NeoPixel (WS2812B / SK6812)について調べてみた

もくじ[Table of Contents]

• NeoPixelとは
• 代表的なバリエーション
  • WS2812B / SK6812 (5050／無印)
  • MINI (3535)
  • SK6812 MINI-e
  • SK6812 Side / WS2812B-4020
  • SK6812-2020
  • WS2812C-2020 / WS2812B-2020
  • SK6805-1515
  • WS2812D / PL9823 (Diffused Through-Hole LED)
  • SK6812-RGBW
    • SK6812-RGBW-BW
    • SK6812-RGBW-NW
    • SK6812-RGBW-WS
• その他の型番
  • DotStar (SK9822)
  • WS2811
  • WS2813
  • WS2815
  • WS2822S

みんな大好きNeoPixelについて調べてみました。ピカピカ光る電子工作や大きなフルカラー電光掲示板みたいなプロジェクトはだいたいコレを使ってますね。

自作キーボード界隈でもお馴染みで、個々のキーを光らせるためのLEDはほぼ100%これじゃないでしょうか。
CherryMXやGateronなど、キースイッチと言えば昔は単色の砲弾型LEDを手前に搭載可能でしたが、近年はKailhのBOXシリーズに代表されるようにSMDタイプのLEDを前提としたものが殆どな気がします。さらにロープロファイルやXスイッチではSMDタイプですら干渉してしまうので、基板に穴を空けて裏から実装する形が主流になりました。

NeoPixelとは

RGBそれぞれのLEDと極小マイコンを内蔵し、AarduinoやESP32からは1本のGPIOで好きな色に光らせる事ができるフルカラーLED。その上数珠《じゅず》繋《つな》ぎに連結できるので、数が増えても信号線は1本で済み、かつ好きな位置のLEDを個別に点灯できる。

標準的な5mm×5mmのSMDタイプの他に、より小さなものや基版に対して垂直面が光るサイドタイプ、昔ながらの砲弾型スルーホールタイプなど様々な形状がある。
細長いテープに大量のNeoPixelが配置されていて、好きな位置で切って使えるストリップタイプも一般的。他にブレッドボードで使いやすいようピンヘッダーを付けたものや、円形や格子状に配置済みのPCBモジュールもよく見かける。

正式な型番はWS2812BとSK6812で、NeoPixelと言えば通常はこれらを指す。WS2812（Bなし）は6ピン（うち1ピンはNC）で、後に電源入力を1本に統合／逆接続保護回路が付いて4ピンとなったWS2812Bが登場した。SK6812はそのクローン品で、WS2812Bと全く同じプロトコルで動かせる。
ちなみにNeoPixelというのはAdafruitによるブランド名らしい。

5V駆動なので、ESP32など3.3Vのマイクロコントローラーから使うには3.3Vから5Vへのロジックレベル変換が必要。

消費電流は形状によりけりで1個につき5mA～12mAくらい。SK68xxシリーズについては、末尾2桁が使用電流を表す事になっていてわかりやすい。SK6812であれば12mA、SK6805-1515なら5mAといった具合。ちなみに68の部分はICシリーズ名を表す。

AdafruitによるNeoPixelの詳しい接続ガイド。
↓

The Magic of NeoPixels | Adafruit NeoPixel Überguide | Adafruit Learning System
https://learn.adafruit.com/adafruit-neopixel-uberguide/the-magic-of-neopixels

WS281x系の製造メーカーであるWorldsemiと、SK68xxシリーズのメーカーNORMANDのサイト。多種多様な型番が並ぶ。むしろ多すぎて違いがワカラン。
↓

WORLDSEMI CO., LIMITED
http://www.world-semi.com/

Shenzhen Normand Electronic Co.,Ltd
http://www.normandled.com/

代表的なバリエーション

WS2812BシリーズとSK68xxシリーズそれぞれ様々なサイズが用意されている中から代表的なもの、概ね入手しやすいものをリストアップしてみた。ここに挙げた以外にもディフューザーが付いたやつとか、細かいサイズ違いとか、キリがない。

ちなみに下記記事にWS2812B-5050、3535、SK6805-2427、WS2812-2020、SK6805-1515の大きさ比較写真があった。厚みの写真もあってわかりやすい。

Neo Pixel サイズ比較 - ikkei blog
https://blog.goo.ne.jp/jh3kxm/e/b7b84bcc061b6096775b6b76dff42524

WS2812B / SK6812 (5050／無印)

標準的な5mm四方のSMDタイプ。厚みは1.65mm。型番にサイズを付与してSK6812-5050のような表記になっていることもある。

写真のように光源の周囲が白いものと、黒く塗られているものがあり、黒い方はWS2812B-Bのように-Bが後ろについてたりする。秋月に白も黒も取り扱いがある。

マイコン内蔵ＲＧＢＬＥＤ　ＷＳ２８１２Ｂ　（２個入）: LED(発光ダイオード) 秋月電子通商-電子部品・ネット通販
https://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-07915/

マイコン内蔵ＲＧＢＬＥＤ　ＷＳ２８１２Ｂ－Ｂ　（２個入）: LED(発光ダイオード) 秋月電子通商-電子部品・ネット通販
https://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-16029/

SK6812 LED-Shenzhen Normand Electronic Co.,Ltd
http://www.normandled.com/Product/view/id/795.html

MINI (3535)

3.5mm四方の小型版。サイズ表記でSK6812-3535のように書かれていることもある。正確には3.7mm×3.5mmで少し縦長。厚みは1.95mm (WS2812B-MINI, SK6812-MINI-HS)、または1.1mm (SK6812-MINI)。WS2812B-MINIのSK6812版がSK6812-MINI-HSで、無印のSK6812-MINIはWS2812B-MINIとは違って背が低いのでややこしい。
これも上部の周囲が白いものと黒いものがある。

以前は自作キーボードでも使われていたが、キースイッチと干渉しない（基板表面に飛び出さない）ようにするため、基板裏から基板上の穴にはめ込み、本体裏のパッドと基板の間をハンダで橋渡しするような高度なハンダ技術《スキル》が要求された。そのため今ははんだ付けし易い後述のmini-eがよく使われている。

SK6812miniがトラウマになっている人々へ | 25KEYS
https://www.sho-k.co.uk/tech/1518.html

SK6812 Mini 3535 LED Chip-Shenzhen Normand Electronic Co.,Ltd
http://www.normandled.com/Product/view/id/815.html

マイコン内蔵ＲＧＢＬＥＤ　ＳＫ６８１２ＭＩＮＩ（５個入）: LED(発光ダイオード) 秋月電子通商-電子部品・ネット通販
https://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-15477/

SK6812 MINI-e

SMDタイプのminiと違い、パッドが左右に飛び出していてハンダ付けしやすくなっている。
基板表面に飛び出さないため、自作キーボードでキースイッチを光らせるLEDとして頻繁に採用されている。と言うか、ほぼほぼメカニカルキーボードのためだけに登場した形状なのでは…… 普通の電子工作ではLEDが基板表面に飛び出てて困ることないし。NeoPixelは殆どSMDタイプなので、手ハンダしやすいというメリットはあるかも。

マイコン内蔵ＲＧＢＬＥＤ　ＳＫ６８１２ＭＩＮＩ－Ｅ（５個入）: LED(発光ダイオード) 秋月電子通商-電子部品・ネット通販
https://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-15478/

SK6812 Side / WS2812B-4020

光源が横にあり、表面実装した時にPCBに対して垂直面が光る。大きさは2mm×4mmでちょっと細長。高さ（厚み）は1.5mmなので5050と同じくらい。

工夫次第で間接光が演出できるオサレな形状だが、その分芸術センスが要求される…… 気がする。自作キーボードでは本体の周囲を光らせる用途で使われていたりする。SK6812版は秋月に取扱あり。

サイドビューマイコン内蔵ＬＥＤ　Ｓ６８１２Ｓｉｄｅ（５個入）: LED(発光ダイオード) 秋月電子通商-電子部品・ネット通販
https://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-13447/

SK6812 Side 4020 LED-Shenzhen Normand Electronic Co.,Ltd
http://www.normandled.com/Product/view/id/825.html

SK6812-2020

MINIより更に小さい2mm平方サイズ。厚みも0.65mmしかない。もはや全体がLEDといった体《てい》で5050のような周囲の縁はなし。電光掲示板的な用途なら、同じ面積により多く敷き詰められるので繊細なディスプレイが作れそう。

SK6812-EC20 LED-Shenzhen Normand Electronic Co.,Ltd
http://www.normandled.com/Product/view/id/839.html

WS2812C-2020 / WS2812B-2020

2020とサイズはほぼ同じだが、こちらはパッドが端面スルーホール（Castellated Holes）っぽい形状でLED部分より左右に伸びている。
普通に表面実装する以外にも、基板に適切な大きさの穴を開ければSK6812 MINI-eのように裏から基板表面に出ない形の実装もできそう。

CとBの違いについては、WorldsemiのサイトによるとWS2812Cは5mA、WS2812Bは16mAで消費電力が異なる。そしてWS2812B-2020はNormandにもあって、Worldsemiのものと比べると縁に黒いラインがあったりと全体的に黒っぽい。消費電力は同じ16mAのようだ。
WS2812C-2020は秋月に取り扱いがある。

マイコン内蔵ＲＧＢＬＥＤ　ＷＳ２８１２Ｃ－２０２０（１０個入）: LED(発光ダイオード) 秋月電子通商-電子部品・ネット通販
https://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-15068/

WS2812B-2020 LED-Shenzhen Normand Electronic Co.,Ltd
http://www.normandled.com/Product/view/id/838.html

SK6805-1515

極小、1.5mm平方サイズ。厚みは0.65mmで2020と同じ。ここまで来るとSMD 0603パッケージの単色チップLEDと同じ感覚で使えそう。SK6805-EC15という表記もある。
NORMANDのサイトによると更《さら》に小さいSK6805-EC14という1.4mmサイズも存在するが、あまり流通していないようだ。まあ、0.1mmしか違わないんじゃ誤差だもんね……

SK6805-EC15/SK6803-EC15 LED-Shenzhen Normand Electronic Co.,Ltd
http://www.normandled.com/Product/view/id/842.html

WS2812D / PL9823 (Diffused Through-Hole LED)

スルーホールタイプの砲弾型のもの。直径8mmのxxxx-F8と5mmのxxxx-F5があり、秋月ではPL9823について両方の取り扱いがある。Diffusedとある通り、白濁した半透明のLEDとなっている。透明のタイプも過去には存在したらしい。
NeoPixelと同じライブラリで問題なく扱えるようだが、電源投入時に青く光ってしまうという情報があった。

これにはWS2812Bではなく、それと同じようなWS2811というICが使われています。
このLEDに電源入れると、一瞬青色に光ります。
それも最高輝度で...
暗いところで電源投入をすると目くらましレベルですよ。

WS2811搭載のLEDの電源投入時の挙動が気になる | なんでも独り言

マイコン内蔵ＲＧＢＬＥＤ　８ｍｍ　ＰＬ９８２３－Ｆ８: LED(発光ダイオード) 秋月電子通商-電子部品・ネット通販
https://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-08412/

マイコン内蔵ＲＧＢＬＥＤ　５ｍｍ　ＰＬ９８２３－Ｆ５: LED(発光ダイオード) 秋月電子通商-電子部品・ネット通販
https://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-08411/

SK6812-RGBW

RGBの他に白LEDも搭載した4色バージョンで、完全な白や淡い色などより豊かな色が表現可能になっている。と言っても、Arudinoのコードから光らせる時はRGBの他にWの値も直接指定しなければならないので、光の色を理想通り操るには多少の経験が必要な気がする。
白色LEDの色でさらに下記の3種類がある。

SK6812-RGBW-BW

Blue White、昼光色。青に近い色。色温度は5500-10000K。販売サイトによってはCW (Cool White)の表記になっていることもある。

SK6812-RGBW-NW

Natural White、昼白色。3800-4800K。色としての自然な白を出したいならコレだろうか？

SK6812-RGBW-WS

Warm Sunlight、電球色。2700-3200K。WW (Warm White)の表記になっていることもある。

SKC6812RGBW LED-Shenzhen Normand Electronic Co.,Ltd
http://www.normandled.com/Product/view/id/892.html

その他の型番

アップグレードした後継品的なものなど、型番が若干異なるLEDも沢山あるのですが、あまり普及していないと言うか、WS2812Bが圧倒的に普及しすぎていると言うか……
しかもそういった仕様の異なるLEDはNeoPixelと互換性がなかったりする事から来るトラブルもあって、結局「WS2812B(SK6812)しか勝たん……」みたいに書かれているのをちょいちょい見かけます。

正直、色々ありすぎてよくわからんかった……
なので以下はあくまで参考程度にして下さい。嘘書いてる可能性が高い。
警告したからね！ワイは知らんよ！

DotStar (SK9822)

これはNeoPixelと同じように普及していて、より高速に点灯できるので視覚効果（POV^※）ディスプレイ用途ではこちらの方が向いている。SPI通信を使うので信号線は2本必要になっている。

“DotStar”も “NeoPixel”と同じようにたぶんAdafruitでの呼び名だと思う。Adafruitで扱われているLEDストリップのページにはSK9822のデータシートがあるので、SK9822をDotStarと呼んでいるのだろう。
あとAPA102という型番がつくものもDotStar互換っぽい。

• POV persistence-of-vision
  1列に並んだLEDを高速でくるくる回すと文字が浮かび上がってくるみたいなやつ。

Overview | Adafruit DotStar LEDs | Adafruit Learning System
https://learn.adafruit.com/adafruit-dotstar-leds/overview

WS2811

WS2812より古いバージョンで、ICがLEDの外にある。したがって基本的にはテープ状のもの。と言うか、LEDとICが別になっているので、WS2811は正確には制御ICの事を指すのだと思われる。
またIC一つが3つのLEDを操作するようになっているので、LED3つを使って一色を表現する模様。WS2812Bと違って12V駆動。

WS2801 VS WS2811 VS WS2812デジタルピクセルLEDストリップ-ピクセルLEDブログ-Shenzhen Suntech Company Limited
http://ja.addressablestrip.com/info/ws2801-vs-ws2811-vs-ws2812-digital-pixel-led-s-38199684.html

WS2813

信号線が2本になっていて、途中のLEDが壊れていても大丈夫。電源はWS2812Bと同じ5V。リフレッシュレートも高い？

WS2815

WS2812Bは5Vなので、大量のLEDを点灯させようとすると電圧降下で途中から色がおかしくなってしまうが、WS2815は12V駆動になっており、大量のLEDでも色が変にならない。
またWS2813同様、信号線が2本で途中のLEDに不具合があってもそれ以降には影響がない。

WS2815フルカラーLEDテープの使い方 - The blog of H.Fujimoto
https://www.h-fj.com/blog/archives/2020/02/03-110449.php

WS2822S

型番から察するにSK9822はこのWS2822のクローン、ということはDotStarと同等品？
秋月で普通に売ってる。

WS2822S – スイッチサイエンス
https://trac.switch-science.com/wiki/WS2822S

シリアルLED（WS2822S）をつかってみました。 – スイッチサイエンス マガジン
https://mag.switch-science.com/2015/02/04/ws2822s/

マイコン内蔵ＲＧＢＬＥＤ　ＷＳ２８２２Ｓ　（２個入）: LED(発光ダイオード) 秋月電子通商-電子部品・ネット通販
https://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-09251/

調べれば調べる程新しい型番が出てきてキリがないのでこの辺で切り上げたいと思います。ちかれた……

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