SMD RGB LED LTST-G353CEGB7W データシート - 5.0x5.0x1.6mm - 5V - 94mW - 白色拡散レンズ - 技術文書

1. 製品概要

LTST-G353CEGB7Wは、自動プリント基板（PCB）実装および設置スペースが厳しく制限される用途向けに設計された表面実装デバイス（SMD）LEDです。この部品は、赤、緑、青（RGB）の半導体チップと専用制御回路を単一パッケージ内に統合し、完全な個別アドレス可能なピクセルを形成します。通信機器、ポータブルコンピュータ、ネットワークインフラ、家電製品、屋内看板や装飾照明システムなど、幅広い電子機器向けに設計されています。

1.1 主要機能と利点

本デバイスは、現代の電子機器製造における使いやすさと性能を向上させる、いくつかの重要な技術的・パッケージング的特徴によって差別化されています。

• 統合制御:RGB LEDチップと14ビットドライバICの統合が大きな利点です。これにより、基本的な制御のための外部ドライバ部品が不要となり、回路設計が簡素化され、全体の部品点数（BOM）が削減されます。
• 高解像度カラー制御:各原色（赤、緑、青）は1024の異なる輝度レベル（10ビットPWM）で制御可能です。これにより、10億7000万色（2^30）以上の色の組み合わせを生成でき、滑らかな色のグラデーションと精密な色混合が可能になります。
• 高度なドライバIC:内蔵ドライバは定電流パルス幅変調（PWM）制御を採用しています。14ビット制御は分割されており、10ビットは輝度のためのPWMデューティサイクルに、4ビットは電流レベルの微調整に割り当てられ、光出力と効率に対するきめ細かい制御を実現します。
• 簡素化されたデータインターフェース:LEDとの通信および複数ユニットのデイジーチェーン接続は、シングルワイヤのシリアルプロトコル（SPI互換）によって実現されます。これにより、ホストマイクロコントローラから必要な制御ラインの数が最小限に抑えられます。
• データ完全性機能:本デバイスは、ブレークポイント連続転送（バイパス機能）をサポートしています。チェーン内の1つのLEDが故障した場合でも、データ信号はそれをバイパスし、シーケンス内の残りのLEDが正しく動作し続けることを保証し、システムの信頼性を高めます。
• 製造対応性:部品は、7インチ径リールに巻かれた12mm幅テープ上で供給され、標準的な自動実装機と互換性があります。また、JEDEC Moisture Sensitivity Level 4のプリコンディショニングを含む、鉛フリー赤外線（IR）リフローはんだ付けプロセスに適合しています。
• 環境適合性:本製品は、関連する環境規制に適合しています。

1.2 対象アプリケーションと市場

小型フォームファクタ、統合された知能、フルカラー機能の組み合わせにより、このLEDは多様なアプリケーションに適しています:

• ステータスおよびインジケータ照明:通信機器、オフィスオートメーション機器、家電製品、産業用制御パネルにおいて、多色のステータスフィードバックを提供します。
• フロントパネルおよびバックライト:ボタン、ロゴ、またはディスプレイを、動的でカスタマイズ可能な色で照らします。
• 装飾および建築照明:LEDストリップ、モジュール、ソフトライト、ランプなど、環境照明やアクセント照明に使用されます。
• 屋内表示要素:個々のピクセル制御が必要なフルカラーモジュールや不規則なビデオディスプレイの構成要素として使用されます。

2. 技術パラメータ: 詳細な客観的解釈

このセクションでは、データシートに規定されている主要な性能パラメータの詳細な分析を提供します。

2.1 光学的特性

光学的性能は標準条件（Ta=25°C、VDD=5V）で測定されます。デバイスは白色拡散レンズを使用して個々のカラーチップからの光を混合し、均一な外観を生み出します。

• 光度（I_V）:代表的な軸上光度はカラーチップによって異なります。緑チップが最も明るく（330-700 mcd）、次に赤（130-300 mcd）、そして青（50-180 mcd）となります。これらの値は、人間の目の応答をシミュレートするフィルターを通して測定された光出力を表します。
• 視野角（2θ_1/2）:本デバイスは120度の広い視野角を特徴とします。これは、光度が軸上値の半分に低下する全角として定義され、軸外からの良好な視認性を示しています。
• 主波長（λ_d）:このパラメータは、各チップの知覚される色を定義します。規定された範囲は以下の通りです: 赤: 618-630 nm、緑: 520-535 nm、青: 463-475 nm。ピーク発光波長の許容差は±1 nmであり、デバイス間での一貫した色の生成を保証します。

2.2 電気的特性および絶対最大定格

これらの定格を遵守することは、信頼性の高い動作と永久的な損傷の防止に不可欠です。

• 絶対最大定格:
  • 消費電力（P_D）: 94 mW。これを超えると過熱の原因となります。
  • 供給電圧（V_DD）: +4.2V ～ +5.5V。内部ICは公称5V電源用に設計されています。
  • 全順方向電流（I_F）: 17 mA。これは3つのチップすべてを合わせた最大総電流です。
  • 動作温度: 0°C ～ +85°C。
  • 保存温度: -40°C ～ +100°C。
• 電気的特性（代表値 @ V_DD=5V）:
  • IC出力電流（色毎）: 各R、G、Bチャネルあたり代表値5 mA。この定電流駆動により、わずかな電圧変動に関わらず安定した色出力が確保されます。
  • 論理入力レベル: ハイレベル入力電圧（V_IH）は0.7*V_DD（5V供給時は代表値3.3V）。ローレベル入力電圧（V_IL）は0.3*V_DDです。これにより、5Vおよび3.3Vのマイクロコントローラ論理との互換性があります。
  • IC静止時電流: すべてのLED出力がオフの時、約0.2 mA。スタンバイ時の低消費電力を示します。

2.3 熱に関する考慮事項

熱抵抗を明示的に詳細化していませんが、データシートははんだ付けプロファイルと保存条件を通じて重要な熱管理ガイドラインを提供しています。最大消費電力94 mWと動作温度範囲は、熱動作ウィンドウを定義します。連続動作時、特に最大輝度および電流時には、接合温度を安全限界内に維持するために、適切な熱放散を備えたPCBレイアウトが不可欠です。

3. ビニングシステムの説明

データシートには、色の一貫性を確保するためのCIE（国際照明委員会）色度ビニング表が含まれています。

• 色ビニング:LEDは、CIE 1931色空間図上の測定された色度座標（x, y）に基づいてビン（A、B、C、D）に分類されます。各ビンはチャート上の四角形で定義されます。ビン内の配置許容差はx座標、y座標ともに±0.01です。このビニングプロセスにより、知覚される色がほぼ同一のLEDがグループ化され、複数のLEDを並べて使用するアプリケーションで目に見える色の不一致を避けるために重要です。
• 解釈:ビンAとBは、混合白色光（拡散レンズを通して）の色空間の特定の領域をカバーし、ビンCとDは隣接する領域をカバーします。設計者はビンコードを指定することで、自社の生産ロットにおいてより厳密な色合わせを保証することができます。

4. 性能曲線分析

データシートは、主要な関係をグラフィカルに表す代表的な性能曲線を参照しています。具体的なグラフは提供されたテキストには再現されていませんが、その標準的な内容を以下に分析します。

• 相対光度 vs. 順方向電流（I-V曲線）:この曲線は、各LEDチップに供給される順方向電流に対して光出力がどのように増加するかを示します。統合された定電流ドライバにより、この関係は主に内部で管理されますが、この曲線はチップとドライバの組み合わせの効率を示します。
• 相対光度 vs. 周囲温度:これは、周囲（または接合）温度が上昇するにつれて光出力が低下する（デレーティング）重要な曲線です。LEDの効率は温度とともに低下するため、このグラフは設計者が熱性能と高温環境での潜在的な光損失を理解するのに役立ちます。
• 分光パワー分布:このグラフは、各カラーチップの波長スペクトル全体にわたって放射される光の強度を示し、LEDに特徴的な狭い発光ピークと特定の主波長を表示します。

5. 機械的およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法と構成

本デバイスは業界標準のSMDフットプリントに準拠しています。主要寸法は、長さ約5.0mm、幅約5.0mm、高さ約1.6mm（許容差±0.2mm）です。正確なPCBランドパターン設計のための詳細な寸法図が元のデータシートに提供されています。

5.2 ピン構成と機能

6ピンデバイスのピン配列は以下の通りです:

1. VCC:内部ICの電源入力。VDDに接続可能。
2. VDD:主DC電源入力（4.2-5.5V）。
3. DOUT:次のLEDのDINへデイジーチェーン接続するための制御データ信号出力。
4. DIN:マイクロコントローラまたは前のLEDからの制御データ信号入力。
5. VSS:グランド接続。
6. FDIN:補助データ信号入力（機能は特定の制御モードに固有の場合があります）。

5.3 推奨PCB実装パッド

信頼性の高いはんだ付けと機械的安定性を確保するために、推奨はんだパッドレイアウトが提供されています。このレイアウトには通常、はんだ付けおよび動作中の熱を管理するための熱放散接続と、ガルウィングまたは類似のリード用に適切なサイズのパッドが含まれます。

6. はんだ付け、組立、取り扱いガイドライン

6.1 IRリフローはんだ付けプロファイル

J-STD-020Bに準拠した、鉛フリーはんだ付けの詳細なリフロープロファイルが提供されています。このプロファイルは以下の重要なパラメータを規定します:

• プリヒート:フラックスを活性化し、熱衝撃を最小限に抑えるための徐々の温度上昇。
• ソークゾーン:部品と基板の均一な加熱を確保するための温度プラトー。
• リフローゾーン:代表的なピーク温度は240°Cから260°Cの間で、液相線以上時間（TAL）は慎重に制御され、LEDパッケージや内部部品を損傷することなく信頼性の高いはんだ接合を形成します。
• 冷却速度:はんだを固化させ、応力を最小限に抑えるための制御された冷却。

6.2 保存および湿気感受性

本デバイスは湿気に敏感です。乾燥剤と共に元の防湿袋に密封された状態では、保存条件が≤30°C、≤70% RHの場合、保存寿命は1年です。開封後は、部品を≤30°C、≤60% RHで保存する必要があります。元の袋の外での長期保存には、乾燥剤を入れた密閉容器を使用してください。周囲の空気に96時間以上さらされた部品は、はんだ付け中のポップコーン現象や層間剥離を防ぐために、リフロー前にベーキング処理（約60°Cで48時間）が必要です。

6.3 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合は、指定された溶剤のみを使用してください。室温のエチルアルコールまたはイソプロピルアルコールに1分未満浸漬することを推奨します。過酷または未指定の化学薬品はプラスチックレンズやパッケージを損傷する可能性があります。

7. 包装および注文情報

• 標準包装:部品は、7インチ（178mm）径リールに巻かれた12mm幅エンボスキャリアテープ上で供給されます。
• リールあたり数量:フルリールあたり1500個。
• 最小注文数量（MOQ）:部分数量の場合、最小500個から入手可能です。
• 包装規格:ANSI/EIA-481仕様に準拠。テープの空きポケットは保護用トップカバーテープで覆われています。

8. アプリケーション設計上の考慮事項

8.1 代表的なアプリケーション回路

主なアプリケーションは、複数のLEDをデイジーチェーン接続することです。マイクロコントローラからの単一のデータラインが最初のLEDのDINに接続されます。そのDOUTは次のLEDのDINに接続され、以下同様に続きます。すべてのLEDに5V電源（適切なローカルデカップリングコンデンサ、例：100nF付き）を供給する必要があり、特に長いチェーンの末端でIRドロップが発生する可能性があるため、電圧が4.2-5.5V範囲内に維持されるようにする必要があります。長いチェーンやノイズの多い環境では、インピーダンス整合のためにデータラインに直列抵抗が必要になる場合があります。

8.2 データ伝送プロトコル

通信は、高速、シングルワイヤ、リセットベースのプロトコルを使用します。各ビットは、1.2µs（±160ns）周期内のハイパルスとして伝送されます。

• 論理 '0': T_0H（ハイ時間）= 300ns ±80ns、T_0L（ロウ時間）= 900ns。
• 論理 '1': T_1H= 900ns ±80ns、T_1L= 300ns。
• データフレーム: LEDあたり42ビット（各R、G、Bチャネルに14ビットずつと推定）。
• リセット: データライン上の50µs（RES）より長いロウ信号により、受信したデータが出力レジスタにラッチされ、ICはチェーン内の最初のLEDの新しいフレームを受信する準備が整います。

8.3 熱および電力管理

設計者は総消費電力を計算する必要があります。代表的な各色5mA、5V電源では、3色すべてがフルホワイトの状態で1つのLEDは最大75mW（5V * 15mA）を消費し、これは最大値94mWを下回ります。しかし、高密度アレイでは、総合的な熱は無視できないものになります。長期信頼性のためには、放熱用の十分なPCB銅面積、可能な気流、および高温環境での輝度デレーティングが不可欠な考慮事項です。

9. 技術比較と差別化

外部定電流ドライバとマルチプレクシング回路を必要とする個別RGB LEDと比較して、本デバイスは大幅な統合を提供し、設計の複雑さ、部品点数、基板スペースを削減します。他のアドレス可能LED（例：APA102や古いWS2812など異なるプロトコルを使用するもの）と比較して、LTST-G353CEGB7Wの14ビット制御（10ビットPWM + 4ビット電流）は、典型的な8ビット（256レベル）の代替品よりも細かい色解像度と階調制御を提供します。フォールトトレランスのための統合バイパス機能も、すべてのアドレス可能LEDにあるわけではない、信頼性を特徴付ける差別化要素です。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q1: VCCピンとVDDピンの違いは何ですか？

A1: どちらも内部ICの電源入力です。接続することができます。データシートでは、内部的に類似しており、設計の柔軟性、おそらく敏感なアプリケーションでのノイズ分離のために提供されていることが示唆されています。

Q2: 3.3VのマイクロコントローラでこのLEDを駆動できますか？

A2: はい、データ入力（DIN）については可能です。V_IHの最小値は0.7*V_DDです。V_DD=5Vの場合、V_IH最小値は3.5Vです。3.3V出力は下限ぎりぎりかもしれません。動作する可能性はありますが、信頼性のためには、データライン用に5Vへのレベルシフタを使用することを推奨します。電源V_DDは依然として4.2-5.5Vである必要があります。

Q3: 何個のLEDをデイジーチェーンできますか？

A3: 制限は主にデータ更新レートと電源によって決まります。各LEDは42ビットのデータを必要とします。長いチェーンの場合、所望の更新レート（例：60Hz）ですべてのLEDのデータを送信する時間が数を制限する可能性があります。電気的には、DOUTは次のLEDのDINを直接駆動できます。チェーンに沿った電圧降下を避けるために、電源は堅牢に分配する必要があります。

Q4: FDINピンの目的は何ですか？

A4: データシートでは補助データ入力としてリストされています。その正確な機能は、高度な制御モード、工場テスト、または特定のコントローラ機能との互換性のためかもしれません。標準的なシングルワイヤデイジーチェーン接続では、通常は未接続のままにするか、アプリケーションノートで指定されているようにVDDまたはVSSに接続します。

11. 実践的な設計と使用例

例1: ステータスインジケータパネル:ネットワークルータに10個のLEDクラスターを使用できます。それぞれに固有の色を割り当てて、リンクステータス、トラフィック活動、またはシステムアラートを示すことができます。シングルデータライン制御により、30個の個別LED（10 RGB）をマルチプレクシングする場合と比較して配線が簡素化されます。

例2: 装飾用LEDストリッププロトタイプ:カスタム照明プロジェクトでは、50個のLEDをフレキシブルPCBストリップにはんだ付けできます。小型マイクロコントローラ（例：ESP32）がデータストリームを生成し、アニメーション、カラーウォッシュ、音楽ビジュアライゼーションを可能にします。広い視野角により均一な照明が確保されます。

例3: 計器クラスターバックライト:少量生産の産業用デバイスでは、これらのLEDはゲージやボタンのカスタマイズ可能なバックライトを提供し、エンドユーザーがカラーテーマを選択できるようにします。定電流駆動により、選択された色に関わらず一貫した輝度が確保されます。

12. 動作原理の紹介

本デバイスは単純明快な原理で動作します。外部マイクロコントローラは、赤、緑、青のチャネルに対する輝度情報を含むシリアルデータストリームを送信します。統合ドライバICはこのデータを受信し、内部レジスタに格納し、その後定電流源を使用して各LEDチップを駆動します。各チップの輝度は、人間の目には知覚できないほど高い周波数（>200Hz）で電流を高速にオン/オフ（PWM）することによって制御されます。このPWMのデューティサイクル（オン時間の割合）が知覚される輝度を決定します。4ビットの電流調整により、各色の最大電流をスケーリングでき、白色点の調整が可能になります。3つの単色チップからの光は白色拡散レンズ内で混合され、最終的な合成色を生成します。

13. 技術トレンドと背景

LTST-G353CEGB7Wは、SMD LEDの進化、特にインテリジェントまたはアドレス可能LEDのカテゴリにおける成熟段階を代表しています。この分野のトレンドは、より高い統合度、より大きな制御解像度（チャネルあたり8ビットから16ビット以上へ）、改善された電力効率（低い順方向電圧、高い発光効率）、およびより高速でノイズに対してより堅牢な強化された通信プロトコルに向かっています。光出力を維持または増加させながら小型化を進める動きや、より鮮やかなディスプレイのための広い色域を持つLEDの開発も進んでいます。統合された14ビットドライバと信頼性の高いシングルワイヤインターフェースを備えた本デバイスは、スマートで接続されたデバイス向けのよりシンプルで高性能、かつ信頼性の高い照明ソリューションを求める業界の推進力と一致しています。