発光ダイオード（LED） 私たちの世界はよりカラフルになり、エネルギー効率も向上しました。テレビやコンピューターの部品から工業用インジケーターまで、あらゆるものに使用されています。これらのデバイスは通常、目に見えないところに隠れていますが、カラフルなガジェットや電子機器プロジェクトを作成するのが好きな場合は、WS2812Bプログラム可能なLEDライト、別名「NeoPixel」に注目する必要があります。
プログラム可能なRGB LEDを理解する
各「5050」パッケージのサイズはわずか5mm x 5mmで、これらのユニットは次の特徴を備えています。
• 赤、緑、青を表示します (同様のユニットの中には専用の白を持つものもあります)。
• 受信した制御信号の修正バージョンを、チェーンの次の接続されたLEDに渡します。
• その信号を使用して、次のLED、さらにその次のLEDを制御します。場合によっては、シーケンスは1000個を超えるLEDに及びます。この 驚くべきプロトコル自体の詳細については、こちらをご覧ください。
各WS2812は単なる1つのLEDではなく、1つの小さなパッケージに3つの個別のライトが含まれています。このデバイスには、信号を受け取り、変更されたバイナリ コードを渡す、ほぼ微小な集積回路も含まれています。この小さなICは、デバイスに光を通す透明な窓を通して見ることができます。肉眼で見ると、非常に小さいため、何らかの製造上の欠陥と間違えたり、この「黒い砂粒」を払い落とそうとしたりするかもしれません。
人間の目ではこれらのユニットについて多くを知ることはできませんので、WS2812Bの写真によるマイクロツアーに出発しましょう。私はCanonのDSLRと写真編集機能を使用してこのデバイスを拡大し、顕微鏡を使ってさらに詳細を表示しました。言った通り、小さいです。
WS2812B LEDの概要
この基本的なLEDコンポーネントは単独で購入することも、プログラム可能なLEDストリップ、リング、個別のブレークアウトなどの構成に追加することもできます。そのうちの2つは、上の最初の写真の左側に表示されています。ストリップ上の各ユニットを個別に配線する必要がないため、構成には利点があります。ただし、「PCBドット」を使用すると、取り付けの柔軟性が大幅に高まります。ストリップにはコンデンサも内蔵されており、ドットにはメインライトをサポートするためにコンデンサと抵抗器の両方が追加されています。
前述したように、5050 LEDのフットプリントはわずか5mm x 5mmです。上記の最初の画像では、グリッドは1 x 1インチ (または25.4 x 25.4 mm) ですが、2枚目の写真の線と点の間の距離はその半分です。そのため、写真は比較的ズームアウトされていますが、ショットはかなりタイトです。2番目の画像は、ストリップ ハウジングから分離された5050 LEDユニット単体を示しています。どちらもWS2812B LEDであり、見た目は同じですが、製造方法に微妙な違いがあります。これについては、この記事の後半の顕微鏡画像で説明します。
5050 LED: 仕様とマクロビュー
5050とその明るい表面に焦点を当てると、内部に何が入っているかがよりよくわかるでしょう。最初の画像では、下部の反射パネルの中央に長方形の制御チップが配置されているのがわかります。制御チップは細いワイヤーで3つのLEDに接続されており、そのうち2つは1つのパネル上にあり、3つ目は別のパネル上にあります。
2番目の画像は、3つのLEDすべてが1つのパネルに配置されている別のWS2812B LEDの、少し拡大したビューを示しています。これらのデバイスは2017年にタイミングが改訂されました。使用したストリップの年代は不明で、PCBドットは1年以内に購入したため、コンポーネントの物理的側面も若干変更されている可能性があります。
ある時点では、各パネルが異なる色のLEDに対応している、あるいはパネル自体がLEDであると考えていました。私の推測は間違っていましたが、おそらく他のユーザーも同じ間違いを犯したので、あまり愚かだとは思いません。
LEDチップの検査さらに拡大すると、すべてを制御するチップがよく見えます。この記事のためにキャプチャした画像を拡大すると、このコンポーネントのおおよその寸法はわずか0.8 mm x 1 mmであり、組み立ての余裕はほとんどありません。それにもかかわらず、これらのデバイスは数百万個単位で製造・販売されており、欠陥はほとんど報告されていません。
この1平方ミリメートル未満の領域で、チップは3つのLEDを独立して制御できるほか、必要に応じて色データを読み取り、使用し、渡すこともできます。この種の機能は、私たちにとってほとんど当たり前のことですが、これらのコンポーネントがどのように機能するかを詳しく調べると、今日の電気技術がいかに素晴らしいかが思い知らされます。
WS2812B LEDが点灯しました
これらのチップの主な用途は、もちろん、オンボードLEDです。最初の画像では「オフ」の配置が確認できますが、2番目の画像では赤、緑、青の色が目立っています。「オフ」の画像は、すべてのLEDが1つのパネル上にあるタイプに対応し、もう1つは、1つのパネルに緑/赤、もう1つのパネルに青があるタイプに対応していることに注意してください。また、これらのデバイスが素早く点滅するときに表示されるスキャン ラインを回避するために、LEDは最大の明るさ (255) に設定されました。
WS2812B 5050 RGB LEDの外観写真
WS2812B LED自体に加えて、それをサポートするハードウェアも間近で観察すると興味深いものです。ここには、PCB LEDドットのはんだ接続と外部のはんだパッド、および外部に追加された抵抗器とコンデンサがあります。
最初の画像では、ストリップの保護ゴム表面のクローズアップ画像を見ることができます。すべてのストリップがこの保護外装を備えているわけではないので、これがアプリケーションに最適であるかどうかはわかりません。2枚目の写真は、LEDユニットを固定場所から引き剥がした状態です。必要であれば、生の状態で再利用することもできるでしょう。
255未満の明るさのLED
LEDが最大輝度ではないときに表示される画像の線について疑問に思われた方は、次の図をご覧ください。興味深いことに、これらの線は黒ではなく白に見えます。これは、断続的な暗闇を補正しようとした画像が、フルパワーLEDによって白く消えたことに対応している可能性があります。私は顕微鏡写真の専門家ではないので、LEDが点灯しているところを撮影できたことに驚きました。読者の皆さんの意見も歓迎します。