IR Emitter LED LTE-4238 데이터시트 - 파장 880nm - 순방향 전류 100mA - 소비 전력 150mW - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

LTE-4238은 신뢰할 수 있고 강력한 적외선 조명이 필요한 응용 분야를 위해 설계된 고출력 적외선 발광 다이오드입니다. 주요 기능은 880 나노미터의 피크 파장에서 비가시광선을 방출하는 것으로, 센싱, 리모컨, 광학 스위칭 시스템에 적합합니다. 핵심 특징은 특정 시리즈의 포토트랜지스터와의 기계적 및 스펙트럼 매칭으로, 정밀한 신호 전송을 위한 수신기-발광기 쌍에서 최적의 성능을 보장합니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

2.1 절대 최대 정격

이 장치는 장수명과 신뢰성을 보장하기 위해 엄격한 환경 및 전기적 한계 내에서 동작하도록 정격화되었습니다. 최대 연속 순방향 전류는 100 mA이며, 펄스 조건(300 pps, 10 µs 펄스 폭)에서 최대 2 A의 피크 순방향 전류 능력을 가집니다. 주변 온도(Ta) 25°C에서 최대 소비 전력은 150 mW입니다. 동작 온도 범위는 -40°C에서 +85°C이며, 저장 범위는 -55°C에서 +100°C까지 확장됩니다. 장치는 최대 5 V의 역방향 전압을 견딜 수 있습니다. 조립 시, 리드는 패키지 본체에서 1.6mm 떨어진 지점에서 측정하여 최대 5초 동안 260°C에서 납땜할 수 있습니다._A2.2 전기 및 광학적 특성

주요 성능 파라미터는 Ta=25°C 및 순방향 전류(If) 20 mA에서 명시됩니다. 복사 강도(Ie)는 일반적으로 4.81 mW/sr로, 입체각당 광 출력을 나타냅니다. 개구부 복사 조도(Ee)는 0.64 mW/cm²입니다. 순방향 전압(Vf)은 일반적으로 1.3V에서 1.8V 사이입니다. 스펙트럼 특성은 피크 방출 파장(λPeak) 880 nm 및 스펙트럼 반치폭(Δλ) 50 nm로 정의되며, 방출되는 광대역의 좁음을 정의합니다. 역방향 전류(Ir)는 역방향 전압(Vr) 5V에서 최대 100 µA입니다. 시야각(2θ1/2)은 20도로, 복사 강도가 피크 값의 절반으로 떨어지는 방사선의 각도 확산을 설명합니다.

3. 성능 곡선 분석_A데이터시트는 다양한 조건에서의 장치 동작을 설명하는 여러 그래프를 제공합니다._F3.1 스펙트럼 분포_E그림 1은 파장에 따른 상대 복사 강도를 보여줍니다. 곡선은 880 nm를 중심으로 하며 일반적인 반치폭은 50 nm로, 필터링 및 정밀 감지에 적합한 IR 출력의 단색 특성을 확인시켜 줍니다._e3.2 순방향 전류 대 주변 온도_F그림 2는 주변 온도가 증가함에 따라 허용 가능한 최대 순방향 전류의 디레이팅을 나타냅니다. 이 그래프는 열 관리 설계에 매우 중요하며, 모든 환경 조건에서 장치가 안전 동작 영역 내에서 작동하도록 보장합니다._{3.3 순방향 전류 대 순방향 전압}그림 3은 다이오드의 IV(전류-전압) 특성을 보여줍니다. 이 비선형 관계는 구동 회로 설계, 특정 동작 전류를 달성하는 데 필요한 전압 결정에 필수적입니다._R3.4 상대 복사 강도 대 주변 온도 및 순방향 전류_R그림 4와 5는 광 출력이 온도와 구동 전류에 따라 어떻게 변하는지 보여줍니다. 출력은 일반적으로 온도 상승에 따라 감소하고(그림 4), 순방향 전류에 따라 초선형적으로 증가하여(그림 5) 출력, 효율 및 열 부하 간의 트레이드오프를 강조합니다._{3.5 방사 패턴}그림 6은 방출된 빛의 공간적 분포를 보여주는 극좌표도입니다. 20도의 시야각이 확인되며, 비교적 집중된 빔 프로파일을 보여주어 지향성 조명 응용에 유리합니다.

4. 기계적 및 패키지 정보

4.1 패키지 치수

이 장치는 플랜지가 있는 표준 LED 패키지를 사용합니다. 주요 치수에는 본체 크기, 리드 간격 및 돌출 한계가 포함됩니다. 별도로 명시되지 않는 한 모든 치수는 표준 공차 ±0.25mm로 밀리미터 단위로 제공됩니다. 리드 간격은 리드가 패키지 본체를 빠져나가는 지점에서 측정됩니다. 플랜지 아래 최대 1.0mm의 수지 돌출이 허용됩니다. 엔지니어는 인쇄 회로 기판(PCB) 상의 정확한 배치 및 풋프린트 설계를 위해 상세한 기계 도면(데이터시트 PDF에 포함됨)을 참조해야 합니다.

4.2 극성 식별

표준 LED 극성 규칙이 적용되며, 일반적으로 패키지의 편평한 면이나 길이가 다른 리드(애노드가 캐소드보다 김)로 표시됩니다. 조립 중 역바이어스 손상을 방지하고 올바른 방향을 보장하기 위해 패키지 도면에서 구체적인 표시를 확인해야 합니다.

5. 납땜 및 조립 지침

리드 납땜 온도의 절대 최대 정격은 패키지 본체에서 1.6mm(0.063") 떨어진 지점에서 측정하여 260°C에서 5초입니다. 이 정격은 표준 무연 리플로우 납땜 프로파일(예: IPC/JEDEC J-STD-020)과 호환됩니다. 내부 반도체 다이, 와이어 본딩 또는 에폭시 렌즈 재료에 대한 열 손상을 방지하려면 이 한계를 준수하는 것이 중요합니다. 열 충격을 최소화하기 위해 예열을 권장합니다. 장치는 제조사의 취급 지침에 따라 수분 민감도 등급 지침에 맞춰 건조하고 통제된 환경에 보관해야 합니다.

6. 응용 제안

6.1 대표적인 응용 시나리오

이 IR 발광기는 광학 엔코더 및 위치 센서, 적외선 리모컨 송신기, 물체 감지 및 근접 센싱, 산업 자동화 광 커튼, 광학 데이터 전송 링크를 포함한 응용 분야에 이상적입니다. 특정 포토트랜지스터와의 매칭은 정렬과 스펙트럼 응답이 중요한 반사형 또는 투과형 광커플러 설계에서 특히 가치가 있습니다.

6.2 설계 고려사항

구동 회로:

전압원으로 구동할 때는 원하는 If를 설정하고 열 폭주를 방지하기 위해 전류 제한 저항이 필수적입니다. 저항 값은 R = (V공급 - Vf) / If를 사용하여 계산됩니다. 높은 피크 전류(최대 2A)에서 펄스 동작의 경우, 펄스 발생기로 구동되는 트랜지스터 스위치(예: MOSFET)가 필요합니다.

열 관리:

150 mW의 소비 전력 한계를 준수해야 합니다. 높은 주변 온도나 높은 연속 전류에서 접합 온도가 상승하여 출력 강도와 장치 수명이 감소할 수 있습니다. 적절한 열 방출을 위한 충분한 구리 면적을 가진 PCB 레이아웃이 필요할 수 있습니다.

광학 설계:

20도의 시야각은 집중된 빔을 제공합니다. 더 넓은 커버리지를 위해 확산 렌즈가 필요할 수 있습니다. 매칭된 광검출기와 최대 결합 효율을 위해 적절한 기계적 정렬을 보장하고 주변 IR 노이즈(햇빛, 백열등)의 잠재적 원인을 고려해야 합니다.

7. 기술 비교 및 차별화

LTE-4238의 주요 차별화 요소는 높은 복사 강도(일반적으로 4.81 mW/sr)와 동반 포토트랜지스터와의 매칭 성능을 위한 특정 선택에 있습니다. 일반적인 IR LED와 비교하여, 이 사전 선택은 페어링된 광전자 시스템에서 더 엄격한 공차를 보장하여 더 일관된 감도, 낮은 크로스토크 및 향상된 신호 대 잡음비로 이어집니다. 880 nm 파장은 일반적인 표준으로, 실리콘 광검출기 감도와 940 nm 소스에 비해 낮은 가시성 사이의 좋은 균형을 제공합니다.

8. 자주 묻는 질문 (FAQ)

Q: 연속 전류가 100mA에 불과하다면 피크 순방향 전류 정격(2A)의 목적은 무엇인가요?

A: 피크 정격은 매우 짧은 고전류 펄스를 허용합니다. 이는 거리나 속도를 위해 높은 순간 광 출력이 필요하지만 평균 전력(및 열)은 낮게 유지되는 리모컨이나 데이터 전송과 같은 응용 분야에 필수적입니다.

Q: 주변 온도가 성능에 어떤 영향을 미치나요?

A: 온도가 증가함에 따라 순방향 전압은 일반적으로 약간 감소하고, 복사 출력은 감소하며(그림 4 참조), 허용 가능한 최대 연속 전류는 디레이팅되어야 합니다(그림 2). 설계는 이러한 변동을 고려해야 합니다.Q: 마이크로컨트롤러 GPIO 핀에서 이 LED를 직접 구동할 수 있나요?_FA: 가능하지만 주의가 필요합니다. GPIO 핀은 20-50mA를 공급할 수 있습니다. 원하는 If(예: 20mA)로 전류를 제한하고 총 전류가 마이크로컨트롤러의 핀 및 패키지 한계를 초과하지 않도록 하기 위해 직렬 저항을 사용해야 합니다. 더 높은 전류나 펄스의 경우 외부 구동 트랜지스터가 필요합니다._{Q: "스펙트럼 매칭"은 무엇을 의미하나요?}A: 이 IR LED의 방출 스펙트럼이 페어링된 포토트랜지스터의 피크 스펙트럼 감도와 일치하도록 최적화되었음을 의미합니다. 이는 주어진 방출 전력에 대해 검출된 신호 강도를 최대화합니다._F9. 실용 설계 사례 연구_F시나리오: 근접 센서 설계.
목표는 10 cm 이내의 물체를 감지하는 것입니다. 시스템은 LTE-4238 IR 발광기와 매칭된 포토트랜지스터를 나란히 배치하여 같은 방향을 향하도록 합니다(반사형 센싱 모드).구현:
LED는 1 kHz 주파수로 50 mA 펄스(연속 정격 내)로 구동됩니다. 전류 제한 저항이 이 바이어스를 설정합니다. 포토트랜지스터의 컬렉터는 풀업 저항과 증폭기/필터 회로에 연결됩니다. 물체가 감지 범위 내에 있을 때, IR 빛이 포토트랜지스터로 반사되어 컬렉터 전압이 떨어집니다. 이 신호는 조정되어 비교기나 마이크로컨트롤러 ADC에 입력되어 감지 이벤트를 트리거합니다.핵심 계산:

구동 저항 값은 5V 공급 전압과 Vf ~1.5V를 기준으로 계산됩니다: R = (5V - 1.5V) / 0.05A = 70 Ohms (표준값 68 Ω 사용). LED의 소비 전력: P = Vf * If = 1.5V * 0.05A = 75 mW, 이는 25°C에서 최대 150 mW보다 훨씬 낮습니다.

10. 동작 원리 소개적외선 LED는 반도체 p-n 접합 다이오드입니다. 순방향 전압이 인가되면 n 영역의 전자와 p 영역의 정공이 접합 영역으로 주입됩니다. 이 전하 캐리어들이 재결합할 때, 에너지가 광자(빛)의 형태로 방출됩니다. 880 nm의 특정 파장은 사용된 반도체 재료(일반적으로 알루미늄 갈륨 비소, AlGaAs)의 밴드갭 에너지에 의해 결정됩니다. 방출된 빛은 비간섭적이며 근적외선 스펙트럼 내에 있어 인간의 눈에는 보이지 않지만 실리콘 기반 광검출기로는 쉽게 감지할 수 있습니다.11. 기술 동향센싱용 IR 발광기의 동향은 더 작은 패키지에서 더 높은 전력 밀도와 효율을 향해 계속 발전하고 있습니다. 이는 더 긴 감지 범위와 더 낮은 시스템 전력 소비를 가능하게 합니다. 또한 발광기, 구동기, 때로는 검출기를 디지털 인터페이스(I2C, SPI)가 있는 단일 모듈로 결합하는 통합 솔루션으로의 이동도 있습니다. 더 나아가, 웨이퍼 레벨 패키징 및 칩 스케일 패키징의 발전으로 개별 광전자 부품의 크기와 비용이 줄어들면서 신뢰성이 향상되고 있습니다. 동작의 기본 원리는 그대로 유지되지만, 단위 부피당 통합도와 성능은 꾸준히 증가하고 있습니다.. Compared to generic IR LEDs, this preselection ensures tighter tolerances in paired optoelectronic systems, leading to more consistent sensitivity, lower cross-talk, and improved signal-to-noise ratio. The 880 nm wavelength is a common standard, offering a good balance between silicon photodetector sensitivity and lower visibility compared to 940 nm sources.

. Frequently Asked Questions (FAQs)

Q: What is the purpose of the peak forward current rating (2A) if the continuous current is only 100mA?
A: The peak rating allows for very short, high-current pulses. This is essential for applications like remote controls or data transmission where high instantaneous optical power is needed for range or speed, but the average power (and heat) remains low.

Q: How does ambient temperature affect performance?
A: As temperature increases, the forward voltage typically decreases slightly, the radiant output decreases (as shown in Fig. 4), and the maximum allowable continuous current must be derated (Fig. 2). Design must account for these variations.

Q: Can I drive this LED directly from a microcontroller GPIO pin?
A: Possibly, but with caution. A GPIO pin might source 20-50mA. You must use a series resistor to limit the current to the desired I_F(e.g., 20mA) and ensure the total current does not exceed the microcontroller's pin and package limits. For higher currents or pulses, an external driver transistor is required.

Q: What does "spectrally matched" mean?
A: It means the emission spectrum of this IR LED is optimized to align with the peak spectral sensitivity of its paired phototransistor. This maximizes the detected signal strength for a given emitted power.

. Practical Design Case Study

Scenario: Designing a Proximity Sensor.The goal is to detect an object within 10 cm. The system uses an LTE-4238 IR emitter and a matched phototransistor placed side-by-side, facing the same direction (reflective sensing mode).
Implementation:The LED is driven with 50 mA pulses (within the continuous rating) at a 1 kHz frequency. A current-limiting resistor sets this bias. The phototransistor's collector is connected to a pull-up resistor and an amplifier/filter circuit. When an object is within range, IR light reflects back into the phototransistor, causing its collector voltage to drop. This signal is then conditioned and fed into a comparator or microcontroller ADC to trigger a detection event.
Key Calculations:The drive resistor value is calculated based on a 5V supply and a V_Fof ~1.5V: R = (5V - 1.5V) / 0.05A = 70 Ohms (use 68 Ω standard value). Power dissipation in the LED: P = V_F* I_F= 1.5V * 0.05A = 75 mW, which is well below the 150 mW maximum at 25°C.

. Operating Principle Introduction

An infrared LED is a semiconductor p-n junction diode. When a forward voltage is applied, electrons from the n-region and holes from the p-region are injected into the junction region. When these charge carriers recombine, energy is released in the form of photons (light). The specific wavelength of 880 nm is determined by the bandgap energy of the semiconductor materials used (typically aluminum gallium arsenide, AlGaAs). The emitted light is incoherent and falls within the near-infrared spectrum, invisible to the human eye but easily detectable by silicon-based photodetectors.

. Technology Trends

The trend in IR emitters for sensing continues toward higher power density and efficiency in smaller packages. This enables longer detection ranges and lower system power consumption. There is also a move toward integrated solutions, combining the emitter, driver, and sometimes the detector into a single module with digital interfaces (I2C, SPI). Furthermore, advancements in wafer-level packaging (WLP) and chip-scale packaging (CSP) are reducing the size and cost of discrete optoelectronic components while improving reliability. The fundamental principle of operation remains, but the integration and performance per unit volume are steadily increasing.