SMD RGB LED LTSA-E35BCEGBW データシート - 12mmパッケージ - 5V電源 - ISELEDプロトコル - 日本語技術文書

1. 製品概要

本資料は、厳しい車載アクセサリー用途向けに設計された高性能表面実装型RGB LEDモジュールの仕様を詳細に説明します。本デバイスは、赤、緑、青のLEDチップと、ISELEDデジタル通信プロトコルをサポートする専用ドライバICを統合しています。この統合により、LEDパッケージ内で直接、精密な色制御、複数ユニットのデイジーチェーン接続、温度補償などの高度な機能が実現可能です。

1.1 主要機能と利点

本製品の主な利点は、コンパクトなSMDパッケージに高輝度LEDの性能とインテリジェントなデジタル制御を組み合わせている点です。主な機能は以下の通りです：

• デジタルシリアルインターフェース：2 Mbit/sで動作する双方向、半二重のISELED準拠シリアル通信バスを採用しています。これにより、各色チャネルに対して8ビットの精密な輝度制御が可能となり、最大4079台のデバイスを単一のチェーンに接続できるため、複雑な照明システムにおける配線を簡素化します。
• 統合されたインテリジェンス：オンボードドライバICは、カラーミキシング用のPWM生成を処理し、温度センシング用の統合ADCを備えています。動作温度範囲全体で発光出力を一定に保つため、赤色LEDの駆動電流に対して自動的に補償を適用します。
• 車載用途の堅牢性：本コンポーネントは、LEDダイスに対してAEC-Q102、ドライバICに対してAEC-Q100に準拠して認定されています。JEDEC Level 2の湿気感受性レベルにプリコンディショニングされており、無鉛赤外線リフローはんだ付けプロセスに対応しています。
• 製造性を考慮した設計：12mmテープに巻かれた7インチリールで供給され、標準的な自動実装・はんだ付け装置と互換性があり、大量生産を容易にします。

1.2 ターゲット市場と用途

主なターゲット市場は自動車産業であり、特に信頼性の高い性能、精密な色制御、およびネットワーク化が求められる車室内外のアクセサリー照明用途です。想定されるユースケースには、アンビエント照明、ステータスインジケータ、装飾照明要素などが含まれます。

2. 技術パラメータ：詳細な客観的分析

2.1 絶対最大定格と動作条件

動作限界を理解することは、信頼性の高い設計にとって重要です。本デバイスは4.5Vから5.5Vの電源で動作し、公称電圧は5.0Vです。周囲動作温度範囲は-40°Cから+110°C、最大接合温度は125°Cと規定されています。ESD耐圧は2 kV（HBM、AEC-Q101-001準拠のClass H1C）です。保管温度は-40°Cから+125°C以内である必要があります。

2.2 測光および光学特性

光学性能は、接合温度25°C、全輝度コマンド下で測定されます。主要な指標は以下の通りです：

• 光度：各色の代表的な光度は、赤色（主波長622 nm）で530 mcd、緑色（527 nm）で1180 mcd、青色（461 nm）で90 mcdです。3色すべてを最大で駆動した場合（白色光）、合計の代表的な光度は1800 mcdです。
• 色特性：白色光の代表的な色度座標はx=0.3127、y=0.3290であり、D65白色点に対応します。指向角（2θ1/2）は120度で、広く拡散した光パターンを提供し、面照明に適しています。
• 許容差：光度の許容差は±10%、主波長は±1nm、色度座標は±0.01です。これらは中～高性能LEDの標準的な許容差です。

2.3 電気的および熱的特性

電気的特性からは、デバイスの消費電力と熱管理要件が明らかになります。

• 消費電流：平均消費電流は色によって異なります。各色を単独で最大輝度駆動した場合の代表値は、赤色で26.7 mA、緑色で20.5 mA、青色で10.0 mAです。ドライバIC自体の静止消費電流（I_drv）の代表値は1.2 mAです。
• 熱抵抗：LED接合部からはんだ付けポイントまでの熱抵抗（Rth_JS）は、放熱にとって重要なパラメータです。代表値は、赤色チップで70.3 °C/W、緑色で71 °C/W、青色で61.7 °C/Wです。これらの値は、16mm²の銅パッドを持つFR4基板上で測定されています。特に複数の色を同時に駆動する場合や周囲温度が高い場合には、接合温度を最大125°C以下に保つために、適切なPCB熱設計が不可欠です。

2.4 電源投入リセットと通信インターフェース

本デバイスは、代表的なしきい値が4.2V（最小4.0V、最大4.4V）の電源投入リセット回路を備えています。シリアル通信インターフェースは、SIO_PピンとSIO_Nピンで差動信号を使用し、電圧レベルはVcc電源範囲（4.5Vから5.5V）に一致します。

3. 性能曲線分析

3.1 光度の温度依存性

提供されているグラフは、各原色および白色について、接合温度の関数としての相対光度（25°Cでの値に正規化）を示しています。重要な観察点は、温度が上昇するにつれて赤色LEDの強度が大幅に低下することであり、これはAlInGaP材料の既知の特性です。これは、この低下を相殺し色安定性を維持するために赤色PWMデューティサイクルを調整する、統合温度補償機能の重要性を強調しています。

3.2 色度の温度依存性

追加のグラフは、接合温度に伴う色度座標（ΔCx、ΔCy）のシフトを示しています。これらのシフトは、赤色と青色のチャネルで最も顕著です。このデータは、補償されていない動作における色ずれを理解するための基礎を提供し、オンボード補償の価値と、デジタルインターフェースを使用したシステムレベルの色キャリブレーションの可能性を強調しています。

4. 機械的およびパッケージ情報

4.1 パッケージ寸法と外形

本デバイスは表面実装パッケージを使用します。寸法図は物理的なフットプリントと高さを示しています。特に指定のない限り、すべての重要な寸法はミリメートル単位で提供され、一般的な公差は±0.2 mmです。レンズは拡散されており、広い120度の指向角を実現しています。

4.2 ピン構成と機能

本デバイスは8ピン構成です：

1. PRG5：グランド（LED製造/テスト用）。
2. SIO1_N：シリアル通信マスター側、負の差動ライン。
3. SIO1_P：シリアル通信マスター側、正の差動ライン。
4. GND：グランド（ピン4）。
5. GND：グランド（ピン5）。
6. SIO2_P：シリアル通信スレーブ側、正の差動ライン（デイジーチェーン接続用）。
7. SIO2_N：シリアル通信スレーブ側、負の差動ライン。
8. Vcc_5V：IC電源（5V）。

2つのグランドピン（4 & 5）と独立した通信ポートにより、堅牢な電源配分と複数デバイスの容易なデイジーチェーン接続が可能になります。

5. はんだ付けおよび実装ガイドライン

5.1 IRリフローはんだ付けプロファイル

無鉛はんだ付け用の推奨リフロープロファイルが提供されており、J-STD-020Bに準拠しています。このプロファイルは、予熱、ソーク、リフロー最高温度（最大260°C、10秒間）、冷却速度などの主要パラメータを規定しています。LEDチップ、ドライバIC、内部ワイヤボンドへの熱損傷を防ぎ、長期信頼性を確保するために、このプロファイルに従うことが重要です。

5.2 取り扱いおよび保管上の注意

本デバイスはJEDEC Level 2にプリコンディショニングされています。これは、湿気感受性コンポーネントがベーキングされ、乾燥剤と共にパッケージングされていることを意味します。密封されたドライバッグを開封した後は、指定された時間内（通常、相対湿度10%で1年、またはより高い湿度では短い時間）に組み立てるか、メーカーの指示に従って再ベーキングを行う必要があります。これは、リフロー中のポップコーン現象を防ぐためです。<10% RH、またはより高い湿度では短い時間）に組み立てるか、メーカーの指示に従って再ベーキングを行う必要があります。これは、リフロー中のポップコーン現象を防ぐためです。

6. 機能説明とシステムアーキテクチャ

6.1 内部ブロック図概要

機能ブロック図は、統合システムを示しています。中核は、通信、PWM生成、およびシステム機能を管理するメインユニットマイクロコントローラです。これはISELEDシリアルインターフェースを介してコマンドを受信します。3つの独立した設定可能な定電流シンクが、赤、緑、青のLEDアノード（ローサイド駆動）を駆動します。統合されたアナログ-デジタルコンバータ（ADC）は、内部センサーを介してデバイス温度を定期的に測定します。このデータはメインユニットによって使用され、赤色LEDの熱による出力低下を補償するために、そのPWMデューティサイクルを動的に調整します。ADCは、他のアナログ値を測定するようにコマンドすることもできます。ワンタイムプログラマブル（OTP）不揮発性メモリは、個々のデバイスキャリブレーションデータ（例：LED順方向電圧のばらつき）を格納し、電源投入時にレジスタにロードします。

6.2 PWMと通信プロトコル

各色の輝度は、8ビット分解能（256レベル）のパルス幅変調（PWM）によって制御されます。ISELEDプロトコルは、これらの輝度値、デバイスアドレッシング、およびステータス情報（温度など）の読み戻しの送信を処理します。双方向性により、診断通信が可能となり、チェーン内のデバイスの存在と健全性を確認できます。

7. アプリケーション提案と設計上の考慮事項

7.1 代表的なアプリケーション回路

代表的なアプリケーションでは、ISELEDトランシーバを備えたホストマイクロコントローラが、チェーン内の最初のLEDのSIO1_P/Nピンに接続されます。そのLEDのSIO2_P/Nピンは、次のLEDのSIO1_P/Nピンに接続され、以下同様に続きます。単一の5V電源ラインが、ローカルコンデンサで適切にデカップリングされ、チェーン内のすべてのLEDに電力を供給します。PCBレイアウトでは、低インピーダンスのグランド接続を確保し、デバイスのグランドピンと熱放散パッド（フットプリントに存在する場合）に接続された十分な銅箔面積を使用して熱を放散することで、適切な熱管理を行う必要があります。

7.2 設計上の考慮事項

• 熱管理：予想される電力損失（P = Vcc * I_total）を計算し、熱抵抗（Rth_JS）を使用して、PCBはんだ付けポイントからの温度上昇を見積もります。PCB設計がこの熱を効果的に放散し、Tjを<125°C以下に保つことを確認してください。
• 電源：5V電源は安定しており、LEDチェーン全体のピーク電流を供給できる能力が必要です。電源投入時の突入電流を考慮してください。
• 信号品質：長いチェーンや電気的にノイズの多い環境（自動車など）では、SIOラインの差動ペア配線について、ベストプラクティス（長さマッチング、可能であれば制御インピーダンス）に従ってください。

8. 技術比較と差別化

従来のアナログRGB LEDと比較して、本デバイスは以下のような大きな利点を提供します：精度：デジタル制御により、順方向電圧の差やアナログドライバの公差による色のばらつきが排除されます。簡素化：LEDごとに複数のPWMラインが必要だった制御ラインを、チェーン全体で単一の差動ペアに削減します。インテリジェンス：内蔵の温度補償とOTPに格納されたキャリブレーションにより、複雑な外部回路なしで一貫した性能が確保されます。診断機能：双方向バスにより、システムレベルの健全性監視が可能になります。主なトレードオフは、単純なPWM生成と比較して、デジタル通信プロトコルソフトウェアの複雑さが増すことです。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: これらのLEDを直列に何個まで接続できますか？

A: ISELEDインターフェースを介して、最大4079台のデバイスを単一のデイジーチェーンに接続できます。

Q: 温度補償は自動的に機能しますか？

A: はい、内部ドライバICが自動的に温度を測定し、一定の光度を維持するために赤色LEDのPWMデューティサイクルを調整します。これはホストコントローラから独立したハードウェア機能です。

Q: OTPメモリの目的は何ですか？

A: OTPは、各デバイスの個別のキャリブレーションデータ（例：電流シンクのトリム値や色キャリブレーション係数）を格納します。これにより、生産ロット内のすべてのユニットで非常に均一な性能が得られます。

Q: 3.3Vのマイクロコントローラで5VのLEDと通信できますか？

A: SIOピンはVccレベル（4.5-5.5V）で動作します。3.3Vのロジックデバイスに直接接続することは信頼性が低い可能性があります。レベルシフタ、または低電圧動作用に設計されたISELEDトランシーバICが必要になります。

10. 実用的なユースケース例

シナリオ: 自動車ドアパネルアンビエント照明設計者が、ドアパネルとアームレストに沿ってマルチゾーンで色変化するアンビエント照明を実装したいと考えています。このLEDを使用することで、ドアモジュール内にある単一のISELEDマスターによって制御される長いLEDチェーン（例：50個）を作成できます。各LEDは個別にアドレス指定したり、グループ化したりできます。ホストは、任意の色や動的な照明パターンを設定するコマンドを送信できます。統合温度補償により、ドアパネルが日光で加熱された場合でも赤色の強度が安定し、望ましくない青/緑への色ずれを防ぎます。デイジーチェーン配線により、並列RGB+ドライバソリューションと比較して必要な配線数を大幅に削減し、ハーネス設計を簡素化し、コストと重量を削減します。

11. 動作原理の紹介

本デバイスは、ミックスドシグナルの原理で動作します。デジタルコアはシリアルデータを受信し、コマンドをデコードし、3つの独立したハードウェアPWMジェネレータのPWMデューティサイクルを定義するレジスタを設定します。これらのPWM信号は、LEDの定電流シンクとして機能するローサイドMOSFETを駆動します。各チャネルの電流レベルは内部で固定されています（おそらくOTPキャリブレーションによって設定）。アナログフロントエンドには、その電圧出力がADCによってデジタル化される温度センサが含まれています。デジタルロジックはこの温度読み取り値を使用して、事前定義された補償曲線を適用し、赤色PWMレジスタ値をリアルタイムで修正します。この閉ループ制御（温度の検知、駆動の調整）は、デバイス内で自律的に行われます。

12. 技術トレンドと背景

本製品は、LED照明における明確なトレンド、すなわちアナログからデジタル・インテリジェントノードへの移行の一部です。ISELEDプロトコルは、車載照明向けに開発された特定のエコシステムであり、SPIベースのアドレス可能LED（例：WS2812B）やAutomotive Ethernetなどの他の規格と競合しています。センシング（温度）と処理をLEDパッケージに直接統合することで、各発光点を個別にキャリブレーション、監視、制御できるスマート照明が可能になります。これにより、予知保全（LED劣化の検出）、複雑な適応照明パターン、異なる材料や生産ロットにわたるシームレスな色合わせなどの高度な機能が容易になります。AEC-Q認定と堅牢な通信への注力により、自動車アプリケーションの過酷な電気的・環境的条件に適しており、これは先進LED技術の主要な成長分野です。