SMD RGB LED 19-C47 データシート - 8ビットPWM制御 - 5V電源 - フルカラー - 日本語技術文書

1. 製品概要

19-C47は、赤、緑、青の3つの個別LEDチップと専用3チャンネル定電流ドライバICを統合した小型表面実装デバイス（SMD）です。この統合により、精密なカラーミキシングと制御が可能となり、鮮やかでプログラム可能なフルカラー出力を必要とするアプリケーションの主要コンポーネントとなります。その主な利点は、小型フットプリント、内蔵ドライバによる外部回路の簡素化、および各色チャンネルに対する高度な8ビットパルス幅変調（PWM）制御の組み合わせにあります。

1.1 主要特長と利点

• 統合ドライバ:リニア8ビットPWM制御を備えた3チャンネルLEDドライバを内蔵しており、基本的なカラーミキシングのための外部PWMコントローラが不要です。
• 高カラー深度:各RGBチップは256階調（8ビット）で制御可能であり、1600万色以上（256^3）の表現が可能です。
• コンパクトなSMDパッケージ:従来のリードフレームLEDに比べて大幅に小型であり、高い基板密度、最終製品の小型化、自動ピックアンドプレース実装への適合性を実現します。
• 適合規格:本製品は鉛フリーであり、RoHS、EU REACH、およびハロゲンフリー規格（Br <900ppm、Cl <900ppm、Br+Cl <1500ppm）に適合しています。
• プロセス互換性:標準的な赤外線および気相はんだリフロー工程との互換性を考慮して設計されています。

1.2 対象アプリケーション

この部品は、ダイナミックなフルカラー照明およびディスプレイを要求するアプリケーション向けに設計されています。

• 屋内・屋外用フルカラーLEDビデオディスプレイおよびサイネージ。
• 装飾用LED照明ストリップおよび建築照明。
• 計器盤、スイッチ、シンボルのバックライト。
• 通信機器における状態表示およびバックライト。
• 一般的なフルカラー照明アプリケーション。

2. 技術仕様と詳細分析

2.1 絶対最大定格と動作条件

これらのパラメータは、デバイスに永久的な損傷が発生する可能性のある限界を定義します。推奨条件内で動作させることで、信頼性の高い性能が確保されます。

• 電源電圧（VDD）:絶対最大範囲は+4.2Vから+5.5Vです。推奨される標準動作電圧は5.0Vです。5.5Vを超えると内部ドライバICが損傷する可能性があります。
• 入力電圧（VIN）:ロジック入力ピン（DIN）は-0.5VからVDD+0.5Vの間に保たなければなりません。確実なロジックハイ認識のためには、3.3Vが典型的な電圧であり、ロジックローは0.3*VDD（5V VDDでは通常1.5V）以下である必要があります。
• ESD保護:2000V人体モデル（HBM）に定格されています。これは基本的な取り扱い保護を提供しますが、組立時の適切なESD対策は依然として必要です。
• 温度範囲:動作温度は-20°Cから+70°Cです。保管温度は-40°Cから+90°Cです。はんだ付けプロファイルは重要です：リフローはんだ付けのピーク温度は10秒間260°Cを超えてはならず、手はんだ付け時は3秒間350°Cを超えてはなりません。

2.2 DC電気的特性

Ta=25°C、VDD=5Vで測定されたこれらの特性は、静的条件下でのデバイスの電気的挙動を定義します。

• 電源電流（IDD）:すべてのLED出力がオフ（PWMデューティサイクル0%）のときのドライバIC自体の典型的な消費電流は2.5 mAです。これは静止電流です。
• ロジックレベル閾値:入力電圧レベルを確認します：VIH（ハイ）は通常3.3V、VIL（ロー）は最大0.3*VDDです。

2.3 タイミングとデータ通信プロトコル

デバイスはシリアル通信プロトコルを使用して24ビットデータ（赤、緑、青の各チャンネルに8ビットずつ）を受信します。タイミングはエラーのないデータ伝送に重要です。

• 高速モードタイミング:
  • T0H（0コード、ハイ時間）：300ns ±80ns。
  • T0L（0コード、ロー時間）：900ns ±80ns。
  • T1H（1コード、ハイ時間）：900ns ±80ns。
  • T1L（1コード、ロー時間）：300ns ±80ns。
  • RES（リセット時間）：データをラッチするには、50µs以上のロー信号が必要です。
• データフォーマット:単一デバイスに対して24ビットのデータが順次送信されます：通常はG7-G0、R7-R0、B7-B0（順序は異なる場合があります。プロトコル詳細を確認してください）。
• カスケード接続:複数のデバイスをデイジーチェーン接続できます。あるデバイスのDOUTピンは次のデバイスのDINピンに接続されます。24ビットを受信した後、デバイスは後続のビットを自動的にDOUTに転送します。
• 設計上の注意:
  • 信号の完全性を向上させるために、データラインにRCフィルタおよびプルアップ/プルダウン抵抗（R1、推奨10kΩから100kΩ）を使用することが推奨されます。
  • 安定した電源供給とノイズ耐性のために、VDDピンの近くに0.1µFのバイパスコンデンサを配置する必要があります。

3. 電気光学特性とビニングシステム

これらのパラメータは、順電流（IF）5mA、Ta=25°Cで測定されたLEDチップの光出力および色特性を定義します。

3.1 光学性能

• 光度（Iv）:典型的な光出力は色チップによって異なります：
  • 赤（RS）：70 mcd（最小28.5、最大180）。
  • 緑（GH）：180 mcd（最小140、最大360）。
  • 青（BH）：40 mcd（最小28.5、最大72）。
• 指向角（2θ1/2）:広い120度の指向角で、広い光分布を必要とするアプリケーションに適しています。
• 波長:
  • ピーク波長（λp）：赤～632nm、緑～518nm、青～468nm。
  • 主波長（λd）：赤617.5-629.5nm、緑525-540nm、青465-475nm。
• スペクトル半値幅（Δλ）:赤～20nm、緑～35nm、青～25nm。

3.2 ビニングシステムの説明

生産における色の一貫性を確保するため、LEDは光度に基づいてビンに分類されます。設計者は、アレイ内で均一な外観を得るために必要なビンコードを指定する必要があります。

• 赤（RS）ビン:N（28.5-45 mcd）、P（45-72 mcd）、Q（72-112 mcd）、R（112-180 mcd）。
• 緑（GH）ビン:R2（140-180 mcd）、S1（180-225 mcd）、S2（225-285 mcd）、T1（285-360 mcd）。
• 青（BH）ビン:N（28.5-45 mcd）、P（45-72 mcd）。

許容差:光度には±11%の許容差があり、主波長にはビン内で±1nmの許容差があります。

4. 機械的仕様、パッケージング、および実装情報

4.1 パッケージ外形寸法とピン配置

デバイスはコンパクトなSMDパッケージで提供されます。推奨されるパッドレイアウトは出発点であり、特定の製造プロセスに合わせて最適化する必要があります。

• ピン機能:
  1. DOUT:次のデバイスのDINへのカスケード接続用データ出力。
  2. VDD:電源入力（+5V）。ローカルに0.1µFのバイパスコンデンサが必要です。
  3. DIN:PWM制御データ用のシリアルデータ入力。
  4. GND:電源およびデータ用の共通グランド。

4.2 はんだ付けおよび実装ガイドライン

• リフロープロファイル:ピーク温度が10秒間260°Cを超えない標準プロファイルと互換性があります。
• 電流制限: 重要:統合ドライバは、PWM入力に基づいてLEDの定電流制御を提供します。ただし、外部供給電圧（VDD）は安定化されている必要があります。わずかな過電圧でも、ドライバおよびLEDを流れる電流が大幅に増加し、即座に焼損する可能性があります。適切な電圧レギュレーションが不可欠です。

4.3 湿気感受性と保管方法

これは湿気感受性デバイス（MSD）です。

• 開封前:密封された防湿バッグを≤30°C、≤90% RHで保管してください。
• 開封後:フロアライフは≤30°C、≤60% RHで168時間（7日間）です。この期間内に使用しない場合、未使用部品は乾燥剤とともに再梱包する必要があります。
• ベーキング:フロアライフを超過した場合、または湿度指示カードが湿気の侵入を示している場合は、リフロー中のポップコーン損傷を防ぐために、はんだ付け前にベーキングが必要です。

4.4 梱包仕様

• テープ＆リール:直径7インチのリールに8mm幅のテープで梱包されています。各リールには2000個が含まれます。
• ラベル情報:リールラベルには、品番（P/N）、数量（QTY）、および光度ランク（CAT）、色度/波長ランク（HUE）、順電圧ランク（REF）の重要なビニングコードが含まれます。

5. アプリケーション設計上の考慮点とFAQ

5.1 代表的なアプリケーション回路

基本的なアプリケーションは、5V安定化電源、正確なシリアルプロトコルを生成できるデジタルI/Oピンを備えたマイクロコントローラ（MCU）、およびLEDで構成されます。MCUのI/Oピンは最初のLEDのDINに接続されます。複数のLEDの場合は、デイジーチェーン接続されます。各デバイスのVDDとGNDの間に0.1µFのセラミックコンデンサを配置します。データラインに直列抵抗（例：100Ωから470Ω）をMCU近くに配置してリンギングを減衰させることもできますが、データシートではRCフィルタが提案されています。

5.2 設計上の考慮点

• 電源:十分に安定化された5V電源を使用してください。リップルやノイズは色の一貫性やデータの完全性に影響を与える可能性があります。
• データラインの完全性:長いケーブルやチェーン内の多数のデバイスでは、信号劣化が発生する可能性があります。堅牢な通信のためにバッファチップや差動ドライバの使用を検討してください。
• 熱管理:ドライバが電流を制御しますが、LEDは熱を発生します。高デューティサイクル動作や高周囲温度では、接合温度を限界内に保つために十分なPCB銅面積または放熱対策を確保してください。
• 色較正:ビニングのばらつきのため、プロフェッショナルなディスプレイアプリケーションでは、すべてのピクセル間で均一な白点と色域を達成するために、8ビットPWM制御を使用した色較正ステップが必要になる場合があります。

5.3 よくある質問（技術パラメータに基づく）

• Q: LEDチャンネルあたりの最大電流はいくつですか？A: データシートは、内部ドライバによって駆動される場合のLEDの固定順電流（IF）を指定していません。光出力はIF=5mAで指定されており、これはおそらく各チャンネルのドライバ設定電流です。ドライバの定電流設計はLEDを保護しますが、絶対最大VDD定格を超えてはなりません。
• Q: 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？A: はい。ロジックハイ入力電圧（VIH）は通常3.3Vであり、3.3Vロジックと互換性があります。ただし、LEDドライバが正しく機能するためには、VDD電源が5Vのままであることを確認してください。
• Q: いくつのLEDをデイジーチェーン接続できますか？A: 制限はデータ更新レートと信号の完全性によって決まります。各デバイスはわずかな伝搬遅延を追加します。デバイスあたり24ビットのデータストリームと目標更新レート（例：60Hz）に対して、最大数を計算できます。800kbpsのクロックでは、静的照明用に数百のデバイスをチェーン接続できますが、ビデオの場合は高更新レートが必要なため、数は少なくなります。
• Q: なぜバイパスコンデンサが必須なのですか？A: ドライバICは高周波（PWM）でLEDに電流をスイッチングします。これにより、VDDラインに突然の電流スパイクが発生します。ローカルの0.1µFコンデンサは、この高周波電流を局所的に供給し、ICのリセットやちらつきを引き起こす可能性のある電圧降下を防ぎ、電磁干渉（EMI）を低減します。

6. 技術比較とトレンド

6.1 基本LEDとの違い

19-C47の重要な差別化要因は、その統合ドライバです。3つの外部電流制限抵抗と外部PWMコントローラ（例：3つのPWMピンを備えたMCUからの）を必要とする個別のRGB LEDと比較して、このデバイスは設計を簡素化します。単一のデータラインと電源のみを必要とし、大規模なアレイに対するMCUピン数とソフトウェアの複雑さを大幅に削減します。トレードオフは、わずかに高い部品コストとシリアルプロトコルの管理の必要性です。

6.2 動作原理

デバイスは、PWMデータに対してシリアルイン、パラレルアウトのシフトレジスタの原理で動作します。24ビットのデータワードは内部レジスタにクロックインされます。このレジスタは、各色用の個別の8ビットPWMジェネレータを制御します。PWMジェネレータは、対応するLEDチップを駆動する定電流源を変調します。人間の目は高速のオン/オフパルスを統合し、各原色に対して特定の輝度レベルを認識し、それが混合されて最終的な色を形成します。

6.3 業界トレンド

アドレス可能LEDのトレンドは、より高い統合度、より高いデータレート、および改善された色性能に向かっています。8ビットPWM（このデバイスのような）の後継機種は、より滑らかな調光とより良い色精度（低輝度でのちらつきや色ずれの解消）のために、16ビット以上のPWMを備えることが多いです。プロトコルはより高速で堅牢になっています（例：マンチェスター符号化や差動信号の使用）。また、ドライバIC内にグローバル輝度制御や温度補償を含める動きもあります。19-C47は、多くの主流のフルカラー照明およびディスプレイアプリケーションに対する成熟した、費用対効果の高いソリューションを表しています。