赤外線エミッタ LTE-302 データシート - サイドルッキングパッケージ - ピーク波長 940nm - 順方向電圧 1.6V - 技術文書

1. 製品概要

LTE-302は、信頼性の高い光学センシングを必要とするアプリケーション向けに設計された、低コストのミニチュア赤外線（IR）エミッタです。その中核的な利点は、スペースに制約のある設計に適したコンパクトなフォームファクタを実現するサイドルッキングプラスチックパッケージにあります。本デバイスは、LTR-301シリーズのフォトトランジスタと機械的・スペクトル的にマッチングされており、光学式インタラプタ、物体検知センサー、近接センシングシステムの設計を簡素化します。ターゲット市場は、コスト効率が高く信頼性のある赤外線放射が求められる、民生電子機器、産業オートメーション、セキュリティシステム、および様々な組み込みセンシングアプリケーションを含みます。

2. 詳細な技術パラメータ分析

2.1 電気的・光学的特性

電気的および光学的性能は、周囲温度（T_A）25°Cで規定されています。主なパラメータは以下の通りです：

• 順方向電圧（V_F）：順方向電流（I_F）20mAにおいて、標準値1.6V、最大1.6V。このパラメータは駆動回路設計において極めて重要です。
• ピーク発光波長（λ_ピーク）：940ナノメートル（nm）。この波長は、近赤外領域で良好な感度を持つシリコンベースの光検出器を使用するアプリケーションに理想的であり、より短い波長と比較して人間の目には見えにくいという利点があります。
• スペクトル半値幅（Δλ）：50 nm。これは、ピーク波長を中心とした発光のスペクトル帯域幅を示します。
• 指向角（2θ_1/2）：40度。これは、放射強度がピーク強度の少なくとも半分となる放射の角度広がりを定義します。
• 逆方向電流（I_R）：逆方向電圧（V_R）5Vにおいて、最大100 µA。このパラメータは、デバイスが逆バイアスされたときのリーク電流を示します。

2.2 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がある限界を定義します。連続動作のための値ではありません。

• 電力損失（P_D）：75 mW。
• 連続順方向電流（I_F）：50 mA。
• ピーク順方向電流：パルス条件（毎秒300パルス、パルス幅10 µs）下で1 A。
• 逆方向電圧：5 V。
• 動作温度範囲：-40°C ～ +85°C。
• 保存温度範囲：-55°C ～ +100°C。
• 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、260°Cで5秒間。

3. ビニングシステムの説明

LTE-302は、その放射強度と開口放射照度に基づくビニングシステムを採用しています。このシステムは、類似した光出力を持つデバイスをグループ化し、アプリケーション性能の一貫性を確保します。ビンは順方向電流20mAでテストされます。

• 放射強度（I_E）：ミリワット毎ステラジアン（mW/sr）で測定され、単位立体角あたりの放射光パワーを表します。ビンはB（0.662-1.263 mW/sr）からF（最小1.444 mW/sr）の範囲です。
• 開口放射照度（E_e）：ミリワット毎平方センチメートル（mW/cm²）で測定され、エミッタ開口部におけるパワー密度を表します。ビンは放射強度のビンに対応し、B（0.088-0.168 mW/cm²）からF（最小0.192 mW/cm²）です。

このビニングにより、設計者は特定の検知距離と受信機感度に必要な光出力を持つデバイスを選択でき、信頼性の高いシステム動作を確保できます。

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特性曲線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ます。940nmでのピーク発光と約50nmのスペクトル半値幅を確認できます。形状はAlGaAs IR LEDに典型的なものです。

4.2 順方向電流 vs. 順方向電圧（図3）

このIV（電流-電圧）特性曲線は、電流制限回路の設計に不可欠です。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、20mAのテスト条件以外の電流における電圧降下を推定できます。

4.3 相対放射強度 vs. 順方向電流（図5）

このグラフは、推奨動作範囲内では光出力が順方向電流とほぼ線形関係にあることを示しています。LEDを最大定格を超えて駆動しても出力は比例して増加せず、損傷のリスクがあります。

4.4 相対放射強度 vs. 周囲温度（図4）

この曲線は、光出力の温度依存性を示します。放射強度は周囲温度の上昇とともに減少します。高温で動作するアプリケーションでは、センシングシステムが十分な信号強度を維持できるよう、このデレーティングを考慮に入れる必要があります。

4.5 放射パターン図（図6）

この極座標プロットは、指向角（2θ_1/2= 40°）を視覚的に表しています。放射の角度分布を示しており、エミッタと検出器の位置合わせや、センシングフィールドの理解に重要です。

5. 機械的・パッケージ情報

本デバイスはミニチュアプラスチックサイドルッキングパッケージを使用しています。主な寸法に関する注意点は以下の通りです：

• 全ての寸法はミリメートルで提供され、括弧内にインチが記載されています。
• 特に指定がない限り、一般的な公差は±0.25mm（±0.010\"）が適用されます。
• 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。
• サイドルッキング配向とは、主光軸がPCB表面と平行であることを意味し、基板上での反射型または遮光型センシングに理想的です。

正確な寸法（ボディサイズ、リード長、開口部位置を含む）については、原本データシートの詳細なパッケージ図面を参照してください。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

適切な取り扱いは信頼性にとって重要です。

• はんだ付け：リードは、熱がプラスチックパッケージ本体から少なくとも1.6mm（0.063\"）離れた位置で加えられる限り、260°Cで5秒間のはんだ付け温度に耐えることができます。これにより、エポキシ封止材および半導体ダイへの熱損傷を防止します。
• ESD対策：このデバイスに対して明示的に記載されていませんが、赤外線LEDは一般的に静電気放電（ESD）に敏感です。組立時には、標準的なESD取り扱い手順（接地リストストラップ、導電性フォームの使用）を推奨します。
• 洗浄：はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、プラスチック封止電子部品と適合する方法および溶剤を使用し、応力クラックや材料劣化を避けてください。

7. アプリケーション推奨事項

7.1 代表的なアプリケーションシナリオ

• 光学式インタラプタ／スロット型スイッチ：マッチングされたフォトトランジスタ（LTR-301など）と対にして、エミッタがビームを生成します。ギャップを通過する物体がビームを遮断し、検出信号をトリガーします。プリンター、自動販売機、産業用カウンターなどで使用されます。
• 反射型物体センシング：エミッタと検出器を並べて配置します。エミッタが表面を照射し、検出器が反射光を検知します。用紙検知、液面検知、近接検知などに使用されます。
• 産業制御・セキュリティ：安全カーテン、ドアセンサー、不正開封検知などに使用されます。

7.2 設計上の考慮点

• 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値（例：20mA）に制限してください。抵抗値は R = (V_電源- V_F) / I_F.
• 光学的位置合わせ：特に40°の指向角を持つエミッタと検出器の間の精密な機械的位置合わせは、最大信号強度を得るために極めて重要です。
• 環境光耐性：環境光（日光、室内灯など）が変化する環境での信頼性の高い動作のためには、エミッタ駆動電流の変調と、受信機での同期検出回路を使用してDC環境光信号を除去することを検討してください。
• 熱管理：デバイスが規定の温度範囲内で動作することを確認してください。周囲温度が上限85°Cに近づく場合は、最大順方向電流をデレートしてください。

8. 技術比較と差別化

LTE-302の主な差別化要因は、以下の属性の特定の組み合わせにあります：

• サイドルッキングパッケージ vs. トップビュー：サイドルッキングのフォームファクタは、センシング経路がPCBと平行であるアプリケーションにおいて重要な利点であり、トップビューエミッタと比較して垂直方向のスペースを節約します。
• LTR-301シリーズとのマッチング：この保証された機械的・スペクトル的マッチングにより、光学式インタラプタモジュールの設計と調達が簡素化され、カスタム光学位置合わせやスペクトルフィルタリングを必要とせずに最適な性能が確保されます。
• コスト効率の高いミニチュア設計：低コストで性能とサイズのバランスを提供し、大量生産の民生アプリケーションに適しています。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: ビニングコード（B, C, D, E, F）の目的は何ですか？

A: これらは、デバイスの光出力（放射強度）に基づいて分類します。センサーシステムが一貫した十分な信号強度を持つように、ビンを選択します。より長い検知距離や感度の低い検出器の場合は、より高いビン（例：EまたはF）が必要になる場合があります。

Q: このIR LEDを5V電源で直接駆動できますか？

A: できません。標準順方向電圧は1.6Vです。5Vに直接接続すると過剰な電流が流れ、デバイスを破壊します。常に電流制限抵抗を使用する必要があります。

Q: なぜピーク波長は940nmなのですか？

A: 940nmは近赤外スペクトルにあります。シリコン光検出器（フォトトランジスタ、フォトダイオード）がこの波長で良好な感度を持ち、ほとんど目に見えないため、目立たないセンシングアプリケーションに適しているという理由で一般的な波長です。

Q: 温度は性能にどのように影響しますか？

A: 図4に示すように、放射強度は温度の上昇とともに減少します。高温環境では、出力信号は弱くなります。広い範囲で動作する場合は、十分なマージンを持って回路を設計するか、温度補償を検討してください。

10. 実践的な設計と使用事例

事例：プリンター用紙検知センサーの設計

エンジニアは給紙トレイ内の用紙の有無を検知する必要があります。LTE-302 IRエミッタとLTR-301フォトトランジスタを紙通路の反対側に配置し、ビームを形成します。紙があるとビームが遮断され、フォトトランジスタの出力がLowになります。40°の指向角のため、PCB上の部品の慎重な位置合わせが必要であり、精密検知のためにはビームが十分に狭く、公差のためには十分に広くなるようにします。エンジニアは、時間の経過とともにほこりが蓄積しても強い信号強度を確保するために、ビンDのデバイスを選択します。150Ωの抵抗を使用した簡単な回路で、5V電源から電流を約20mAに制限します（5V - 1.6V / 20mA ≈ 170Ω、わずかなマージンを持たせて150Ωを使用）。フォトトランジスタの出力は、検出信号をデジタル化するためのコンパレータまたはマイクロコントローラの入力に接続されます。

11. 動作原理

赤外線エミッタは半導体ダイオードです。順方向バイアス（アノードにカソードに対して正の電圧を印加）されると、電子と正孔が半導体材料（通常はアルミニウムガリウムヒ素 - AlGaAs）の活性領域で再結合します。この再結合プロセスにより、光子（光）の形でエネルギーが放出されます。半導体層の特定の組成が放出される光子の波長を決定し、LTE-302では940nmを中心としています。プラスチックパッケージには、発光を指定された指向角パターンに成形するエポキシレンズが含まれています。

12. 技術トレンド

LTE-302のような赤外線エミッタは、成熟した信頼性の高い部品です。この分野の一般的なトレンドには以下が含まれます：

• 統合化の進展：エミッタ、検出器、信号調整回路（例：変調/復調機能を内蔵したIC）を組み合わせたモジュールへ移行し、設計を簡素化しノイズ耐性を向上させています。
• 小型化：ウェアラブルや超薄型スマートフォンなどのますます小さな民生電子機器に適合させるため、パッケージサイズ（例：チップスケールパッケージ）の継続的な縮小が進んでいます。
• 高効率化：所定の駆動電流に対してより高い放射強度を達成するための材料と構造の開発が進み、携帯機器のバッテリー寿命を改善しています。
• 多波長化とVCSEL：飛行時間（ToF）やLiDARのような高度なセンシングでは、垂直共振器面発光レーザー（VCSEL）およびアレイがより一般的になりつつあり、従来のIR LEDよりも高い出力と高速変調能力を提供しています。