적외선 LED 발광소자 LTE-3271T-A 데이터시트 - 940nm 파장 - 고전류 및 낮은 순방향 전압 - 투명 패키지 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

LTE-3271T-A는 높은 광학 출력과 까다로운 전기적 조건에서도 안정적인 동작이 필요한 응용 분야를 위해 설계된 고성능 적외선 발광 다이오드입니다. 이 소자의 핵심 설계 철학은 전력 소비가 중요한 시스템에서 효율성을 유지하면서 높은 방사 전력을 제공하는 데 있습니다. 소자는 적외선 빛의 흡수를 최소화하여 외부 방사 효율을 극대화하는 투명 수지로 패키징되어 있습니다. 근적외선 스펙트럼에서 다양한 감지, 통신 및 조명 응용 분야를 위한 유연성을 제공하며, 연속 및 펄스 구동 모드를 모두 지원하도록 설계되었습니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 소자에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이 한계에서 또는 그 이상으로 동작하는 것은 보장되지 않습니다.

• 소비 전력 (P_D):150 mW. 이는 주로 열로 발생하는 소자 내 최대 허용 전력 손실로, 순방향 전류와 순방향 전압의 곱으로 계산됩니다.
• 피크 순방향 전류 (I_FP):2 A. 이 매우 높은 전류 정격은 펄스 폭 10 마이크로초, 펄스 반복률 초당 300 펄스 이하의 특정 펄스 조건에서만 허용됩니다. 이는 단거리 거리 측정 또는 고속 데이터 전송을 위한 매우 높은 순간 광학 출력을 가능하게 합니다.
• 연속 순방향 전류 (I_F):100 mA. 소비 전력 또는 열 한계를 초과하지 않고 연속적으로 인가할 수 있는 최대 DC 전류입니다.
• 역방향 전압 (V_R):5 V. 역방향 바이어스 방향으로 이 전압을 초과하면 접합 파괴가 발생할 수 있습니다.
• 동작 및 저장 온도:소자의 주변 동작 온도 (T_A) 범위는 -40°C ~ +85°C이며, -55°C ~ +100°C 환경에서 저장할 수 있습니다.
• 리드 솔더링 온도:패키지 본체에서 4.0mm 떨어진 지점에서 측정 시 3초 동안 320°C입니다. 이 지침은 PCB 조립 중 열 손상을 방지하는 데 중요합니다.

2.2 전기적 및 광학적 특성

이 파라미터들은 주변 온도 (T_A) 25°C에서 지정되며, 소자의 일반적인 성능을 정의합니다.

• 방사 강도 (I_E):핵심 광학 출력 지표입니다. 순방향 전류 (I_F) 100 mA에서 일반적인 방사 강도는 30 mW/sr입니다. 낮은 테스트 전류 20 mA에서는 최소 6 mW/sr에서 일반 10.5 mW/sr 범위입니다. 방사 강도는 단위 입체각당 방출되는 광학 전력을 설명합니다.
• 개구 방사 조도 (E_e):I_F=20mA에서 0.80 ~ 1.4 mW/cm². 이 파라미터는 때때로 조사도라고도 하며, 발광소자로부터 특정 거리에 있는 표면에 입사하는 광학 전력 밀도를 계산하는 데 유용합니다.
• 피크 방출 파장 (λ_P):940 nm. 이는 광학 출력 전력이 최대가 되는 공칭 파장입니다. 이는 인간의 눈에는 보이지 않지만 실리콘 포토다이오드와 많은 CMOS/CCD 센서에 의해 감지되는 근적외선 스펙트럼 내에 있습니다.
• 스펙트럼 선 반폭 (Δλ):50 nm (일반). 이는 방사 강도가 피크 값의 절반 이상인 스펙트럼 대역폭을 나타냅니다. 50 nm 값은 표준 GaAlAs 적외선 LED 재료의 특징입니다.
• 순방향 전압 (V_F):이는 전류에 따라 변하는 중요한 전기적 파라미터입니다.
  • I_F= 50 mA: V_F(일반) = 1.25V, (최대) = 1.6V.
  • I_F= 250 mA: V_F(일반) = 1.65V, (최대) = 2.1V.
  • I_F= 450 mA: V_F(일반) = 2.0V, (최대) = 2.4V.
  • I_F= 1 A: V_F(일반) = 2.4V, (최대) = 3.0V. 데이터시트는 특히 중간 전류에서 이러한 값으로 명백히 드러나는 "낮은 순방향 전압"을 특징으로 강조하며, 이는 더 높은 전기-광학 변환 효율에 기여합니다.
• 역방향 전류 (I_R):역방향 전압 (V_R) 5V에서 100 µA (최대). 이는 소자가 역방향 바이어스되었을 때의 누설 전류입니다.
• 시야각 (2θ_1/2):50° (일반). 이는 방사 강도가 0°(축상)에서의 값의 절반으로 떨어지는 전체 각도입니다. 50° 각도는 정렬이 덜 중요한 영역 조명 또는 감지에 유용한 넓은 방사 패턴을 제공합니다.

3. 성능 곡선 분석

데이터시트는 비표준 조건에서의 성능 이해와 회로 설계에 필수적인 여러 특성 그래프를 제공합니다.

3.1 스펙트럼 분포 (그림 1)

이 곡선은 파장에 대해 그려진 상대 방사 강도를 보여줍니다. 약 940 nm에서의 피크 파장과 넓은 스펙트럼 반폭을 확인시켜 줍니다. 이 형태는 적외선 LED의 전형적인 것으로, 피크 양쪽에서 출력이 점차 감소합니다. 광학 시스템 설계자는 의도된 검출기(예: 필터가 있는 포토트랜지스터 또는 실리콘 포토다이오드)의 스펙트럼 감도와의 호환성을 보장하기 위해 이 스펙트럼을 고려해야 합니다.

3.2 순방향 전류 대비 주변 온도 (그림 2)

이 그래프는 주변 온도가 증가함에 따라 허용 가능한 최대 연속 순방향 전류의 디레이팅을 보여줍니다. 25°C에서는 전체 100 mA가 허용됩니다. 온도가 상승하면 150 mW 소비 전력 한계를 초과하지 않고 접합 온도를 관리하기 위해 최대 전류를 선형적으로 감소시켜야 합니다. 이는 고온 환경에서 장기적인 신뢰성을 보장하는 데 중요한 그래프입니다.

3.3 순방향 전류 대비 순방향 전압 (그림 3)

이는 전류-전압 특성 곡선입니다. 다이오드의 전형적인 지수 관계를 보여줍니다. 이 곡선은 전류 제한 구동 회로 설계에 필수적입니다. 동작 영역에서 곡선의 기울기는 LED의 동적 저항을 결정하는 데 도움이 됩니다. 이 그래프는 넓은 전류 범위에 걸친 낮은 V_F특성을 시각적으로 확인시켜 줍니다.

3.4 상대 방사 강도 대비 순방향 전류 (그림 4)

이 그래프는 광학 출력(20 mA에서의 값으로 정규화됨)이 순방향 전류에 따라 어떻게 증가하는지 보여줍니다. 이 관계는 낮은 전류에서 일반적으로 선형이지만, 매우 높은 전류에서는 증가된 열 효과와 내부 양자 효율 저하로 인해 포화 또는 효율 감소의 징후를 보일 수 있습니다. 이 곡선은 설계자가 출력 전력과 효율성 및 소자 스트레스를 균형 있게 조정하는 동작점을 선택하는 데 도움이 됩니다.

3.5 상대 방사 강도 대비 주변 온도 (그림 5)

이 그래프는 광학 출력의 온도 의존성을 나타냅니다. 일반적으로 LED의 방사 강도는 접합 온도가 증가함에 따라 감소합니다. 이 곡선은 그 감소를 정량화하여 -20°C에서 80°C까지의 온도 범위에서 20 mA에서의 값에 대한 정규화된 출력 전력을 보여줍니다. 이 정보는 변화하는 환경 조건에서 안정적인 광학 출력이 필요한 응용 분야에 매우 중요합니다.

3.6 방사 패턴 다이어그램 (그림 6)

이 극좌표도는 공간 방사 패턴의 상세한 시각화를 제공합니다. 동심원은 상대 방사 강도 수준(예: 1.0, 0.9, 0.7)을 나타냅니다. 이 도표는 넓은 시야각을 확인시켜 주며, 강도가 0°에서 90°까지의 다양한 각도에 걸쳐 어떻게 분포하는지 보여줍니다. 이 다이어그램은 광학 설계에 필수불가결하여, 엔지니어가 목표 표면의 조명 프로파일을 모델링할 수 있게 합니다.

4. 기계적 및 패키징 정보

4.1 패키지 치수

소자는 기계적 안정성과 방열을 위한 플랜지가 있는 표준 LED 패키지 형식을 사용합니다. 데이터시트의 주요 치수 정보는 다음과 같습니다:

• 모든 치수는 달리 명시되지 않는 한 일반적으로 ±0.25mm 공차로 밀리미터 단위로 제공됩니다.
• 플랜지 아래 수지의 작은 돌출부는 최대 높이 1.5mm까지 허용됩니다.
• 리드 간격은 리드가 패키지 본체를 빠져나가는 지점에서 측정되며, 이는 PCB 풋프린트 설계에 중요합니다.
• 리드는 좋은 솔더링성을 보장하기 위해 솔더 도금되어 있습니다.

투명 패키지 재료는 가시광선 LED에 사용되는 색상 에폭시 패키지가 IR 빛을 차단하는 것과 달리 940 nm 영역에서 흡수가 최소화되기 때문에 적외선 발광소자에 특별히 선택되었습니다.

5. 솔더링 및 조립 지침

PCB 조립 중 소자 무결성을 보장하기 위해 다음 지침을 준수해야 합니다:

• 핸드 솔더링:핸드 솔더링이 필요한 경우, 패키지 본체가 아닌 리드에 열을 가하며 신속하게 수행해야 합니다.
• 웨이브 솔더링:표준 웨이브 솔더링 프로파일을 사용할 수 있지만, 솔더 열에 노출되는 총 시간은 최소화해야 합니다.
• 리플로우 솔더링:소자는 지정된 대로 최대 3초 동안 리드 온도 320°C를 견딜 수 있습니다. 이 한계 아래의 피크 온도를 가진 표준 적외선 또는 대류 리플로우 프로파일이 적합합니다. 4.0mm 거리 사양은 리드의 열 질량이 패키지 내부의 민감한 반도체 접합을 보호하도록 합니다.
• 세척:솔더링 후 표준 PCB 세척 공정을 사용할 수 있지만, 투명 수지와의 호환성을 확인해야 합니다.
• 저장:소자는 지정된 저장 온도 범위(-55°C ~ +100°C) 내의 환경에서 낮은 습도로 리드 산화를 방지하기 위해 원래의 방습 백에 보관해야 합니다.

6. 응용 제안

6.1 대표적인 응용 시나리오

• 적외선 조명:보안 카메라, 야간 투시 시스템 및 보이지 않는 조명이 필요한 머신 비전 조명용.
• 근접 및 존재 감지:자동 수도꼭지, 비누 디스펜서, 핸드 드라이어 및 비접촉 스위치. 여기서는 넓은 시야각이 유리합니다.
• 광학 스위치 및 인코더:IR 빔을 차단하거나 반사하여 위치, 회전 또는 움직임을 감지하기 위해.
• 단거리 데이터 통신:IrDA 호환 장치 또는 간단한 직렬 데이터 링크(예: 리모컨, 장치 간 통신). 높은 펄스 전류 능력은 변조된 데이터 전송을 지원합니다.
• 산업 감지:물체 계수, 레벨 감지 및 차단 빔 센서.

6.2 설계 고려사항

• 전류 구동:LED는 전류 구동 소자입니다. 항상 직렬 전류 제한 저항 또는 정전류 구동 회로를 사용하십시오. 저항 값은 R = (V_공급- V_F) / I_F를 사용하여 계산되며, 데이터시트의 최대 V_F를 사용하여 전류가 원하는 값을 초과하지 않도록 합니다.
• 열 관리:높은 전류(예: 100 mA 근처)에서 연속 동작의 경우, 소비 전력(P_D= V_F* I_F)을 고려하십시오. 특히 높은 주변 온도에서 접합 온도를 안전 한계 내로 유지하기 위해 충분한 PCB 구리 면적 또는 방열판을 확보하십시오.
• 펄스 동작:매우 높은 피크 광학 전력을 달성하려면 펄스 모드 사양(2A, 10µs, 300pps)을 사용하십시오. 이는 펄스 발생기에 의해 스위칭되는 MOSFET과 같은 고전류 펄스를 전달할 수 있는 구동 회로가 필요합니다.
• 광학 설계:특정 응용 분야에 맞게 빔을 형성하기 위해 렌즈, 반사경 또는 조리개를 설계할 때 방사 패턴(그림 6)을 고려하십시오. 투명 렌즈는 반구형이며, 초기 발산에 영향을 미칩니다.
• 검출기 매칭:발광소자를 940 nm 근처에서 피크 감도를 가진 광검출기(포토다이오드, 포토트랜지스터)와 짝지으십시오. 검출기에 IR 필터를 사용하면 주변 가시광선을 차단하는 데 도움이 될 수 있습니다.

7. 기술 비교 및 차별화

데이터시트가 특정 경쟁 제품을 비교하지는 않지만, LTE-3271T-A의 주요 차별화 특징은 다음과 같이 추론할 수 있습니다:

• 고전류 능력:2A 펄스 정격과 100mA 연속 정격의 조합은 표준 LED 패키지에 비해 주목할 만하며, 높은 출력 유연성을 제공합니다.
• 낮은 순방향 전압:50mA에서 약 1.25V의 V_F는 고출력 IR 발광소자에 비해 상대적으로 낮아, 더 높은 V_F.
• 를 가진 소자에 비해 더 나은 전력 효율성과 감소된 열 발생으로 이어집니다.투명 패키지:
• 출력을 감쇠시키는 색조 패키지와 달리, 이는 IR 빛에 대한 외부 양자 효율을 극대화합니다.넓은 시야각:

50° 반각은 넓은 커버리지를 제공하며, 이는 더 좁은 빔 대안에 비해 영역 조명에 있어 장점입니다.

8. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q1: 이 LED를 5V 마이크로컨트롤러 핀에서 직접 구동할 수 있나요?

A: 아니요. 마이크로컨트롤러 GPIO 핀은 일반적으로 20-50mA 이상을 공급할 수 없으며 5V 또는 3.3V 근처의 고정 전압을 가집니다. 특히 20mA 이상의 전류에서 LED를 구동하려면 전류 제한 저항과 스위치로 트랜지스터(BJT 또는 MOSFET)를 사용해야 합니다.

Q2: 방사 강도(mW/sr)와 개구 방사 조도(mW/cm²)의 차이는 무엇인가요?A: 방사 강도는 광원이 단위 입체각당 방출하는 전력의 척도입니다. 이는 광원의 방향성을 설명합니다. 개구 방사 조도(또는 조사도)는 특정 거리에서 표면에 입사하는 단위 면적당 전력입니다. 이들은 역제곱 법칙(점 광원의 경우)과 시야각을 통해 관련이 있습니다.Q3: 피크 파장 940nm가 중요한 이유는 무엇인가요?A: 940nm는 가시 스펙트럼 밖에 있어(보이지 않음) 실리콘 기반 검출기(포토다이오드, 카메라 센서)가 이 파장에서 여전히 합리적으로 좋은 감도를 가지기 때문에 IR 시스템에서 매우 일반적인 파장입니다. 또한 어둠 속에서 보일 수 있는 희미한 붉은 빛을 내는 850nm 파장을 피합니다.Q4: "상대 방사 강도" 그래프를 어떻게 해석해야 하나요?

A: 이 그래프들은 기준 조건(보통 I

=20mA 및 T

=25°C)에 대한 광 출력의 변화를 보여줍니다. 절대 출력 값을 제공하지는 않습니다. 다른 전류에서의 절대 출력을 찾으려면 그림 4의 상대 계수에 20mA에 대한 표에 주어진 절대 방사 강도 값을 곱하면 됩니다.

9. 실용 설계 사례 연구시나리오: 비접촉 스위치용 근접 센서 설계.목표:_F센서로부터 10cm 이내의 손을 감지합니다._A설계 선택:

LTE-3271T-A를 I

= 50mA에서 연속 모드로 동작시켜 일관된 조명을 제공합니다. 데이터시트에 따르면, V

1. ≈ 1.4V (일반).전원 공급 장치는 5V입니다. 직렬 저항 R = (5V - 1.4V) / 0.05A = 72Ω. 표준 75Ω 저항을 사용합니다.
2. 일치하는 실리콘 포토트랜지스터를 발광소자 반대편에 배치하고, 그 사이에 작은 간격을 둡니다("차단 빔" 구성). 손이 빔을 차단하면 검출기 신호가 떨어집니다.
   • 또는 발광소자와 검출기가 같은 방향을 향하는 반사 구성도 사용할 수 있습니다. LTE-3271T-A의 넓은 50° 시야각은 더 큰 감지 영역을 커버하는 데 도움이 됩니다. 손이 빛을 반사할 때 검출기의 신호가 증가합니다._F연산 증폭기 회로를 사용하여 검출기에서 나오는 작은 광전류를 증폭하고, 주변광 변화를 고려하기 위해 가변저항기로 설정된 임계값과 비교합니다._F열 고려사항: 소비 전력 P
   • = 1.4V * 0.05A = 70mW로, 이는 최대 150mW보다 훨씬 낮습니다. 특별한 방열판이 필요하지 않습니다.
   • 10. 기술 원리 소개
   • LTE-3271T-A와 같은 적외선 LED는 갈륨 알루미늄 비소와 같은 재료를 기반으로 하는 반도체 소자입니다. 순방향 전압이 인가되면 전자와 정공이 반도체 접합의 활성 영역에서 재결합합니다. 이 재결합 동안 방출되는 에너지는 광자(빛)로 방출됩니다. 940 nm의 특정 파장은 결정 성장 과정에서 설계된 반도체 재료의 밴드갭 에너지에 의해 결정됩니다. 투명 에폭시 패키지는 렌즈 역할을 하여 방출된 빛의 방사 패턴을 형성하고 환경 보호를 제공합니다. "낮은 순방향 전압" 특징은 최적화된 도핑 프로파일과 재료 품질을 통해 달성되어 주어진 전류에 대한 접합 양단의 전압 강하를 줄이고, 이는 직접적으로 전기-광학 변환 효율을 향상시킵니다.
   • 11. 산업 동향 및 발전
   • 적외선 광전자 분야는 계속 발전하고 있습니다. LTE-3271T-A와 같은 소자와 관련된 동향은 다음과 같습니다:_D증가된 전력 밀도:

더 긴 거리 감지 및 조명에 대한 수요에 의해 추진되어, 열 방출을 관리하면서 동일하거나 더 작은 패키지 크기에 더 많은 광학 전력을 집적하려는 지속적인 연구가 진행 중입니다.

향상된 효율성:

새로운 반도체 재료 및 구조(예: 다중 양자 우물)의 개발은 광학 출력 전력 대 전기 입력 전력의 비율인 Wall-Plug Efficiency를 증가시키려 합니다.

통합:

• IR 발광소자를 구동 IC 또는 심지어 광검출기와 단일 모듈로 통합하는 추세가 있으며, 이는 최종 사용자를 위한 시스템 설계를 단순화합니다.파장 특이성:
• 940nm가 여전히 지배적이지만, 안전한 LiDAR 또는 다양한 센서 유형과의 호환성과 같은 특정 응용 분야를 위해 다른 IR 파장(예: 850nm, 1050nm)의 사용이 증가하고 있습니다.패키징 혁신:
• 패키징 재료 및 렌즈 설계의 발전은 특수 응용 분야를 위해 더 정밀하고 맞춤형 방사 패턴(예: 박쥐 날개형, 측면 발광)을 제공하는 것을 목표로 합니다.There is a trend towards integrating the IR emitter with a driver IC or even with a photodetector in a single module, simplifying system design for end-users.
• Wavelength Specificity:While 940nm remains dominant, there is growing use of other IR wavelengths (e.g., 850nm, 1050nm) for specific applications like eye-safe LiDAR or compatibility with different sensor types.
• Packaging Innovations:Advances in packaging materials and lens design aim to provide more precise and customizable radiation patterns (e.g., batwing, side-emitting) for specialized applications.