LTST-E683RGBW SMD LED 데이터시트 - 3.2x2.8x1.9mm - 적색 2.4V/녹색 3.8V/청색 3.8V - 72-80mW - 영어 기술 문서

1. 제품 개요

LTST-E683RGBW는 단일의 소형 패키지 내에 세 가지 별개의 반도체 광원을 통합한 표면 실장 장치(SMD) LED입니다. 적색 발광을 위한 AlInGaP(알루미늄 인듐 갈륨 인화물) 칩과 녹색 및 청색 발광을 위한 두 개의 InGaN(인듐 갈륨 질화물) 칩을 결합하였으며, 모두 확산 렌즈로 덮여 있습니다. 이 구성은 광범위한 색상 스펙트럼의 생성, 적절한 강도로 세 색상을 혼합할 때 백색광을 포함하는 생성을 가능하게 합니다. 주요 적용 분야는 공간 절약과 자동화 조립이 중요한 백라이트, 상태 표시기, 장식 조명 및 전색 디스플레이 모듈입니다. 핵심 장점은 표준 적외선 및 리플로우 솔더링 공정과의 호환성, RoHS 지침을 준수하는 무연 구조, 그리고 8mm 테이프 릴에 적합한 대량 생산 및 자동화 피크 앤 플레이스 장비용 패키징을 포함합니다.

2. 심층 기술 파라미터 분석

2.1 절대 최대 정격

이 정격들은 장치에 영구적인 손상이 발생할 수 있는 한계 스트레스를 정의합니다. LED를 이 한계 또는 그 근처에서 지속적으로 동작시키는 것은 권장되지 않습니다. 주요 파라미터는 다음과 같습니다:

• Power Dissipation (Pd): 적색: 72mW, 녹색/청색: 80mW. 이는 주변 온도 25°C에서 연속 DC 동작 시 LED가 열로 발산할 수 있는 최대 허용 전력입니다. 이 한계를 초과하면 열 폭주(thermal runaway)와 수명 단축의 위험이 있습니다.
• Peak Forward Current (Ifp): 적색: 80mA, 녹색/청색: 100mA. 이는 1/10 듀티 사이클과 0.1ms 펄스 폭에서 규정된 최대 허용 펄스 전류입니다. DC 정격보다 현저히 높아 짧은 고강도 플래시가 가능합니다.
• DC 순방향 전류(If): 적색: 30mA, 녹색/청색: 20mA. 이는 장기간 안정적인 동작을 위한 권장 최대 연속 순방향 전류입니다. 이 값을 초과하여 LED를 구동하면 발광 출력은 증가하지만 발열도 더 커져, 시간이 지남에 따라 반도체 재료와 형광체(있는 경우)의 성능이 저하될 수 있습니다.
• 온도 범위: 동작: -40°C ~ +85°C; 보관: -40°C ~ +100°C. 이 범위는 사용 중 및 비작동 기간 동안 LED의 기계적, 전기적 무결성을 보장합니다.

2.2 Electrical & Optical Characteristics

이는 표준 시험 조건(Ta=25°C, If=20mA)에서 측정한 대표적인 성능 파라미터입니다.

• 광도 (Luminous Intensity, Iv): 밀리칸델라(mcd) 단위로 측정되며, 이는 인간의 눈(CIE 명시 필터 사용)이 인지하는 LED의 밝기를 나타냅니다. 지정된 범위는 다음과 같습니다: 적색: 71-224 mcd, 녹색: 355-900 mcd, 청색: 140-355 mcd. 일반적으로 녹색 칩이 가장 높은 광효율을 나타냅니다.
• 시야각 (2θ1/2): 120도의 전형적인 값은 넓고 확산된 광 방출 패턴을 나타냅니다. 이 각도는 광도가 중심축(0도)에서의 값의 절반으로 떨어지는 전체 각도로 정의됩니다.
• Peak Wavelength (λp) & Dominant Wavelength (λd): λp (적색: 639nm, 녹색: 518nm, 청색: 468nm)는 스펙트럼 파워 분포가 최대가 되는 파장입니다. λd (적색: 631nm, 녹색: 525nm, 청색: 470nm)는 CIE 색도도에서 도출된, LED의 색과 일치한다고 인간의 눈이 인지하는 단일 파장입니다. 이들은 밀접하게 관련되어 있지만 동일하지는 않으며, 특히 광대역 스펙트럼 광원에서 그러합니다.
• 스펙트럼 선 반치폭 (Δλ): 이 파라미터는 일반적으로 20nm(적색), 35nm(녹색), 25nm(청색)이며, 방출되는 빛의 스펙트럼 순도 또는 대역폭을 나타냅니다. 값이 작을수록 더 단색광에 가까운 광원임을 의미합니다.
• 순방향 전압 (Vf): LED가 20mA로 구동될 때 LED 양단에 걸리는 전압 강하입니다. 범위는 다음과 같습니다: 적색: 1.8-2.4V, 녹색: 2.8-3.8V, 청색: 2.8-3.8V. 적색 AlInGaP 칩에 비해 녹색 및 청색 InGaN 칩의 Vf가 더 높은 것은 서로 다른 반도체 밴드갭 에너지 때문입니다. 정상 동작을 위해서는 전류 제한 저항 또는 정전류 구동기가 필수적입니다.
• 역방향 전류 (Ir): VR=5V에서 최대 10μA. 이 LED는 역방향 바이어스 동작을 위해 설계되지 않았습니다. 반도체 접합의 낮은 역방향 항복 전압으로 인해 역전압을 가하면 즉각적이고 치명적인 고장이 발생할 수 있습니다.

3. Binning System 설명

생산 시 색상과 밝기의 일관성을 보장하기 위해 LED는 성능 등급(Bin)으로 분류됩니다. 데이터시트는 각 색상에 대한 광도(Luminous Intensity) Bin 코드만 제공합니다.

• Red Luminous Intensity Bins: Q1 (71-90 mcd), Q2 (90-112 mcd), R1 (112-140 mcd), R2 (140-180 mcd), S1 (180-224 mcd). 각 등급 내 허용 오차는 ±11%입니다.
• 녹색 광도 등급: T2 (355-450 mcd), U1 (450-560 mcd), U2 (560-710 mcd), V1 (710-900 mcd). 각 등급 내 허용 오차는 ±11%입니다.
• Blue Luminous Intensity Bins: R2 (140-180 mcd), S1 (180-224 mcd), S2 (224-280 mcd), T1 (280-355 mcd). 각 빈(Bin) 내 허용 오차는 ±11%입니다.

주문 또는 설계 시, 어레이나 디스플레이에서 균일한 외관을 얻기 위해서는 필요한 빈(Bin) 코드를 명시하는 것이 중요합니다. 서로 다른 빈을 혼합하면 시각적인 밝기 또는 색상 차이가 발생할 수 있습니다.

4. 성능 곡선 분석

PDF 5페이지에 일반적인 특성 곡선을 언급하고 있으나, 본문에 구체적인 그래프는 제시되지 않았습니다. 표준 LED 동작을 기반으로 할 때, 이러한 곡선에는 일반적으로 다음이 포함됩니다:

• Forward Current vs. Forward Voltage (I-V Curve): 지수적 관계를 보여줍니다. "무릎(knee)" 전압은 전도가 시작되는 지점으로, 이후에는 작은 전압 증가에도 전류가 급격히 증가합니다.
• 발광 세기 대 순방향 전류 (I-L 곡선): 일반적으로 낮은 전류에서는 선형적이지만, 열적 영향 및 효율 저하(efficiency droop) 효과로 인해 높은 전류에서는 포화될 수 있습니다.
• 광도 대 주변 온도: 접합 온도가 상승함에 따라 광 출력이 감소하는 방식을 보여줍니다. 적색 AlInGaP LED는 일반적으로 청색/녹색 InGaN LED에 비해 더 두드러진 열 담금 효과를 보입니다.
• 스펙트럼 파워 분포: 각 색상 칩에 대한 파장 스펙트럼별 발광 상대 강도를 나타낸 그래프.

이 곡선들은 비표준 조건(다른 구동 전류, 온도)에서 LED의 거동을 이해하고 열 관리 설계를 하는 데 매우 중요합니다.

5. Mechanical & Package Information

5.1 패키지 치수

이 LED는 EIA 표준 SMD 패키지 풋프린트를 따릅니다. 주요 치수(mm 단위, 별도 명시 없는 한 허용 오차 ±0.2mm)는 PCB 상의 배치를 정의합니다. 핀 할당은 다음과 같습니다: 핀 1: 적색 애노드, 핀 4: 녹색 애노드, 핀 3: 청색 애노드. 공통 캐소드는 내부적으로 다른 핀이나 열 패드에 연결될 가능성이 있습니다(구체적인 연결은 치수 도면에서 확인이 필요합니다). 확산 렌즈는 더 넓고 균일한 시야각을 달성하는 데 도움을 줍니다.

5.2 권장 PCB 패드 설계

적외선 또는 기상 리플로우 솔더링을 위한 랜드 패턴 다이어그램이 제안됩니다. 이 권장사항을 따르면 적절한 솔더 접합 형성, LED 접합부로부터의 우수한 열전도, 그리고 기계적 안정성이 보장됩니다. 패드 설계는 솔더 필렛 형성을 고려하며 리플로우 중 톰스토닝을 방지합니다.

6. Soldering & Assembly Guidelines

6.1 리플로우 솔더링 프로파일

무연 공정의 경우, J-STD-020B를 준수하는 프로파일을 권장합니다. 주요 파라미터는 다음과 같습니다:

• 예열(Pre-heat): 150-200°C에서 최대 120초 동안 보드를 서서히 가열하고 플럭스를 활성화시킵니다.
• 피크 온도: 최대 260°C. 리드 프리 솔더의 경우 일반적으로 ~217°C인 액상선 온도 이상의 시간은 LED를 과열시키지 않으면서 신뢰성 있는 접합을 형성하도록 제어되어야 합니다.
• 총 솔더링 시간: 피크 온도에서 최대 10초, 최대 2회의 리플로우 사이클 허용.

이 프로파일을 준수하면 에폭시 렌즈나 반도체 다이의 균열을 유발할 수 있는 열 충격을 방지하고, 솔더 접합부에서 과도한 금속간 화합물 성장을 방지합니다.

6.2 핸드 솔더링

필요한 경우, 솔더링 아이언을 이용한 핸드 솔더링이 엄격한 제한 하에 허용됩니다: 아이언 팁 온도는 300°C를 초과하지 않아야 하며, 접합점당 솔더링 시간은 3초를 초과하지 않아야 합니다. 단 한 번의 핸드 솔더링 사이클만 허용됩니다. 아이언을 LED 본체에 직접 접촉시키는 것은 피해야 하며, 열은 PCB 패드에 가해져야 합니다.

6.3 클리닝

솔더링 후 세정이 필요한 경우, 에틸 알코올 또는 이소프로필 알코올과 같은 지정된 알코올계 용매만을 상온에서 1분 미만으로 사용해야 합니다. 강력하거나 지정되지 않은 화학 물질은 에폭시 렌즈 재질을 손상시켜 흐려짐, 균열 또는 변색을 일으킬 수 있습니다.

6.4 Storage & Moisture Sensitivity

LED 패키지는 습기에 민감합니다. 원래 밀봉된 방습 백(건조제 포함)이 개봉되지 않은 경우, 보관 조건은 ≤30°C 및 ≤70% RH 이어야 하며, 권장 사용 기간은 1년입니다. 백이 개봉되면, 부품은 ≤30°C 및 ≤60% RH 조건에서 보관해야 합니다. 주변 습도에 168시간(7일) 이상 노출된 부품은 리플로우 솔더링 전에 흡수된 수분을 제거하고 "팝콘 현상"(리플로우 중 수증기 급격한 팽창으로 인한 패키지 균열)을 방지하기 위해 약 60°C에서 최소 48시간 베이킹해야 합니다.

7. Packaging & Ordering Information

본 제품은 자동화 조립을 위한 산업 표준 포장으로 공급됩니다:

• Tape & Reel: 부품은 8mm 너비의 캐리어 테이프에 배치됩니다.
• Reel Size: 직경 7인치(178mm).
• 릴당 수량: 2000개.
• 최소 주문 수량 (MOQ): 잔여 수량은 500개 단위.
• 커버 테이프: 빈 포켓은 상부 커버 테이프로 밀봉됩니다.
• 누락 부품: 릴 사양 당 최대 두 개의 연속 누락 LED가 허용됩니다.
• 표준: 포장은 EIA-481-1-B 규격을 준수합니다.

부품 번호 LTST-E683RGBW는 제조사의 내부 코딩 시스템을 따르며, "RGBW"는 백색광을 생성할 수 있는 색상 조합을 나타냅니다.

8. 적용 제안

8.1 대표적인 적용 시나리오

• Full-Color Display Panels: 대형 비디오 월 또는 실내 간판에서 개별 픽셀 또는 서브픽셀로 사용됩니다.
• 백라이트: 소비자 가전, 자동차 계기판 또는 산업용 제어 장치의 LCD 패널용으로, 종종 도광판과 확산판과 결합되어 사용됩니다.
• Status & Indicator Lights: 네트워크 장비, 가전제품 및 계측기에서 다중 색상 상태 코딩이 필요한 경우.
• Decorative & Architectural Lighting: 색상 변화 효과를 위한 스트립 또는 모듈 형태로.

8.2 설계 시 고려사항

• 전류 구동: 각 색상 채널마다 반드시 정전류 구동기 또는 전류 제한 저항을 직렬로 사용하십시오. 저항값은 R = (공급 전압 - LED 순방향 전압) / 순방향 전류 공식을 사용하여 계산하십시오. 데이터시트의 최대 순방향 전압 값을 사용하여, 높은 순방향 전압의 LED에서도 전류가 한계를 초과하지 않도록 하십시오.
• 열 관리: 전력 소산은 낮지만, 특히 고전류 구동이나 고온 환경에서 LED 접합부의 열을 효과적으로 방출하기 위해 충분한 구리 면적(열 패드)을 갖춘 적절한 PCB 레이아웃이 필수적입니다. 이는 광 출력과 수명을 유지합니다.
• Color Mixing & Control: 특정 색상이나 백색점을 달성하기 위해, 펄스 폭 변조(PWM)는 각 채널의 광도 제어를 위한 선호되는 방법입니다. 이는 아날로그 디밍과 달리 일관된 순방향 전압과 색도 좌표를 유지하기 때문입니다.
• ESD Protection: LED는 정전기 방전에 민감합니다. 조립 과정에서 ESD 안전 취급 절차를 시행하십시오.

9. Technical Comparison & Differentiation

PDF에는 다른 모델과의 직접적인 비교는 없지만, LTST-E683RGBW의 주요 차별화 요소는 다음과 같이 추론할 수 있습니다:

• 통합 RGB 패키지: 세 개의 칩을 하나의 3.2x2.8mm 크기로 결합하여, 세 개의 단일 색상 LED를 개별적으로 사용하는 것에 비해 PCB 공간을 절약합니다.
• 확산 광각 렌즈: 120도의 시야각은 2차 광학 장치 없이 넓은 시야각이 필요한 응용 분야에 적합한 넓고 균일한 방사 패턴을 제공합니다.
• Process Compatibility: 표준 적외선/리플로우 솔더링 및 자동 배치와의 명시적 호환성은 대량 생산 및 비용 효율적인 제조에 적합하게 합니다.
• 재료 선택: 적색에 AlInGaP 사용은 GaP 기반 GaAsP와 같은 구형 기술에 비해 더 높은 효율과 더 나은 온도 안정성을 제공합니다.

10. 자주 묻는 질문 (기술적 파라미터 기반)

10.1 적색 LED를 30mA로, 녹색/청색 LED를 20mA로 동시에 구동할 수 있습니까?

예, 각 채널은 각자의 최대 정격 순방향 전류로 독립적으로 구동할 수 있습니다. 그러나 패키지의 총 전력 소산을 고려해야 합니다. 세 채널 모두 최대 전류로 동작할 경우 총 전력을 계산하면: Pred = 30mA * 2.4V(최대) = 72mW; Pgreen = 20mA * 3.8V(최대) = 76mW; Pblue = 20mA * 3.8V(최대) = 76mW. 이 합계(224mW)는 패키지의 총 소산 능력을 초과할 가능성이 높습니다. 따라서 동시에 최대 전력으로 동작하려면 전류 감소(derating) 또는 향상된 열 관리가 필요할 수 있습니다. 가능하다면 상세한 열저항 데이터를 참고하십시오.

10.2 각 색상별로 순방향 전압이 다른 이유는 무엇입니까?

순방향 전압은 주로 반도체 재료의 밴드갭 에너지에 의해 결정됩니다. AlInGaP(적색)은 InGaN(녹색/~2.4 eV, 청색/~2.7 eV)보다 낮은 밴드갭(~1.9-2.0 eV)을 가집니다. 더 높은 밴드갭은 전자가 이동하는 데 더 많은 에너지를 필요로 하므로, 더 높은 순방향 전압 강하를 초래합니다.

10.3 이 RGB LED로 백색광을 구현하는 방법은 무엇인가요?

백색광은 삼원색(적색, 녹색, 청색)을 특정한 강도 비율로 혼합하여 생성됩니다. 목표 백색점(예: 쿨 화이트, 웜 화이트)에 따라 단일한 "정확한" 비율은 존재하지 않습니다. 각 채널에 대해 서로 다른 전류 레벨이나 PWM 듀티 사이클을 실험해 보아야 합니다. PWM 출력이 가능한 마이크로컨트롤러를 사용하는 것이 가장 유연한 접근법입니다. RGB 혼합 방식은 형광체 변환 백색 LED에 비해 종종 낮은 색 재현 지수(CRI)의 백색광을 생성한다는 점에 유의하세요.

10.4 극성을 반대로 연결하면 어떻게 되나요?

역전압을 가하면, 작은 전압(예: Ir 시험 조건에서의 5V)이라도 높은 역전류가 흐르게 되어 즉각적이고 비가역적인 손상(접합 파괴)을 초래할 수 있습니다. 전원을 인가하기 전에 항상 극성을 확인하십시오. 공급 라인에 직렬 다이오드를 포함시켜 역극성 보호를 하는 것은 전체 회로에 좋은 설계 관행입니다.

11. Practical Design Case Study

시나리오: 휴대용 장치용 다중 색상 상태 표시기 설계. 공간 절약을 위해 단일 LTST-E683RGBW를 사용하여 빨간색(오류), 녹색(정상), 파란색(활성), 청록색(활성+정상)을 표시해야 함.

구현:

1. 구동 회로: PWM 기능이 가능한 GPIO 핀 3개를 가진 마이크로컨트롤러를 사용한다. 각 핀은 소신호 NPN 트랜지스터(예: 2N3904)의 베이스에 연결된다. 각 트랜지스터의 콜렉터는 전류 제한 저항을 통해 해당 LED 색상의 캐소드(공통)에 연결된다. LED 애노드는 3.3V 공급 라인에 연결된다.
2. 저항 계산 (녹색 LED, 최악의 경우 순방향 전압 Vf=3.8V 기준): R = (3.3V - 3.8V) / 0.02A = 음수 값. 이는 3.3V가 녹색/파란색 LED의 일반적인 Vf를 순방향 바이어스하기에 부족함을 나타냅니다. 해결책: LED 회로에 더 높은 공급 전압(예: 5V)을 사용하십시오. 5V에서 녹색 LED 재계산: R = (5.0V - 3.8V) / 0.02A = 60 옴. 표준 62옴 저항을 사용하십시오. 적색 LED: R = (5.0V - 2.4V) / 0.03A ≈ 87 옴, 91옴 저항을 사용하십시오.
3. 소프트웨어 제어: 마이크로컨트롤러를 프로그래밍하여 PWM 듀티 사이클을 설정하십시오: 단색(solid colors)의 경우 100%. 시안(파랑+녹색)의 경우, 파랑과 녹색 채널을 모두 100%로 설정하십시오. 녹색과 파랑 사이의 강도 균형은 PWM을 통해 조정하여 시안 색조를 맞출 수 있습니다.
4. 열 점검: 최대 전력 시나리오는 청록색(Green+Blue 모두 20mA)입니다. Ptotal ≈ (5V-3.8V)*0.02A * 2 = 48mW로, 패키지 한계를 훨씬 밑돕니다. PCB에 열 확산을 위한 LED 아래 작은 Copper Pour가 있는지 확인하십시오.

12. 작동 원리 소개

LED의 발광은 반도체 p-n 접합에서의 전계발광 현상을 기반으로 합니다. 순방향 전압이 인가되면, n형 영역의 전자와 p형 영역의 정공이 활성 영역(접합부)으로 주입됩니다. 전자가 정공과 재결합할 때 에너지를 방출합니다. AlInGaP와 InGaN과 같은 직접 천이형 반도체에서는 이 에너지가 주로 광자(빛 입자)의 형태로 방출됩니다. 방출된 광자의 파장(색상)은 반도체 재료의 밴드갭 에너지(Eg)에 의해 결정되며, 이는 λ ≈ 1240 / Eg (여기서 λ는 nm, Eg는 eV 단위) 공식에 따릅니다. 확산 에폭시 렌즈는 반도체 다이를 보호하고, 출력 빔의 형상을 조절하며, 칩으로부터의 광 추출 효율을 향상시키는 역할을 합니다.

13. 기술 동향

SMD RGB LED 분야는 몇 가지 주요 트렌드에 의해 주도되고 있습니다:

• Increased Efficiency & Luminance: 에피택셜 성장, 칩 설계 및 광추출 기술의 지속적인 개선은 발광 효율(루멘/와트)을 계속 향상시켜 더 밝은 디스플레이 또는 더 낮은 전력 소비를 가능하게 합니다.
• 소형화: 패키지가 더 작아지면서(예: 2.0x1.6mm, 1.6x1.6mm) 광학 성능은 유지 또는 개선되어, 더 높은 해상도의 디스플레이 구현이 가능해지고 있습니다.
• Improved Color Consistency & Binning: 광도, 주파장, 순방향 전압에 대한 더 엄격한 Binning 허용 오차가 표준화되어, 최종 제품에서의 보정 필요성이 줄어들고 있습니다.
• Integrated Drivers & Smart LEDs: I2C나 SPI 인터페이스와 같은 제어 회로를 LED 패키지 자체에 통합하여, 시스템 설계와 배선을 단순화하는 어드레서블 "스마트" RGB LED를 만드는 것이 증가하는 추세입니다.
• Enhanced Reliability & Lifetime: 패키징 재료(예: 에폭시 대신 고온 실리콘) 및 다이 부착 기술의 개선으로 LED의 최대 작동 온도와 전체 수명이 증가하고 있으며, 특히 자동차 및 산업용 애플리케이션에서 두드러집니다.