通常、電子回路は動作ステータスを送信する必要があり、インジケーターライトはこの要件を満たす簡単な方法になります。照明ソリューションでは、LED ライトは従来の光源よりもエネルギー消費が少なくなります。 LED ライトの低エネルギー消費は、バッテリ電源が非常に貴重な組み込みシステム機器にとって大きな利点です。
赤、黄、緑の 3 色だけの基本的な信号システムが作業に必要な場合は、シンプルな RYG 表示灯で要件を満たすことができます。この場合、赤色のライトは危険または停止を示し、緑色のライトはすべてのシステムが正常に動作していることを示します。 RYG システムは、基本的な計器パネルや産業用信号塔に使用される伝統的なソリューションです。
赤、緑、青（RGB）LEDインジケーターが希望の状態に応じて異なる色に点灯し、視覚的な表示機能を実現します。 RGB LED インジケータライトは豊かな色とより直観的な微妙な情報を提供します。たとえば、グラデーション バーの温度範囲では、温度レベルを表すためにさまざまな色の色合いが必要です。
さらに、RGB LED インジケータライトを調整して希望の色を表示できるため、2 つまたは 3 つの異なるインジケータライトの機能が可能になり、必要なスペースが少なくなります。
RGB LED インジケータ ライトは、頑丈な機械の表示画面、スマート ホーム デバイス、産業用途の組み込みシステムなど、広く使用されています。たとえば、APEM の Q10/14/16/19/22 シリーズ RGB (図 1) は、最大 100,000 時間の寿命で、ほぼ無制限の色の選択を提供できます。 RGB LED は、より少ないエネルギー消費でより多くの色を生成できるため、現代の計器やメーターでは通常、好んで選択されます。
APEM Q10/14/16/19/22 シリーズ RGB LED インジケータライト
APEM の RGB LED インジケータ ライトは、パルス幅変調 (PWM) テクノロジーを使用して制御でき、カラフルな外観を実現します。 (画像出典: DigiKey)
RGB LEDの動作原理
ドライバーは、LED に送られる電流を制御することでカラー表示を制御します。 8 ビットを使用して、各チャネル (R、G、または B) に必要な色の量を表します。たとえば、赤チャネルの 8 ビット値 00000000 は、最終合成に赤成分が含まれていないことを示します。各 8 ビット値は 0 と 1 の組み合わせで構成されているため、各カラー モジュールは 0 ～ 255 の範囲の 28 (または 256) の異なる値を表すことができます。
これら 256 の値はそれぞれ、赤、緑、青の色の強度の微妙な変化を表します。赤、緑、青の要素の 256 個の値をさまざまな組み合わせで調整することで、回路設計者は何百万もの色調、具体的には 256 x 256 x 256、つまり 1,670 万色を得ることができます (図 2)。
RGB カラーのキューブ マッピング モデル
図 2: 立方体にマッピングされた RGB カラー モデル。水平の x 軸は、左に向かって増加する赤色の値を表し、y 軸は、右下に向かって増加する青色の値を表し、垂直の z 軸は、右上に向かって増加する緑色の値を表します。隠れた頂点に位置する原点は黒に対応します。 (画像出典: SharkD、CC BY-SA 4.0);ウィキメディア・コモンズ）
たとえば、マゼンタの RGB 値の 3 成分は、R: 255、G: 0、B: 255 と設定されます。また、ライトパープルの RGB 値は、R: 223、G: 255、B: 0 となります。
RGB LED インジケータ ライトを特定の色で表示するには、各カラー モジュールに供給される電力を調整して、赤、緑、青の成分の強度を微調整する必要があります。 LED の動的調光には、定電流低減 (CCR) とパルス幅変調 (PWM) の 2 つの方法があります。
CCR 方式は、LED に送られる電流を減らすことによって光出力を変更します。この方法は簡単ですが、いくつかの利点があります。一方、PWM 方式は一定の電流を維持しますが、LED に連続的に電流を供給するのではなく、高速パルス方式で電流を供給し、1 秒間に複数回 LED をオン/オフします。 LED が発する光の強度は、電流がオンになる時間に直接比例します。これは「デューティ サイクル」と呼ばれます。
PWM は、最終的なカラー出力を正確に制御できるため、RGB LED インジケータ ライトを制御するのに特に便利な技術です。さらに、この技術は、出力を高レベルと低レベルの間で切り替えるデジタル制御用のマイクロコントローラーも使いやすくなっています。
RGB LED インジケータライトの美しいデザイン
表示灯を電気機器やヒューマン マシン インターフェイス (HMI) の表示画面やコントロール パネルで使用する場合は、機器とより完全に統合する必要があります。従来のデュアルピン LED は通常、頑丈なベースに固定する必要があり、通常はパネルの穴から突き出ています。目立つ LED インジケータ ライトは、設計者の頭の中にあるデバイスの美的魅力と一致しない可能性があります。また、表示灯の突起部が破損する恐れがあります。
一方、パネル取り付け型表示灯はパネルに固定できるため、設計と設置が簡素化されます。この場合、境界線は見た目の美しさを確保しながら取り付けブラケットとして機能します。ボーダースキームには光沢のあるテクスチャーが施されており、LEDがパネルから露出して損傷しやすいのを防ぎます。
ボーダースキームでも、RGB LED インジケータライトは埋め込みまたは突出したボーダーで設置できます。パネルと面一のフラッシュフレームでスタイリッシュかつモダンな外観です。対照的に、縁が盛り上がった LED ランプシェードは、パネル表面からわずかに突き出て、わずかに盛り上がった構造を形成します。表示された色をさまざまな角度から観察する必要がある場合、このわずかな膨らみは特に便利です。この盛り上がった境界線は、日当たりの良い屋外環境やまぶしい光が当たる工業環境に設置した場合に識別しやすくなります。境界線の選択方法は、最終的には特定のアプリケーションによって異なります。照明が不十分な環境では、インジケーターライトがより鮮明で視認性が高いことが求められるため、盛り上がったインジケーターライトがより良い選択となります。設計エンジニアが美観のみを考慮する場合は、埋め込み設置の方が良い選択です。
フレームに加えて、パネルに取り付けられた表示灯では、回路設計者が機構の観点から表示灯を収容できるパネル開口部を決定する必要があります。取り付けプロセスをスピードアップするために、スナップフィット取り付けを使用することもできますが、この取り付け方法ではより正確な切断が必要になります。さらに、表示灯をネジを通してパネルにねじ込むことができるため、特に激しい振動が起こりやすい環境での安全性が向上します。パネル開口部のサイズは異なる場合があります。 APEM の Q シリーズ RGB LED インジケータ ライトは、10mm、14mm、16mm、19mm、または 22mm の開口部と、同一平面または突出する境界線のオプションを提供します。
適切な RGB LED インジケータ ライトを選択してください
多様なオプションを考慮して、特定の用途に適した LED インジケータ ライトを適合させるためのいくつかの標準を以下に示します。
共通アノードまたは共通カソード: 共通アノードでは、赤、緑、および青の発光デバイスが正極 (アノード) 接続を共有し、共通カソードでは負極接続を共有します。共通アノードおよび共通カソードのパッケージを使用する LED ドライバーには、異なる電子コンポーネントが必要です。
スルーホール設置または表面実装: RGB LED インジケータライトの設置タイプ
表示灯とパネル開口部の寸法：（パネル表面取り付け方式を使用する場合）
LED表示灯の明るさと視野角
定格電圧と電流: 信頼性の高い性能を確保するには、回路の予想範囲に一致する必要があります
LED インジケータライトの制御方法: これらの方法は、マイクロコントローラーを介した個別の PWM チャネルの使用や、ドライバー集積回路の使用など多様で、後者ではより細かい調整が可能です。
振動、衝撃、ほこり、極度の高温または低温などの環境要因によって、特定の用途に必要な LED の種類が決まります。