SMD RGB LED LTST-G353CEGB7W 데이터시트 - 5.0x5.0x1.6mm - 5V - 94mW - White Diffused Lens - English Technical Document

1. 제품 개요

LTST-G353CEGB7W은 공간 제약이 중요한 자동화된 인쇄 회로 기판(PCB) 조립 및 응용 분야를 위해 설계된 표면 실장 장치(SMD) LED입니다. 이 부품은 적색, 녹색, 청색(RGB) 반도체 칩과 전용 제어 회로를 단일 패키지 내에 통합하여 완전한 개별 주소 지정 가능 픽셀을 형성합니다. 통신 장치, 휴대용 컴퓨터, 네트워크 인프라, 소비자 가전, 실내 간판 또는 장식 조명 시스템을 포함하되 이에 국한되지 않는 광범위한 전자 장비에 사용되도록 설계되었습니다.

1.1 핵심 특징 및 장점

이 장치는 현대 전자 제조에서 사용성과 성능을 향상시키는 몇 가지 핵심 기술 및 패키징 특징을 통해 차별화됩니다.

• 통합 제어: 중요한 장점은 RGB LED 칩과 14비트 구동 IC의 통합입니다. 이를 통해 기본 제어를 위한 외부 구동 부품이 필요 없어져 회로 설계가 단순화되고 전체 BOM(Bill of Materials)이 감소합니다.
• 고해상도 색상 제어: 각 기본 색상(Red, Green, Blue)은 1024개의 서로 다른 밝기 단계(10-bit PWM)로 제어될 수 있습니다. 이를 통해 10억 7천만 개 이상(2^30)의 색상 조합을 생성할 수 있어, 부드러운 색상 그라데이션과 정밀한 색상 혼합이 가능합니다.
• Advanced Driver IC: 내장된 드라이버는 정전류 펄스 폭 변조(PWM) 제어를 활용합니다. 14-bit 제어는 분할되어 있으며, 10-bit는 밝기를 위한 PWM 듀티 사이클에, 4-bit는 전류 레벨을 미세 조정하는 데 전용되어, 광 출력과 효율에 대한 세밀한 제어를 제공합니다.
• 단순화된 데이터 인터페이스: LED와의 통신 및 다수의 유닛 데이지 체이닝은 단일 와이어 직렬 프로토콜(SPI 호환)을 통해 이루어집니다. 이를 통해 호스트 마이크로컨트롤러에서 필요한 제어 라인의 수를 최소화합니다.
• 데이터 무결성 기능: 해당 장치는 중단점 연속 전송(Bypass 기능)을 지원합니다. 체인 내 하나의 LED가 고장 나더라도 데이터 신호가 이를 우회하여 순서상 나머지 LED가 정상적으로 작동할 수 있도록 하여 시스템 신뢰성을 향상시킵니다.
• 제조 준비 상태: 해당 부품은 표준 자동 픽앤플레이스 장비와 호환되는 7인치 직경 릴에 장착된 12mm 테이프로 공급됩니다. 또한 JEDEC Moisture Sensitivity Level 4 사전 조건화를 포함한 무연 적외선(IR) 리플로우 솔더링 공정에 적합합니다.
• 환경 규정 준수: 본 제품은 관련 환경 규정을 준수합니다.

1.2 목표 적용 분야 및 시장

소형 폼팩터, 통합 지능, 풀컬러 기능의 결합으로 인해 이 LED는 다양한 적용 분야에 적합합니다:

• 상태 및 표시등 조명: 통신 장비, 사무 자동화 장비, 가전 제품 및 산업용 제어 패널에서 다중 색상 상태 피드백을 제공합니다.
• 전면 패널 및 백라이트: 동적이고 맞춤형 색상으로 버튼, 로고 또는 디스플레이를 조명합니다.
• 장식 및 건축 조명: LED 스트립, 모듈, 소프트 라이트 및 램프에 사용되어 분위기 또는 액센트 조명을 제공합니다.
• 실내 디스플레이 구성 요소: 개별 픽셀 제어가 필요한 풀컬러 모듈 또는 불규칙 영상 디스플레이의 기본 구성 요소.

2. Technical Parameters: 심층적 객관적 해석

이 섹션에서는 데이터시트에 명시된 주요 성능 파라미터에 대한 상세한 분석을 제공합니다.

2.1 광학 특성

광학 성능은 표준 조건(Ta=25°C, VDD=5V)에서 측정됩니다. 이 장치는 개별 컬러 칩에서 나오는 빛을 혼합하여 균일한 외관을 생성하는 백색 확산 렌즈를 사용합니다.

• 광도(I_V): 일반적인 축 방향 광도는 색상 칩에 따라 다릅니다. 녹색 칩이 가장 밝으며(330-700 mcd), 그 다음이 적색(130-300 mcd), 청색(50-180 mcd) 순입니다. 이 값들은 명시(인간 눈) 반응을 시뮬레이션하는 필터를 통해 측정된 광 출력을 나타냅니다.
• 시야각(2θ_1/2): 이 장치는 120도의 넓은 시야각을 특징으로 합니다. 이는 광축(on-axis) 값의 절반으로 광도가 떨어지는 전체 각도로 정의되며, 축 이외의 방향에서도 가시성이 우수함을 나타냅니다.
• Dominant Wavelength (λ_d): 이 파라미터는 각 칩의 인지되는 색상을 정의합니다. 지정된 범위는 다음과 같습니다: 적색: 618-630 nm, 녹색: 520-535 nm, 청색: 463-475 nm. 피크 발광 파장 허용 오차는 ±1 nm로, 장치 간 일관된 색상 생산을 보장합니다.

2.2 전기적 및 절대 최대 정격

이러한 정격을 준수하는 것은 신뢰할 수 있는 동작과 영구적 손상을 방지하는 데 매우 중요합니다.

• 절대 최대 정격:
  • 전력 소모 (P_D): 94 mW. 이를 초과하면 과열로 이어질 수 있습니다.
  • 공급 전압 (V_DD): +4.2V ~ +5.5V. 내부 IC는 정격 공급 전압 5V를 위해 설계되었습니다.
  • 총 순방향 전류 (I_F): 17 mA. 이는 세 개의 칩을 합친 최대 총 전류입니다.
  • 동작 온도: 0°C ~ +85°C.
  • 저장 온도: -40°C ~ +100°C.
• 전기적 특성 (전형값 @ V_DD=5V):
  • IC 출력 전류(색상별): 일반적으로 개별 R, G 또는 B 채널당 5 mA. 이 정전류 구동 방식은 약간의 전압 변동에도 안정적인 색상 출력을 보장합니다.
  • 논리 입력 레벨: 하이 레벨 입력 전압 (V_IH)는 0.7*V_DD (일반적으로 5V 공급 시 3.3V). 저전압 입력 전압 (V_IL)는 0.3*V입니다._DD. 이로 인해 5V 및 3.3V 마이크로컨트롤러 로직과 모두 호환됩니다.
  • IC 무부하 전류: 모든 LED 출력이 꺼졌을 때 약 0.2 mA로, 대기 시 낮은 전력 소비를 나타냅니다.

2.3 열 고려사항

데이터시트는 열 저항을 명시적으로 상세히 설명하지는 않지만, 솔더링 프로파일과 보관 조건을 통해 중요한 열 관리 지침을 제공합니다. 최대 전력 소산 94 mW와 동작 온도 범위는 열적 동작 창을 정의합니다. 특히 최대 밝기와 전류에서 연속 동작 시 접합 온도를 안전한 한계 내로 유지하려면 적절한 열 방출을 갖춘 PCB 레이아웃이 필요합니다.

3. Binning System 설명

데이터시트에는 색상 일관성을 보장하기 위한 CIE(Commission Internationale de l'Eclairage) 색도 분류표가 포함되어 있습니다.

• 색상 분류(Color Binning): LED는 CIE 1931 색공간 다이어그램 상에서 측정된 색도 좌표(x, y)를 기준으로 빈(A, B, C, D)으로 분류됩니다. 각 빈은 차트 상의 사각형으로 정의됩니다. 빈 내 위치에 대한 허용 오차는 x 및 y 좌표 모두에서 ±0.01입니다. 이 분류 과정은 지각상 거의 동일한 색상을 가진 LED들을 그룹화하며, 여러 LED가 나란히 사용되어 시각적 색상 불일치를 방지해야 하는 응용 분야에서 매우 중요합니다.
• 해석: 빈 A와 B는 (확산 렌즈를 통한) 혼합 백색광의 색 공간 내 특정 영역을 커버하는 반면, 빈 C와 D는 인접한 영역을 커버합니다. 설계자는 빈 코드를 지정하여 생산 런에서 더욱 정밀한 색상 일치를 보장할 수 있습니다.

4. Performance Curve Analysis

데이터시트는 주요 관계를 그래픽으로 나타내는 일반적인 성능 곡선을 참조합니다. 특정 그래프는 제공된 텍스트에 재현되어 있지 않지만, 그 표준 내용은 아래에서 분석됩니다.

• 상대 발광 강도 대 순방향 전류 (I-V 곡선): 이 곡선은 각 LED 칩에 공급되는 순방향 전류에 따라 광 출력이 어떻게 증가하는지 보여줍니다. 통합 정전류 드라이버로 인해 이 관계는 주로 내부적으로 관리되지만, 곡선은 칩/드라이버 조합의 효율성을 설명할 것입니다.
• 상대 광도 대 주변 온도: 이 곡선은 주변(또는 접합) 온도가 상승함에 따라 광 출력이 감소하는 디레이팅을 보여주는 중요한 그래프입니다. LED 효율은 온도가 높아질수록 감소하므로, 이 그래프는 설계자가 따뜻한 환경에서의 열 성능과 잠재적인 광 손실을 이해하는 데 도움을 줍니다.
• Spectral Power Distribution: 이 그래프는 각 색상 칩에 대한 파장 스펙트럼 전체에서 방출되는 빛의 강도를 표시하며, LED의 특징적인 좁은 방출 피크와 특정 주 파장을 보여줍니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

5.1 패키지 치수 및 구성

본 장치는 산업 표준 SMD 풋프린트를 준수합니다. 주요 치수는 길이 약 5.0mm, 너비 약 5.0mm, 높이 약 1.6mm(공차 ±0.2mm)입니다. 정밀한 PCB 랜드 패턴 설계를 위해 원본 데이터시트에 상세 치수 도면이 제공됩니다.

5.2 핀 구성 및 기능

6핀 장치는 다음과 같은 핀아웃을 가집니다:

1. VCC: 내부 IC의 전원 공급 입력. VDD에 연결 가능.
2. VDD: 메인 DC 전원 입력 (4.2-5.5V).
3. DOUT: 다음 LED의 DIN으로 데이지 체이닝하기 위한 제어 데이터 신호 출력.
4. DIN: 마이크로컨트롤러 또는 이전 LED로부터의 제어 데이터 신호 입력.
5. VSS: 접지 연결.
6. FDIN: 보조 데이터 신호 입력 (특정 제어 모드에서만 기능 지원 가능).

5.3 권장 PCB 부착 패드

신뢰할 수 있는 납땜 및 기계적 안정성을 보장하기 위해 권장되는 솔더 패드 레이아웃이 제공됩니다. 이 레이아웃은 일반적으로 납땜 및 작동 중 열을 관리하기 위한 서멀 릴리프 연결과 갈윙(gull-wing) 또는 유사한 리드를 위한 적절한 크기의 패드를 포함합니다.

6. 납땜, 조립 및 취급 지침

6.1 IR 리플로우 납땜 프로파일

무연 솔더링을 위한 상세한 리플로우 프로파일이 J-STD-020B에 부합하도록 제공됩니다. 이 프로파일은 주요 파라미터를 명시합니다:

• 예열: 플럭스를 활성화하고 열 충격을 최소화하기 위한 점진적인 온도 상승.
• Soak Zone: 부품과 기판의 균일한 가열을 보장하기 위한 온도 유지 구간.
• Reflow Zone: 일반적으로 240°C에서 260°C 사이의 피크 온도를 적용하며, 액상선 온도 이상 유지 시간(TAL)을 정밀하게 제어하여 LED 패키지나 내부 구성품에 손상을 주지 않으면서도 신뢰성 있는 솔더 접합을 형성합니다.
• 냉각 속도: 솔더를 응고시키고 응력을 최소화하기 위해 제어된 방식으로 냉각합니다.

6.2 저장 및 Moisture Sensitivity

본 제품은 습기에 민감합니다. 건조제가 들어 있는 원래의 방습 봉지에 밀봉된 상태에서 ≤30°C, ≤70% RH 조건으로 저장 시 유통기한은 1년입니다. 개봉 후에는 ≤30°C, ≤60% RH 조건으로 보관해야 합니다. 원래 봉지 외부에서 장기간 보관할 경우, 건조제가 들어 있는 밀폐 용기를 사용하십시오. 주변 공기에 96시간 이상 노출된 부품은 리플로우 전에 베이킹 공정(약 60°C, 48시간)을 거쳐야 하며, 이는 솔더링 중 \"팝콘\" 현상 또는 박리(delamination)를 방지하기 위함입니다.

6.3 세정

납땜 후 세척이 필요한 경우 지정된 용제만 사용하십시오. 실온에서 에틸 알코올 또는 이소프로필 알코올에 1분 미만 침지하는 것이 권장됩니다. 강력하거나 지정되지 않은 화학 물질은 플라스틱 렌즈와 패키지를 손상시킬 수 있습니다.

7. 포장 및 주문 정보

• 표준 포장: 부품은 12mm 폭의 엠보싱 캐리어 테이프에 공급되며, 7인치(178mm) 직경 릴에 감겨 있습니다.
• 릴당 수량: 풀 릴당 1500개.
• 최소 주문 수량 (MOQ): 부분 수량의 경우, 최소 500개 단위로 주문 가능합니다.
• 포장 기준: ANSI/EIA-481 규격을 준수합니다. 테이프의 빈 포켓은 보호용 상단 커버 테이프로 덮여 있습니다.

8. 애플리케이션 설계 고려사항

8.1 대표적인 애플리케이션 회로

주요 응용 분야는 다수의 LED를 데이지 체인 방식으로 연결하는 것입니다. 마이크로컨트롤러의 단일 데이터 라인이 첫 번째 LED의 DIN에 연결됩니다. 첫 번째 LED의 DOUT은 다음 LED의 DIN에 연결되고, 이 과정이 반복됩니다. 모든 LED에 5V 전원 공급 장치(적절한 로컬 디커플링 커패시터, 예: 100nF 포함)를 제공해야 하며, 특히 긴 체인의 끝부분에서 IR 강하가 발생할 수 있으므로 전압이 4.2-5.5V 범위 내에 유지되도록 해야 합니다. 긴 체인이나 노이즈가 많은 환경에서는 임피던스 매칭을 위해 데이터 라인에 직렬 저항이 필요할 수 있습니다.

8.2 데이터 전송 프로토콜

통신은 고속, 단일 와이어, 리셋 기반 프로토콜을 사용합니다. 각 비트는 1.2µs(±160ns) 주기 내의 하이 펄스로 전송됩니다.

• 논리 '0': T_0H (high time) = 300ns ±80ns, T_0L (low time) = 900ns.
• Logic '1': T_1H = 900ns ±80ns, T_1L = 300ns.
• Data Frame: LED당 42비트 (추정상 R, G, B 채널 각각 14비트).
• 리셋: 데이터 라인에서 50µs(RES) 이상 지속되는 로우 신호는 수신된 데이터를 출력 레지스터에 래치하고 체인의 첫 번째 LED에 대한 새로운 프레임 수신을 위해 IC를 준비시킵니다.

8.3 열 및 전원 관리

설계자는 총 전력 소산을 계산해야 합니다. 일반적인 컬러당 5mA, 5V 공급 조건에서, 세 가지 색상이 모두 풀 화이트로 점등된 하나의 LED는 최대 75mW(5V * 15mA)를 소산할 수 있으며, 이는 최대 허용치 94mW 미만입니다. 그러나 고밀도 배열에서는 누적 열이 상당할 수 있습니다. 장기적인 신뢰성을 위해 적절한 PCB 구리 면적을 통한 방열, 가능한 기류 유도, 그리고 고주변 온도에서의 휘도 감소 등이 필수적으로 고려되어야 합니다.

9. 기술적 비교 및 차별화

외부 정전류 드라이버와 멀티플렉싱 회로가 필요한 개별 RGB LED와 비교하여, 이 장치는 상당한 통합성을 제공하여 설계 복잡성, 부품 수 및 보드 공간을 줄여줍니다. 다른 어드레서블 LED(예: APA102나 구형 WS2812와 같은 다른 프로토콜을 사용하는 제품)와 비교할 때, LTST-G353CEGB7W의 14비트 제어(10비트 PWM + 4비트 전류)는 일반적인 8비트(256 계조) 대안들보다 더 섬세한 색상 해상도와 그레이스케일 제어를 제공합니다. 내결함성을 위한 통합 바이패스 기능 또한 모든 어드레서블 LED에서 찾을 수 없는 차별화된 신뢰성 특징입니다.

10. 자주 묻는 질문 (기술적 파라미터 기반)

Q1: VCC와 VDD 핀의 차이점은 무엇입니까?
A1: 둘 다 내부 IC의 전원 입력입니다. 함께 연결할 수 있습니다. 데이터시트에 따르면 내부적으로 유사하며, 설계 유연성을 제공하고, 민감한 응용 분야에서 노이즈 차단을 위한 것으로 보입니다.

Q2: 3.3V 마이크로컨트롤러로 이 LED를 구동할 수 있나요?
A2: 네, 데이터 입력(DIN)에는 가능합니다. V_IH 최소값은 0.7*V입니다._DD. V_DD=5V, V_IH 최소 입력 전압은 3.5V입니다. 3.3V 출력은 최소 기준에 근접할 수 있습니다. 동작할 수 있지만, 신뢰성을 위해 데이터 라인에 5V 레벨 시프터 사용을 권장합니다. 전원 공급 장치 V_DD 는 여전히 4.2-5.5V이어야 합니다.

Q3: 얼마나 많은 LED를 데이지 체인으로 연결할 수 있나요?
A3: 제한은 주로 데이터 재생 빈도와 전원 공급에 의해 결정됩니다. 각 LED는 42비트의 데이터를 필요로 합니다. 긴 체인의 경우, 원하는 재생 빈도(예: 60Hz) 전에 모든 LED에 데이터를 전송하는 시간이 개수를 제한할 수 있습니다. 전기적으로 DOUT은 다음 LED의 DIN을 직접 구동할 수 있습니다. 체인을 따라 전압 강하를 피하기 위해 전원은 안정적으로 분배되어야 합니다.

Q4: FDIN 핀의 목적은 무엇입니까?
A4: 데이터시트에는 보조 데이터 입력으로 기재되어 있습니다. 정확한 기능은 고급 제어 모드, 공장 테스트 또는 특정 컨트롤러 기능과의 호환성을 위한 것일 수 있습니다. 표준 단일 와이어 데이지 체이닝의 경우, 일반적으로 애플리케이션 노트에 명시된 대로 연결하지 않거나 VDD 또는 VSS에 연결합니다.

11. 실용적인 설계 및 사용 예시

예시 1: 상태 표시 패널: 네트워크 라우터에 10개의 LED 클러스터를 사용할 수 있습니다. 각 LED는 고유한 색상으로 링크 상태, 트래픽 활동 또는 시스템 경고를 표시하도록 할당될 수 있습니다. 단일 데이터 라인 제어는 30개의 개별 RGB LED(10개)를 멀티플렉싱하는 것에 비해 배선을 단순화합니다.

예시 2: 장식용 LED 스트립 프로토타입: 맞춤형 조명 프로젝트의 경우, 50개의 LED를 플렉서블 PCB 스트립에 납땜할 수 있습니다. 소형 마이크로컨트롤러(예: ESP32)가 데이터 스트림을 생성하여 애니메이션, 컬러 워시, 음악 시각화를 구현할 수 있습니다. 넓은 시야각으로 균일한 조명을 보장합니다.

예시 3: 계기판 백라이트: 소량 생산되는 산업용 장치에서, 이 LED들은 게이지나 버튼에 맞춤형 백라이트를 제공하여 최종 사용자가 색상 테마를 선택할 수 있게 합니다. 정전류 구동 방식으로 선택한 색상에 관계없이 일관된 밝기를 보장합니다.

12. Operational Principle Introduction

The device operates on a straightforward principle. An external microcontroller sends a serial data stream containing brightness information for the red, green, and blue channels. The integrated driver IC receives this data, stores it in internal registers, and then uses constant current sources to drive each LED chip. The brightness of each chip is controlled by rapidly switching its current on and off (PWM) at a frequency high enough to be imperceptible to the human eye (>200Hz). The duty cycle of this PWM (the proportion of 'on' time) determines the perceived brightness. The 4-bit current adjustment allows scaling the maximum current for each color, enabling white point calibration. The light from the three monochromatic chips mixes within the white diffused lens, producing the final composite color.

13. Technology Trends and Context

LTST-G353CEGB7W는 SMD LED, 특히 "지능형" 또는 "주소 지정 가능" LED 범주의 진화에서 성숙한 단계를 나타냅니다. 이 분야의 트렌드는 더 높은 집적도, 더 큰 제어 해상도(채널당 8비트에서 16비트 이상으로 이동), 향상된 전력 효율(더 낮은 순방향 전압, 더 높은 발광 효율), 더 빠르고 노이즈에 더 강건한 향상된 통신 프로토콜을 향하고 있습니다. 광 출력을 유지하거나 증가시키면서 소형화를 추구하는 동향과, 더 생생한 디스플레이를 위한 더 넓은 색영역을 가진 LED 개발도 진행 중입니다. 통합된 14비트 드라이버와 신뢰할 수 있는 단일 와이어 인터페이스를 갖춘 이 장치는 스마트 및 연결 기기를 위한 더 간단하고, 고성능이며, 더 신뢰할 수 있는 조명 솔루션을 추구하는 업계의 흐름과 일치합니다.