LTE-4206 적외선 발광 다이오드 데이터시트 - 940nm 파장 - 20mA 순방향 전류 - 1.6V 순방향 전압 - 20° 시야각 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

LTE-4206은 광전자 센싱 및 통신 응용 분야에서 사용하도록 설계된 저비용, 소형 적외선(IR) 발광기입니다. 핵심 기능은 940 나노미터(nm)의 피크 파장에서 적외선을 방출하는 것입니다. 이 장치는 투명한 플라스틱 엔드-루킹 패키지에 장착되어 효율적인 빛 방출을 가능하게 합니다. 주요 특징은 대응하는 포토트랜지스터 시리즈와의 기계적 및 스펙트럼 매칭으로, 물리적 치수와 스펙트럼 응답에서의 호환성을 보장하여 수신기 회로 설계를 단순화합니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이는 주변 온도(T_A) 25°C에서 지정됩니다.

• 전력 소산 (P_D):90 mW. 이는 장치가 열로 소산할 수 있는 최대 허용 전력입니다.
• 피크 순방향 전류 (I_FP):1 A. 이는 초당 300 펄스(pps), 10 μs 펄스 폭 조건에서 지정된 최대 허용 펄스 전류입니다.
• 연속 순방향 전류 (I_F):60 mA. 이는 연속적으로 인가될 수 있는 최대 DC 전류입니다.
• 역방향 전압 (V_R):5 V. 역방향 바이어스에서 이 전압을 초과하면 LED 접합이 손상될 수 있습니다.
• 동작 온도 범위:-40°C ~ +85°C. 장치는 이 주변 온도 범위 내에서 기능이 보장됩니다.
• 보관 온도 범위:-55°C ~ +100°C.
• 리드 납땜 온도:패키지 본체에서 1.6mm 떨어진 지점에서 측정 시 5초 동안 260°C.

2.2 전기 및 광학 특성

이 파라미터들은 T_A=25°C에서 측정되며, 정상 동작 조건에서 장치의 성능을 정의합니다. 광학 파라미터 테스트를 위한 순방향 전류(I_F)는 일반적으로 20mA입니다.

• 개구 복사 조도 (E_e):mW/cm² 단위로 측정되며, 이는 표면에 입사하는 단위 면적당 복사 전력입니다. 값은 빈에 따라 다릅니다(섹션 3 참조).
• 복사 세기 (I_E):mW/sr 단위로 측정되며, 이는 단위 입체각당 방출되는 복사 전력입니다. IR 소스의 밝기를 특성화하는 핵심 파라미터입니다. 값은 빈으로 분류됩니다.
• 피크 방출 파장 (λ_피크):940 nm (일반값). 이는 방출된 광 전력이 최대가 되는 파장입니다. 근적외선 스펙트럼 내에 있습니다.
• 스펙트럼 선 반폭 (Δλ):50 nm (일반값). 이 파라미터는 반치폭(FWHM)으로도 알려져 있으며, 스펙트럼 대역폭을 나타냅니다. 50 nm 값은 방출된 빛이 피크를 중심으로 약 50 nm 너비의 파장 범위를 포함함을 의미합니다.
• 순방향 전압 (V_F):I_F=20mA에서 1.2 V (최소), 1.6 V (일반). 이는 지정된 전류를 흘릴 때 LED 양단에 걸리는 전압 강하입니다.
• 역방향 전류 (I_R):V_R=5V에서 100 μA (최대). 이는 장치가 역방향 바이어스될 때 흐르는 작은 누설 전류입니다.
• 시야각 (2θ_1/2):20도. 이는 복사 세기가 최대값(축상)의 절반으로 떨어지는 전체 각도입니다. 20° 각도는 상대적으로 집중된 빔을 나타냅니다.

3. 빈닝 시스템 설명

LTE-4206은 핵심 광학 출력 파라미터인 개구 복사 조도(E_e)와 복사 세기(I_E)에 대해 빈닝 시스템을 사용합니다. 빈닝은 구성 요소를 성능 그룹으로 분류하여 정의된 범위 내에서 일관성을 보장하는 제조 공정입니다. 장치는 A, B, C, D의 네 가지 빈으로 분류됩니다.

• 빈 A: E_e= 0.184 - 0.54 mW/cm²; I_E= 1.383 - 4.06 mW/sr.
• 빈 B: E_e= 0.36 - 0.78 mW/cm²; I_E= 2.71 - 5.87 mW/sr.
• 빈 C: E_e= 0.52 - 1.02 mW/cm²; I_E= 3.91 - 7.67 mW/sr.
• 빈 D: E_e= 0.68 mW/cm² (최소); I_E= 5.11 mW/sr (최소). 이 빈은 가장 높은 출력 그룹을 나타냅니다.

이 시스템을 통해 설계자는 특정 응용 분야에 대한 특정 감도 또는 범위 요구 사항을 충족하는 빈을 선택할 수 있습니다.

4. 성능 곡선 분석

데이터시트는 다양한 조건에서 장치의 동작을 설명하는 여러 특성 곡선을 제공합니다.

4.1 스펙트럼 분포 (그림 1)

이 곡선은 파장의 함수로서 상대 복사 세기를 보여줍니다. 940 nm에서의 피크 방출과 약 50 nm의 스펙트럼 반폭을 확인시켜 줍니다. 곡선 형태는 GaAlAs 적외선 LED의 전형적인 형태입니다.

4.2 순방향 전류 대 순방향 전압 (IV 곡선) (그림 3)

이 그래프는 I_F를 V_F에 대해 표시합니다. 이는 다이오드 특유의 지수 관계를 보여줍니다. 이 곡선은 전류 제한 구동 회로 설계에 필수적입니다. 20mA에서의 일반적인 V_F값 1.6V를 여기서 확인할 수 있습니다.

4.3 상대 복사 세기 대 순방향 전류 (그림 5)

이 그래프는 광학 출력(복사 세기)이 상당한 범위에서 순방향 전류와 거의 선형적임을 보여줍니다. 이 선형성은 제어를 단순화합니다. 구동 전류를 증가시키면 빛 출력이 직접적이고 예측 가능하게 증가합니다.

4.4 상대 복사 세기 대 주변 온도 (그림 4)

이 중요한 곡선은 LED 출력의 온도 의존성을 설명합니다. 복사 세기는 주변 온도가 증가함에 따라 감소합니다. 이 디레이팅은 전체 온도 범위(-40°C ~ +85°C)에서 동작하도록 의도된 설계에서 고온에서 충분한 신호 강도를 보장하기 위해 고려되어야 합니다.

4.5 방사 패턴 (그림 6)

이것은 방출된 빛의 공간적 분포를 묘사하는 극좌표 그래프입니다. 20° 시야각을 시각적으로 확인시켜 주며, 중심축(0°)에서 멀어지는 각도에서 세기가 어떻게 감소하는지 보여줍니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

장치는 소형 플라스틱 엔드-루킹 패키지를 사용합니다. 데이터시트의 주요 치수 정보는 다음과 같습니다:

• 모든 치수는 밀리미터(mm) 단위입니다(괄호 안에 인치 제공).
• 별도로 명시되지 않는 한 일반 공차는 ±0.25mm (±0.010")입니다.
• 플랜지 아래 수지의 최대 돌출은 1.0mm (0.039")입니다.
• 리드 간격은 리드가 패키지 본체에서 나오는 지점에서 측정됩니다.
• 패키지는 투명하고 깨끗합니다.

(참고: 도면의 특정 수치 치수는 본문 발췌 부분에 제공되지 않았지만, 일반적으로 본체 직경, 길이, 리드 직경 및 간격을 포함합니다).

6. 납땜 및 조립 지침

제공된 주요 지침은 핸드 솔더링용입니다: 리드는 최대 5초 동안 260°C에서 납땜될 수 있으며, 열은 플라스틱 패키지 본체에서 최소 1.6mm (0.063") 떨어진 곳에 가해져야 합니다. 이는 에폭시 수지에 대한 열 손상을 방지하기 위함입니다. 웨이브 또는 리플로우 납땜의 경우, 표준 적외선 LED 프로파일을 따라야 하며, 피크 온도와 액상선 이상 시간이 패키지의 열 한계 내에 있도록 주의해야 합니다.

7. 응용 제안

7.1 일반적인 응용 시나리오

• 물체 감지 및 근접 센싱:반사형 또는 차단형 구성에서 매칭된 포토트랜지스터(예: LTR-4206 시리즈)와 함께 사용됩니다. 프린터, 복사기, 자판기 및 산업 자동화에 사용됩니다.
• 적외선 데이터 전송:단거리, 저데이터 속도 직렬 통신 링크, 리모컨 또는 광학 인코더에 적합합니다.
• 연기 감지:광학 챔버 기반 연기 감지기에 사용됩니다.

7.2 설계 고려사항

• 전류 제한:항상 직렬 저항 또는 정전류 구동기를 사용하여 I_F를 원하는 값(예: 사양 성능을 위한 20mA)으로 제한하고, 절대 전압원에 직접 연결하지 마십시오.
• 열 관리:온도에 따른 출력 디레이팅(그림 4)을 고려하십시오. 주변 조건을 고려하여 전력 소산(I_F* V_F)이 90mW를 초과하지 않도록 하십시오.
• 광학 정렬:20° 시야각은 최적의 신호 결합을 위해 페어링된 검출기와의 신중한 정렬을 요구하며, 특히 차단형 설정에서 그렇습니다.
• 전기적 노이즈:센싱 응용 분야에서는 LED 구동 전류를 변조하고 수신기 회로에서 동기 검출을 사용하여 940nm IR 성분을 포함할 수 있는 주변광(예: 햇빛, 백열등)을 제거하십시오.

8. 기술 비교 및 차별화

LTE-4206의 주요 차별화 요소는 특정 포토트랜지스터 시리즈와의기계적 및 스펙트럼 매칭입니다. 이는 수신기의 활성 영역과 스펙트럼 감도 곡선이 발광기의 출력 패턴 및 파장과 최적으로 정렬되어 시스템 효율성을 극대화하고 기계적 설계를 단순화함을 보장합니다.투명 패키지는 착색되거나 확산된 패키지에 비해 더 높은 외부 효율을 제공합니다.빈닝 시스템은 필요한 출력 수준을 선택하는 데 유연성을 제공합니다. 그저비용 및 소형 크기는 대량 생산, 공간 제약이 있는 소비자 및 산업 응용 분야에 적합하게 만듭니다.

9. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q: 940nm 파장의 목적은 무엇입니까?

A: 940nm은 근적외선 범위에 속하며, 인간의 눈에는 보이지 않습니다. 이는 가시광선 간섭을 피하고, 많은 실리콘 광검출기(포토트랜지스터와 같은)가 이 파장에서 좋은 감도를 가지며, 850nm LED에 비해 주변 백열광(~1000nm 범위에서 피크)의 간섭에 덜 취약하기 때문에 일반적인 파장입니다.

Q: 이 LED를 5V 전원으로 구동할 수 있습니까?

A: 예, 하지만 반드시 전류 제한 저항을 사용해야 합니다. 예를 들어, 5V 전원에서 일반적인 V_F값 1.6V로 I_F=20mA를 달성하려면: R = (5V - 1.6V) / 0.02A = 170Ω입니다. 가장 가까운 표준 값(예: 180Ω)을 사용하고 실제 전류를 확인하십시오.

Q: 발광기에 대한 "시야각"은 무엇을 의미합니까?

A: 빔 폭을 정의합니다. 20° 전체 각도는 방출된 빛이 상대적으로 좁은 원뿔 내에 집중됨을 의미합니다. 피크 세기의 절반은 중심축에서 ±10°에서 발견됩니다. 더 작은 각도는 더 긴 범위 또는 정밀한 정렬을 위해 더 집중된 빔을 제공합니다.

Q: 출력이 빈닝되는 이유는 무엇입니까?

A: 제조 변동으로 인해 출력 전력에 약간의 차이가 발생합니다. 빈닝은 보장된 최소 및 최대 출력을 가진 그룹으로 LED를 분류합니다. 이를 통해 설계자는 구성 요소의 정확한 성능 범위를 알면서 시스템이 안정적으로 작동하도록 보장하는 빈을 선택할 수 있습니다.

10. 실용 설계 사례

사례: 프린터용 용지 감지 센서 설계.

용지의 존재를 감지하기 위해 차단형 센서가 필요합니다. LTE-4206(빈 C)은 용지 경로의 한쪽에 배치되고, 매칭된 LTR-4206 포토트랜지스터는 정반대에 배치됩니다.

1. 구동 회로:LED는 마이크로컨트롤러 GPIO 핀을 통해 180Ω 저항으로 구동되어 핀이 하이(3.3V 또는 5V 논리)일 때 I_F를 ~20mA로 설정합니다.
2. 변조:마이크로컨트롤러는 LED를 1kHz(50% 듀티 사이클)로 펄싱하여 주변광과 신호를 구분합니다.
3. 수신기 회로:포토트랜지스터 컬렉터는 풀업 저항에 연결됩니다. 컬렉터의 전압은 마이크로컨트롤러 ADC 또는 비교기에 의해 판독됩니다.
4. 감지 논리:용지가 없을 때, IR 빛이 포토트랜지스터에 도달하면, 포토트랜지스터가 도통하여 컬렉터 전압을 낮춥니다. 용지가 빔을 차단하면, 포토트랜지스터가 꺼지고 컬렉터 전압이 높아집니다. 마이크로컨트롤러는 LED 펄스 동안 이 신호를 동기적으로 샘플링하여 상태 변화를 감지합니다.
5. 고려사항:20° 시야각은 빔이 용지 가장자리에 의해 깨끗하게 차단될 만큼 충분히 좁음을 보장합니다. 빈 C 선택은 수신기에서 강력한 신호를 생성하기에 충분한 복사 세기를 제공하며, 시간이 지남에 따라 먼지 축적을 허용할 수 있습니다.

11. 동작 원리 소개

적외선 발광 다이오드(IR LED)는 반도체 p-n 접합 다이오드입니다. 순방향 전압이 켜짐 문턱값(이 장치의 경우 약 1.2V)을 초과하면, 전자와 정공이 접합을 가로질러 주입됩니다. 이러한 전하 캐리어가 재결합하고, 이 특정 재료 구성(일반적으로 갈륨 알루미늄 비소 - GaAlAs)의 경우, 재결합 동안 방출되는 에너지는 940 nm를 중심으로 하는 파장을 가진 광자 형태이며, 이것이 적외선입니다. 방출된 빛의 세기는 재결합 속도에 직접 비례하며, 이는 순방향 전류(I_F)에 의해 제어됩니다. 투명한 에폭시 패키지는 렌즈 역할을 하여 출력 빔을 지정된 20° 시야각으로 형성합니다.

12. 기술 동향

적외선 발광기 기술의 동향은 다음과 같습니다:

• 효율 증가:동일한 구동 전류에 대해 더 높은 복사 세기(mW/sr)를 달성하기 위한 재료 및 구조(예: 다중 양자 우물) 개발로 전력 소비를 줄입니다.
• 소형화:웨어러블 및 초소형 센서와 같은 더 작은 장치에 통합할 수 있도록 패키지 크기(예: 칩 스케일 패키지)의 지속적인 축소.
• 신뢰성 향상 및 고온 동작:수명을 연장하고 더 가혹한 환경(예: 자동차, 산업)에서 동작을 허용하기 위한 패키징 재료 및 다이 부착 기술의 개선.
• 통합 솔루션:IR 발광기, 구동기, 때로는 검출기 또는 논리를 단일 모듈 또는 IC로 결합하여 시스템 설계를 단순화하고 공간을 줄입니다.
• 다중 파장 및 VCSEL:고급 근접 감지, 3D 이미징(비행 시간), 얼굴 인식과 같이 매우 정밀하고 고속 또는 구조화된 빛 패턴이 필요한 응용 분야를 위한 수직 공진 표면 발광 레이저(VCSEL) 사용.

LTE-4206은 표준 적외선 센싱 요구 사항에 대한 성숙하고 비용 효율적인 솔루션을 나타내는 반면, 새로운 기술은 더 높은 성능, 통합 및 특수 응용 분야에 대한 요구를 해결합니다.