임베디드 IC 내장 SMD RGB LED - 5.0x5.0x1.6mm - 전압 4.2-5.5V - 전력 99mW - 한국어 기술 데이터시트

1. 제품 개요

본 문서는 적색, 녹색, 청색(RGB) 반도체 칩과 8비트 구동 집적 회로(IC)를 단일 패키지 내에 통합한 표면 실장 장치(SMD) LED의 사양을 상세히 설명합니다. 이 통합 솔루션은 설계자가 정전류 애플리케이션을 단순화할 수 있도록 설계되어, 각 색상 채널별 외부 전류 제한 저항이나 복잡한 구동 회로의 필요성을 제거합니다.

1.1 핵심 장점 및 제품 포지셔닝

이 부품의 주요 장점은 높은 수준의 통합성입니다. 제어 논리와 RGB 발광체를 결합함으로써 완전한 주소 지정 가능 픽셀 포인트를 형성합니다. 이 아키텍처는 LED 스트립, 매트릭스 디스플레이, 장식 조명과 같이 다수의 LED가 필요한 애플리케이션에 특히 유리하며, 부품 수, 보드 공간 및 시스템 복잡성을 크게 줄여줍니다. 이 장치는 표준 EIA 호환 풋프린트로 패키징되어 자동 피크 앤 플레이스 및 적외선 리플로우 솔더링 공정과 호환되며, 이는 대량 생산에 매우 중요합니다.

1.2 목표 애플리케이션 및 시장

이 LED는 공간, 효율성 및 색상 제어가 가장 중요한 광범위한 전자 장비를 위해 설계되었습니다. 주요 적용 분야는 다음과 같습니다.

• 풀 컬러 모듈 및 소프트 조명:램프 스트립, 건축물 액센트 조명, 무드 조명 시스템에서 동적 색상 변화 효과를 생성하는 데 이상적입니다.
• 실내 디스플레이 및 사이니지:개별 픽셀 제어가 필요한 불규칙한 비디오 디스플레이, 정보 표지판 및 장식 패널에 적합합니다.
• 소비자 가전:네트워킹 장비, 가전제품, 컴퓨터 주변기기와 같은 장치의 상태 표시기, 전면 패널 백라이트 또는 미적 조명에 사용할 수 있습니다.
• 산업 및 사무 장비:다양한 산업 및 사무 자동화 환경에서 상태 신호 및 조작자 인터페이스 조명에 적용 가능합니다.

2. 기술 파라미터: 심층 객관적 분석

다음 섹션에서는 데이터시트에 정의된 장치의 주요 성능 특성에 대한 상세하고 객관적인 분석을 제공합니다.

2.1 절대 최대 정격 및 동작 한계

이 파라미터들은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 응력 한계를 정의합니다. 정상 동작을 위한 것이 아닙니다.

• 전력 소산 (P_D):99 mW. 이는 패키지가 열로 방출할 수 있는 최대 총 전력입니다. 이 한계를 초과하면 과열 및 고장의 위험이 있습니다.
• 공급 전압 범위 (V_DD):+4.2V ~ +5.5V. 내장된 IC는 안정적인 동작을 위해 이 범위 내의 안정화된 전원 공급이 필요합니다. 이 범위를 벗어난 전압을 인가하면 제어 회로가 손상될 수 있습니다.
• 총 순방향 전류 (I_F):18 mA. 이는 적색, 녹색, 청색 칩을 통해 동시에 흐르는 전류의 최대 합계입니다.
• 온도 범위:이 장치는 -40°C ~ +85°C에서 동작하도록 평가되었으며, -40°C ~ +100°C 환경에서 보관할 수 있습니다.

2.2 광학적 특성

주변 온도 (T_a) 25°C, 공급 전압 (V_DD) 5V, 모든 색상 채널이 최대 밝기(8'b11111111)로 설정된 상태에서 측정됨.

• 광도 (I_V):이는 광 출력의 인지된 밝기입니다. 일반적인 값은 다음과 같습니다: 적색: 100-200 mcd, 녹색: 250-500 mcd, 청색: 50-120 mcd. 녹색 칩이 일반적으로 가장 높은 광도를 나타냅니다.
• 시야각 (2θ_1/2):120도. 확산 렌즈의 특징인 이 넓은 시야각은 LED가 넓은 영역에 걸쳐 빛을 방출함을 의미하며, 다중 각도에서의 가시성이 중요한 애플리케이션에 적합합니다.
• 주 파장 (λ_d):이 파라미터는 빛의 인지된 색상을 정의합니다. 지정된 범위는 다음과 같습니다: 적색: 615-630 nm, 녹색: 520-535 nm, 청색: 460-475 nm. 이 범위는 색상을 적색, 녹색, 청색의 표준 가시 스펙트럼 대역 내에 위치시킵니다.

2.3 전기적 특성

주변 온도 범위 -20°C ~ +70°C, V_DD 4.2V ~ 5.5V, V_SS 0V 조건에서 정의됨.

• IC 출력 전류 (I_F):5 mA (일반값). 이는 내장된 구동기 IC가 각각의 적색, 녹색, 청색 LED 칩에 공급하는 정전류입니다. 이 정전류 설계는 안정적인 색상 출력을 보장하고 LED를 전류 스파이크로부터 보호합니다.
• 입력 논리 레벨:데이터 입력(DIN) 핀의 경우, 논리 하이(V_IH)는 최소 2.7V에서 V_DD까지 인식됩니다. 논리 로우(V_IL)는 최대 1.0V에서 인식됩니다. 이는 3.3V 및 5V 마이크로컨트롤러 논리와 호환됩니다.
• IC 무부하 전류 (I_DD):모든 LED 데이터가 '0'(꺼짐)으로 설정되었을 때 0.8 mA (일반값). 이는 LED가 점등되지 않을 때 내장 IC 자체가 소비하는 전력입니다.

3. 데이터 전송 프로토콜 및 제어

이 장치는 단일 와이어, 연쇄 연결 가능 통신 프로토콜을 특징으로 하여, 단일 마이크로컨트롤러 핀으로부터 다수의 유닛을 데이지 체인 방식으로 연결하고 제어할 수 있습니다.

3.1 프로토콜 기본 원리

데이터는 DIN 핀에서 고/저 펄스의 시퀀스로 전송됩니다. 각 비트('0' 또는 '1')는 명목 주기 1.2 µs (±300ns) 내의 특정 타이밍 패턴으로 인코딩됩니다.

• '0' 비트:하이 시간 (T_0H) = 300 ns ±150ns, 이후 로우 시간 (T_0L) = 900 ns ±150ns.
• '1' 비트:하이 시간 (T_1H) = 900 ns ±150ns, 이후 로우 시간 (T_1L) = 300 ns ±150ns.

타이밍 허용 오차는 마이크로컨트롤러 클록 속도의 약간의 변동을 허용하지만, 안정적인 통신을 위해서는 정밀한 소프트웨어 또는 하드웨어 타이밍이 필요합니다.

3.2 데이터 프레임 구조

각 LED는 색상을 설정하기 위해 24비트의 데이터가 필요합니다. 데이터는 녹색(8비트), 적색(8비트), 청색(8비트) 순서로 전송됩니다. 각 8비트 값은 256단계(0-255)로 해당 특정 색상 채널의 밝기를 제어합니다. 이를 통해 16,777,216(256^3)가지의 가능한 색상 조합을 생성할 수 있습니다.

3.3 연쇄 연결 및 리셋

첫 번째 LED의 DIN 핀으로 전송된 데이터는 내부 레지스터를 통해 시프트된 후 24비트 이후에 DOUT 핀으로 출력됩니다. 이 DOUT은 체인의 다음 LED의 DIN에 연결될 수 있어, 무제한의 LED를 직렬로 제어할 수 있습니다. DIN 핀에서 250 µs(RESET 시간) 이상 지속되는 로우 신호는 체인의 모든 LED가 현재 레지스터에 있는 데이터를 래치하여 표시하게 하고, 체인의 첫 번째 LED부터 새 데이터를 수신할 준비를 하게 합니다.

4. 색상 빈닝 시스템

데이터시트는 백색 확산 LED의 색상 출력을 분류하기 위한 CIE 1931 색도도 기반 빈닝 테이블을 제공합니다. 빈 코드(A, B, C, D)는 (x, y) 색상 좌표 평면상의 사각형을 정의하며, 각각 ±0.01의 허용 오차를 가집니다. 이 시스템은 제조업체와 설계자가 대형 디스플레이나 조명 패널과 같이 다수의 유닛 간 색상 균일성이 중요한 애플리케이션을 위해 일관된 색상 특성을 가진 LED를 선택할 수 있게 합니다.

5. 성능 곡선 분석

데이터시트에는 주요 성능 관계의 그래픽 표현이 포함되어 있습니다.

5.1 상대 강도 대 파장 (스펙트럼 분포)

이 곡선은 각 색상 칩(적색, 녹색, 청색)의 방출 스펙트럼을 보여줍니다. 일반적으로 주 파장에 해당하는 뚜렷한 피크를 표시합니다. 이 피크의 너비는 스펙트럼 순도를 나타냅니다. 더 좁은 피크는 더 포화된 색상을 의미합니다. 색상 스펙트럼 간의 중첩, 특히 녹색-황색 영역에서의 중첩은 혼합 색상(예: 적색과 녹색으로 순수한 노란색 생성)의 품질과 범위에 영향을 미칩니다.

5.2 순방향 전류 대 주변 온도 디레이팅 곡선

이 그래프는 열 관리에 매우 중요합니다. 주변 온도의 함수로서 LED 칩당 허용 가능한 최대 순방향 전류를 보여줍니다. 온도가 상승함에 따라 최대 안전 전류는 감소합니다. 예를 들어, 25°C에서 최대 전류는 정격 18mA에 가까울 수 있지만, 85°C에서는 허용 가능한 최대 전류가 상당히 낮아집니다. 설계자는 특히 세 가지 색상이 모두 최대 밝기일 때 동작 전류가 예상 최고 주변 온도에서 디레이팅된 한계를 초과하지 않도록 해야 장기적인 신뢰성을 보장할 수 있습니다.

5.3 공간 분포 (방사 패턴)

이 극좌표 플롯은 LED의 중심축에 대한 시야각에 따라 광 강도가 어떻게 변하는지 보여줍니다. 제공된 120도 시야각(2θ_1/2)은 강도가 축상 값의 50%로 떨어지는 지점입니다. 확산 렌즈는 램버시안과 유사한 패턴을 생성하여 집중된 빔이 아닌 넓은 영역에 걸쳐 균일한 조명을 제공합니다.

6. 기계적 및 패키징 정보

6.1 패키지 치수 및 구성

이 장치는 명목 풋프린트 5.0 mm x 5.0 mm, 높이 1.6 mm를 가집니다. 별도로 명시되지 않는 한 모든 치수 허용 오차는 ±0.2 mm입니다. 평면도는 4개의 핀을 식별합니다: 1 (VDD - 전원), 2 (DIN - 데이터 입력), 3 (VSS - 접지), 4 (DOUT - 데이터 출력).

6.2 권장 PCB 부착 패드 레이아웃

랜드 패턴 다이어그램이 PCB 설계를 안내하기 위해 제공됩니다. 권장 패드 치수 및 간격을 준수하는 것은 리플로우 공정 중 안정적인 솔더 접합을 달성하고 적절한 기계적 안정성을 보장하는 데 필수적입니다.

7. 조립 및 취급 지침

7.1 솔더링 공정

이 장치는 무연(Pb-free) 솔더에 적합한 적외선(IR) 리플로우 솔더링 공정과 호환됩니다. 데이터시트는 J-STD-020B 표준에 따른 프로파일을 참조합니다. 이러한 프로파일의 주요 파라미터에는 예열, 소킹, 리플로우 피크 온도(장치의 최대 온도 정격을 초과해서는 안 됨), 냉각 속도가 포함됩니다. 권장 프로파일을 따르는 것은 열 충격, 솔더 접합 결함 또는 LED 패키지 및 내부 IC 손상을 방지하는 데 중요합니다.

7.2 세척

조립 후 세척이 필요한 경우, 권장 방법은 조립된 보드를 상온의 에틸 알코올 또는 이소프로필 알코올에 1분 미만 담그는 것입니다. 지정되지 않았거나 강력한 화학 세척제 사용은 플라스틱 렌즈나 패키지 재질을 손상시킬 수 있으므로 금지됩니다.

8. 포장 및 주문

LED는 8mm 너비의 엠보싱 캐리어 테이프에 공급되어 7인치(178mm) 직경 릴에 감겨 있습니다. 표준 포장 수량은 릴당 4000개입니다. 테이프 및 릴 사양은 ANSI/EIA 481 표준을 준수하여 자동 조립 장비와의 호환성을 보장합니다. 물류 및 기계 설정 목적을 위해 테이프 포켓과 릴에 대한 상세 치수 도면이 제공됩니다.

9. 애플리케이션 설계 고려사항

9.1 전원 공급 설계

4.2V ~ 5.5V 범위 내의 안정적이고 저잡음 전원 공급이 필수적입니다. 일련의 LED에 대한 총 전류 요구량을 계산해야 합니다: I_total= (LED 수) * (I_{DD_quiescent}) + (점등된 픽셀 수) * (I_{F_R}+ I_{F_G}+ I_{F_B}). 대규모 설치의 경우 전원 라인을 따른 전압 강하를 고려해야 하며, 이는 여러 지점에서 전원 인젝션이 필요할 수 있습니다.

9.2 데이터 신호 무결성

긴 데이지 체인이나 전기적 노이즈가 많은 환경에서는 데이터 라인(DIN/DOUT)의 신호 무결성이 저하될 수 있습니다. 이를 완화하기 위한 전략으로는 낮은 데이터 속도 사용(타이밍이 허용하는 경우), 링잉을 줄이기 위해 마이크로컨트롤러 출력에 작은 직렬 저항(예: 100-470 Ω) 추가, 시스템 전체에 걸쳐 견고하고 저임피던스 접지 연결 보장 등이 있습니다.

9.3 열 관리

정전류 드라이버가 내재된 보호 기능을 제공하지만, 열로 소산되는 전력(P = V_f* I_f 각 칩당, 더하기 IC 손실)은 관리되어야 합니다. LED가 높은 밝기 수준이나 높은 주변 온도에서 작동하는 경우, 특히 조밀하게 배열된 어레이에서는 적절한 환기 또는 방열판을 보장해야 합니다. 섹션 5.2의 디레이팅 곡선을 참조하십시오.

10. 기술 비교 및 차별화

이 부품의 주요 차별화 요소는내장 정전류 드라이버 IC입니다. 세 개의 외부 전류 제한 저항과 외부 멀티플렉싱 또는 PWM 구동 회로가 필요한 표준 RGB LED와 비교하여, 이 통합 솔루션은 상당한 이점을 제공합니다.

• 설계 단순화:부품 목록(BOM) 및 PCB 레이아웃 복잡성을 줄입니다.
• 일관성 향상:온칩 정전류 소스는 각 유닛의 각 색상에 대해 동일한 구동 조건을 제공하여 생산 런 전반에 걸쳐 더 나은 색상 균일성을 이끌어냅니다.
• 연쇄 연결 가능성:단일 와이어 프로토콜은 하나의 마이크로컨트롤러 핀으로 수백 개의 LED를 제어할 수 있어, 대규모 설치를 위한 배선 및 제어 소프트웨어를 크게 단순화합니다.
• 높은 색상 심도:채널당 8비트(256단계) 제어는 부드러운 그라데이션과 방대한 색상 팔레트를 가능하게 하며, 이는 더 단순한 멀티플렉싱 또는 아날로그 제어 솔루션보다 우수합니다.

11. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

Q: 이 LED를 3.3V 마이크로컨트롤러 전원에 직접 연결하여 구동할 수 있나요?

A: 아니요. 절대 최소 공급 전압(V_DD)은 4.2V입니다. 3.3V 공급은 동작 범위 이하이며 내장 IC를 올바르게 구동하지 못합니다. LED를 위한 별도의 5V(또는 4.2-5.5V) 전원 레일이 필요합니다.

Q: 이 LED 100개를 사용하는 프로젝트에 필요한 전류는 어떻게 계산하나요?

A: 두 가지 구성 요소를 고려해야 합니다: 1) IC의 무부하 전류: 100개 LED * 0.8 mA = 80 mA. 2) LED 전류: 이는 표시되는 색상에 따라 다릅니다. 최악의 시나리오(모든 LED가 최대 밝기 흰색 표시)에서 각 LED는 ~15 mA(3색상 * 5 mA)를 소비합니다. 따라서, 100개 LED * 15 mA = 1500 mA. 총 최악의 경우 전류 ≈ 1580 mA 또는 5V에서 1.58A입니다. 전원 공급 장치는 이에 대한 정격을 가져야 합니다.

Q: 데이터 신호 타이밍이 지정된 허용 오차를 약간 벗어나면 어떻게 되나요?

A: 장치가 데이터를 잘못 해석하여 잘못된 색상이 표시되거나 체인을 따라 통신이 완전히 실패할 수 있습니다. 데이터 신호를 가능한 한 일반값에 가깝게, ±150ns 허용 범위 내에서 생성하는 것이 중요합니다.

Q: 방열판이 필요한가요?

A: 작동 조건에 따라 다릅니다. 상온 및 중간 밝기에서는 99mW 전력 소산 정격이 충분할 가능성이 높습니다. 그러나 높은 주변 온도의 외함 내에서 또는 최대 밝기로 지속적으로 작동하는 경우 열 분석을 수행해야 합니다. 섹션 5.2의 디레이팅 곡선은 온도가 상승함에 따라 최대 전류를 줄여야 함을 보여주며, 이는 간접적인 형태의 열 관리입니다.

12. 실용 애플리케이션 예시

시나리오: 미술 설치용 10x10 RGB LED 매트릭스 패널 설계.

설계 단계:

1. 레이아웃:100개의 LED를 그리드로 배열합니다. 모든 VDD 핀을 공통 5V 전원 평면에, 모든 VSS 핀을 공통 접지 평면에 연결합니다.

2. 전원:피크 전력 계산: 100개 LED * (0.015A * 5V) = 7.5W. 약 20%의 여유를 두고 5V, 8A(40W) 전원 공급 장치를 선택합니다. 전압 강하를 최소화하기 위해 패널의 여러 측면에서 전원 인젝션을 계획합니다.

3. 데이터 체인:각 행의 각 LED의 DOUT을 동일한 행의 다음 LED의 DIN에 연결합니다. 각 행의 끝에서 DOUT은 다음 행의 첫 번째 LED의 DIN에 연결되어 100개 LED의 단일 긴 체인을 생성할 수 있습니다.

4. 제어:마이크로컨트롤러(예: ESP32, Arduino)가 데이터 스트림을 생성합니다. 소프트웨어는 2400비트(100개 LED * 24비트)의 색상 데이터를 전송한 후, LED를 업데이트하기 위해 >250 µs의 리셋 펄스를 보내야 합니다. 이 프로토콜을 단순화하는 라이브러리가 존재합니다.

5. 열:LED를 알루미늄 PCB에 장착하거나 패널에 환기가 있도록 보장해야 합니다. 밀폐된 공간에서 7.5W의 열은 주변 온도를 상승시켜 전류 디레이팅 필요성을 유발할 수 있습니다.

13. 동작 원리

이 장치는 간단하지만 효과적인 원리로 동작합니다. 내장 IC에는 시프트 레지스터와 정전류 싱크가 포함되어 있습니다. DIN 핀으로 클럭되는 직렬 데이터는 내부 24비트 레지스터를 통해 시프트됩니다. 리셋 신호를 수신하면 IC는 이 데이터를 래치합니다. 래치된 데이터의 각 8비트 세그먼트는 하나의 색상 채널(적색, 녹색, 청색)에 대한 펄스 폭 변조(PWM) 생성기를 제어합니다. PWM 신호는 해당 LED 칩에 연결된 정전류 싱크를 구동합니다. 값 255(8'b11111111)는 100% 듀티 사이클(완전 켜짐)을, 값 127은 약 50% 듀티 사이클을 초래하여 밝기를 제어합니다. 정전류 싱크는 칩 간 또는 온도에 따른 순방향 전압(V_f)의 미세한 변동에도 불구하고 LED가 안정적인 전류를 받도록 보장합니다.

14. 기술 트렌드 및 맥락

이 부품은 LED 기술의 명확한 트렌드를 나타냅니다:패키지 수준에서의 통합성 및 지능성 증가.구동 기능을 발광체와 동일한 기판 위로 이동시키는 것(종종 \"집적 회로 내장 LED\" 또는 \"스마트 LED\"라고 불리는 개념)은 여러 산업적 과제를 해결합니다. 최종 사용자를 위한 시스템 비용과 복잡성을 줄이고, 성능 일관성을 향상시키며, 쉽게 확장 가능한 고해상도 주소 지정 가능 디스플레이와 같은 새로운 애플리케이션을 가능하게 합니다. 이 트렌드는 더 높은 데이터 속도(예: 비디오용), 패턴용 내장 메모리, 주변광 또는 온도 피드백용 센서까지 가능한 더 진보된 집적 회로를 가진 LED로 진화하여 더 자율적이고 적응형 조명 시스템의 길을 열고 있습니다.