5050 풀 컬러 SMD LED 데이터시트 - 5.0x5.0x1.6mm - 적/녹/청 - 150mA - 중국어 기술 문서

1. 제품 개요

본 문서는 고성능 풀컬러 표면 실장 기술(SMT) LED의 기술 사양을 상세히 설명합니다. 이 소자는 독립적인 적색, 녹색, 청색 반도체 칩을 단일 5050 패키지 내에 통합하여 가산 혼합 원리를 통해 광범위한 색상 스펙트럼을 생성할 수 있습니다. 주요 설계 목표는 고광 출력, 넓은 시야각 구현 및 자동화 조립 공정에의 적용입니다.

1.1 핵심 특성 및 장점

• 고휘도 칩:우수한 광 출력을 위해 첨단 반도체 재료(적색광은 GaInAlP, 녹색광과 청색광은 InGaN 사용)를 채택했습니다.
• SMT 패키징:표준 적외선(IR) 리플로우 솔더링 공정과 호환되도록 설계된 백색 플라스틱 SMT 패키지로, 대량의 자동화된 PCB 조립에 용이합니다.
• 독립 칩 제어:6핀 리드 프레임 패키지를 채택하여 각 색상(적색, 녹색, 청색)의 애노드와 캐소드에 독립적으로 접근할 수 있습니다. 이를 통해 각 색상 채널을 정밀하게 독립 구동 및 제어할 수 있어, 색상 보정과 다수 LED의 직렬 연결에 매우 중요합니다.
• 광시야각:패키지 설계는 전형적인 120도 시야각(2θ)을 구현하여_1/2), 광범위한 시야각 범위 내에서 우수한 가시성을 보장합니다.
• 환경 규정 준수:产品为无铅（Pb-free）设计，符合欧盟REACH法规，并满足无卤标准（Br < 900ppm, Cl < 900ppm, Br+Cl < 1500ppm）。产品本身符合RoHS指令。
• 신뢰성:전처리는 JEDEC J-STD-020D Level 3 표준을 기반으로 하여, 제품이 솔더링 과정 중 습기로 인한 응력에 효과적으로 저항할 수 있음을 나타냅니다.

1.2 목표 응용 분야

높은 휘도, 풀 컬러 능력 및 SMT 폼 팩터의 결합은 이 LED가 선명하고 제어 가능한 조명이 필요한 다양한 응용 분야에 적합하도록 합니다.

• 엔터테인먼트 및 게임 장비:장식 조명, 상태 표시등 및 인터랙티브 조명 효과에 사용됩니다.
• 정보 표시판:다중 색상 표시가 필요한 간판, 정보판 및 기타 디스플레이에 사용됩니다.
• 모바일 기기 플래시:소형 크기와 색상 구현 능력 덕분에 휴대폰 및 디지털 카메라의 카메라 플래시 또는 보조광으로 사용하기에 적합합니다.
• 도광관 적용:넓은 시야각과 점광원 특성으로 인해 측면 조명 방식 패널이나 지시등 시스템에 사용되는 도광판 또는 도광관에 결합하기에 이상적인 선택입니다.

2. 기술 사양 및 심층 해설

2.1 절대 최대 정격

이 정격값들은 소자에 영구적인 손상을 초래할 수 있는 한계를 정의합니다. 이러한 조건에서의 동작은 보장될 수 없습니다.

• 순방향 전류(I_F):각 색상(적색, 녹색, 청색)별 150 mA입니다. 이는 신뢰성 있는 동작을 위해 권장되는 최대 연속 직류 전류입니다.
• 피크 순방향 전류(I_FP):각 색상은 200 mA이며, 펄스 조건에서만 허용됨(듀티 사이클 1/10, 주파수 1 kHz). 연속 정격을 순간적으로 초과하더라도 칩 성능 저하를 초래할 수 있습니다.
• 전력 소비(P_d):적색광: 420 mW; 녹색광/청색광: 555 mW. 이는 25°C 환경 온도에서 패키지가 소산할 수 있는 최대 열량입니다. 동작 중 이 한계를 초과하지 않도록 하기 위해서는 올바른 PCB 열 설계가 중요합니다.
• 접합 온도 (T_j):최대 115°C. 반도체 칩 자체의 온도는 이 값을 초과해서는 안 됩니다.
• 동작 및 보관 온도:-40°C ~ +85°C(동작), -40°C ~ +100°C(저장).
• 납땜 온도:리플로우: 피크 온도 260°C, 최대 10초. 핸드 솔더링: 350°C, 최대 3초. 이 온도 프로파일은 패키지 균열이나 내부 본딩 와이어 손상을 방지하는 데 중요합니다.

2.2 광전 특성 (Ta=25°C)

이는 표준 시험 조건(주변 온도 25°C, 각 색상 I_F=150mA)에서 측정된 전형적인 성능 파라미터입니다.

• 광속(I_v):총 가시광선 출력.
  • 적색광: 전형값 25루멘(lm), 범위 13.9-39.8 lm.
  • 녹색광: 전형값 40 lm, 범위 13.9-51.7 lm.
  • 청색광: 전형값 8.5 lm, 범위 4.9-18.1 lm.
• 발광 강도 (I_v):특정 방향의 광 출력(칸델라). 전형값은 7550 mcd(적색), 12100 mcd(녹색), 2550 mcd(청색)입니다.
• 시야각 (2θ_1/2):전형값 120도(범위 110-130도). 이는 발광 강도가 최소한 피크값의 절반일 때의 전각입니다.
• 주파장(λ_d):빛의 지각 색상.
  • 적색광: 전형값 622 nm(617-629 nm).
  • 녹색광: 대표값 525 nm (518-530 nm).
  • 청색광: 대표값 457 nm (455-470 nm).
• 순방향 전압 (V_F):시험 전류 하에서 LED 양단의 전압 강하.
  • 적색: 전형값 2.3V (1.8-2.8V).
  • 녹색: 전형값 3.4V (2.7-3.7V).
  • 청색광: 전형값 3.2V (2.7-3.7V).
  적색광과 청색광/녹색광의 전압 간 현저한 차이에 유의하십시오. 이는 각 채널마다 독립적인 전류 제한 회로를 설계해야 함을 의미합니다.
• 역방향 전류 (I_R):5V 역방향 바이어스에서 최대 10 μA. LED는 역방향 전압 구동을 위해 설계된 것이 아닙니다.

3. Binning 시스템 설명

대량 생산의 일관성을 보장하기 위해, LED는 주요 광학 및 전기적 파라미터에 따라 분류(빈)됩니다. 이를 통해 설계자는 특정 응용 분야의 색상 및 밝기 균일성 요구 사항을 충족하는 소자를 선택할 수 있습니다.

3.1 광속 등급

LED는 150mA에서 측정된 광 출력에 따라 분류됩니다. 각 색상의 분류 범위는 최소-최대 사양 범위 전체를 포괄하기 위해 중첩됩니다.

• 적색(R):등급 R1부터 R4까지, 13.9 lm에서 39.8 lm까지 커버합니다.
• 녹색광(G):등급 G1부터 G5까지, 13.9 lm에서 51.7 lm까지 커버합니다.
• 청색광(B):등급 B1부터 B5까지, 4.9 lm부터 18.1 lm을 커버합니다.

각 등급 내 광속 값은 ±11%의 허용 오차를 가질 수 있습니다.

3.2 순방향 전압 등급

LED는 순방향 전압 강하에 따라 분급되어 회로 설계 및 전원 선택을 보조합니다.

• 적색광:단일 등급 "1828", 1.8V부터 2.8V까지 커버.
• 绿光 & 청색광:단일 등급 "2737", 2.7V부터 3.7V까지 커버.

±0.1V의 허용 오차를 허용함.

3.3 주 파장 분류

색상에 민감한 응용 분야에서, 색조의 일관성을 보장하는 가장 중요한 분류입니다.

• 적색광:분할 RA(617-621 nm), RB(621-625 nm), RC(625-629 nm).
• 녹색광:분할 GA부터 GD까지(518-530 nm, 약 3nm 간격).
• 청색광:등급 BA부터 BE까지(455-470 nm, 약 3nm 간격).

주 파장은 ±1nm의 허용 오차를 가집니다.

4. 성능 곡선 분석

4.1 스펙트럼 분포

일반적인 스펙트럼 분포 곡선은 각 칩이 서로 다른 파장에서 방출하는 빛의 상대적 강도를 보여줍니다. 적색 칩은 중심 파장 약 622nm의 좁은 대역에서 발광합니다. 녹색 칩은 약 525nm에서, 청색 칩은 약 457nm에서 발광합니다. 이러한 스펙트럼 피크의 순도는 포화된 색상을 구현하는 데 매우 중요합니다. 인지되는 밝기를 이해하기 위해 이 곡선을 표준 인간 눈 반응 곡선(V(λ))과 비교해야 합니다.

4.2 방사 패턴

방사 특성도는 광강도의 공간적 분포(상대 강도 대 각도)를 보여줍니다. 이 곡선은 전형적인 시야각 120도로, 중심 영역의 강도가 상당히 균일하고 가장자리로 갈수록 감쇠하는, 넓고 램버시안(Lambertian)에 가까운 방사 패턴을 확인시켜 줍니다.

4.3 순방향 전류 vs. 순방향 전압 (I-V 커브)

청색 칩(및 기타 칩)의 I-V 곡선은 전류와 전압 사이의 지수 관계를 보여줍니다. 개방 전압 미만(청색/녹색 약 2.7V, 적색 약 1.8V)에서는 거의 전류가 흐르지 않습니다. 이 역치를 초과하면, 전압의 미세한 증가에 따라 전류가 급격히 증가합니다. 이러한 특성은 열 폭주를 방지하고 안정적인 광 출력을 보장하기 위해 정전압원이 아닌 정전류 구동기를 사용할 것을 요구합니다.

4.4 주파장 vs. 순방향 전류

적색, 녹색, 청색 칩의 이 곡선들은 구동 전류에 따라 발광 색상(주 파장)이 어떻게 변화하는지 보여줍니다. 일반적으로 전류가 증가하면 접합부 온도가 상승하여 파장이 약간 이동합니다(InGaN 기반 녹색/청색 LED의 경우 일반적으로 더 긴 파장으로 이동). 다양한 휘도 수준에서 정확한 색상 안정성을 유지해야 하는 응용 분야에서 이 효과는 매우 중요합니다.

4.5 상대 발광 강도 vs. 순방향 전류

이 곡선은 구동 전류의 함수로서 (기준값에 대한) 광 출력을 나타냅니다. 낮은 전류에서는 일반적으로 선형적이지만, 높은 전류에서는 열 효과와 효율 저하로 인해 포화 현상이나 감소가 발생할 수 있습니다. 이 곡선은 휘도와 효율/발열 사이의 상충 관계를 보여줍니다.

4.6 최대 허용 순방향 전류 vs. 온도

이 디레이팅 곡선은 열 관리에 매우 중요합니다. 이는 최대 안전 연속 순방향 전류와 주변(또는 케이스) 온도의 함수 관계를 보여줍니다. 온도가 상승함에 따라 최대 허용 전류는 선형적으로 감소합니다. 예를 들어, 85°C에서 허용 전류는 25°C에서의 150mA 정격값보다 현저히 낮습니다. 설계자는 LED가 적용된 작동 환경에서 과구동되지 않도록 하기 위해 이 그래프를 사용해야 합니다.

5. 기계적 및 패키징 정보

5.1 패키지 치수

LED는 표준 5050 SMT 패키지를 채용합니다. 주요 치수는 다음과 같습니다:

• 패키지 길이: 5.0 mm
• 패키지 폭: 5.0 mm
• 패키지 높이(전형적): 1.6 mm

별도로 명시하지 않는 한, 공차는 ±0.1mm입니다. 데이터시트에는 핀 배치와 기계적 특성을 보여주는 상세한 치수도(평면도, 측면도, 바닥면도)가 제공됩니다.

5.2 핀 배열 및 극성 식별

이 패키지는 6개의 핀을 가지며, 3개씩 두 줄로 배열되어 있습니다. 상부에서 볼 때 핀 번호는 일반적으로 반시계 방향으로 매겨집니다. 데이터시트의 도면은 적색, 녹색, 청색 칩의 애노드와 캐소드 핀을 명확히 표시하고 있습니다. 올바른 극성 식별은 조립 과정에서 LED가 역방향으로 바이어스되는 것을 방지하기 위해 중요합니다. 바닥면도에는 일반적으로 PCB 상의 방향 결정을 돕기 위한 극성 표시(예: 모서리 절단 또는 점)가 포함됩니다.

6. 용접 및 조립 가이드

6.1 리플로우 솔더링 파라미터

권장 적외선(IR) 리플로우 솔더링 온도 프로파일은 핵심 공정 파라미터입니다.

• 피크 온도:최고 260°C.
• 액상선 이상 시간(TAL):솔더 접점이 용점 이상의 온도에 노출되는 시간은 통제되어야 하며, 일반적으로 피크 온도에서 10초간 유지하는 것을 권장합니다.
• 가열/냉각 속도:플라스틱 패키지 및 내부 본딩 와이어에 대한 열 충격을 최소화하기 위해 가열 및 냉각 속도(예: 1-3°C/초)를 제어할 것을 권장합니다.

JEDEC J-STD-020D Level 3 습도 민감도 등급(MSL)에 따른 예방 조치를 반드시 준수해야 합니다. 소자가 규정된 공장 수명보다 더 오래 환경 공기에 노출된 경우, 리플로우 솔더링 전에 "팝콘" 현상(수분의 급격한 팽창으로 인한 패키지 균열)을 방지하기 위해 베이킹을 실시해야 합니다.

6.2 핸드 솔더링

수동 납땜이 필요한 경우, 각별히 주의해야 합니다:

• 인두 팁 온도를 최고 350°C로 제한하십시오.
• 각 핀의 접촉 시간을 최대 3초로 제한하십시오.
• 납땜 지점과 패키지 본체 사이의 핀에 히트 싱크(예: 핀셋)를 사용하여 LED로 과도한 열이 전달되는 것을 방지하십시오.

6.3 저장 조건

부품은 원래의 방습 봉지 내에 건조제를 넣어, -40°C에서 +100°C 사이의 온도에서 비응축 환경에 보관해야 합니다. 일단 밀봉 봉지가 열리면, 부품이 환경 습도에 노출되는 시간은 그 MSL 등급(Level 3)에 의해 제한됩니다.

7. 포장 및 주문 정보

7.1 릴(Reel)과 캐리어 테이프(Carrier Tape) 규격

LED는 자동 표면 실장기(SMT)에 적합한 엠보싱(돌출) 타입 캐리어 테이프 릴 형태로 공급됩니다.

• 캐리어 테이프 치수:포켓(Pocket) 치수 (치수 A): 5.70±0.10 mm, (치수 B): 5.38±0.10 mm, 깊이 (치수 C): 1.60±0.10 mm.
• 릴(Reel) 치수:표준 13인치(330mm) 릴(Reel) 치수를 제공합니다.
• 매 수량:표준 포장은 매 1000개입니다. 최소 주문 수량은 매 250개 또는 500개가 가능합니다.

7.2 라벨 설명

릴 라벨에는 해당 릴 상의 LED 분류를 지정하는 코드가 포함됩니다:

• CAT:발광 강도 등급(광속 분류 기준).
• HUE:주 파장 등급(파장 분류 코드).
• REF:순방향 전압 등급(전압 분류 코드).
• LOT No：추적 가능한 로트 번호.
• P/N：완전한 제품 번호.
• 수량:릴 상의 수량.

주문 시 애플리케이션에 필요한 특정 광학 및 전기적 특성을 갖춘 소자를 수령하기 위해 이 코드를 확인하는 것이 중요합니다.

8. 애플리케이션 설계 고려사항

8.1 구동 회로 설계

적색광(∼2.3V)과 녹색광/청색광(∼3.4V) 칩의 순방향 전압이 다르기 때문에, 전류 균일성을 원한다면 단일 전류 제한 저항을 사용한 간단한 직렬 연결은 최선의 방안이 아닙니다. 권장하는 방법은 각 색상 채널마다 독립적인 전류 제한 저항을 사용하거나, 더 나은 방법은 다중 채널을 갖춘 전용 정전류 LED 구동 IC를 사용하는 것입니다. 이렇게 하면 전원 전압 변화나 V_F등급 차이와 관계없이 일관된 밝기와 색상을 유지합니다. 펄스 폭 변조(PWM)는 듀티 사이클을 변경하면서도 일정한 전류(따라서 안정적인 색점)를 유지할 수 있기 때문에 디밍과 색 혼합에 선호되는 방법입니다.

8.2 열 관리

각 LED의 최대 전력 소모는 0.555W(녹색/청색, 150mA 기준)에 달할 수 있습니다. 단일 PCB에 여러 LED가 사용될 경우 총 발열량은 상당할 수 있습니다. 적절한 열 설계가 필수적입니다:

• PCB 레이아웃:충분한 구리 호일 면적(방열 패드)을 가진 PCB를 사용하고, 이를 LED의 방열 패드(있는 경우) 또는 핀에 연결하여 열을 전도하십시오.
• 방열 비아:LED 패드 아래에 방열 비아 세트를 배치하여 열을 내부 접지층 또는 보드 뒷면으로 전달하십시오.
• Derating:반드시 최대 전류와 온도의 Derating 곡선을 참조하십시오. 주변 온도가 높은 응용 분야에서는 접합 온도가 115°C 미만으로 유지되도록 구동 전류를 상응하게 낮춰야 합니다.

8.3 광학 설계

120도의 넓은 시야각은 일반 조명에 유리하지만, 집속된 빔이 필요한 응용 분야에서는 2차 광학 부품(렌즈, 반사판)이 필요할 수 있습니다. 도광판 응용 분야에서는 작은 발광 면적과 넓은 시야각이 효율적인 결합에 유리합니다. 색상 혼합을 설계할 때는 목표 위치에서 균일한 혼합 색상을 구현하기 위해 적색, 녹색, 청색 발광 패턴의 공간적 중첩을 고려해야 합니다.

9. 기술 대비 및 차별화

초기의 RGB LED 패키징 또는 분리형 단색 LED와 비교하여, 본 소자는 몇 가지 핵심적인 장점을 제공합니다:

• 집적도:세 개의 칩이 하나의 SMT 패키지에 통합되어, 세 개의 개별 LED를 사용하는 것과 비교하여 PCB 공간을 절약하고 조립을 단순화합니다.
• 독립 제어:6핀 설계는 각 색상에 대해 진정한 독립적인 애노드/캐소드 접근을 제공하여, 공통 애노드 또는 공통 캐소드 4핀 RGB LED에 비해 더 높은 유연성을 제공합니다. 이는 더 높은 전압 동작을 위한 직렬 연결과 같은 더 복잡한 구동 방식을 구현할 수 있게 합니다.
• 성능:"초고휘도" 칩을 채택하여 동일한 패키지 크기에서 표준 제품보다 더 높은 효율과 광 출력을 가짐을 나타냅니다.
• 적합성:현대 환경 규정(RoHS, REACH, 할로겐 프리)을 완전히 준수하는 것은 기본 요구사항이지만, 여기서는 명확히 확인되었습니다.

10. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

10.1 단일 5V 전원과 하나의 저항으로 세 가지 색상을 모두 구동할 수 있나요?

최선의 방법은 아닙니다. 녹색 및 청색 LED의 순방향 전압(∼3.4V)은 5V 전원에서 제한 저항에 ∼1.6V만 남기므로 안정적인 전류 제어가 가능합니다. 그러나 적색 LED(∼2.3V)는 그 저항에서 ∼2.7V의 전압 강하가 발생합니다. 세 가지 색상 모두에 동일한 저항값을 사용하면 서로 다른 V_F값으로 인해 전류와 휘도 수준에 큰 차이가 생깁니다. 독립적인 저항 또는 정전류 구동기를 사용해야 합니다.

10.2 광속(lm)과 발광 강도(mcd)의 차이는 무엇인가요?

광속(루멘)은 광원이 모든 방향으로 방출하는 가시광선의 총량을 측정합니다. 발광강도(칸델라)는 광원이 특정 방향에서 얼마나 밝게 보이는지를 측정합니다. 이와 같은 광시야각 LED의 경우, 강도 값은 일반적으로 광축에서 측정된 피크 값입니다. 총 광속은 조명의 전체적인 광 출력을 더 잘 반영하는 반면, 발광강도는 특정 각도에서 보는 지시등과 관련이 있습니다.

10.3 이 RGB LED를 사용하여 백색광을 어떻게 구현할 수 있나요?

백색광은 적절한 강도의 적색광, 녹색광, 청색광을 혼합하여 생성됩니다. 정확한 비율은 특정 색도 목표(예: 냉백색, 온백색)와 각 LED의 스펙트럼 특성에 따라 달라집니다. 칩 효율과 빈(bin) 차이로 인해, 일관되고 고품질의 백색광 점을 구현하려면 일반적으로 시스템 내에서 개별 보정 또는 컬러 센서를 이용한 피드백이 필요합니다. 이는 전용 백색 LED 형광체를 사용하는 것보다 더 복잡합니다.

10.4 최대 접합 온도가 왜 115°C에 불과한가요?

접합 온도 한계는 LED 칩, 본딩 와이어 및 패키징에 사용된 재료에 의해 결정됩니다. 과열은 성능 저하 메커니즘을 가속화하고, 광 출력(광감쇠)을 감소시키며, 치명적인 고장을 초래할 수 있습니다. 최대 T_j또는 최대 T에 근접한 상태에서

구동하면 장치의 수명이 현저히 단축됩니다. 우수한 열 설계는 동작 중 접합 온도를 가능한 한 낮게 유지하는 것을 목표로 합니다.

11. 실제 설계 및 사용 예시

11.1 예시: 소비자 전자 기기 상태 표시등

스마트 홈 기기에서 5050 RGB LED 하나는 다양한 상태 코드를 제공할 수 있습니다: 빨간색은 오류, 초록색은 준비 완료, 파란색은 블루투스 페어링, 노란색(빨강+초록)은 대기 모드 등을 의미합니다. 넓은 시야각은 어느 방향에서도 쉽게 볼 수 있도록 합니다. PWM 기능이 있는 GPIO 핀 3개와 전류 제한 저항 3개(예: 3.3V 또는 5V 전원에서 약 20mA를 구동할 때 15-20Ω 사용)로 구성된 간단한 마이크로컨트롤러로 이 LED를 구동할 수 있습니다. 낮은 전류는 수명을 연장하고 발열을 최소화합니다.

11.2 예시: 소형 간판 백라이트

아크릴 간판의 가장자리 조명을 위해, 이러한 LED 몇 개를 가장자리를 따라 배치할 수 있습니다. 이들의 넓은 시야각은 아크릴 내부로 빛을 결합시키는 데 도움이 됩니다. 이를 직렬 배열(예: 모든 적색 LED 직렬, 모든 녹색 LED 직렬, 모든 청색 LED 직렬)로 구성함으로써, 더 높은 전압과 더 낮은 전류의 드라이버를 사용할 수 있어 효율성을 높일 수 있습니다. 독립 제어를 통해 간판의 색상을 동적으로 프로그래밍할 수 있습니다. 열 관리에는 아크릴 또는 설치 기판이 전체 LED 어레이에서 발생하는 열을 방출할 수 있도록 하는 것이 포함됩니다.

12. 작동 원리

이 소자는 반도체 재료의 전계발광 원리에 기반하여 작동합니다. p-n 접합에 인가된 순방향 전압이 칩의 밴드갭 에너지를 초과하면 전자와 정공이 재결합하여 광자(빛) 형태로 에너지를 방출합니다. 방출되는 빛의 색상(파장)은 반도체 재료의 밴드갭 에너지에 의해 결정됩니다: 적색광(∼622 nm)은 GaInAlP 재료를, 녹색광(∼525 nm)과 청색광(∼457 nm)은 InGaN 재료를 사용합니다. 이 서로 다른 재료로 만들어진 세 개의 독립적인 반도체 칩이 리플렉터 컵 내에 장착되고, 투명 또는 확산 수지로 봉지되어 완전한 LED 패키지를 형성합니다.

13. 기술 트렌드