SMD 5050 RGBW LED 데이터시트 - 5.0x5.0x1.6mm - 적색 2.6V/녹색 3.8V/청색 3.8V/백색 3.6V - 칩당 0.2W - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

본 문서는 5050 폼 팩터의 소형, 표면 실장, 저전력 LED 패키지에 대한 상세 사양을 설명합니다. 이 장치는 단일 백색 수지 패키지 내에 네 개의 개별 반도체 칩을 통합합니다: 적색(R), 녹색(G), 청색(B), 백색(W). 이 다중 칩 구성은 전용 백색 다이에서 순수한 백색광과 RGB 조합에서 혼합된 색상을 포함한 광범위한 색상 스펙트럼 생성을 가능하게 합니다. 패키지는 8핀 리드 프레임으로 설계되어 각 칩에 대한 개별적인 전기적 접근과 독립 제어를 제공합니다.

이 LED의 핵심 장점은 높은 발광 효율, 낮은 전력 소비, 그리고 넓은 120도 시야각을 포함합니다. 소형 SMD 폼 팩터는 IR 리플로우 솔더링과 같은 자동화 조립 공정에 적합합니다. 본 제품은 RoHS, EU REACH 및 할로겐 프리 요구사항(Br <900 ppm, Cl <900 ppm, Br+Cl < 1500 ppm)을 포함한 주요 환경 및 안전 표준을 준수합니다.

목표 응용 분야는 색상 혼합 능력과 일반 조명 특성을 활용하여 다양합니다. 주요 용도로는 일반 장식 및 엔터테인먼트 조명, 상태 표시기, 스위치 및 패널의 백라이트 또는 조명, 그리고 소형 다색 광원이 필요한 기타 응용 분야가 있습니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

2.1 절대 최대 정격

모든 정격은 솔더링 지점 온도(T_솔더링) 25°C에서 지정됩니다. 이 한계를 초과하면 영구적인 손상이 발생할 수 있습니다.

• 역방향 전압 (V_R):모든 칩(R, G, B, W)에 대해 최대 5V. 더 높은 역방향 전압을 가하면 접합 파괴가 발생할 수 있습니다.
• 연속 순방향 전류 (I_F):적색 및 백색 칩은 200mA로 정격됩니다. 녹색 및 청색 칩은 180mA로 정격됩니다. 이는 DC 전류 한계입니다.
• 피크 순방향 전류 (I_FP):듀티 사이클 1/10, 펄스 폭 10ms의 펄스 동작용입니다. 적색/백색: 400mA. 녹색/청색: 360mA.
• 전력 소산 (P_d):칩당 허용 최대 전력 손실. R: 520mW, G/B: 684mW, W: 720mW. 이는 열 관리에 매우 중요합니다.
• 온도 범위:동작: -40°C ~ +85°C. 보관: -40°C ~ +100°C. 최대 접합 온도 (T_j): 110°C.
• 열 저항 (R_{th J-S}):접합-솔더링 지점. R: 60°C/W, G: 110°C/W, B: 75°C/W, W: 75°C/W. 낮은 값은 칩에서 보드로의 열 전달이 더 좋음을 나타냅니다.
• 솔더링 온도:IR 리플로우: 최대 10초 동안 피크 260°C. 핸드 솔더링: 최대 3초 동안 350°C.

2.2 전기-광학 특성

일반적인 성능은 T_솔더링=25°C 및 I_F=100mA에서 측정되며, 별도로 명시되지 않는 한 이 조건을 따릅니다.

• 광도 (I_v):밀리칸델라(mcd)로 측정. 일반 값: R: 5000 mcd, G: 11000 mcd, B: 3000 mcd, W: 10000 mcd. 최소값도 지정됩니다. 허용 오차는 ±11%입니다.
• 순방향 전압 (V_F):100mA에서 LED 양단의 전압 강하. 일반/최대: R: 2.10V/2.60V, G: 3.00V/3.80V, B: 3.10V/3.80V, W: 2.90V/3.60V. 허용 오차는 ±0.1V입니다. 이 파라미터는 드라이버 설계에 매우 중요합니다.
• 시야각 (2θ_1/2):120도. 이는 광도가 피크 강도(축상)의 절반이 되는 전체 각도입니다.
• 주 파장 (λ_p):방출광의 피크 파장. R: 619-629nm, G: 520-535nm, B: 460-475nm. 허용 오차는 ±1nm입니다. 백색 LED의 색상은 "황색 계열"로 설명됩니다.
• 역방향 전류 (I_R):V_R= -5V에서 모든 칩에 대해 최대 10µA의 누설 전류.

3. 빈닝 시스템 설명

색상과 밝기의 일관성을 보장하기 위해, LED는 측정된 성능에 따라 빈으로 분류됩니다.

3.1 광도 빈닝

LED는 I_F=100mA에서 측정된 광도에 따라 그룹화됩니다. 각 빈에는 mcd 단위의 최소/최대 광도 범위를 정의하는 코드(예: CB, DA, EA)가 있습니다.

• 적색 (R):빈 CB (3550-4500 mcd), DA (4500-5600 mcd), DB (5600-7100 mcd).
• 녹색 (G):빈 EA (7100-9000 mcd), EB (9000-11200 mcd), FA (11200-14000 mcd).
• 청색 (B):빈 BA (1800-2240 mcd), BB (2240-2800 mcd), CA (2800-3550 mcd), CB (3550-4500 mcd).
• 백색 (W):빈 DB (5600-7100 mcd), EA (7100-9000 mcd), EB (9000-11200 mcd), FA (11200-14000 mcd), FB (14000-18000 mcd).

3.2 주 파장 빈닝

LED는 색조를 제어하기 위해 방출광의 피크 파장에 따라서도 빈닝됩니다.

• 적색 (R):빈 RB (619-624 nm), RC (624-629 nm).
• 녹색 (G):빈 G7 (520-525 nm), G8 (525-530 nm), G9 (530-535 nm).
• 청색 (B):빈 B3 (460-465 nm), B4 (465-470 nm), B5 (470-475 nm).

3.3 색도 좌표 빈닝 (백색 LED)

백색 LED의 경우, 색상은 CIE 1931 다이어그램 상의 색도 좌표(x, y)를 사용하여 정밀하게 정의됩니다. 데이터시트는 네 세트의 (x,y) 좌표로 정의된 해당 사변형 영역과 함께 빈 코드(예: A11, A12, A21)의 상세 테이블을 제공합니다. 이 좌표의 허용 오차는 ±0.01입니다. 이 시스템은 방출광의 화이트 포인트(예: 쿨 화이트, 뉴트럴 화이트, 웜 화이트)에 대한 엄격한 제어를 보장합니다.

4. 성능 곡선 분석

데이터시트에는 다양한 동작 조건에서의 장치 동작을 이해하는 데 필수적인 일반적인 특성 곡선이 포함되어 있습니다.

4.1 스펙트럼 분포

일반적인 스펙트럼 분포 곡선이 표시되며, 파장에 대한 상대 강도를 그래프로 나타냅니다. 이 곡선은 광 출력 구성을 시각적으로 나타냅니다. RGB 칩의 경우, 주 파장에서 좁은 피크를 보여줍니다. 백색 LED(일반적으로 형광체 코팅이 된 청색 칩)의 경우, 곡선은 형광체의 변환된 빛에서 나오는 넓은 피크와 펌프 LED에서 나오는 작은 청색 피크가 결합된 형태를 보여줍니다. 측광 계산을 위해 표준 인간 눈 반응 곡선(V(λ))도 참조됩니다.

4.2 순방향 전류 대 순방향 전압 (I-V 곡선)

R, G, B, W 칩에 대한 별도의 곡선은 25°C에서 순방향 전류(I_F)와 순방향 전압(V_F)의 관계를 보여줍니다. 이 곡선은 본질적으로 지수적입니다. 전류 제한 회로나 정전류 드라이버 설계에 매우 중요합니다. 곡선은 일반 동작 전류 100mA에서 V_F가 전기 테이블에 명시된 일반 값과 일치함을 확인시켜 줍니다.

4.3 파장 대 순방향 전류

이 곡선은 각 칩의 주 파장(색상)이 증가하는 순방향 전류에 따라 어떻게 이동하는지 설명합니다. 일반적으로, 접합 가열 및 기타 효과로 인해 파장이 전류와 함께 약간 증가할 수 있습니다. 이는 다양한 밝기 수준에서 정밀한 색상 안정성이 필요한 응용 분야에서 중요한 고려사항입니다.

4.4 상대 강도 대 순방향 전류

이 그래프는 광 출력(G/W의 경우 상대 광도, R/B의 경우 상대 방사 강도)이 순방향 전류에 따라 어떻게 증가하는지 보여줍니다. 이 관계는 낮은 전류에서 일반적으로 선형이지만, 열 및 효율 저하로 인해 높은 전류에서 포화될 수 있습니다. 이 데이터는 원하는 밝기 수준에 대한 최적의 구동 전류를 결정하는 데 사용됩니다.

4.5 최대 허용 순방향 전류 대 온도

이 디레이팅 곡선은 신뢰성 측면에서 가장 중요한 것 중 하나입니다. 이는 주변(또는 솔더링 지점) 온도가 증가함에 따라 최대 허용 연속 순방향 전류가 어떻게 감소해야 하는지를 보여줍니다. 예를 들어, 85°C에서는 허용 전류가 25°C 정격보다 현저히 낮아집니다. 이 곡선 위에서 동작하면 최대 접합 온도를 초과할 위험이 있어, 광속 감소를 가속화하고 LED의 수명을 크게 단축시킵니다.

5. 솔더링 및 조립 지침

LED는 정전기 방전(ESD)에 민감하므로 적절한 예방 조치와 함께 취급해야 합니다. 권장 솔더링 방법은 다음과 같습니다:

• IR 리플로우 솔더링:이는 SMD 조립에 선호되는 방법입니다. 최대 피크 온도는 260°C를 초과해서는 안 되며, 260°C 이상의 시간은 10초로 제한해야 합니다. 표준 무연 리플로우 프로파일이 적합합니다.
• 핸드 솔더링:필요한 경우, 인두 팁 온도가 350°C를 초과하지 않는 조건에서 핸드 솔더링을 수행할 수 있습니다. 리드당 접촉 시간은 패키지 및 와이어 본드에 대한 열 손상을 방지하기 위해 3초로 제한해야 합니다.

솔더링 중 및 이후에 패키지에 기계적 스트레스를 피하도록 주의해야 합니다. 보관 온도 범위는 -40°C ~ +100°C입니다.

6. 응용 제안 및 설계 고려사항

6.1 대표적인 응용 회로

각 칩(R, G, B, W)은 서로 다른 순방향 전압 특성으로 인해 자체 전류 제한 회로가 필요합니다. 간단한 직렬 저항보다는 정전류 드라이버를 사용하는 것이 밝기 일관성과 색상 안정성을 위해 매우 권장되며, 특히 배터리와 같은 가변 전압원에서 동작할 때 더욱 그렇습니다. RGB 색상 혼합의 경우, 펄스 폭 변조(PWM)는 강도 제어를 위한 표준 방법으로, 일정한 순방향 전압과 전류를 유지하여 각 기본 색상의 색도를 보존합니다.

6.2 열 관리

효과적인 방열은 성능과 수명에 매우 중요합니다. 열 저항 값(R_{th J-S})은 칩에서 PCB로 열이 얼마나 쉽게 흐르는지를 나타냅니다. 설계자는 PCB가 발생하는 총 열(모든 활성 칩에 대한 I_F* V_F의 합)을 방산할 수 있는 충분한 구리 면적(열 패드 또는 내부 층으로의 비아)을 갖추도록 해야 합니다. 적절한 냉각 없이 최대 전류 정격 근처 또는 그 수준에서 동작하면 높은 접합 온도로 이어져 광 출력 저하(광속 감소)를 일으키고 LED의 동작 수명을 현저히 단축시킵니다.

6.3 광학 설계

넓은 120도 시야각은 이 LED가 넓고 확산된 조명이 필요한 응용 분야에 적합하게 만듭니다. 더 지향성 있는 빛을 위해서는 2차 광학(렌즈)가 필요할 수 있습니다. 색상 혼합을 설계할 때, 5050 패키지 내 네 칩의 물리적 근접성은 거리에서 좋은 공간적 색상 혼합을 보장하지만, 매우 가까운 거리에서 보면 개별 색상 점이 구별될 수 있습니다.

7. 기술 비교 및 차별화

이 5050 RGBW LED는 매우 컴팩트한 산업 표준 5.0mm x 5.0mm 풋프린트 내에 네 개의 별도 발광체를 통합함으로써 차별화됩니다. 네 개의 별도 단색 5050 LED를 사용하는 것과 비교하여, 이 통합 패키지는 PCB 공간을 절약하고 픽 앤 플레이스 조립을 단순화합니다. RGB 다이 외에 전용 백색 다이를 포함함으로써, 색상 혼합이 필요 없는 고품질 백색 광원을 제공하며, 이는 때로 더 낮은 효율이나 색 재현성 문제를 초래할 수 있습니다. 개별 8핀 구성은 각 색상을 독립적으로 또는 어떤 조합으로든 구동할 수 있는 최대의 제어 유연성을 제공합니다.

8. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q: 하나의 직렬 저항과 단일 정전압원으로 네 개의 칩(RGBW)을 모두 병렬로 구동할 수 있나요?

A: 권장하지 않습니다. 순방향 전압(V_F)이 크게 다릅니다(예: 적색 ~2.1V, 청색 ~3.1V). 병렬로 연결하면 심각한 전류 불균형이 발생하여 적색 칩이 대부분의 전류를 끌어당겨 정격을 초과할 가능성이 있고, 다른 칩들은 어둡거나 꺼진 상태로 남을 수 있습니다. 각 색상 채널에는 별도의 전류 제어가 필요합니다.

Q: 정격에서 광도(mcd)와 전력(mW)의 차이는 무엇인가요?

A: 광도(칸델라 또는 밀리칸델라로 측정)는 인간 눈의 민감도 곡선으로 가중치가 적용된, 인간 눈이 인지하는 빛의 밝기입니다. 전력 소산(밀리와트 단위)은 LED 접합에서 열로 변환되는 전기 전력(I_F*V_F)입니다. 입력 전력의 일부는 빛(방사 전력)으로 변환되지만, 데이터시트는 관리해야 할 최대 열을 지정합니다.

Q: 백색 LED의 색도 좌표 빈을 어떻게 해석하나요?

A: 각 빈(예: A11)은 CIE 색상 차트 상의 작은 사변형 영역을 정의합니다. 네 쌍의 (x,y) 좌표는 해당 영역의 모서리입니다. 측정된 색상이 이 사변형 내에 속하는 LED에 해당 빈 코드가 할당됩니다. 이는 한 배치의 모든 LED가 거의 동일한 백색 포인트를 갖도록 보장합니다.

Q: 피크 순방향 전류(I_FP)가 연속 전류(I_F)보다 높은 이유는 무엇인가요?

A: 반도체 접합은 매우 짧은 지속 시간(이 경우 10ms) 동안 더 높은 전류 펄스를 처리할 수 있습니다. 왜냐하면 발생된 열이 접합 온도를 임계 수준까지 올릴 시간이 없기 때문입니다. 이는 PWM 디밍이나 짧고 밝은 플래시 생성에 유용합니다.

9. 실용적인 설계 및 사용 사례

시나리오: 색상 변화 무드등 설계

설계자가 USB 전원 데스크탑 램프에 이 LED를 선택합니다. 그들은 네 개의 PWM 채널이 있는 마이크로컨트롤러를 사용하여 R, G, B, W 전류를 독립적으로 제어합니다. 백색 LED는 순수한 독서등 모드를 제공합니다. RGB LED는 주변 조명을 위해 수백만 가지 색상을 생성하기 위해 혼합됩니다. 설계는 채널당 최대 200mA를 공급할 수 있는 정전류 LED 드라이버 IC를 사용합니다. PCB에는 LED의 열 패드에 여러 비아를 통해 연결된 대형 접지면이 포함되어 방열판 역할을 합니다. 펌웨어는 색상 페이딩 알고리즘을 구현하고, PCB 상 LED 근처에 배치된 마이크로컨트롤러의 온도 센서가 70°C 이상을 읽으면 최대 구동 전류를 감소시키는 열 관리 로직을 포함하여 LED가 안전한 온도 디레이팅 곡선 내에서 동작하도록 보장합니다.

10. 동작 원리 소개

발광은 반도체 물질의 전계발광을 기반으로 합니다. LED의 p-n 접합에 순방향 전압이 가해지면, 전자와 정공이 재결합하여 광자(빛) 형태로 에너지를 방출합니다. 빛의 색상(파장)은 반도체 물질의 밴드갭 에너지에 의해 결정됩니다. 적색 칩은 AlInGaP(알루미늄 인듐 갈륨 포스파이드)를 사용합니다. 녹색 및 청색 칩은 밴드갭을 조정하기 위해 다른 인듐/갈륨 비율의 InGaN(인듐 갈륨 나이트라이드)을 사용합니다. 백색 LED는 일반적으로 황색(또는 다색) 형광체로 코팅된 청색 InGaN 칩을 사용합니다. 칩에서 나오는 청색광이 형광체를 여기시키면, 형광체는 더 긴 파장(황색, 적색)의 넓은 스펙트럼을 방출하고, 남은 청색광과 결합하여 백색광을 생성합니다. "황색 계열"이라는 설명은 백색 스펙트럼의 따뜻한 쪽에 있는 상관 색온도(CCT)를 시사합니다.

11. 기술 동향 및 배경

이 5050 RGBW와 같은 통합 다중 칩 패키지는 LED 조명에서 더 높은 기능적 밀도와 단순화된 시스템 설계를 향한 동향을 나타냅니다. 더 넓은 시야각(120도와 같은)으로의 이동은 집중된 스포트라이트보다는 균일하고 눈부심 없는 조명이 필요한 응용 분야에 부응합니다. 특히 백색 구성 요소에 대해 더 높은 발광 효율(전기 와트당 더 많은 광 출력)과 개선된 색 재현성을 위한 지속적인 산업적 추진이 있습니다. 더욱이, 상세한 색도 좌표 테이블에서 증명되듯이, 더 엄격한 빈닝 허용 오차는 단색 및 백색 LED 응용 분야 모두에서 우수한 색상 일관성에 대한 시장의 요구를 반영하며, 이는 다중 LED 조명기구 및 디스플레이에서 매우 중요합니다.