61-236-IC トップ発光RGB LEDドライバー仕様書 - P-LCC-6パッケージ - 5V電源 - 120°視野角 - 簡体字中国語技術文書

製品概要

61-236-ICは、フルカラーRGBアプリケーション向けに設計された高集積表面実装LEDドライバです。赤、緑、青の3つの独立したLEDチップと専用制御ICを単一のP-LCC-6パッケージ内に集積しています。この統合により、各色チャネルごとに外部駆動素子を必要とせず、PCB設計が簡素化されます。鮮やかなカラーミキシング、ダイナミックな照明効果、およびコンパクトなフォームファクターにおける信頼性の高い性能を必要とするアプリケーション向けに設計されています。

1.1 コア競争力とターゲット市場

61-236-ICの主な利点は、システムレベルの簡潔さにあります。シングルワイヤデータ転送プロトコルを採用しており、従来のパラレルRGB LEDインターフェースと比較して、マイクロコントローラまたはメインコントローラからの制御線数を大幅に削減します。これにより、スケーラブルな設計において費用対効果の高いソリューションとなります。内部リフレクタと透明樹脂により実現された120度の広視野角は均一な光分布を保証し、光導波管アプリケーションや多角的な視認性が極めて重要な装飾照明に理想的な選択肢です。

ターゲット市場は、屋内・屋外用フルカラーLEDディスプレイ、装飾および建築照明用ライトストリップ、ゲーミング周辺機器、ならびにアドレス可能な多色LEDポイントを必要とするあらゆるアプリケーションを含みます。本デバイスはRoHS、REACH、ハロゲンフリー基準に準拠しており、厳格な国際環境・安全規制を満たすことを保証します。

2. 技術パラメータの詳細分析

本節では、規定条件下におけるデバイスの動作限界と性能特性について詳細に分解して説明します。

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を与える可能性のあるストレスの限界を定義します。この限界またはそれを超える条件下での動作は保証されません。

• 電源電圧 (Vdd):4.2V から 5.5V。これは内部制御回路の動作電圧範囲を定義します。通常は安定した5V電源が使用されます。
• 出力電圧 (Vout):17V。これはドライバ出力段が耐えられる最大電圧であり、LED順方向電圧に関連します。
• 入力電圧 (Vin):-0.5V から Vdd+0.5V。これはラッチアップや損傷を防ぐための、データ入力 (Din) および設定ピンの安全な電圧範囲を規定します。
• LED出力電流 (Iout):5 mA。これは各カラーチャンネル（赤、緑、青）の最大定電流です。この電流を超えると、LEDの性能低下や故障を引き起こす可能性があります。
• 動作温度 (Topr):-25°C から +85°C。デバイスが確実に動作する周囲温度範囲。
• 保存温度 (Tstg):-40°C から +90°C。デバイスが通電されていない状態での安全な温度範囲。
• ESD (静電気放電):2000V (人体モデル)。静電気保護等級を示し、組立工程での慎重な取り扱いを推奨します。
• はんだ付け温度 (Tsol):リフローはんだ付け：最高260°C、10秒間；手はんだ付け：最高350°C、3秒間。これは、パッケージやチップへの熱損傷を避けるためのPCB組立の重要なパラメータです。

2.2 光電特性

Ta=25°C、各チャネルIF=5mAの条件下で測定。これらのパラメータは光出力と色特性を定義します。

• 発光強度 (Iv):
  • 赤色 (RQH): 90 mcd (最小値) から 280 mcd (最大値)。
  • 緑色 (GR): 280 mcd (最小値) から 900 mcd (最大値)。
  • 青色 (BY): 71 mcd (最小値) から 224 mcd (最大値)。
  ±11%の許容差が適用されます。広い範囲はビニングシステムの使用を示しており、デバイスは出力強度に基づいて分類されます。
• 視野角 (2θ1/2):120度（代表値）。発光強度がピーク値の半分に低下する時の全角として定義される。広視野角は重要な特性である。
• 主波長 (λd):
  • 赤色 (RQH): 617.5 nm から 629.5 nm。
  • 緑 (GR): 525 nm から 540 nm。
  • 青 (BY): 462 nm から 474 nm。
  ±1nmの許容差が適用される。これらの範囲は主色点を定義し、同様にビニングの影響を受ける。

2.3 電気的特性

Ta=-20~+70°C, Vdd=4.5~5.5V, Vss=0Vで定義。

• 出力電流 (IOL):5 mA (典型値)。各LEDに供給される調整電流。
• 入力電流 (II):±1 μA (最大値)。データ入力ピンの極めて低いリーク電流。
• 入力電圧ロジックレベル:
  • VIH (ロジックハイレベル): 最小値 3.3V。
  • VIL (ロジックローレベル): 最大値 0.3*Vdd (例: Vdd=5.5Vの場合は1.65V)。
  これらはTTL互換レベルであり、ほとんどの5Vマイクロコントローラとのインターフェースに適しています。
• ヒステリシス電圧 (VH):0.35V (典型値)。HighレベルとLowレベルの切替え閾値間に電圧ギャップを設けることで、データ入力にノイズ耐性を提供します。
• 動的消費電流 (IDDdyn):2.5 mA (Typ.)。データ転送およびPWM動作時の内部制御ロジックによる消費電流。

3. グレーディングシステムの説明

仕様書は、生産アプリケーションにおける色と輝度の一貫性を確保するための多パラメータ・ビニングシステムを示唆しています。単一の表で明示的に詳細に説明されていませんが、パラメータ範囲から以下のビニングが推測されます：

• 発光強度 (CAT):デバイスは、各色（赤、緑、青）の測定された光出力 (mcd) に基づいて分類されます。これは、ディスプレイやLEDストリップ内の複数ユニット間で均一な輝度を実現するために重要です。
• 主波長 (HUE):LEDはそのピーク波長 (nm) に基づいてビン分けされます。これは、アセンブリ内のすべてのデバイス間で一貫した色点（例えば、同じ赤や青の色調）を確保するためであり、正確な混色と表示品質にとって極めて重要です。
• 順方向電圧 (REF):メイン表には記載されていませんが、包装材料のセクションで「順方向電圧グレード」が言及されており、これはチップが順方向電圧 (Vf) 特性に基づいて分類され、直列/並列ストリング内での均一な電力分配を確保する可能性を示しています。

発注時には、通常、特定のビニングコード (CAT, HUE, REF) を要求して、アプリケーション要件に合わせることができます。

4. 性能曲線分析

仕様書には典型的な性能曲線が含まれており、単一の仕様点を超えた動作に関する洞察を提供します。

4.1 スペクトル分布

提供されたグラフは、可視スペクトル全体における赤色 (RQH)、緑色 (GR)、青色 (BY) チップの相対発光強度を示しています。主な観察点は以下の通りです：

• 各曲線は、その主波長に対応する明確で狭いピークを示しており、良好な色純度を確認できます。
• 赤色発光は長波長領域（〜620-630nm）、緑色は中波長領域（〜525-540nm）、青色は短波長領域（〜462-474nm）に集中しています。
• 各色スペクトル間の重なりが極めて小さいため、混色時に広い色域を実現するのに有利です。

4.2 放射パターン

「放射特性図」は光の空間分布を示す。このような広視野角LEDの曲線は通常、広くランバート型（余弦分布）に類似しており、120度の仕様を裏付けている。軸方向（0度）で直接観察した時に強度が最も高く、端部（±60度）に向かって滑らかに減衰する。

5. 機械およびパッケージ情報

5.1 パッケージ寸法とピン配置

本デバイスはP-LCC-6（プラスチック有リードチップキャリア、6ピン）パッケージを採用しています。詳細な外形図は、長さ、幅、高さ、ピンピッチ、およびランドサイズを規定しており、一般的な公差は±0.1mmです。この情報はPCBランド設計において極めて重要です。

ピン定義:

1. Vss:内部回路のアース接続。
2. NA:未接続 / 内部接続なし。
3. Di:制御データ信号入力。シリアルデータストリームを受信する。
4. Do:制御データ信号出力。データストリームをデイジーチェーン内の次のデバイスに転送する。
5. NA:未接続 / 内部接続なし。
6. Vdd:正電源入力 (4.2V から 5.5V)。

ピン配置は対称で、PCBレイアウトに有利です。ピン1は通常、パッケージ上のドットまたは切り欠きでマークされています。

6. はんだ付けと実装ガイド

6.1 リフローはんだ付け温度プロファイル

仕様書には、特定の鉛フリーリフローはんだ付け温度プロファイルが記載されています：

• プリヒート：150–200°C、60–120秒間保持。最大昇温速度：3°C/秒。
• リフロー（液相線以上）:温度は217°Cを超え、60–150秒間保持すること。ピーク温度は260°Cを超えてはならず、260°Cを超える時間は10秒以内とすること。
• 冷却:最大冷却速度：6°C/秒。255°Cを超える時間は30秒以内とする。

重要な注意事項:リフローは、パッケージやワイヤーボンディングに過度の熱ストレスを与えないよう、2回を超えてはならない。

6.2 保管および湿気感受性

本デバイスは、乾燥剤を入れた防湿バリアバッグに梱包されています。

• 開封前:≤30°C、相対湿度（RH）≤90%の条件下で保管すること。
• 作業寿命:密封袋を開封後、24時間以内に作業場条件下（通常約30°C/60%RH）で実装を完了すること。
• ベーキング:袋の開封後24時間以上経過した場合、または乾燥剤インジケータが飽和を示した場合は、吸収した湿気を除去し、リフロー工程中に「ポップコーン」現象（パッケージクラック）が発生するのを防ぐため、60°C ±5°Cで24時間ベーキングする必要があります。

6.3 注意事項

• 電流制限:内部ドライバは定電流を供給します。ただし、Ioutの絶対最大定格は5mAです。アプリケーション回路は、動作条件がこの制限を超えないことを保証しなければなりません。通常の5V動作では、ドライバ自体は電流制限用の外部直列抵抗を必要としませんが、電源設計には注意が必要です。
• 機械的ストレス:はんだ付けや取り扱い時に、パッケージに機械的ストレスを加えないでください。実装後は部品付近でのPCBの曲げは避けてください。

7. 包装と注文情報

7.1 リールおよびキャリアテープ仕様

部品はエンボスキャリアテープに供給され、リールに巻き取られており、自動実装用です。

• 包装数量:リールあたり800ピース。
• SMT装置との互換性を確保するため、リール寸法、キャリアテープポケット寸法（幅、ピッチ、深さ）、およびカバーテープ仕様の詳細図面が提供されています。

7.2 ラベル情報

リールラベルには、トレーサビリティと正しい組み立てのための重要な情報が含まれています：

• 顧客部品番号 (CPN)
• メーカー部品番号 (P/N): 例、61-236-ICRQHGRBYC-A 05-ET-CS
• 数量 (QTY)
• ビンコード: CAT (強度), HUE (波長), REF (電圧)
• ロット番号 (LOT No.) はトレーサビリティに使用

8. アプリケーション設計の推奨事項

8.1 代表的な応用回路

仕様書は標準的な5Vアプリケーション回路を示しています。マイクロコントローラ (MCU) または専用コントローラは、シリアルデータを最初のLEDドライバのDinピンに送信します。各ドライバのDoutピンは次のドライバのDinピンに接続され、デイジーチェーンを形成します。単一電源 (5V) がすべてのVddピンに電力を供給し、すべてのVssピンはグランドに接続されます。MCUに近いデータラインに小型のRCフィルタ（例：100Ω抵抗と100nFコンデンサ）を使用することを推奨します。これにより、高周波ノイズを抑制し、特に長いチェーンやノイズの多い環境での信号の完全性を改善できます。

8.2 データプロトコルとタイミング

このデバイスは独自のシングルワイア・リターン・トゥ・ゼロ・プロトコルを使用します。

• データフレーム:各デバイスは24ビットで構成され、8ビットの緑、8ビットの赤、8ビットの青 (G7-G0, R7-R0, B7-B0) に組織化されています。これにより、各カラーチャネルは256段階の強度レベル (0-255) を持つことが可能です。
• ビットタイミング:
  • 論理「0」: ハイレベル時間 (T0H) = 0.30 µs ±80ns、ローレベル時間 (T0L) = 0.90 µs ±80ns。
  • 論理「1」: ハイレベル時間 (T1H) = 0.90 µs ±80ns、ローレベル時間 (T1L) = 0.30 µs ±80ns。
  • 論理「0」と「1」の合計ビット周期はともに1.2 µsで、データレートは約833 kHzです。
• リセット/ラッチ信号:Dinライン上の低レベルパルス持続時間が50 µs (RES) を超えると、データフレームの終了を示します。このリセット信号を受信すると、チェーン内のすべてのデバイスは、直前に受信した24ビットデータを同時に出力レジスタにラッチし、PWM出力を更新します。これにより、表示パネル内のすべてのLEDが同期して更新され、データ更新中の「ゴースト」や「レインボー」効果を防止します。

コントローラは正確なタイミングを生成する必要があり、通常はハードウェアタイマーまたは専用ペリフェラル（特定モードのSPIや、ビット操作用に慎重に設計された遅延ループなど）を使用します。

8.3 ロングチェーン設計の考慮事項

多くのデバイスが直列接続される用途（例：長いLEDテープ）において：

• 電源注入：電圧降下を防ぎ、電源から遠いLEDの輝度低下や色ずれを回避するため、チェーンに沿って複数箇所で5V電源を注入する必要があります。太い電源トレースまたは別個の電源線を使用してください。
• データ信号の完全性：長いデータラインは信号劣化（立ち上がり/立ち下がり時間の延長、リンギング）を受ける可能性があります。ドライバ入力にバッファICまたは低値の直列抵抗（例：33-100Ω）を使用することで、インピーダンス整合を図り、反射を低減できます。
• リフレッシュレート:総更新時間 = (LED数 * 24ビット * 1.2 µs) + リセット時間。100個のLEDチェーンでは、約~2.88 ms + ~0.05 ms = ~2.93 msとなり、リフレッシュレートは300 Hz以上が可能です。これはほとんどの視覚アプリケーションに十分です。

9. 技術比較と差別化

ディスクリート・ソリューション（個別のRGB LED + 外部定電流ドライバまたは抵抗 + マルチプレクサ・ロジック）と比較して、61-236-ICは以下のような顕著な利点を提供します：

• 部品点数削減：3つのLEDとそのドライバを1つのパッケージに集積し、PCBスペースと組立コストを削減。
• 制御の簡素化:シングルワイヤ・デイジーチェーン・プロトコルにより、MCUのGPIO要求が大幅に削減——数百個のLEDを1ピンで制御可能。一方、基本的なPWM制御では各RGB LEDに3ピンが必要。
• 集積化された電流制御:各LEDチップに安定した調整電流を供給し、個々のLED間の微小な順方向電圧 (Vf) のばらつきの影響を受けず、均一な輝度と色を確保します。これにより、電流制限抵抗とそれに伴う電力損失が不要になります。
• 同期更新:グローバル・ラッチ/リセット機能により、表示パネル全体の色変化を完全に同期させることが可能です。これは、マルチプレクシングされた個別LEDでは実現が困難な機能です。

トレードオフは、各ピクセルのユニットコストがやや高く、特定の通信プロトコルに依存することです。

10. よくある質問（技術仕様に基づく）

10.1 これらのLEDは最大何個直列接続できますか？

仕様書には厳格な電気的制限は規定されていません。実際の制限は以下の要因によって決定されます：データタイミング：通过多个器件的累积传播延迟。对于非常长的链 (>500-1000)，数据信号可能会劣化，需要信号调理或分段。 2.電源配分：チェーン内の各デバイスに十分な電圧（5V）を確保するには、電源バスの設計を慎重に行い、複数の注入ポイントを設定する必要があります。リフレッシュレート要件:LEDが増えるとフレーム更新時間が長くなり、動的コンテンツのリフレッシュレートが60〜100 Hzを下回ると、ちらつきが目立つ可能性があります。

10.2 3.3VマイクロコントローラでこれらのLEDを駆動できますか？

データシートでは最小ハイレベル入力電圧 (VIH) が3.3Vと規定されています。マイクロコントローラからの3.3Vロジックハイレベルは、この最小仕様をぎりぎり満たしています。しかし、仕様の限界で動作させるため、ノイズマージンがありません。配線が短く、制御された環境であれば動作する可能性があります。信頼性の高い動作、特に長いチェーンやノイズの多い環境では、5Vマイクロコントローラの使用、またはレベルシフタ（例：単純なMOSFETや専用IC）を用いて3.3V信号を安定した5V信号に変換することを強く推奨します。

10.3 なぜ5mAの電流制限があるのですか？輝度を上げることは可能ですか？

5mAの制限は、内部定電流ドライバーの設計および集積LEDチップの熱的・電気的特性によって決定されています。この絶対最大定格を超えると、ドライバーICやLEDチップの過熱リスクがあり、光束の加速的な減衰（時間経過による暗化）や致命的な故障を引き起こす可能性があります。輝度は、電流を増加させるのではなく、8ビットPWMデューティ比 (0-255) によって制御すべきです。より高い輝度が必要な場合は、より高い電流定格を持つ別のLED製品を選択してください。

11. 実際のアプリケーション例

シナリオ：短いアドレス指定可能なLEDサインを設計する。デザイナーは、アニメーションやテキストを表示するための、50個の独立制御可能なRGBピクセルを備えた小型サインを作成している。

1. 部品選択:61-236-ICを選択した理由は、統合ドライバー、良好な視認性を確保する広視野角、およびシンプルなデイジーチェーン制御によるものです。
2. PCB設計:PCBレイアウトには、50個のP-LCC-6パッケージ用のパッドが含まれています。データライン（Din/Do）はMCUコネクタから各ピクセルへ順に配線されます。厚い5V電源層とグランド層を使用します。電源入力ポイント付近に100µFのバルクコンデンサと複数の0.1µFのデカップリングコンデンサを配置します。
3. ファームウェア:对MCU（例如ARM Cortex-M或ESP32）进行编程，以生成精确的1.2 µs位时序。一个缓冲区数组保存所有50个像素的24位颜色值。固件顺序传输1200位 (50 * 24)，然后发送一个>50µs的低电平脉冲来锁存数据。
4. アセンブリ:SMTデバイスを使用し、指定されたリフロー温度プロファイルに従って部品を実装する。組立後、様々なカラーパターンを送信してテストし、全てのピクセルが正確かつ同期して応答することを確認する。

この例は、マルチピクセル設計において統合ドライバICを使用する効率性を強調しています。

12. 動作原理

61-236-ICは、シンプルで直接的な動作原理に基づいて動作します。内部にはシフトレジスタと各カラーチャネル用のラッチが含まれています。Dinピンで受信されたシリアルデータストリームは、信号エッジのタイミングに従って24ビットシフトレジスタにシフトインされます。リセットパルスが検出されると、シフトレジスタの内容が3つの8ビット保持ラッチ（赤、緑、青それぞれ1つ）に並列転送されます。これらのラッチ値は、3つの独立したPWMジェネレータのデューティサイクルを直接制御します。各PWMジェネレータは、それぞれのLEDチップ（赤、緑、青）に接続された定電流源を駆動します。定電流源は、PWM信号がハイレベルの間、LEDの順方向電圧の微小な変動の影響を受けずに、LEDが安定した5mAの電流を受け取ることを保証します。各ポイントでの3つのPWM変調された原色の組み合わせにより、目的の混合色が生成されます。データは同時にDoutピンにシフトアウトされ、同じデータストリームが最小限の遅延でチェーン内の次のデバイスに伝播できるようになります。

13. 技術トレンド

61-236-ICのようなデバイスは、アドレス可能RGB LED分野における成熟し広く採用されている手法を代表する。この分野のトレンドは、より高い集積度とよりインテリジェントな機能へ向かっている：

• より高位のビット深度:チャネルあたり8ビット（256階調）から10ビット、12ビット、さらには16ビットPWMへと進化し、より滑らかな色のグラデーションとプロフェッショナルレベルの色彩精度を実現。特にハイエンドディスプレイや建築照明において顕著です。
• 統合メモリとパターン:一部の新しいドライバーは、事前にプログラムされた照明パターンやアニメーションを保存するための内蔵メモリを搭載しており、このタスクをメインコントローラーからオフロードし、独立した動作を可能にします。
• より高いデータレートとプロトコル:より高速で堅牢なシリアル通信プロトコル（例：差動信号のSDI）を採用し、より長いケーブル長、より高いピクセル数、高速ビデオに適したリフレッシュレートをサポートします。
• 効率と熱管理の改善:熱として失われる電力を削減するため、より効率的なドライバを開発し、より明るいLEDや高密度実装を可能にします。これには、パッケージ内部の高度な熱設計が含まれます。
• 拡張カラーパレット:白色 (W)、琥珀色 (A)、ライム (L) など、RGBを超える追加のLED色を統合し、RGBWやRGBAWモジュールを実現。より広範な色域、より自然な白色やパステルカラーを含む色を生成可能。

統合制御とシリアル通信の基本原則は変わらないが、実装方法は進化を続け、より高い性能と新たなアプリケーションを実現している。