、さらにはマイクロコントローラを単一モジュールまたはシステム・イン・パッケージ（SiP）ソリューションに統合。
• 波長多様化：940nmは標準のままですが、他のIR波長（例：850nm、1050nm）は、アイセーフシステムや異なる大気透過ウィンドウなどの特定のアプリケーション向けに最適化されています。
• 信頼性向上：より高い温度やより過酷な環境条件（自動車アプリケーションで要求されるような）に耐えるためのパッケージ材料とダイボンド技術の進歩。