目錄
1. 產品概述
LTE-4238 是一款高功率紅外線發光二極體，專為需要可靠且強烈紅外線照明的應用所設計。其主要功能是發射峰值波長為 880 奈米的不可見光，使其適用於感測、遙控及光學開關系統。其關鍵特色在於其機械結構與光譜特性與特定系列的光電晶體相匹配，確保在發射器-接收器配對中能實現精確訊號傳輸的最佳效能。
2. 深入技術參數分析
2.1 絕對最大額定值
本元件額定於嚴格的環境與電氣限制內運作，以確保其使用壽命與可靠性。最大連續順向電流為 100 mA，在脈衝條件下（300 pps，10 µs 脈衝寬度）的峰值順向電流能力可達 2 A。在環境溫度 (TA) 為 25°C 時，最大功率損耗為 150 mW。操作溫度範圍為 -40°C 至 +85°C，而儲存溫度範圍則為 -55°C 至 +100°C。元件可承受最高 5 V 的反向電壓。在組裝方面，引腳可在距離封裝本體 1.6mm 處，以 260°C 的溫度進行焊接，最長持續時間為 5 秒。
2.2 電氣與光學特性
關鍵性能參數是在 TA=25°C 且順向電流 (IF) 為 20 mA 的條件下所指定。輻射強度 (IE) 典型值為 4.81 mW/sr，表示每單位立體角的光學功率輸出。孔徑輻射入射度 (Ee) 為 0.64 mW/cm²。順向電壓 (VF) 典型範圍為 1.3V 至 1.8V。光譜特性由峰值發射波長 (λPeak) 880 nm 與光譜半高寬 (Δλ) 50 nm 所定義，決定了發射光譜帶的窄度。在反向電壓 (VR) 5V 下，反向電流 (IR) 最大值為 100 µA。視角 (2θ1/2) 為 20 度，描述了輻射強度降至峰值一半時的發射輻射角分佈。
3. 性能曲線分析
本規格書提供了數張圖表，說明元件在不同條件下的行為。
3.1 光譜分佈
圖 1 顯示了相對輻射強度隨波長的變化關係。曲線以 880 nm 為中心，典型半高寬為 50 nm，確認了紅外線輸出的單色性質，適合用於濾波與精確偵測。
3.2 順向電流 vs. 環境溫度
圖 2 描繪了最大允許順向電流隨環境溫度升高而降額的關係。此圖表對於熱管理設計至關重要，確保元件在所有環境條件下均在其安全工作區內運作。
3.3 順向電流 vs. 順向電壓
圖 3 說明了二極體的 IV（電流-電壓）特性。這種非線性關係對於設計驅動電路至關重要，用以決定達到特定工作電流所需的電壓。
3.4 相對輻射強度 vs. 環境溫度與順向電流
圖 4 和圖 5 顯示了光學輸出功率如何隨溫度與驅動電流變化。輸出功率通常隨溫度升高而降低（圖 4），並隨順向電流呈超線性增加（圖 5），突顯了輸出功率、效率與熱負載之間的權衡取捨。
3.5 輻射模式圖
圖 6 為極座標圖，顯示了發射光的空間分佈。其確認了 20 度的視角，顯示出相對集中的光束輪廓，這對於定向照明應用非常有利。
4. 機械與封裝資訊
4.1 封裝尺寸
本元件採用帶有凸緣的標準 LED 封裝。關鍵尺寸包括本體尺寸、引腳間距以及樹脂突出限制。除非另有說明，所有尺寸均以毫米為單位，標準公差為 ±0.25mm。引腳間距是在引腳離開封裝本體的點上進行測量。凸緣下方允許的最大樹脂突出量為 1.0mm。工程師必須參考詳細的機械圖（PDF 中隱含）以進行印刷電路板上的精確放置與佔位面積設計。
4.2 極性辨識
適用標準 LED 極性慣例，通常由封裝上的平面側或不同長度的引腳（陽極長於陰極）來指示。必須從封裝圖中驗證具體標記，以確保組裝時方向正確，防止反向偏壓損壞。
5. 焊接與組裝指南
引腳焊接溫度的絕對最大額定值為 260°C 持續 5 秒，測量點距離封裝本體 1.6mm (0.063")。此額定值與標準無鉛迴焊溫度曲線相容。必須嚴格遵守此限制，以防止對內部半導體晶粒、接合線或環氧樹脂透鏡材料造成熱損傷。建議進行預熱以最小化熱衝擊。應根據濕度敏感等級指南，將元件儲存在乾燥、受控的環境中，該指南應從製造商的處理說明中取得。
6. 應用建議
6.1 典型應用場景
此紅外線發射器非常適合以下應用：光學編碼器與位置感測器、紅外線遙控發射器、物體偵測與接近感測、工業自動化光幕，以及光學資料傳輸鏈路。其與特定光電晶體的匹配特性，使其在對準與光譜響應至關重要的反射式或透射式光耦合器設計中特別有價值。
6.2 設計考量要點
驅動電路：使用電壓源驅動時，必須使用限流電阻來設定所需的 IF並防止熱失控。電阻值計算公式為 R = (V電源- VF) / IF。對於高達 2A 的高峰值電流脈衝操作，則需要由脈衝產生器驅動的電晶體開關。
熱管理：必須遵守 150 mW 的功率損耗限制。在高環境溫度或高連續電流下，接面溫度將會升高，可能降低輸出強度並縮短元件壽命。可能需要適當的 PCB 佈局，並提供足夠的銅箔面積以利散熱。
光學設計：20 度的視角提供了聚焦的光束。若需要更廣的覆蓋範圍，可能需要擴散透鏡。為了與匹配的光偵測器達到最大的耦合效率，請確保正確的機械對準，並考慮環境紅外線雜訊的潛在來源。
7. 技術比較與差異化
LTE-4238 的主要差異化優勢在於其高輻射強度（典型值 4.81 mW/sr）以及其為匹配伴隨光電晶體效能而進行的特定篩選。與通用型 IR LED 相比，這種預先篩選確保了配對光電系統中更緊密的公差，從而帶來更一致的靈敏度、更低的串擾以及改善的訊噪比。880 nm 波長是一個常見標準，與 940 nm 光源相比，它在矽光偵測器靈敏度與較低可見度之間提供了良好的平衡。
8. 常見問題解答 (FAQ)
問：如果連續電流僅為 100mA，那麼峰值順向電流額定值 (2A) 的用途是什麼？
答：峰值額定值允許非常短暫的高電流脈衝。這對於像遙控器或資料傳輸等應用至關重要，這些應用需要高瞬時光功率以達到距離或速度要求，但平均功率與熱量仍保持較低。
問：環境溫度如何影響效能？
答：隨著溫度升高，順向電壓通常會略微下降，輻射輸出會降低，且最大允許連續電流必須降額使用。設計必須考慮這些變化。
問：我可以直接從微控制器 GPIO 腳位驅動這個 LED 嗎？
答：有可能，但需謹慎。GPIO 腳位可能提供 20-50mA 的電流。您必須使用串聯電阻將電流限制在所需的 IF，並確保總電流不超過微控制器腳位與封裝的限制。對於更高電流或脈衝操作，則需要外部驅動電晶體。
問：光譜匹配是什麼意思？
答：這表示此 IR LED 的發射光譜經過優化，以對齊其配對光電晶體的峰值光譜靈敏度。這能在給定的發射功率下，最大化偵測到的訊號強度。
9. 實務設計案例分析
情境：設計一個接近感測器。目標是偵測 10 公分內的物體。系統使用一個 LTE-4238 IR 發射器與一個匹配的光電晶體並排放置，面向同一方向。
實作方式：LED 以 1 kHz 頻率、50 mA 的脈衝驅動。一個限流電阻設定此偏壓。光電晶體的集極連接至上拉電阻與放大器/濾波電路。當物體在範圍內時，紅外線光反射回光電晶體，導致其集極電壓下降。此訊號隨後被調理並送入比較器或微控制器 ADC，以觸發偵測事件。
關鍵計算：驅動電阻值是基於 5V 電源與約 1.5V 的 VF計算得出：R = (5V - 1.5V) / 0.05A = 70 歐姆。LED 的功率損耗：P = VF* IF= 1.5V * 0.05A = 75 mW，遠低於 25°C 時的 150 mW 最大值。
10. 工作原理簡介
紅外線 LED 是一種半導體 p-n 接面二極體。當施加順向電壓時，來自 n 區的電子與來自 p 區的電洞被注入接面區域。當這些電荷載子復合時，能量以光子形式釋放。特定的 880 nm 波長是由所用半導體材料的能隙所決定。發射的光是非相干的，屬於近紅外光譜，人眼不可見，但易於被矽基光偵測器偵測。
11. 技術趨勢
用於感測的紅外線發射器趨勢持續朝向更小封裝內更高的功率密度與效率發展。這使得偵測距離更長且系統功耗更低。同時也朝向整合解決方案發展，將發射器、驅動器，有時甚至偵測器整合到具有數位介面的單一模組中。此外，晶圓級封裝與晶片級封裝的進步正在降低離散式光電元件的尺寸與成本，同時提高可靠性。基本工作原理保持不變，但單位體積的整合度與效能正在穩步提升。
LED規格術語詳解
LED技術術語完整解釋
一、光電性能核心指標
| 術語 | 單位/表示 | 通俗解釋 | 為什麼重要 |
|---|---|---|---|
| 光效（Luminous Efficacy） | lm/W（流明/瓦） | 每瓦電能發出的光通量，越高越節能。 | 直接決定燈具的能效等級與電費成本。 |
| 光通量（Luminous Flux） | lm（流明） | 光源發出的總光量，俗稱"亮度"。 | 決定燈具夠不夠亮。 |
| 發光角度（Viewing Angle） | °（度），如120° | 光強降至一半時的角度，決定光束寬窄。 | 影響光照範圍與均勻度。 |
| 色溫（CCT） | K（開爾文），如2700K/6500K | 光的顏色冷暖，低值偏黃/暖，高值偏白/冷。 | 決定照明氛圍與適用場景。 |
| 顯色指數（CRI / Ra） | 無單位，0–100 | 光源還原物體真實顏色的能力，Ra≥80為佳。 | 影響色彩真實性，用於商場、美術館等高要求場所。 |
| 色容差（SDCM） | 麥克亞當橢圓步數，如"5-step" | 顏色一致性的量化指標，步數越小顏色越一致。 | 保證同一批燈具顏色無差異。 |
| 主波長（Dominant Wavelength） | nm（奈米），如620nm（紅） | 彩色LED顏色對應的波長值。 | 決定紅、黃、綠等單色LED的色相。 |
| 光譜分佈（Spectral Distribution） | 波長 vs. 強度曲線 | 顯示LED發出的光在各波長的強度分佈。 | 影響顯色性與顏色品質。 |
二、電氣參數
| 術語 | 符號 | 通俗解釋 | 設計注意事項 |
|---|---|---|---|
| 順向電壓（Forward Voltage） | Vf | LED點亮所需的最小電壓，類似"啟動門檻"。 | 驅動電源電壓需≥Vf，多個LED串聯時電壓累加。 |
| 順向電流（Forward Current） | If | 使LED正常發光的電流值。 | 常採用恆流驅動，電流決定亮度與壽命。 |
| 最大脈衝電流（Pulse Current） | Ifp | 短時間內可承受的峰值電流，用於調光或閃光。 | 脈衝寬度與佔空比需嚴格控制，否則過熱損壞。 |
| 反向電壓（Reverse Voltage） | Vr | LED能承受的最大反向電壓，超過則可能擊穿。 | 電路中需防止反接或電壓衝擊。 |
| 熱阻（Thermal Resistance） | Rth（°C/W） | 熱量從晶片傳到焊點的阻力，值越低散熱越好。 | 高熱阻需更強散熱設計，否則結溫升高。 |
| 靜電放電耐受（ESD Immunity） | V（HBM），如1000V | 抗靜電打擊能力，值越高越不易被靜電損壞。 | 生產中需做好防靜電措施，尤其高靈敏度LED。 |
三、熱管理與可靠性
| 術語 | 關鍵指標 | 通俗解釋 | 影響 |
|---|---|---|---|
| 結溫（Junction Temperature） | Tj（°C） | LED晶片內部的實際工作溫度。 | 每降低10°C，壽命可能延長一倍；過高導致光衰、色漂移。 |
| 光衰（Lumen Depreciation） | L70 / L80（小時） | 亮度降至初始值70%或80%所需時間。 | 直接定義LED的"使用壽命"。 |
| 流明維持率（Lumen Maintenance） | %（如70%） | 使用一段時間後剩餘亮度的百分比。 | 表徵長期使用後的亮度保持能力。 |
| 色漂移（Color Shift） | Δu′v′ 或 麥克亞當橢圓 | 使用過程中顏色的變化程度。 | 影響照明場景的顏色一致性。 |
| 熱老化（Thermal Aging） | 材料性能下降 | 因長期高溫導致的封裝材料劣化。 | 可能導致亮度下降、顏色變化或開路失效。 |
四、封裝與材料
| 術語 | 常見類型 | 通俗解釋 | 特點與應用 |
|---|---|---|---|
| 封裝類型 | EMC、PPA、陶瓷 | 保護晶片並提供光學、熱學介面的外殼材料。 | EMC耐熱好、成本低；陶瓷散熱優、壽命長。 |
| 晶片結構 | 正裝、倒裝（Flip Chip） | 晶片電極佈置方式。 | 倒裝散熱更好、光效更高，適用於高功率。 |
| 螢光粉塗層 | YAG、矽酸鹽、氮化物 | 覆蓋在藍光晶片上，部分轉化為黃/紅光，混合成白光。 | 不同螢光粉影響光效、色溫與顯色性。 |
| 透鏡/光學設計 | 平面、微透鏡、全反射 | 封裝表面的光學結構，控制光線分佈。 | 決定發光角度與配光曲線。 |
五、質量控制與分檔
| 術語 | 分檔內容 | 通俗解釋 | 目的 |
|---|---|---|---|
| 光通量分檔 | 代碼如 2G、2H | 按亮度高低分組，每組有最小/最大流明值。 | 確保同一批產品亮度一致。 |
| 電壓分檔 | 代碼如 6W、6X | 按順向電壓範圍分組。 | 便於驅動電源匹配，提高系統效率。 |
| 色區分檔 | 5-step MacAdam橢圓 | 按顏色坐標分組，確保顏色落在極小範圍內。 | 保證顏色一致性，避免同一燈具內顏色不均。 |
| 色溫分檔 | 2700K、3000K等 | 按色溫分組，每組有對應的坐標範圍。 | 滿足不同場景的色溫需求。 |
六、測試與認證
| 術語 | 標準/測試 | 通俗解釋 | 意義 |
|---|---|---|---|
| LM-80 | 流明維持測試 | 在恆溫條件下長期點亮，記錄亮度衰減數據。 | 用於推算LED壽命（結合TM-21）。 |
| TM-21 | 壽命推演標準 | 基於LM-80數據推算實際使用條件下的壽命。 | 提供科學的壽命預測。 |
| IESNA標準 | 照明工程學會標準 | 涵蓋光學、電氣、熱學測試方法。 | 行業公認的測試依據。 |
| RoHS / REACH | 環保認證 | 確保產品不含有害物質（如鉛、汞）。 | 進入國際市場的准入條件。 |
| ENERGY STAR / DLC | 能效認證 | 針對照明產品的能效與性能認證。 | 常用於政府採購、補貼項目，提升市場競爭力。 |