LTE-4208 赤外線発光ダイオード データシート - 940nm波長 - T-1 3/4パッケージ - 5V逆耐圧 - 100mW許容損失 - 技術文書

1. 製品概要

LTE-4208シリーズは、信頼性の高い効率的な赤外線放射を必要とするアプリケーション向けに設計された、高放射パワーの赤外線発光ダイオードです。ピーク波長940nmで動作し、ウォータークリアレンズを備えた標準的なT-1 3/4パッケージに収められており、様々なセンシングおよび検出システムに適しています。

1.1 主な特長とターゲット市場

LTE-4208の主な利点は、高い放射強度、放射を妨げないクリアレンズ、およびLTR-3208シリーズなどの対応するフォトトランジスタとのスペクトルマッチングです。これは、受信機性能を最適化する上で極めて重要です。本製品は、鉛フリーかつRoHS指令に準拠しています。主なターゲットアプリケーションは、精密なパルス状の赤外線信号を必要とする煙感知システムおよび汎用赤外線発光回路です。

2. 技術パラメータ：詳細かつ客観的な解釈

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応力限界を定義します。連続動作のための値ではありません。

• 許容損失 (Pd):100 mW。これは、主に熱としてデバイス内で許容される最大電力損失であり、順方向電圧と電流から計算されます。
• ピーク順方向電流 (I_FP):パルス条件下（300 pps、10µsパルス幅）で3 A。この高い電流駆動能力により、長距離センシングのための非常に明るい短時間パルスが可能になります。
• 連続順方向電流 (I_F):50 mA。信頼性のある連続動作のための最大DC電流です。
• 逆耐圧 (V_R):5 V。逆バイアスでこの電圧を超えると、破壊を引き起こす可能性があります。
• 動作・保管温度:それぞれ-40°C ～ +85°C および -55°C ～ +100°C。これは、産業環境向けの堅牢な部品であることを示しています。
• リードはんだ付け温度:本体から1.6mmの位置で、5秒間260°C。手はんだまたはフローはんだ付けのための熱プロファイルを定義します。

2.2 電気的・光学的特性

これらは、25°Cで測定された代表的な性能パラメータです。

• 放射強度 (I_E):中心的な光出力パラメータで、mW/sr（ミリワット毎ステラジアン）で測定されます。これは、複数のビンコード（AからD4）にわたって最小値および代表値で規定されており、必要な出力パワーに基づいて選択することができます。例えば、ビンAは3.31-7.22 mW/srを提供し、ビンD4は15.72 mW/sr（最小）を提供します。
• ピーク発光波長 (λ_ピーク):940 nm。これは近赤外スペクトルに属し、人間の目には見えません。環境光の干渉を避けることができるため、リモコンやセンサーで一般的に使用される波長です。
• スペクトル半値幅 (Δλ):50 nm。これは発光の帯域幅を定義します。帯域幅が狭いほど、より単色性の高い光源であることを示します。
• 順方向電圧 (V_F):I_F=20mA時で1.6 V（代表値）。これは、ダイオードが導通しているときの両端の電圧降下であり、駆動回路設計において重要です。
• 逆方向電流 (I_R):V_R=5V時で100 µA（最大）。リークパラメータです。データシートでは、この条件はテスト専用であり、デバイスは逆方向動作用ではないことが明記されています。
• 指向角 (2θ_1/2):20度。この狭いビーム角により、放射強度が指向性ビームに集中され、ターゲットを絞ったセンシングアプリケーションに理想的です。

3. ビニングシステムの説明

LTE-4208は放射強度ビニングシステムを採用しています。部品は、標準テスト電流20mAでの測定された放射出力に基づいてテストされ、異なる性能グループ（ビン）に分類されます。これにより、設計者はアプリケーションに必要な保証された最小光出力を持つ部品を選択でき、特に複数の発光素子を使用する場合のシステム性能の一貫性を確保できます。ビンはA（最低出力）からD4（最高出力）まであります。設計者は、光パワーレベルを保証するために、発注時に必要なビンコードを指定する必要があります。

4. 特性曲線の分析

データシートには、設計分析のためのいくつかの重要な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、定義された50nmの半値幅を持つ940nmピークを中心としています。これにより、発光が意図した赤外線バンド内にあることが確認されます。

4.2 順方向電流 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、最大許容連続順方向電流がどのように減少するかを示しています。85°Cでは、最大電流は25°C時よりも大幅に低くなり、設計における熱管理上、重要です。

4.3 順方向電流 vs. 順方向電圧 (図3)

ダイオードの標準的なI-V特性曲線です。指数関数的な関係を示し、20mA時の代表的なV_Fである1.6Vがマークされています。この曲線は、LEDと直列に接続する電流制限抵抗を設計する上で不可欠です。

4.4 相対放射強度 vs. 周囲温度 (図4) および vs. 順方向電流 (図5)

図4は、光出力の温度依存性を示しており、一般的に温度が上昇すると効率が低下することを示しています。図5は、駆動電流と光出力の間のサブリニアな関係を示しています。電流を2倍にしても出力は2倍にならないという、LEDに共通の特性です。

4.5 放射パターン図 (図6)

5. 機械的およびパッケージ情報

デバイスは、スルーホール型のT-1 3/4（5mm）パッケージを使用しています。外形図には、リード径、レンズ径、全高などの主要寸法が規定されています。重要な注意事項は以下の通りです：すべての寸法はmm単位、公差は±0.25mm、フランジ下部の樹脂突出は最大1.0mm、リード間隔はパッケージからのリード出現点で測定されます。極性は、通常、長いアノードリードまたはパッケージフランジ上のフラットスポットで示されます。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

6.1 保管

部品は、<30°C、<70% RHで保管する必要があります。湿気に敏感なバッグを開封した後は、制御された環境（<25°C、<60% RH）で3ヶ月以内に使用し、はんだ付け性に影響を与えるリード酸化を防止する必要があります。

6.2 洗浄

イソプロピルアルコール（IPA）などのアルコール系溶剤のみが推奨されます。

6.3 リード成形

曲げは、レンズベースから少なくとも3mm離れた位置で行う必要があります。ベースを支点として使用することはできません。成形は室温で、はんだ付け前に行う必要があります。

6.4 はんだ付け

熱損傷を防ぐために、2つの方法が厳格な制限付きで規定されています：

リードはんだ付け:
最大350°Cで3秒間、はんだ付け点はレンズベースから1.6mm以上離す。フローはんだ付け:
最大100°Cで60秒間予熱、最大260°Cのはんだ波で5秒間、ディップポイントはベースから1.6mm以上離す。重要な警告:
レンズをはんだに浸漬してはなりません。IRリフローは、このスルーホールパッケージには適していません。過度の熱や時間は、レンズを変形させたりLEDを破壊したりする可能性があります。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シナリオ

煙感知器:

• 光電式煙感知器で使用され、発せられた赤外線ビームが煙粒子によって散乱され受信機に到達します。近接・物体検知:
• 対応するフォトトランジスタ（例：LTR-3208）と対にして、遮光式または反射式のセンシング構成で使用されます。産業オートメーション:
• 物体カウント、位置検知、エッジ検出などに使用されます。7.2 設計上の考慮事項と駆動方法

LEDは電流駆動デバイスです。複数のLEDを並列に駆動する際に均一な輝度を確保するためには、

必須として、各LEDに直列に個別の電流制限抵抗を使用する必要があります（回路モデルA）。個々のLEDの順方向電圧（V）のばらつきにより、電流分布が不均一になり、結果として輝度が不均一になるため、並列アレイに単一の抵抗を使用すること（回路モデルB）は推奨されません。抵抗値は、R = (電源電圧 - V_F) / I_{の式を使用して計算されます。}7.3 ESD（静電気放電）保護_F赤外線LEDはESDに敏感です。必須の予防措置には、接地されたリストストラップと作業台の使用、プラスチックレンズ上の静電気を中和するためのイオナイザーの使用、およびデバイスを取り扱うすべての要員がESD訓練を受けていることを確認することが含まれます。データシートには、静電気安全エリアの詳細なチェックリストが提供されています。_F.

8. 技術比較と差別化

LTE-4208の主な差別化要因は、長距離またはノイズ耐性のあるパルス動作のための非常に高い瞬間放射パワーを可能にする高いパルス電流駆動能力（3A）と、LTR-3208フォトトランジスタシリーズとの特定のマッチングです。狭い20度の指向角は、広角エミッタと比較して軸上でより高い強度を提供し、指向性ビームアプリケーションにより適しています。明確なビニング構造により、予測可能な光学的性能が得られます。

9. 技術パラメータに基づくよくある質問

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: できません。直列に電流制限抵抗を使用する必要があります。例えば、電源5V、V

1.6V、希望するI
20mAの場合、抵抗値は（5V - 1.6V）/ 0.02A = 170オームとなります（標準的な180オーム抵抗を使用）。_FQ: ビンコードの目的は何ですか？_FA: 最小放射強度を保証します。信号強度が重要な煙感知器のような重要なアプリケーションでは、より高いビン（例：D2）を指定することで、より低いビン（例：A）と比較してより強力な赤外線ビームが確保されます。

Q: なぜ指向角がそんなに狭いのですか？
A: 狭いビームは光パワーをより小さな立体角に集中させ、中心軸に沿った強度を増加させます。これにより、指向性センシングアプリケーションでの信号対雑音比が向上し、より長いセンシング距離が可能になります。

Q: ピーク電流で連続波（CW）動作に使用できますか？
A: できません。3A定格はパルス動作専用です（10µsパルス）。最大連続電流は50mAです。連続定格を超えると、デバイスが過熱し損傷します。

10. 実践的な設計と使用事例
事例：スロット型物体カウンターの設計

LTE-4208赤外線エミッタをスロットの片側に配置し、LTR-3208フォトトランジスタを真向かいに配置します。スロット内に物体がない場合、赤外線ビームは受信機に当たり、高い信号を生成します。物体が通過すると、ビームが遮断され、受信機信号が低下します。LTE-4208の高いパルス電流駆動能力により、設計者はLEDを高電流（例：1A）で非常に短時間パルス駆動することができます。これにより、環境赤外線ノイズを克服できる非常に明るいフラッシュが生成され、システムの信頼性が向上します。設計者は、ギャップ全体で十分なビーム強度を確保するために、ビンCのLEDを選択します。マルチセンサーアレイでは、各LEDに直列に個別の10オーム抵抗を使用して、電流の一貫性を確保します。組立は、PCB実装時の熱損傷を防ぐために、はんだ付けガイドラインに従います。

11. 原理紹介
赤外線発光ダイオード（IRED）は、順方向バイアスが印加されると非干渉性の赤外線を発する半導体p-n接合ダイオードです。デバイス内で電子が正孔と再結合し、光子の形でエネルギーを放出します。これらの光子の波長は、使用される半導体材料のバンドギャップエネルギー（例：940nm用のガリウムヒ素系材料）によって決定されます。T-1 3/4パッケージは、半導体チップを収め、機械的保護を提供し、発せられた光ビームを成形するエポキシレンズ（この場合、20度のパターン）を組み込んでいます。

12. 開発動向

赤外線エミッタの分野は、より高い効率（電気ワット当たりのより多くの放射パワー）、データ通信アプリケーションのためのより高速化、および統合度の向上に向けて進化し続けています。動向には、自動組立のための表面実装デバイス（SMD）パッケージの開発、より高出力のためのマルチチップアレイ、特定のガスセンシングアプリケーションのためのさらに狭いスペクトル幅を持つデバイスが含まれます。また、現代の低電圧デジタル回路との互換性のために、より低い動作電圧に向けた取り組みもあります。半導体接合におけるエレクトロルミネッセンスの基本原理は不変ですが、材料科学とパッケージング技術が進歩の主要な推進力です。

. Development Trends

The field of infrared emitters continues to evolve towards higher efficiency (more radiant power per electrical watt), higher speed for data communication applications, and increased integration. Trends include the development of surface-mount device (SMD) packages for automated assembly, multi-chip arrays for higher power output, and devices with even narrower spectral widths for specific gas sensing applications. There is also a drive towards lower operating voltages to be compatible with modern low-voltage digital circuits. The fundamental principle of electroluminescence in a semiconductor junction remains constant, but material science and packaging technology are the key drivers of advancement.