LTE-2872U 赤外線エミッタ データシート - 5mmパッケージ - 順方向電圧1.6V - 波長940nm - 日本語技術文書

1. 製品概要

LTE-2872Uは、センシングおよび検出アプリケーションにおける信頼性の高い動作を目的として設計された高性能赤外線（IR）発光ダイオードです。その中核機能は、人間の目には見えないが電子検出システムに最適な、ピーク波長940ナノメートルの赤外線を放射することです。データシートで強調されている主な用途は煙感知器であり、この部品はUL承認を取得しており、重要な人命安全機器におけるその信頼性と安全性を裏付けています。本デバイスは、低コストの透明プラスチック製エンドルッキングパッケージで提供され、指向性と検出精度を高める狭ビームパターンを実現しています。

1.1 中核的利点とターゲット市場

LTE-2872Uシリーズの主な利点は、その特定の設計選択に由来します。これは、機械的およびスペクトル的に、LTR-3208シリーズの対応するフォトトランジスタと整合されており、スロット型センサ（例：プリンタの用紙検知、物体検知）で一般的に使用されるエミッタ・ディテクタペアにおいて最適な性能を保証します。この整合により設計が簡素化され、信号の完全性が向上します。狭ビーム特性は、より狭い領域での強度を増加させ、整合システムにおける信号対雑音比を改善します。ヒ化ガリウム（GaAs）基板上のガリウムアルミニウムヒ素（GaAlAs）窓層の使用は、効率的な赤外線放射のための標準技術です。主なターゲット市場は、堅牢で低コストの赤外線センシングを必要とする産業用および民生用電子機器であり、煙感知システムにおける認証されたニッチ市場を持ちます。

2. 詳細な技術パラメータ分析

データシートは、回路設計と信頼性評価に不可欠な絶対最大定格および詳細な電気的/光学的特性を提供します。

2.1 絶対最大定格

これらの定格は、永久損傷が発生する可能性のある限界を定義します。本デバイスは最大250mWの電力を消費できます。連続順方向電流は150mAで定格されていますが、パルス条件下（300pps、10µsパルス幅）でははるかに高い3Aのピーク順方向電流が許容されます。これは高強度の短いバーストを駆動するのに有用です。最大逆電圧は5Vで、ダイオードの逆バイアスに対する耐性が限られていることを示しています。動作温度範囲は-40°Cから+85°C、保管温度は-55°Cから+100°Cであり、過酷な環境にも適しています。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、組立プロセスに関する指針を提供します。

2.2 電気的・光学的特性

パラメータは、標準順方向電流（I_F）20mA、周囲温度（T_A）25°Cで試験されています。順方向電圧（V_F）は通常1.2Vから1.6Vの範囲です。逆電流（I_R）は、逆電圧（V_R）5Vで最大100µAです。ピーク発光波長（λ_ピーク）は940nm、スペクトル帯域幅（Δλ、半値幅として定義）は50nmです。指向角（2θ_1/2）は16度であり、狭ビーム仕様を確認しています。

3. ビニングシステムの説明

LTE-2872Uは、一貫した光学性能を必要とするアプリケーションにとって重要な、放射出力に対して厳格なビニングシステムを採用しています。2つの主要パラメータがビニングされます：開口放射照度（E_e、単位mW/cm²）と放射強度（I_E、単位mW/sr）。

3.1 放射出力ビニング

データシートは、E_eとI_Eの両方について複数のビン（A、B、C、D1、D2、D3、D4）をリストしています。ビンは、光出力の選別された範囲を表します。例えば、放射強度のビンAは3.31から7.22 mW/srの典型的な範囲を持ち、ビンD4は17.17 mW/srから始まります。これにより、設計者はアプリケーションに必要な正確な出力レベルを持つ部品を選択でき、過剰な仕様を要求することなく十分な信号強度を確保できます。一般的に、より高いビン番号は、より高い効率または出力を持つデバイスに対応します。設計者は、必要な性能を保証するために、発注時に特定のビンコードを確認する必要があります。

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典型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はスペクトル分布を示し、前述の50nmの半値幅で940nmで鋭くピークを持ちます。この曲線は、対応する検出器（LTR-3208など）の分光感度との互換性を確保するために極めて重要です。

4.2 順方向電流対順方向電圧

図3はIV（電流-電圧）特性を示しています。これはダイオードに典型的な指数関数的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、定電流回路の設計に不可欠です。

4.3 相対放射強度対順方向電流

図5は、光出力（放射強度）が典型的な動作範囲内で順方向電流とほぼ線形であることを示しています。この直線性により、光出力の変調と制御が簡素化されます。

4.4 相対放射強度対周囲温度

図4は熱的影響を理解する上で重要です。これは、放射強度が周囲温度の上昇とともに減少することを示しています。この減衰は、特に上限（+85°C）付近で、全温度範囲にわたって動作することを意図した設計において、十分な信号マージンを確保するために考慮に入れる必要があります。

4.5 放射パターン図

図6は極座標放射パターンを提供し、16度の指向角を視覚的に確認します。このパターンは、放射される赤外線の角度分布を示しており、光学アライメントと有効検出領域の理解に重要です。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ寸法

本デバイスは標準的な5mmラジアルリードパッケージ（しばしばT-1¾と呼ばれる）を使用しています。主要寸法には、本体直径、リード間隔、全長が含まれます。図面では、リード間隔はリードがパッケージから出る位置で測定されることが規定されています。フランジ下の樹脂の最大突出は1.5mmと記載されています。特に断りのない限り、すべての寸法は標準公差±0.25mmです。

5.2 極性識別

このパッケージの標準的なIRエミッタでは、通常、長いリードがアノード（陽極）、短いリードがカソード（陰極）です。パッケージリムの平らな面もカソード側を示している場合があります。設計者は、逆接続を防ぐために、組立時にこれを確認する必要があります。

6. はんだ付け・組立ガイドライン

データシートは、半導体接合部とプラスチックパッケージへの熱損傷を防ぐための、はんだ付けに関する具体的な指示を提供します。

6.1 手はんだまたはフローはんだ付け

絶対最大定格では、リードは260°Cで最大5秒間はんだ付け可能と規定されており、はんだ付け点がパッケージ本体から少なくとも1.6mm（.063インチ）離れていることが条件です。この距離により、熱がパッケージ内の敏感な部品に到達する前にリードに沿って放散されます。はんだ接合部と本体の間のリードに放熱クリップを使用することは推奨される方法です。

6.2 保管条件

保管温度範囲（-55°Cから+100°C）を超えて明示的に詳細は記載されていませんが、湿気に敏感なデバイスは、リフローはんだ付け時のポップコーン現象を防ぐために、乾燥した環境または乾燥剤入りの密封防湿バッグに保管することが標準的な慣行です。ただし、この部品は主にスルーホール実装用です。

7. アプリケーション推奨事項

7.1 典型的なアプリケーションシナリオ

• 煙感知器：UL承認により、主要な選択肢となります。煙粒子がエミッタからのIRビームを光検出器に散乱させる光電式煙感知器で使用されます。
• 物体/スロット検知：整合されたフォトトランジスタ（例：LTR-3208）と対にしてギャップを挟み、物体の有無（プリンタの用紙、自動販売機の硬貨）を検出します。
• 近接検知：反射したIR光を検出して距離や存在を測定するシステムで使用されます。
• 産業オートメーション：カウント、位置決め、および遮光式安全カーテン用。

7.2 設計上の考慮事項

• 電流制限：常に直列抵抗を使用して、順方向電流を所望の値（例：仕様測定用の20mA）に制限してください。抵抗値はR =（V_電源- V_F） / I_F.
• 熱管理：温度上昇に伴う出力の低下を考慮に入れてください（図4参照）。高温または高電流動作の場合、消費電力（I_F* V_F）が250mWを超えないようにし、減衰率を考慮してください。
• 光学アライメント：16度の狭ビームは、最適な信号強度を得るために、検出器との精密な機械的アライメントを必要とします。
• 電気的ノイズ：パルス動作の場合、高速駆動回路を確保し、敏感な検出器回路に影響を与える電磁干渉を防ぐためにシールドを考慮してください。

8. 技術比較と差別化

データシートに直接的な競合製品の比較はありませんが、LTE-2872Uの主要な差別化要因は推測できます。その主な利点は、LTR-3208フォトトランジスタシリーズとの保証された整合性であり、設計の不確実性を低減します。複数の出力ビンの可用性により、コストパフォーマンスの最適化が可能です。狭い指向角は、すべてのIRエミッタにあるわけではない特定の機能です。広角エミッタは特定の点での強度は低くなりますが、より広い領域をカバーします。煙感知器向けのUL認証は、すべてのIR LEDが持つわけではない重要な資格であり、規制市場への扉を開きます。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: 異なるビン（A、B、C、D1など）の目的は何ですか？
A1: ビンは、測定された放射出力（強度）に基づいてLEDを分類します。これにより、アプリケーションに必要な最小出力を確実に満たす部品を選択できます。より高いビンを使用すると、より強い信号が確保されますが、わずかにコストが高くなる可能性があります。

Q2: このLEDを5V電源で直接駆動できますか？
A2: できません。典型的な順方向電圧は1.2-1.6Vです。5Vに直接接続すると過剰な電流が流れ、LEDを破壊します。常に直列に電流制限抵抗を使用する必要があります。

Q3: なぜ高温で出力が低下するのですか？
A3: これは半導体光源の基本的な特性です。温度が上昇すると、半導体材料内での非放射再結合が増加し、光生成（エレクトロルミネセンス）の効率が低下します。

Q4: スペクトル整合とはどういう意味ですか？
A4: エミッタのピーク発光波長（940nm）が、指定されたフォトトランジスタ検出器のピーク分光感度波長に密接に一致することを意味します。これにより、検出器が見て電気信号に変換できる放射光の量が最大化されます。

10. 実践的設計ケーススタディ

シナリオ: プリンタ用紙切れセンサの設計一般的なアプリケーションは、トレイに用紙がないことを検出することです。LTE-2872U IRエミッタは用紙経路の片側に配置され、LTR-3208フォトトランジスタは真向かいに配置されます。用紙がある場合、IRビームを遮断し、フォトトランジスタの出力は低くなります（または回路構成によっては高くなります）。用紙がない場合、ビームは検出器に到達し、その出力状態を変化させます。設計手順：1) 十分な信号マージンのために適切なビン（例：ビンC）を選択します。 2) 駆動回路を設計します：マイクロコントローラのGPIOピンを使用します。3.3V電源と目標I_F20mAの場合、R = (3.3V - 1.4V) / 0.02A = 95Ωを計算します。標準の100Ω抵抗を使用します。 3) 検出器回路を設計します：フォトトランジスタをコモンエミッタ構成で接続し、プルアップ抵抗を使用してデジタル信号を生成します。 4) エミッタと検出器が用紙経路を挟んで正確に位置合わせされるようにホルダを機械的に設計し、正確なエッジ検出のために16度の狭ビームを利用します。

11. 動作原理の紹介

LTE-2872Uは、赤外線スペクトルで動作する発光ダイオード（LED）です。その中核原理は、半導体p-n接合におけるエレクトロルミネセンスです。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、エネルギーを放出します。この特定の材料システム（GaAlAs/GaAs）では、放出されるエネルギーは約940nmの波長を持つ光子に対応し、これは近赤外領域にあります。狭ビームは、半導体チップの幾何学的形状と、放射光を平行にする透明プラスチックドームパッケージのレンズ効果によって実現されます。

12. 技術トレンドと背景

LTE-2872Uのような赤外線エミッタは、成熟したIII-V族半導体技術に基づいています。この分野のトレンドには、異なる波長（例：監視カメラ用の850nm、目に安全なアプリケーション用の1050nm）でのエミッタの開発、およびより高い出力と効率の追求が含まれます。また、自動組立のための表面実装デバイス（SMD）パッケージへの移行もありますが、この5mmタイプのようなスルーホールパッケージは、試作、修理、およびより高い電力処理やより簡単な手動組立を必要とするアプリケーションで依然として人気があります。整合されたエミッタ・ディテクタペアの原理は、信頼性の高い光電センシングの基本です。エミッタ、ドライバ、そして時には検出器を単一モジュールに統合することも別のトレンドであり、エンドユーザーのシステム設計を簡素化します。