内蔵IC搭載SMD RGB LED - 定電流制御 - 5V - 65mA - 白色拡散レンズ - 技術データシート

1. 製品概要

本資料は、制御回路とRGBチップを単一パッケージ内に統合した表面実装型RGB LED部品の仕様を詳細に説明します。この統合設計により、定電流動作のための外部駆動回路を必要とせず、完全な個別アドレス可能な画素点を形成します。本デバイスは自動PCB実装のために設計されており、幅広い電子機器におけるスペース制約のあるアプリケーションに適しています。

1.1 中核的利点とターゲット市場

本コンポーネントの主な利点は、オールインワン設計です。8ビット駆動ICを内蔵することで、赤、緑、青の各チップに対して定電流PWM制御を提供します。これにより、各原色は256段階の輝度を実現し、1670万色以上の異なる色の生成を可能にします。複数ユニット間の信号伝送は、単線カスケードポートによって簡素化されています。主な特徴には、RoHS準拠、自動実装装置と互換性のあるパッケージング、赤外線リフローはんだ付けプロセスへの適合性が含まれます。ターゲットアプリケーションは、通信機器、オフィスオートメーション、家電製品、産業機器、状態表示灯、フロントパネルバックライト、フルカラーモジュール、装飾照明、屋内ビデオディスプレイに及びます。

2. 技術パラメータ：詳細かつ客観的な解釈

2.1 絶対最大定格

これらの限界を超えてデバイスを動作させると、永久損傷を引き起こす可能性があります。絶対最大定格は、周囲温度（Ta）25°Cで規定されています。

• 消費電力（P）：358 mW。これはパッケージが放散できる最大総電力です。
• 電源電圧範囲（VDD）：+4.2V から +5.5V。内蔵ICは正常動作のためにこの安定化された電圧範囲を必要とします。
• 総直流順方向電流（IF）：65 mA。これはRGBチップの合計に供給できる最大総電流です。
• 動作温度範囲：-40°C から +85°C。
• 保存温度範囲：-40°C から +100°C。

2.2 光学特性

光学性能は、Ta=25°C、VDD=5V、かつ全ての色チャネルを最大輝度（8'b11111111）に設定した状態で測定されます。

• 光度（Iv）：
  • 赤（AlInGaP）： 340 mcd（最小）、800 mcd（最大）
  • 緑（InGaN）： 600 mcd（最小）、1500 mcd（最大）
  • 青（InGaN）： 150 mcd（最小）、360 mcd（最大）
• 視野角（2θ1/2）：120度（標準）。これは光度が軸上強度の半分となる全角です。
• 主波長（λd）：
  • 赤： 615 nm から 630 nm
  • 緑： 520 nm から 535 nm
  • 青： 460 nm から 475 nm

2.3 電気的特性

電気パラメータは、周囲温度範囲-20°Cから+70°C、電源電圧（VDD）範囲4.2Vから5.5Vで規定されています。

• IC出力電流（IF）：色チャネルごとに（赤、緑、青それぞれ）20 mA（標準）。これは内蔵ドライバによって設定される定電流値です。
• 入力電圧レベル：
  • ハイレベル入力電圧（VIH）： DINおよびその他の制御ピンに対して、最小2.7Vから最大VDD。
  • ローレベル入力電圧（VIL）： 最小0Vから最大1.0V。
• IC動作電流（IDD）：全てのLEDデータが'0'（オフ状態）に設定されている場合、1.5 mA（標準）。

2.4 データ転送タイミング

内蔵ICは特定のシリアル通信プロトコルを使用します。1ビットの総期間（TH + TL）は1.2μs ±300nsです。

• T0H（0コード、ハイ時間）：300 ns ±150ns
• T0L（0コード、ロウ時間）：900 ns ±150ns
• T1H（1コード、ハイ時間）：900 ns ±150ns
• T1L（1コード、ロウ時間）：300 ns ±150ns
• RES（リセット時間）：>250 μs。DIN上のローレベル信号がこれより長く続くと、ICがリセットされます。

3. ビニングシステムの説明

本製品は、色の一貫性を確保するためにCIE色度座標に基づくビニングシステムを採用しています。ビンは、CIE 1931（x, y）色度図上の四角形によって定義されます。提供される表には、ビンコード（A1, A2, A3, B1, B2, B3, C1, C2, C3）と、それらの四隅の点（Point1からPoint4）の（x, y）座標がリストされています。ビン内の各CIE（x, y）座標の許容差は+/- 0.01です。このシステムにより、設計者は同じビンコードのLEDを選択して、アレイやディスプレイで均一な色見えを実現できます。

4. 性能曲線分析

4.1 相対強度 vs. 波長

スペクトル分布グラフは、三色の発光ピークを示しています。赤色LED（AlInGaP技術使用）の主波長は615-630nmの範囲です。緑色および青色LED（InGaN技術使用）のピークは、それぞれ520-535nmおよび460-475nmの範囲にあります。これらの曲線は、色純度とチャネル間の潜在的な重なりを理解するのに役立ちます。

4.2 順方向電流 vs. 周囲温度デレーティング曲線

このグラフは、LEDの最大許容順方向電流を周囲温度の関数として示しています。温度が上昇すると、過熱を防ぎ信頼性を確保するために、最大許容電流は直線的に減少します。これは熱設計において重要なグラフです。

4.3 空間分布（光度 vs. 角度）

極座標図は、視野角の関数としての相対光度を描いています。120度の視野角を持つ対称的で広いビームパターンは、白色拡散レンズの記述を裏付け、インジケータやバックライト用途に適した広く均一な照明を提供します。

5. 機械的仕様およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法とピン配置

本コンポーネントは表面実装デバイスです。データシートには詳細な寸法図が含まれています。特に断りのない限り、全ての寸法はミリメートル単位で、標準公差は±0.2 mmです。ピン配置は以下の通りです：

1. VDD：直流電源入力（+4.2V から +5.5V）。
2. DIN：制御データ信号入力。
3. VSS： Ground.
4. DOUT：制御データ信号出力（次のLEDのDINへカスケード接続するため）。

5.2 推奨PCB実装パッドレイアウト

適切なはんだ付けと組立時の機械的安定性を確保するために、PCB用の推奨ランドパターン（フットプリント）が提供されています。良好なはんだ接合信頼性を達成するには、この推奨事項に従うことが不可欠です。

6. はんだ付けおよび組立ガイドライン

6.1 IRリフローはんだ付けプロファイル

鉛フリープロセスに準拠したJ-STD-020Bに適合する詳細なリフローはんだ付けプロファイルグラフが提供されています。これは、プリヒート、ソーク、リフロー最高温度、冷却速度といった重要なパラメータを規定しています。LEDパッケージおよび内部ICへの熱損傷を避けるため、このプロファイルに従うことが極めて重要です。

6.2 洗浄

はんだ付け後の洗浄が必要な場合、LEDは常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分未満浸漬するのみとします。指定外の化学洗浄剤の使用は、パッケージ材料を損傷する可能性があるため禁止されています。

7. 梱包および発注情報

本デバイスは、自動ピックアンドプレースマシンと互換性のあるテープアンドリール形式で供給されます。

• テープ寸法：テープ幅12mm。
• リールサイズ：直径7インチ（178mm）。
• リールあたり数量：4000個。
• 最小梱包数量：端数ロットの場合500個。
• カバーテープ：空の部品ポケットはトップカバーテープでシールされています。
• 仕様：梱包はANSI/EIA 481規格に準拠しています。

8. アプリケーション提案

8.1 代表的なアプリケーションシナリオ

• 状態表示灯 & バックライト：民生電子機器、ネットワーク機器、産業用パネル上のマルチカラー状態表示灯に最適です。
• 装飾 & 建築照明：フルカラー機能とカスケード機能により、色変化LEDストリップ、ムード照明、アクセント照明に適しています。
• 低解像度ディスプレイ：フルカラーモジュール、ソフトライトランプ、不規則な屋内ビデオディスプレイ（例：メディアファサード、アートインスタレーション）の構築に使用できます。

8.2 設計上の考慮事項

• 電源：4.2V-5.5Vの範囲内で安定した、レギュレートされた5V電源を確保してください。突入電流とVDDピン近傍のデカップリングコンデンサを考慮してください。
• データ信号の完全性：シリアルデータ信号の正確なタイミング要件（T0H、T1Hなど）を維持してください。長いカスケード接続やノイズの多い環境では、信号バッファリングやレベルシフトを検討してください。
• 熱管理：電流デレーティング曲線に従ってください。特に3チャネル全てを高輝度で長時間駆動する場合、放熱のための十分な銅面積をPCB上に確保してください。
• ESD保護：取り扱い時および最終アプリケーションにおいて、データ線および電源線に標準的なESD保護対策を実施してください。

9. 技術比較と差別化

外部定電流ドライバや抵抗を必要とする従来のディスクリートRGB LEDと比較して、この統合ソリューションは以下のような大きな利点を提供します：

• 設計の簡素化：部品点数、PCB占有面積、設計の複雑さを削減します。
• 優れた色の一貫性：内蔵ICは各チップに正確で安定した定電流を供給するため、抵抗制限設計と比較して、ユニット間および時間経過に伴う色出力の一貫性が向上します。
• 高解像度調光：色ごとの8ビットPWM（256段階）により、滑らかな色混合と調光が可能となり、プロフェッショナルな照明効果を実現します。
• デイジーチェーン接続機能：単線カスケードプロトコルにより、大規模アレイの配線が簡素化され、長いLEDチェーンを制御するためにマイクロコントローラのGPIOピンが1本のみ必要です。

10. よくある質問（技術パラメータに基づく）

Q: 内蔵ICの目的は何ですか？

A: 各色チャネルに対して内部で定電流駆動とPWM調光制御を提供し、外部の電流制限部品を不要にし、マイクロコントローラの制御を簡素化します。

Q: チェーンに何個のLEDを接続できますか？

A: 理論的には、各LEDがデータ信号を再生するため、非常に多数接続可能です。実用的な制限は、必要なデータ更新レートと電源ライン（VDD）上の累積電圧降下によって決まります。長いチェーンの場合は、複数点での電源注入が推奨されます。

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: データ入力ハイレベル（VIH）の最小値は2.7Vです。3.3Vのロジックハイ（通常3.3V）はこの要件を満たすため、一般的に互換性があります。LED用の5V電源（VDD）がマイクロコントローラの3.3V電源とは別であることを確認してください。

Q: 順方向電流が20mAに固定されているのはなぜですか？

A: 内蔵ICは、各LEDチップに定常的に20mA（標準）を供給するように事前設定されています。これは性能と信頼性を最適化します。輝度は電流振幅を変えるのではなく、PWMデューティサイクルのみによって制御されます。

11. 実用例

シナリオ：スマートホームハブ用のコンパクトで色をカスタマイズ可能な状態表示灯の設計。

設計者は、単一コンポーネントで赤、緑、青の光を提供するため、このLEDを使用します。マイクロコントローラは、色を設定するための単純なシリアルデータストリームを送信します（例：オフライン時は赤、接続時はシアン、更新時は紫）。定電流駆動により、わずかな電源変動に関わらず輝度が安定します。広い視野角により、様々な角度から表示灯が見えます。表面実装パッケージにより、洗練されたフラットパネルデザインが可能です。テープアンドリール梱包により、量産時の迅速な自動組立が可能です。

12. 動作原理の紹介

本デバイスの動作原理は単純です。外部マイクロコントローラがDINピンにシリアルデータストリームを送信します。このストリームには24ビットのデータ（赤、緑、青の輝度レベルそれぞれ8ビット）が含まれています。最初のLED内の内蔵ICは、最初の24ビットを読み取り、ラッチし、残りのデータストリームをそのDOUTピンを通じてチェーン内の次のLEDのDINピンにシフトアウトします。その後、ICはパルス幅変調（PWM）を使用して、各LEDチップに接続された定電流源を制御します。20mAの電流が非常に高速にオン・オフされます。固定期間内でのオン時間とオフ時間の比率（デューティサイクル）が、各色の知覚される輝度を決定し、精密な色混合を可能にします。

13. 技術トレンド

制御エレクトロニクスをLEDパッケージに直接統合することは、業界における明確なトレンドであり、スマートまたはインテリジェントLEDへの移行を表しています。このトレンドは、最終製品の設計を簡素化し、性能の一貫性を向上させ、高密度アレイにおける個別アドレス可能性などのより高度な機能を可能にすることを目的としています。将来の開発には、色制御のためのより高いビット深度（10ビット、12ビット）、統合センサー（例：温度または光フィードバック用）、より堅牢または高速な通信プロトコルが含まれる可能性があります。焦点は、一般照明、自動車、高解像度ディスプレイへのアプリケーションにおいて、統合度を高め、システムコストを削減し、信頼性を向上させることにあります。