임베디드 IC 내장 SMD RGB LED - 5.0x5.0x1.6mm - 4.2-5.5V - 358mW - 화이트 확산 렌즈 - 한국어 데이터시트

1. 제품 개요

본 문서는 단일의 소형 패키지 내에 적색, 녹색, 청색(RGB) 반도체 칩과 전용 드라이버 집적 회로(IC)를 통합한 표면 실장 장치(SMD) LED 부품의 사양을 상세히 설명합니다. 이 통합 솔루션은 설계자가 정전류 애플리케이션을 단순화하도록 설계되어, 각 색상 채널마다 외부 전류 제한 저항이나 복잡한 드라이버 회로가 필요하지 않습니다. 이 장치는 화이트 확산 렌즈 패키지로 구성되어 있어, 개별 색상 칩에서 나오는 빛을 혼합하여 더 균일하고 확산된 색상 출력을 만들어내며, 지시등 및 장식 조명 애플리케이션에 적합합니다.

1.1 핵심 장점 및 목표 시장

이 부품의 주요 장점은 높은 수준의 통합성입니다. 8비트 정전류 PWM(펄스 폭 변조) 드라이버 IC를 내장함으로써, 각 RGB 색상의 밝기를 256개의 구별되는 단계로 정밀하게 디지털 제어할 수 있어 1,670만 가지 이상의 색상 조합을 생성할 수 있습니다. 싱글 와이어 캐스케이드 데이터 전송 프로토콜을 통해 여러 유닛을 데이지 체인으로 연결하고 단일 마이크로컨트롤러 핀에서 제어할 수 있어, 다중 LED 애플리케이션에서 배선 복잡성과 컨트롤러 I/O 요구 사항을 크게 줄입니다.

이로 인해 이 부품은 다색 또는 풀컬러 조명 효과가 필요한 공간 제약이 크고 비용에 민감한 애플리케이션에 특히 적합합니다. 목표 시장에는 소비자 가전 및 네트워킹 장비의 상태 표시등, 전면 패널 백라이트, 장식용 LED 스트립, 풀컬러 모듈, 실내 LED 비디오 디스플레이 또는 사이니지의 구성 요소 등이 포함되지만 이에 국한되지 않습니다. 이 패키지는 자동 픽 앤 플레이스 조립 장비 및 표준 적외선(IR) 리플로우 솔더링 공정과 호환되어 대량 생산을 용이하게 합니다.

2. 기술 파라미터: 심층 객관적 해석

2.1 절대 최대 정격

이 정격은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계를 정의합니다. 이 한계에서 또는 그 이상에서의 동작은 보장되지 않습니다.

• 전력 소산 (P_D): 358 mW. 이는 패키지가 열로 발산할 수 있는 최대 총 전력입니다. 이 한계를 초과하면 내부 IC 및 LED 칩의 과열 위험이 있습니다.
• 공급 전압 범위 (V_DD): +4.2V ~ +5.5V. 내장된 IC는 공칭 5V 로직 전원 공급을 위해 설계되었습니다. 이 범위를 벗어난 전압을 인가하면 제어 회로가 손상될 수 있습니다.
• 총 순방향 전류 (I_F): 65 mA. 이는 적색, 녹색, 청색 채널을 통과하는 전류의 최대 합계입니다.
• 동작 온도 (T_a): -40°C ~ +85°C. 장치는 이 주변 온도 범위 내에서 기능이 보장됩니다.
• 보관 온도: -40°C ~ +100°C. 장치는 이 더 넓은 범위 내에서 전원이 인가되지 않은 상태로 보관할 수 있습니다.

2.2 광학적 특성

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

• 광도 (I_V):
  • 적색 (AlInGaP): 600 - 1200 mcd (전형적)
  • 녹색 (InGaN): 1100 - 2200 mcd (전형적)
  • 청색 (InGaN): 270 - 540 mcd (전형적)
  녹색 칩이 일반적으로 가장 높은 출력을 보이며, 그 다음이 적색, 청색 순입니다. 이러한 불균형은 RGB LED에서 흔하며, 원하는 백색점이나 특정 색조를 달성하기 위한 색상 혼합 알고리즘에서 고려해야 합니다.
• 시야각 (2θ_1/2): 120도. 이 넓은 시야각(광도가 축상 값의 절반으로 떨어지는 각도로 정의됨)은 화이트 확산 렌즈의 특징으로, 영역 조명에 적합한 넓고 부드러운 발광 패턴을 제공합니다.
• 주 파장 (λ_d):
  • 적색: 615 - 630 nm
  • 녹색: 515 - 530 nm
  • 청색: 455 - 470 nm
  이 범위는 각 칩이 방출하는 빛의 기본 색상을 정의합니다. 특정 유닛에 대해 이 범위 내의 구체적인 빈(bin)이 정확한 색도 좌표를 결정합니다.

2.3 전기적 특성

전체 동작 온도 범위(-40°C ~ +85°C) 및 공급 전압 범위(4.2V ~ 5.5V)에 걸쳐 명시됨.

• 채널당 IC 출력 전류 (I_F): 20 mA (전형적). 내장 드라이버 IC는 각 개별 적색, 녹색, 청색 LED 칩에 공급되는 전류를 이 일정한 값으로 조정하여 순방향 전압 변동에 관계없이 안정적인 밝기와 색상 일관성을 보장합니다.
• 입력 논리 레벨:
  • 하이 레벨 입력 전압 (V_IH): 최소 2.7V ~ V_DD. 3.3V 및 5V 마이크로컨트롤러 출력과 호환됩니다.
  • 로우 레벨 입력 전압 (V_IL): 0V ~ 최대 1.0V.
• IC 무부하 전류 (I_DD): 1.5 mA (전형적). 이는 모든 LED 출력이 꺼진 상태(모든 데이터 비트가 '0')일 때 내장 드라이버 IC 자체가 소비하는 전류입니다.

3. 빈닝 시스템 설명

3.1 CIE 색도 좌표 빈닝

본 문서는 CIE 1931 (x, y) 색도 좌표를 기반으로 한 색상 빈 테이블을 제공합니다. 각 LED에서 방출되는 빛은 테스트되어 특정 빈(예: A1, A2, A3, B1, B2, B3, C1, C2, C3)으로 분류됩니다. 각 빈은 색도도상의 사각형 영역으로 정의되며, 네 개의 (x, y) 좌표 점으로 지정됩니다. 빈 내 배치에 대한 허용 오차는 x 및 y 좌표 모두에서 +/- 0.01입니다. 이 빈닝은 서로 다른 생산 로트 간의 색상 일관성을 보장합니다. 설계자는 주문 시 빈 코드를 지정하여 애플리케이션에서 더 엄격한 색상 일치를 달성할 수 있으며, 이는 색상 균일성이 가장 중요한 디스플레이 또는 다중 LED 설치에 매우 중요합니다.

4. 성능 곡선 분석

4.1 상대 강도 대 파장 (스펙트럼 분포)

제공된 그래프(그림 1)는 적색, 녹색, 청색 칩에 대한 상대 스펙트럼 파워 분포를 보여줍니다. 각 곡선은 해당 주 파장 범위에 해당하는 뚜렷한 피크를 표시합니다. 적색 곡선은 약 625nm, 녹색 곡선은 약 525nm, 청색 곡선은 약 465nm를 중심으로 합니다. 이 피크의 너비(반치폭)는 색순도에 영향을 미칩니다. 일반적으로 더 좁은 피크는 더 포화된 색상을 생성합니다. 녹색과 적색 스펙트럼 간의 중첩은 최소화되어 있어 넓은 색역을 달성하는 데 유리합니다.

4.2 순방향 전류 대 주변 온도 디레이팅 곡선

그래프(그림 2)는 최대 허용 총 순방향 전류(I_F)와 주변 동작 온도(T_A) 사이의 관계를 보여줍니다. 온도가 상승함에 따라 최대 허용 전류는 선형적으로 감소합니다. 이 디레이팅은 LED 칩과 드라이버 IC의 접합 온도가 안전 한계를 초과하여 열화를 가속화하고 수명을 단축시키는 것을 방지하기 위해 필요합니다. 최대 동작 온도 85°C에서는 허용 총 전류가 25°C에서 지정된 65mA 절대 최대 정격보다 훨씬 낮습니다. 신뢰할 수 있는 열 설계를 위해 이 곡선을 참조해야 합니다.

4.3 공간 분포 (광도 패턴)

극좌표도(그림 3)는 정규화된 상대 광도를 시야각의 함수로 매핑합니다. 이 플롯은 120도 시야각을 확인시켜 주며, 확산 렌즈의 전형적인 매끄럽고 대략 람베르시안(Lambertian)과 유사한 분포를 보여줍니다. 광도는 0도(축상)에서 가장 높으며, 축에서 +/-60도에서 피크의 50%까지 대칭적으로 감소합니다.

5. 기계적 및 패키지 정보

5.1 패키지 치수 및 구성

이 부품은 길이 약 5.0mm, 너비 약 5.0mm, 높이 1.6mm(허용 오차 ±0.2mm)의 표면 실장 패키지로 구성되어 있습니다. 패키지는 화이트 확산 플라스틱 렌즈를 특징으로 합니다. 핀 구성은 네 개의 패드로 이루어져 있습니다:

1. VSS: 접지 (0V 기준).
2. DIN: 제어 데이터 신호 입력. 이 특정 LED에 대한 직렬 데이터 스트림을 수신합니다.
3. DOUT: 제어 데이터 신호 출력. 수신된 데이터 스트림을 데이지 체인의 다음 LED의 DIN 핀으로 전달합니다.
4. VDD: DC 전원 입력 (+4.2V ~ +5.5V).

5.2 권장 PCB 부착 패드 레이아웃

인쇄 회로 기판(PCB) 설계를 안내하기 위한 랜드 패턴 다이어그램이 제공됩니다. 이 권장 패드 치수와 간격을 준수하면 리플로우 중 적절한 솔더 조인트 형성, 신뢰할 수 있는 전기적 연결 및 충분한 기계적 강도를 보장합니다. 설계에는 일반적으로 서멀 릴리프 연결 및 적절한 솔더 마스크 개구부가 포함됩니다.

6. 솔더링 및 조립 지침

6.1 IR 리플로우 솔더링 프로파일

무연 솔더링 공정을 위한 J-STD-020B 표준을 준수하는 제안된 적외선(IR) 리플로우 프로파일이 제공됩니다. 프로파일 그래프는 예열, 소킹, 리플로우 피크 온도 및 냉각 속도와 같은 주요 파라미터를 보여줍니다. 피크 온도는 일반적으로 플라스틱 패키지 손상이나 내부 응력을 피하기 위해 지정된 시간 이상으로 부품의 최대 보관 온도(100°C)를 크게 초과해서는 안 됩니다. 이 프로파일을 따르는 것은 LED 및 내장 IC에 열 충격을 가하지 않고 신뢰할 수 있는 솔더 조인트를 달성하는 데 중요합니다.

6.2 세척

솔더링 후 세척이 필요한 경우, 부품을 상온에서 에틸 알코올 또는 이소프로필 알코올에 1분 미만 담글 수 있습니다. 지정되지 않았거나 강력한 화학 세척제 사용은 플라스틱 렌즈나 패키지 재료를 손상시킬 수 있으므로 금지됩니다.

7. 포장 및 주문 정보

7.1 테이프 및 릴 사양

부품은 보호 커버 테이프가 있는 엠보싱 캐리어 테이프에 포장되어 직경 7인치(178mm) 릴에 감겨 공급됩니다. 테이프 너비는 12mm입니다. 표준 포장 수량은 릴당 1000개이며, 부분 릴의 최소 주문 수량은 500개입니다. 자동화 조립 장비 피더와의 호환성을 보장하기 위해 테이프 포켓 및 릴의 상세 치수가 제공됩니다.

8. 애플리케이션 제안

8.1 전형적인 애플리케이션 시나리오

• 상태 및 지시등 조명: 통신, 네트워킹 및 산업 장비의 다색 상태 표시등.
• 장식 및 건축 조명: 소비자 제품의 LED 스트립, 무드 조명 및 색상 변화 액센트.
• 백라이트: 동적 색상 효과가 있는 전면 패널 또는 로고 백라이트.
• 풀컬러 디스플레이: 저해상도 실내 풀컬러 LED 디스플레이, 메시지 보드 또는 소프트 라이트 패널의 개별 픽셀로 사용.

8.2 설계 고려 사항

• 전원 공급 장치: 사용된 LED 수에 대해 충분한 전류 용량을 가진 깨끗하고 안정화된 5V 전원을 보장하십시오. 많은 LED가 동시에 전원이 켜질 때 돌입 전류를 고려하십시오.
• 데이터 신호 무결성: 긴 데이지 체인이나 높은 데이터 속도의 경우, 마이크로컨트롤러가 3.3V에서 동작한다면 V_IH최소값이 2.7V이므로 신호 버퍼링이나 레벨 시프팅을 고려하십시오.
• 열 관리: 전류 디레이팅 곡선(그림 2)을 준수하십시오. 특히 고휘도 또는 고주변 온도 애플리케이션에서 LED 패드 아래 및 주변에 히트싱크 역할을 할 충분한 구리 면적을 PCB에 제공하십시오.
• 색상 혼합: 소프트웨어 또는 펌웨어는 정확한 색상 혼합과 중립적인 백색점을 달성하기 위해 R, G, B 채널의 서로 다른 광도(섹션 2.2의 전형적 값에 따름)를 고려해야 합니다.

9. 기술 비교 및 차별화

이 부품이 표준 개별 RGB LED와 비교하여 갖는 주요 차별점은 디지털 PWM 제어 기능이 있는 통합 정전류 드라이버입니다. 개별 RGB LED는 세 개의 별도 전류 제한 저항(또는 더 복잡한 정전류 싱크)과 제어를 위한 세 개의 마이크로컨트롤러 PWM 채널이 필요합니다. 이 통합 솔루션은 드라이버 회로를 통합하고, PCB 상의 부품 수를 줄이며, 펌웨어를 단순화하고(여러 PWM 타이머 대신 직렬 프로토콜 사용), 확장 가능한 설치를 위한 쉬운 데이지 체이닝을 가능하게 합니다. 대신 단가가 약간 더 높고 고정된 전류 설정(일반적으로 20mA)이라는 절충점이 있습니다.

10. 자주 묻는 질문 (기술 파라미터 기반)

10.1 이 LED를 몇 개까지 데이지 체인으로 연결할 수 있나요?

이론적으로는 매우 많은 수가 가능합니다. 각 LED가 데이터 신호를 재생성하고 재전송하기 때문입니다. 실제 한계는 원하는 새로 고침 속도와 데이터 신호 무결성에 의해 결정됩니다. N개의 LED에 대한 총 데이터 전송 시간은 N * 24비트 * (1.2 µs ± 300ns)에 리셋 펄스를 더한 값입니다. 30 fps 새로 고침의 경우, 이는 체인을 수백 개의 LED로 제한합니다. 긴 체인에서의 신호 저하로 인해 주기적인 신호 부스팅이 필요할 수 있습니다.

10.2 3.3V 마이크로컨트롤러로 이 LED를 구동할 수 있나요?

예, 최소 2.7V의 입력 하이 전압(V_IH) 사양은 3.3V 로직 하이 출력(~3.3V)과 호환됩니다. 마이크로컨트롤러의 GPIO 핀이 DIN 입력에 충분한 전류를 공급/흡수할 수 있는지 확인하십시오. 전원 공급(V_DD)은 여전히 4.2V에서 5.5V 사이여야 합니다.

10.3 각 채널이 20mA인데 최대 총 전류가 65mA인 이유는 무엇인가요?

채널당 20mA는 내부 드라이버에 의해 설정된 전형적인 동작 전류입니다. 65mA 절대 최대 정격은 세 LED와 드라이버 IC가 모두 최대 밝기에서 동시에 동작할 때 발생하는 총 열을 고려한 전체 패키지의 스트레스 한계입니다. 디레이팅 곡선(그림 2)은 상승된 온도에서 안전 동작 전류가 65mA보다 훨씬 낮음을 보여줍니다.

11. 실제 사용 사례 예시

시나리오: 16-LED 색상 변화 장식용 라이트 링 설계.LED는 원형으로 배열되고 데이지 체인으로 연결됩니다. 단일 5V, 1A 전원 공급 장치로 충분합니다(16 LED * ~1.5mA IC 무부하 전류 + 16 LED * 3 채널 * 20mA 최대 * 듀티 사이클). 마이크로컨트롤러(예: Arduino 또는 ESP32)는 첫 번째 LED의 DIN에 연결된 하나의 GPIO 핀만 필요로 합니다. 펌웨어는 16개 LED 모두에 대한 24비트 색상 값(R, G, B 각각 8비트)을 포함하는 데이터 스트림을 생성한 후 리셋 펄스를 보냅니다. 이 스트림은 애니메이션을 생성하기 위해 지속적으로 전송됩니다. 화이트 확산 렌즈는 개별 LED 점들이 매끄러운 빛의 링으로 혼합되도록 보장합니다.

12. 동작 원리 소개

이 장치는 디지털 직렬 통신 원리로 동작합니다. 내장 IC에는 각 색상 채널에 대한 시프트 레지스터와 래치가 포함되어 있습니다. 직렬 데이터 스트림은 DIN 핀을 통해 IC에 클럭됩니다. 각 데이터 비트는 1.2µs의 고정된 주기 내에서 하이 펄스의 타이밍으로 표현됩니다. '0' 비트는 짧은 하이 펄스(~300ns)이고, '1' 비트는 긴 하이 펄스(~900ns)입니다. 수신된 첫 24비트는 녹색, 적색, 청색의 8비트 밝기 값(일반적으로 그 순서, GRB)에 해당합니다. 24비트를 수신한 후, IC는 DOUT 핀에서 모든 후속 비트를 재전송하여 데이터가 캐스케이드되도록 합니다. 250µs(RESET) 이상 지속되는 DIN의 로우 신호는 체인 내 모든 IC가 수신한 데이터를 출력 드라이버에 래치하여 LED 밝기를 동시에 업데이트하도록 합니다.

13. 기술 동향

드라이버 IC를 LED 패키지에 직접 통합하는 것은 LED 부품 설계의 중요한 동향으로, "스마트 LED" 솔루션으로 나아가고 있습니다. 이 동향은 시스템 복잡성을 줄이고, 외부 연결을 최소화하여 신뢰성을 향상시키며, 더 정교한 제어(예: 개별 주소 지정 가능성)를 가능하게 합니다. 향후 발전에는 더 높은 통합(마이크로컨트롤러 또는 무선 컨트롤러 통합), 온칩 보정을 통한 향상된 색상 일관성, 더 미세한 색상 제어를 위한 더 높은 PWM 해상도(10비트, 12비트, 16비트), 더 강력한 대규모 설치를 위한 더 높은 데이터 속도와 오류 정정 기능이 있는 향상된 통신 프로토콜 등이 포함될 수 있습니다.