임베디드 드라이버 내장 SMD RGB LED - LTSA-E27CQEGBW 데이터시트 - 한국어 기술 문서

1. 제품 개요

LTSA-E27CQEGBW는 자동화 조립 및 공간 제약이 있는 애플리케이션을 위해 설계된 고성능 표면 실장 RGB LED 모듈입니다. 단일의 컴팩트한 패키지 내에 개별적인 AlInGaP 적색, InGaN 녹색 및 InGaN 청색 LED 칩을 통합합니다. 이 제품의 주요 차별점은 임베디드 8-16비트, 3채널 정전류 드라이버 및 제어 IC를 포함하고 있어 PWM 디밍 제어, 온도 보상 및 직렬 데이터 통신과 같은 고급 기능을 제공한다는 점입니다. 이 통합은 외부 부품 수와 PCB 점유 면적을 줄여 시스템 설계를 단순화합니다.

이 모듈은 확산 렌즈 패키지에 장착되어 개별 색상 칩의 빛을 혼합하여 보다 균일한 색상 출력과 넓은 시야각을 생성하는 데 도움을 줍니다. 7인치 직경 릴에 장착된 8mm 테이프 형태로 공급되어 고속 자동 픽 앤 플레이스 조립 장비와 완벽하게 호환됩니다. 이 장치는 RoHS 준수 표준을 충족하도록 설계되었으며 신뢰성을 높이기 위해 JEDEC 레벨 2로 사전 조건 처리되었습니다.

1.1 핵심 기능 및 장점

• 통합 드라이버 IC:각 색상 채널에 대한 외부 전류 제한 저항 및 드라이버 회로가 필요 없습니다. 임베디드 IC는 채널당 최대 60mA까지 정밀한 전류 제어를 제공합니다.
• 고급 제어:채널당 7비트 전류 조정 및 최대 16비트 PWM(펄스 폭 변조)을 지원하여 부드럽고 고해상도의 디밍 및 색상 혼합이 가능합니다.
• 온도 보상:LED 접합 온도를 측정하는 내장 진단 기능을 갖추고 있습니다. 이 데이터는 내부 알고리즘에 의해 사용되어 적색 LED 칩의 구동 전류를 자동으로 조정하여 넓은 작동 온도 범위(-40°C ~ +110°C)에서 일관된 발광 강도와 색점을 유지합니다.
• 견고한 통신:CRC(순환 중복 검사) 보호 기능이 있는 직렬 통신 인터페이스(클록 입력/출력, 데이터 입력/출력)를 사용하여 특히 캐스케이드 구성이나 노이즈가 많은 환경에서도 신뢰할 수 있는 데이터 전송이 가능합니다.
• 시스템 보호:핫 플러그 이벤트나 통신 오류로 인해 발생할 수 있는 LED 깜빡임을 방지하는 워치독 타이머 기능을 포함합니다.
• 저전력 모드:대기 전력 소비를 줄이기 위한 슬립 모드를 지원하며, 이는 배터리 구동 또는 에너지 효율적인 애플리케이션에 매우 중요합니다.
• 자동차 등급:개별 광전자 반도체에 대한 AEC-Q102 지침을 참조하여 설계되었으며 부식 강건성(Class 1B)으로 분류되어 특정 자동차 액세서리 애플리케이션에 적합합니다.

1.2 목표 애플리케이션 및 시장

이 LED는 신뢰할 수 있고 컴팩트하며 지능형 다색 조명 솔루션이 필요한 애플리케이션을 위해 설계되었습니다. 주요 목표 시장은 다음과 같습니다:

• 소비자 가전:스마트폰, 태블릿, 노트북, 게임 주변기기 및 가전제품과 같은 장치의 상태 표시기, 백라이트 및 장식용 조명.
• 전문 및 산업 장비:네트워크 시스템, 제어판 및 테스트 장비의 패널 표시기, 기계 상태 표시등 및 인간-기계 인터페이스(HMI) 피드백.
• 자동차 실내 조명:주변 조명, 계기판 백라이트 및 액세서리 상태 표시기와 같은 비중요 실내 조명 애플리케이션으로, 온도 안정성과 견고한 통신 기능의 이점을 누릴 수 있습니다.
• 간판 및 디스플레이:색상 변경 기능이 요구되는 저해상도 실내 간판 애플리케이션, 판매 시점 디스플레이 및 장식용 건축 조명.

2. 기술 파라미터 분석

다음 섹션에서는 데이터시트에 명시된 주요 전기적, 광학적 및 열적 파라미터에 대한 상세하고 객관적인 분석을 제공합니다. 이러한 파라미터를 이해하는 것은 적절한 회로 설계 및 성능 예측에 매우 중요합니다.

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 응력 한계를 정의합니다. 이러한 조건에서의 동작은 보장되지 않습니다.

• IC 공급 전압 (VDD):최대 5.5V. 이 전압을 초과하면 내부 제어 회로가 손상될 수 있습니다.
• LED 출력 전류 (Iout):채널당 최대 60mA. 이는 출력 드라이버가 처리할 수 있는 절정 피크 전류이며, 일반적인 작동 전류는 이보다 낮습니다.
• 접합 온도 (Tj):최대 125°C. LED 또는 IC 내부의 반도체 접합 온도는 이 한계를 초과해서는 안 됩니다.
• 작동/저장 온도:-40°C ~ +110°C. 장치는 이 전체 범위 내에서 저장 및 작동될 수 있습니다.
• 적외선 리플로우 솔더링:최대 10초 동안 260°C의 피크 온도를 견딜 수 있으며, 이는 무연 솔더 공정의 표준입니다.

2.2 전기적 및 광학적 특성

이 파라미터는 일반적인 조건(Ta=25°C, VDD=5V, 최대 색상 값에서 8비트 PWM 설정)에서 측정되며 예상 성능을 정의합니다.

• 공급 전압 (VDD):권장 작동 범위는 3.3V ~ 5.5V이며, 일반적인 값은 5.0V입니다.
• 순방향 전류 (If):최대 밝기에서 각 색상의 일반적인 구동 전류는 다음과 같습니다: 적색: 30mA, 녹색: 46mA, 청색: 20mA. 이 값은 내부 드라이버에 의해 설정되며 7비트 전류 제어 레지스터를 통해 조정할 수 있습니다.
• 발광 강도 (Iv):최대 전류에서 각 기본 색상의 일반적인 축 방향 발광 강도는 다음과 같습니다: 적색: 950 mcd, 녹색: 2170 mcd, 청색: 380 mcd. 최소 및 최대 값은 예상 생산 편차를 나타냅니다. 보정된 백색점(세 가지 색상을 모두 결합)의 일반적인 강도는 3500 mcd입니다.
• 주 파장 (λd):각 LED의 인지된 색상을 정의합니다. 일반적인 값은 다음과 같습니다: 적색: 620 nm, 녹색: 525 nm, 청색: 465 nm.
• 색도 좌표 (x, y):보정된 백색점의 경우 목표 좌표는 x=0.3127, y=0.3290이며, 이는 표준 D65 백색점에 해당하며 디스플레이 및 조명의 기준으로 자주 사용됩니다.
• 시야각 (2θ1/2):120도. 이는 발광 강도가 축 방향 값의 절반으로 떨어지는 전체 각도입니다. 확산 렌즈는 이 넓은 시야각에 기여합니다.

2.3 열적 특성

열 관리는 LED 수명 및 성능 안정성에 매우 중요합니다.

• 열저항, 접합-솔더 포인트 (Rth JS):두 가지 값이 제공됩니다: Rth JSelec = 63 K/W 및 Rth JSreal = 73 K/W. "elec" 값은 일반적으로 전기적 측정 방법에서 도출되며, "real" 값은 보다 보수적이거나 실용적인 열 경로 추정치를 나타낼 수 있습니다. 이 값은 열이 LED 접합에서 PCB의 솔더 포인트로 얼마나 효과적으로 전달되는지를 나타냅니다. 값이 낮을수록 좋습니다. 예를 들어, LED가 0.2W를 소산하는 경우, 솔더 포인트 위의 접합 온도 상승은 약 0.2W * 73 K/W = 14.6°C가 됩니다.

3. 빈닝 및 색상 일관성

데이터시트는 3 MacAdam 타원(3-step)의 허용 오차를 가진 D65 백색점을 기반으로 하는 빈 랭크 시스템을 참조합니다. 이는 조명 산업에서 색상 일관성을 정의하는 표준 방법입니다.

• MacAdam 타원:색도 다이어그램 상의 MacAdam 타원은 표준 관찰 조건에서 인간의 눈이 색상 차이를 인지하지 못하는 영역을 나타냅니다. "3-step" 타원은 색상 변동이 가장 작은 인지 가능한 차이(1-step 타원)의 세 배 크기임을 의미합니다.
• 함의:동일한 생산 배치(또는 지정된 빈)의 모든 LTSA-E27CQEGBW 유닛은 색도 좌표가 D65 점(x=0.3127, y=0.3290) 주위의 3-step MacAdam 타원 내에 속하는 백색광을 생성합니다. 이는 백라이트 또는 다중 LED 간판과 같이 색상 불일치가 눈에 띄는 애플리케이션에서 매우 중요한, 어레이 또는 시스템 내 다른 LED 간의 우수한 색상 균일성을 보장합니다.

4. 성능 곡선 분석

일반적인 성능 곡선은 다양한 조건에서 장치가 어떻게 동작하는지에 대한 통찰력을 제공합니다.

4.1 스펙트럼 분포

상대 강도 대 파장 그래프(그림 1)는 각 색상 칩(적색, 녹색, 청색)의 광 출력 스펙트럼을 보여줍니다. 주요 관찰 사항에는 현대 LED 반도체의 특징인 좁고 명확한 피크가 포함됩니다. 적색 AlInGaP 칩은 일반적으로 약 620nm, 녹색 InGaN은 약 525nm, 청색 InGaN은 약 465nm에서 피크를 보입니다. 이러한 피크의 너비(반치폭, FWHM)는 색순도에 영향을 미칩니다.

3.2 온도 대 성능

최대 색상 설정점 대 온도 곡선(그림 2)은 안정적인 작동을 위한 최대 달성 가능한 PWM 듀티 사이클 또는 전류 설정점이 주변 온도에 따라 어떻게 변할 수 있는지를 보여줄 가능성이 높습니다. 이 그래프는 전체 온도 범위에서 안정적으로 작동하는 시스템을 설계하고 드라이버 IC가 열 차단에 들어가거나 출력을 조기에 감소시키지 않도록 하는 데 필수적입니다.

4.3 공간 방사 패턴

공간 분포 플롯(그림 3)은 120도 시야각을 시각적으로 나타냅니다. 이는 중심축(0도)으로부터의 각도 함수로서 광 강도가 어떻게 분포되는지를 보여줍니다. 확산 렌즈는 람베르시안 또는 근접 람베르시안 패턴을 생성하여 중심에서 강도가 가장 높고 가장자리로 갈수록 부드럽게 감소하여 균일한 축외 가시성을 제공합니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

5.1 패키지 치수 및 공차

이 장치는 표준 SMD 풋프린트를 따릅니다. 모든 주요 치수는 밀리미터 단위로 제공됩니다. 패키지 치수의 일반 공차는 특정 피처에 다른 표시가 없는 한 ±0.2 mm입니다. 설계자는 정확한 패드 레이아웃, 구성 요소 높이 및 렌즈 치수를 위해 데이터시트의 상세한 기계 도면을 참조하여 적절한 PCB 랜드 패턴 설계 및 주변 구성 요소 간의 간격을 확보해야 합니다.

5.2 핀 구성 및 기능

8핀 장치는 다음과 같은 핀아웃과 기능을 가집니다:

1. LED VDD: LED 애노드 공통 연결을 위한 전원 공급 입력. 핀 7과 함께 공급되어야 합니다.

2. CKO: 캐스케이드 장치를 위한 클록 신호 출력.

3. DAO: 캐스케이드를 위한 직렬 데이터 출력.

4. VPP: 일회성 프로그래밍 가능(OTP) 메모리 프로그래밍을 위한 고전압 공급(9-10V). 읽기/대기 시 5V로 유지됩니다.

5. CKI: 클록 신호 입력.

6. DAI: 직렬 데이터 입력.

7. VDD: 내부 IC를 위한 기본 공급 전압(3.3-5.5V).

8. GND: 접지 기준.

중요 참고:정상 작동을 위해 LED VDD(핀 1)와 VDD(핀 7) 모두에 동시에 전원이 공급되어야 합니다.

6. 솔더링 및 조립 지침

6.1 권장 리플로우 프로파일

데이터시트는 무연 공정을 위한 권장 적외선 리플로우 솔더링 프로파일을 제공합니다. 주요 파라미터는 일반적으로 다음과 같습니다:

- 예열:플럭스를 활성화하고 열 충격을 최소화하기 위한 점진적인 상승.

- 소킹 (열 안정화):PCB와 구성 요소의 균일한 가열을 보장하기 위한 평탄 구간.

- 리플로우:피크 온도 구간으로, 데이터시트는 구성 요소 리드에서 측정 시 최대 10초 동안 260°C를 지정합니다. 이는 습기에 민감한 장치에 대한 표준 JEDEC 프로파일입니다.

- 냉각:솔더 접합을 적절하게 응고시키기 위한 제어된 냉각 기간.

과도한 열 또는 열 응력으로부터 LED 패키지, 렌즈 또는 내부 와이어 본드를 손상시키지 않으려면 이 프로파일을 따르는 것이 필수적입니다.

6.2 픽 앤 플레이스 및 취급

이 장치는 7인치 릴에 8mm 테이프 형태로 공급되며 표준 SMT 조립 장비와 호환됩니다. 얇은 프로파일(일반적으로 0.65mm)은 기계적 응력을 피하기 위해 주의 깊은 취급이 필요합니다. 픽 앤 플레이스 동안 렌즈나 본체에 손상을 방지하기 위해 적절한 크기와 압력의 진공 노즐을 사용해야 합니다. 이 공정에 권장되는 도구는 데이터시트 개정 노트에 명시되어 있습니다.

7. 기능 설명 및 애플리케이션 회로

7.1 내부 블록 다이어그램 및 원리

모듈의 핵심은 3채널 정전류 싱크 드라이버입니다. 각 채널은 LED 칩의 순방향 전압(Vf) 변동과 관계없이 각각의 LED(적색, 녹색, 청색)를 통해 흐르는 전류를 프로그래밍된 값으로 독립적으로 조정합니다. 이는 다른 유닛 간 및 시간 경과에 따른 일관된 색상 출력을 보장합니다. 각 채널의 전류 레벨은 7비트 레지스터(128개의 개별 전류 레벨 허용)를 통해 설정됩니다. 디밍 및 색상 혼합은 각 채널에 대한 고해상도 16비트 PWM 컨트롤러를 통해 달성되어 매우 부드러운 전환을 위한 65,000개 이상의 밝기 단계를 제공합니다.

7.2 일반적인 애플리케이션 회로

기본 애플리케이션 회로는 다음이 필요합니다:

1. VDD(핀 7)와 LED VDD(핀 1) 모두에 연결된 안정적인 3.3V ~ 5.5V 공급 장치.

2. VDD 핀(7)과 GND(핀 8) 사이에 가능한 한 가까이 배치된 0.1µF 바이패스 커패시터로, 고주파 노이즈를 필터링하고 안정적인 IC 작동을 보장합니다.

3. 직렬 통신 라인(CKI 및 DAI)의 경우, PCB에 작은 RC 저역 통과 필터 네트워크(저항 및 접지 커패시터)를 위한 공간을 확보하는 것이 좋습니다. 이러한 필터는 전기적으로 노이즈가 많은 환경이나 긴 트레이스 길이에서 신호 무결성을 정리하는 데 도움이 됩니다. 정확한 구성 요소 값은 특정 시스템의 클록 주파수 및 노이즈 특성에 따라 결정되어야 합니다.

4. VPP 핀(4)은 전압 소스에 연결되어야 합니다. 정상 작동(OTP 읽기, 대기)의 경우 5V에 연결할 수 있습니다. OTP 메모리(색상 보정과 같은 기본 설정 저장용)를 프로그래밍하려면 프로그래밍 순서 중에 이 핀에 9.0V ~ 10.0V 사이의 전압을 인가해야 합니다.

7.3 데이터 통신 및 캐스케이딩

이 장치는 동기식 직렬 프로토콜을 사용합니다. 이를 제어하려면 마이크로컨트롤러가 56비트 데이터 프레임을 전송해야 합니다. 3비트 명령 필드로 선택되는 두 가지 주요 프레임 유형이 있습니다:

- PWM 데이터 (CMD=001):이 56비트 프레임은 세 가지 색상 채널 각각에 대한 16비트 PWM 값(총 48비트)과 명령 및 CRC 비트를 포함합니다. 이 데이터는 순간 밝기를 제어합니다.

- 기본 레지스터 데이터 (CMD=010):이 프레임은 장치의 구성 레지스터, 전역 전류 제한, PWM 구성 및 온도 보상 또는 슬립 모드와 같은 기능 활성화와 같은 설정을 프로그래밍합니다.

여러 장치는 첫 번째 장치의 DAO와 CKO를 다음 장치의 DAI와 CKI에 연결하여 데이지 체인으로 연결할 수 있습니다. 단일 데이터 스트림이 첫 번째 장치로 전송되며 체인을 통해 전달됩니다. 체인의 모든 장치는 클록 라인(CKI)이 150마이크로초 이상(래치 신호) 동안 높은 상태로 유지될 때 새로운 데이터를 동시에 래치합니다.

8. 설계 고려 사항 및 애플리케이션 노트

8.1 열 관리

통합 드라이버가 있음에도 불구하고, 열 방산은 여전히 매우 중요합니다. 접합에서 솔더 포인트까지의 열저항(Rth JS)이 제공됩니다. 설계자는 예상 전력 소산(P_diss = Vf_Red * I_Red + Vf_Green * I_Green + Vf_Blue * I_Blue + (VDD * I_IC))을 계산하고 PCB가 접합 온도(Tj)를 최대 125°C보다 훨씬 낮게, 장기 신뢰성을 위해 이상적으로는 85°C 이하로 유지할 수 있는 적절한 열 경로(열 비아, 구리 영역 사용)를 제공하도록 해야 합니다. 내장된 온도 센서와 적색 LED에 대한 보상은 광학 성능을 유지하는 데 도움이 되지만 우수한 물리적 열 설계의 필요성을 없애지는 않습니다.

8.2 전원 시퀀싱 및 디커플링

VDD와 LED VDD 모두에 함께 전원을 공급해야 한다는 요구 사항은 매우 중요합니다. 하나가 다른 것보다 먼저 활성화되는 전원 시퀀스는 내부 IC 또는 LED를 정의되지 않은 상태로 만들 수 있으며, 래치업 또는 손상을 일으킬 수 있습니다. VDD의 0.1µF 바이패스 커패시터는 선택 사항이 아닙니다. 빠른 PWM 스위칭 중 전압 강하를 방지하여 IC가 리셋되거나 불규칙하게 동작하는 것을 방지하는 데 필요합니다.

8.3 캐스케이딩을 위한 신호 무결성

많은 장치를 캐스케이드할 때, 클록 및 데이터 라인을 따라 신호 열화가 발생할 수 있습니다. 각 장치의 CKI 및 DAI 입력에 권장되는 RC 필터는 링잉 및 노이즈를 억제하는 데 도움이 됩니다. 매우 긴 체인이나 높은 클록 속도의 경우, 체인의 마지막 장치까지 신뢰할 수 있는 통신을 보장하기 위해 적절한 임피던스 매칭, 짧은 트레이스 또는 버퍼 칩과 같은 추가 조치가 필요할 수 있습니다.

9. 비교 및 차별화

드라이버가 없는 표준 RGB LED와 비교하여, LTSA-E27CQEGBW는 상당한 장점을 제공합니다:

- 단순화된 설계:각 채널에 대해 외부 전류 설정 저항이나 트랜지스터 드라이버가 필요 없습니다.

- 정밀도 및 일관성:정전류 드라이버는 각 LED에 동일한 전류를 보장하여 사소한 Vf 변동과 무관하게 유닛 간에 보다 일관된 색상과 밝기를 제공합니다.

- 고급 기능:통합 온도 보상, 고해상도 PWM 및 직렬 제어는 일반적으로 외부 드라이버 IC에서만 찾을 수 있는 기능으로, LED 패키지 자체에는 없습니다.

- 감소된 구성 요소 수 및 보드 공간:드라이버 기능을 LED 풋프린트에 통합하여 귀중한 PCB 공간을 절약합니다.

트레이드오프는 제어 소프트웨어(직렬 프로토콜 관리)의 복잡성 증가와 기본 LED에 비해 약간 높은 구성 요소 비용입니다.

10. 자주 묻는 질문 (FAQ)

Q1: 간단한 마이크로컨트롤러 GPIO 핀과 저항으로 이 LED를 구동할 수 있나요?

A: 아니요. LED 애노드는 내부적으로 드라이버 IC의 전류 싱크에 연결되어 있습니다. LED VDD 핀에 전원을 공급하고 직렬 인터페이스(CKI, DAI)를 통해 장치를 제어해야 합니다. GPIO에 직접 연결하면 작동하지 않으며 장치를 손상시킬 수 있습니다.

Q2: OTP 메모리의 목적은 무엇인가요?

A: 일회성 프로그래밍 가능 메모리를 사용하면 기본 구성 설정(초기 밝기, 색상 보정 오프셋 또는 기능 활성화 등)을 LED 모듈 내부에 영구적으로 저장할 수 있습니다. 전원이 인가되면 IC는 OTP에서 이러한 설정을 읽고 자동으로 자신을 구성하여 호스트 마이크로컨트롤러에서 필요한 초기화 코드를 줄입니다.

Q3: 총 전력 소비량은 어떻게 계산하나요?

A: LED 전력과 IC 전력을 모두 고려해야 합니다. LED의 경우: P_led = (평균_전류_적색 * Vf_적색) + (평균_전류_녹색 * Vf_녹색) + (평균_전류_청색 * Vf_청색). Vf는 IV 곡선 또는 칩 기술에 대한 일반적인 값(적색 AlInGaP의 경우 ~2.0V, 녹색/청색 InGaN의 경우 ~3.2V)에서 추정할 수 있습니다. IC의 경우: P_ic ≈ VDD * I_q(정지 전류, 애플리케이션 노트 참조). 평균 전류는 PWM 듀티 사이클에 따라 달라집니다.

Q4: 방열판이 필요한가요?

A: 실온에서 대부분의 저~중 듀티 사이클 애플리케이션의 경우, PCB 솔더 패드를 통한 열 경로로 충분합니다. 그러나 세 가지 LED를 모두 최대 밝기로 지속적으로 작동하거나 높은 주변 온도에서 작동하는 애플리케이션의 경우, PCB의 신중한 열 설계(열 비아, 구리 영역)가 필수적입니다. 별도의 금속 방열판은 일반적으로 이 SMD 패키지에 직접 부착되지 않습니다.