SMD RGB LED 12-23C データシート - 8mmテープ - 5V電源 - 256階調PWM制御 - 技術文書

1. 製品概要

12-23Cは、3つの個別LEDチップ（赤、緑、青）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、単一の小型パッケージでフルカラー機能と精密なデジタル制御が可能になります。その主な利点は、外部ドライバ回路の複雑さなしに、鮮やかで動的に制御されるカラー照明を必要とするアプリケーション向けに、高密度PCB設計を可能にすることにあります。

コア機能は、シリアルデジタルデータ信号を受け入れる集積回路によって駆動されます。この信号は24ビットのデータ（色チャンネルごとに8ビット）を含み、色ごとに256の異なる階調レベルを可能にし、1600万を超える可能な色の組み合わせを実現します。デバイスは8mmテープにパッケージされ、7インチ径リールで供給され、高速自動実装機との完全な互換性を備えています。

2. 技術仕様詳細

2.1 絶対最大定格

これらの定格は、デバイスに永久的な損傷が発生する可能性がある限界を定義します。動作は常にこれらの範囲内に留まる必要があります。

• 電源電圧（VDD）：+3.8V から +5.5V。これは内部ドライバICのロジックおよび制御回路の電圧範囲です。
• 出力電圧（VOUT）：最大17V。この定格は、LEDアノードに接続された内部ドライバの出力トランジスタの耐圧能力に関するものです。
• 入力電圧（VIN）：-0.5V から VDD+0.5V。デジタル入力ピン（DIN）に適用されます。これを超えると入力保護構造が損傷する可能性があります。
• 静電気放電（ESD）：2000V（人体モデル）。中程度のESD保護レベルを示します。適切な取り扱い手順が推奨されます。
• 動作温度（Topr）：-20°C から +70°C。信頼性のある動作のための周囲温度範囲です。
• 保存温度（Tstg）：-40°C から +90°C。
• はんだ付け温度：デバイスは、ピーク温度260°Cで10秒間のリフローはんだ付け、または350°Cで3秒間の手はんだ付けに適合しています。

2.2 推奨動作条件

これらは最適かつ保証された性能のための条件です。

• 電源電圧（VDD）：5.0V（標準）。デバイスは5Vロジック電源用に設計されています。
• 入力ロジックレベル：
  • ハイレベル入力電圧（VIH）：最小 0.7*VDD。信号がこのレベルを超えるとロジック1と認識されます。
  • ローレベル入力電圧（VIL）：最大 0.3*VDD。信号がこのレベルを下回るとロジック0と認識されます。
• 伝搬遅延（TPLZ）：最大300 ns。これはデータ信号がDINピンからDOUTピンに伝搬するまでの時間遅延であり、デイジーチェーン構成での最大データ伝送速度を決定するために重要です。
• 出力立下り時間（TTHZ）：R/G/B出力チャンネルで最大20 µs。これはPWMスイッチング特性に影響します。
• 入力容量（CI）：最大15 pF。DINピンによって提示される容量性負荷です。

2.3 電気光学特性

各色チップの順方向電流（IF）=5mA、周囲温度（Ta）=25°Cで測定。

• 光度（Iv）：
  • 赤（RS）：特定のビンに応じて、標準値は22.5 mcdから72.0 mcdの範囲です。
  • 緑（GH）：標準値は45.0 mcdから140.0 mcdの範囲です。
  • 青（BH）：標準値は18.0 mcdから57.0 mcdの範囲です。
• 指向角（2θ1/2）：130度（標準）。この広い指向角は白色拡散樹脂レンズの特徴です。
• ピーク波長（λp）：
  • 赤：632 nm
  • 緑：518 nm
  • 青：468 nm
• 主波長（λd）：知覚される色の波長です。
  • 赤：617.5 nm から 629.5 nm
  • 緑：525.0 nm から 540.0 nm
  • 青：464.5 nm から 476.5 nm
• スペクトル帯域幅（Δλ）：
  • 赤：20 nm
  • 緑：35 nm
  • 青：25 nm

3. ビニングシステムの説明

デバイスは、主要な光学パラメータに基づいてビンに分類され、生産ロット内での色と明るさの一貫性を確保します。

3.1 光度ビニング

各色チップは個別にビニングされます。ビンコード（例：M2、N1、P2）は、IF=5mAでの最小および最大光度範囲を定義します。例えば、ビンP1の赤チップは、45.0から57.0 mcdの間の強度を持ちます。データシートには、赤（RS）、緑（GH）、青（BH）の詳細な表が提供されています。光度には±11%の許容差が適用されます。

3.2 主波長ビニング

強度と同様に、主波長も色点を制御するためにビニングされます。例えば、ビンYの緑チップは、525.0 nmから530.0 nmの間の主波長を持ちます。データシートには、3色すべての表が提供されています。主波長には±1nmの許容差が指定されています。

4. 性能とタイミング解析

4.1 タイミング波形と通信プロトコル

デバイスはシングルワイヤのシリアル通信プロトコルを使用します。データは信号の立ち上がりエッジでクロックインされます。プロトコルは2つのロジックレベルを定義します：0コードと1コードで、それぞれ特定のハイタイム（T1H、T0H）とロータイム（T1L、T0L）の要件があります。

• T0H：300 ns ±80 ns（0コード、ハイレベル時間）。
• T0L：900 ns ±80 ns（0コード、ローレベル時間）。
• T1H：900 ns ±80 ns（1コード、ハイレベル時間）。
• T1L：300 ns ±80 ns（1コード、ローレベル時間）。
• RES（リセット時間）：>50 µs。DINのローレベル信号がこれより長く続くと、内部シフトレジスタがリセットされ、データが出力にラッチされます。

24ビットのデータが順次送信されます：通常、緑用8ビット、赤用8ビット、青用8ビット（GRB順序）。複数のデバイスのデータは、1つのデバイスのDOUTから次のデバイスのDINへデイジーチェーンすることができます。

4.2 アプリケーション回路

5Vシステムの場合、データシートは、AVDD（電源）ピンとGNDピンの間に0.1 µFのデカップリングコンデンサを配置することを推奨しており、ノイズを最小限に抑え安定動作を確保するためにデバイスにできるだけ近くに配置します。内部ドライバは定電流型ですが、絶対最大定格は、過電流状態を防ぐために、印加されるドレイン電圧（LEDアノードの電圧、VDDより高い）に応じて外部電流制限抵抗が必要になる可能性があることを示しています。特定の抵抗値は、目標LED電流とその電流でのLEDチップの順方向電圧によって決定されます。

5. 機械的・パッケージ情報

5.1 パッケージ外形寸法

デバイスはコンパクトなSMDフットプリントを持っています。外形図には本体サイズとリード配置が示されています。指定されていない公差はすべて±0.1mmです。ピン配置は以下の通りです：

1. DIN：シリアル制御信号のデータ入力。
2. GND：データと電源の共通グラウンド。
3. DOUT：次のデバイスへデイジーチェーンするためのデータ出力。
4. AVDD：電源入力、+5Vに接続。

5.2 包装仕様

デバイスは防湿包装で供給されます。

• キャリアテープ：7インチ径リール上の8mm幅テープ。各リールには2000個が含まれます。
• 湿気感受性：部品は湿気感受性があります（おそらくMSL 3または類似）。注意事項は以下の通りです：
  • 袋開封前の保管：≤30°C / ≤90% RH。
  • 袋開封後のフロアライフ：≤30°C / ≤60% RHで24時間。
  • 未使用部品は、フロアライフを超えた場合、乾燥剤とともに再び袋詰めする必要があります。
  • 乾燥剤インジケータが飽和を示すか、保管時間を超えた場合はベーキングが必要です。
• リールとテープ寸法：リール、キャリアテープポケット、カバーテープの詳細図が提供されています。
• ラベル情報：リールラベルには、顧客部品番号（CPN）、製品番号（P/N）、数量（QTY）、および光度（CAT）、波長（HUE）、順方向電圧（REF）の特定のビニングコードのフィールドが含まれます。

6. はんだ付け、組立、使用上のガイドライン

6.1 はんだ付けプロセス互換性

12-23Cは、ピーク温度260°Cで最大10秒間のプロファイルに準拠した、赤外線および気相リフローはんだ付けプロセスの両方と互換性があります。また、350°Cで3秒間の手はんだ付けにも適合しています。製品は鉛フリーで、RoHS、EU REACH、ハロゲンフリースタンダード（Br <900ppm、Cl <900ppm、Br+Cl <1500ppm）に準拠しています。

6.2 重要な使用上の注意

• 過電流保護：各LED色チャンネルと直列に外部電流制限抵抗を使用することが必須です。LED順方向電圧は負の温度係数を持ち、温度が上昇すると電流が増加することを意味します。抵抗がない場合、供給電圧または接合温度のわずかな増加でも熱暴走とデバイス故障を引き起こす可能性があります。
• ESD注意事項：2000V HBMに適合していますが、組立および取り扱い中は標準のESD取り扱い手順に従う必要があります。
• 熱管理：最大動作接合温度はドライバICとLEDチップによって制限されます。特にLEDをより高い電流で駆動する場合、放熱のためにGNDパッドに十分なPCB銅面積（サーマルリリーフ）を使用する必要があります。

7. アプリケーション提案と設計上の考慮点

7.1 代表的なアプリケーションシナリオ

• 屋内/屋外LEDビデオディスプレイ：小型サイズ、統合ドライバ、デイジーチェーン機能により、微細ピッチディスプレイに最適です。
• フルカラーLEDライトストリップ：アドレス可能でプログラム可能なRGB照明ストリップを実現します。
• LED装飾照明：建築照明、看板、ムード照明。
• バックライト：動的な色が望まれる計器盤、スイッチ、LCD、シンボル用。
• 通信機器：ステータスインジケータとキーパッドバックライト。

7.2 設計上の考慮点

• 電源：クリーンで安定化された5V電源を使用してください。0.1µFデカップリングコンデンサはノイズ耐性にとって重要です。
• データラインの完全性：長いデイジーチェーンまたは高速データの場合、トレースインピーダンスと、リンギングを減らすためのドライバ出力付近の直列抵抗の潜在的必要性を考慮してください。
• 電流設定：式を使用して外部抵抗値（Rext）を計算します：Rext = (Vdrain - Vf_led - Vds_sat) / Iled_target。ここで、Vdrainはアノード供給電圧（<17V）、Vf_ledは目標電流でのLED順方向電圧、Vds_satはドライバ出力トランジスタ飽和電圧（ドライバICデータシートから、利用可能な場合）、Iled_targetは目的のLED電流（例：仕様測定用に5mA）です。
• 色の一貫性：均一な色を必要とするアプリケーションでは、サプライヤーから厳密なビニングコード（CATおよびHUE）を指定してください。

8. 技術比較と差別化

12-23Cの主な差別化点は、LEDチップとドライバICの統合です。個別のLEDと別個のドライバICを使用する場合と比較して、このソリューションは以下を提供します：

• 部品点数削減：配置およびはんだ付けする部品が少なくなります。
• 小型フットプリント：より高密度の設計を可能にします。
• PCBレイアウトの簡素化：中央ICから遠くのLEDへの大電流ドライバトレースを配線する必要がありません。
• デジタル制御の簡便さ：単一のデータラインで色と明るさを制御し、個別チャンネルのアナログPWM制御と比較してマイクロコントローラのピン数とソフトウェアの複雑さを軽減します。
• デイジーチェーン：ライトストリップのような線形配列の配線を簡素化します。

9. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 使用できる最大データレートはどれくらいですか？

A: 制限要因は伝搬遅延（最大300ns）とT0H/T1Hのタイミング要件です。データ周期の控えめな見積もりは約1.2µs（0のためのT0H+T0L）で、これは約833 kHzのデータレートに相当します。ただし、フレーム間のリセット時間（50µs）は有効リフレッシュレートを低下させます。

Q: LEDを5mA以上で駆動できますか？

A: データシートは5mAでの特性のみを規定しています。より高い電流で駆動すると、光度出力は増加しますが、電力損失、接合温度も増加し、寿命が短くなる可能性があります。最大電流はドライバICの能力とLED自身の定格によって制限されますが、ここでは完全には詳細に記載されていません。デレーティングと熱解析が不可欠です。

Q: 外部抵抗値をどのように計算しますか？

A: セクション7.2で説明されている通りです。LED Vf曲線（データシートの標準値から推定されることが多い）とアノード供給電圧（Vdrain）が必要です。一般的なVdrainは12Vです。5mAでの赤色LEDの例：Vf_red ≈ 2.0V、Vds_sat ≈ 0.6Vの場合、R = (12V - 2.0V - 0.6V) / 0.005A = 1880 Ω。最も近い標準値を使用してください。

Q: ピーク波長と主波長の違いは何ですか？

A: ピーク波長（λp）は、LEDのスペクトルパワー分布曲線の最高点での波長です。主波長（λd）は、LEDの知覚される色に一致する純粋な単色光の波長です。λdは色混合およびディスプレイアプリケーションにより関連があります。

10. 動作原理

デバイスは単純な原理で動作します。内部シフトレジスタはDINピンでシリアルデータを受け取ります。このデータは入力信号のタイミングに基づいてビットごとにクロックインされます。24ビットが受信された後、RES時間（50µs）より長く続くDINのローレベル信号により、このデータが保持レジスタにラッチされます。保持レジスタの値は、3つの別々のパルス幅変調（PWM）ジェネレータを制御し、各色チャンネル（赤、緑、青）ごとに1つです。各8ビット値（0-255）は対応するPWMジェネレータのデューティサイクルを設定し、それによって各LEDチップの平均電流、ひいては時間経過に伴う明るさを制御します。人間の目はこの高速点滅を統合し、調整可能な強度を持つ安定した色として知覚します。DOUTピンは入力データストリームのバッファされたコピーを提供し、無制限の数の後続デバイスへのシームレスなデイジーチェーンを可能にします。