Hangolható LED modulok CSP-COB alapján
Absztrakt: A kutatások kimutatták a fényforrások színe és az emberi cirkadián ciklus közötti összefüggést. A színek környezeti igényekhez való igazítása egyre fontosabbá vált a kiváló minőségű világítási alkalmazásokban. A tökéletes fényspektrumnak a napfényhez legközelebb álló tulajdonságokat kell mutatnia magas CRI mellett, de ideális esetben ez az. az emberi érzékenységre hangolva.Az emberközpontú lámpát (HCL) a változó környezetnek megfelelően kell megtervezni, mint például a többcélú létesítmények, tantermek, egészségügyi ellátás, valamint a hangulat és az esztétika megteremtése érdekében.A hangolható LED-modulokat a chip-skálás csomagok (CSP) és a chip on board (COB) technológia kombinálásával fejlesztették ki.A CSP-k egy COB kártyába vannak integrálva, hogy nagy teljesítménysűrűséget és színegyenletességet érjenek el, miközben új színhangolhatósági funkciót adnak hozzá. A kapott fényforrás folyamatosan hangolható a világos, hidegebb színű nappali világítástól a halványabb, melegebb világításig esténként, Ez a dokumentum részletezi a LED-modulok tervezését, folyamatát és teljesítményét, valamint alkalmazásukat melegen tompított LED-es tolólámpákban és függőlámpákban.
Kulcsszavak:HCL, cirkadián ritmusok, hangolható LED, kettős CCT, meleg tompítás, CRI
Bevezetés
Az általunk ismert LED több mint 50 éve létezik.A fehér LED-ek közelmúltbeli fejlesztése az, ami más fehér fényforrások helyettesítőjeként hozta a nyilvánosság elé. A hagyományos fényforrásokhoz képest a LED nemcsak az energiatakarékosság és a hosszú élettartam előnyeit kínálja, hanem megnyitja a kaput a új tervezési rugalmasság a digitalizáláshoz és a színhangoláshoz.Két fő módja van a nagy intenzitású fehér fényt generáló fehér fénykibocsátó diódák (WLED) előállításának.Az egyik, hogy egyedi LED-eket használnak, amelyek három elsődleges színt – pirosat, zöldet és kéket – bocsátanak ki. -majd keverje össze három színt, hogy fehér fényt hozzon létre. A másik, hogy foszfor anyagokat használjon a monokromatikus kék vagy lila LED-fény széles spektrumú fehér fénnyel történő átalakítására, nagyjából ugyanúgy működik, mint a fluoreszkáló izzók. Fontos megjegyezni hogy az előállított fény „fehérségét” alapvetően az emberi szemnek megfelelően alakították ki, és a helyzettől függően előfordulhat, hogy nem mindig helyénvaló fehér fénynek tekinteni.
Az intelligens világítás manapság kulcsfontosságú terület az okos épületben és az okos városban. Egyre több gyártó vesz részt az új konstrukciók okosvilágításának tervezésében és telepítésében. Ennek következménye, hogy hatalmas mennyiségű kommunikációs mintát valósítanak meg a különböző márkájú termékekben. ，mint például a KNx ) BACnetP', DALI, ZigBee-ZHAZBA', PLC-Lonworks stb. Az egyik kritikus probléma ezeknél a termékeknél, hogy nem tudnak egymással együttműködni (azaz alacsony a kompatibilitás és a bővíthetőség).
A változó fényszínt biztosító LED-es lámpatestek a szilárdtest-világítás (SSL) korai napjai óta jelen vannak az építészeti világítástechnikai piacon. A színre hangolható világítás azonban továbbra is folyamatban van, és bizonyos mennyiségű házi feladatot igényel az intézménytől. megadja, hogy a telepítés sikeres legyen.A LED-es lámpatestekben a színhangolás típusainak három alapvető kategóriája van: fehér hangolás, melegre tompított és színes hangolás. Mindhárom kategória vezérelhető vezeték nélküli jeladóval a Zigbee, Wi-Fi, Bluetooth vagy Bluetooth segítségével. más protokollok, és vezetékesen vannak bekötve az áramellátáshoz. Ezen opciók miatt a LED lehetséges megoldásokat kínál a szín vagy a CCT megváltoztatására, hogy megfeleljen az emberi cirkadián ritmusoknak.
cirkadián ritmusok
A növények és állatok viselkedési és fiziológiai változásai körülbelül 24 órás cikluson át mutatnak, amelyek egymást követő napokon keresztül ismétlődnek – ezek cirkadián ritmusok. A cirkadián ritmusokat exogén és endogén ritmusok befolyásolják.
A cirkadián ritmust a melatonin szabályozza, amely az agyban termelődő egyik fő hormon.És álmosságot is indukál. A melanopszin receptorok ébredéskor kék fénnyel állítják be a cirkadián fázist azáltal, hogy leállítják a melatonintermelést. Az esti, azonos kék hullámhosszú fénynek való kitettség zavarja az alvást és megzavarja a cirkadián ritmust. A cirkadián deszinkronizáció megakadályozza, hogy a szervezet teljes mértékben belép az alvás különböző fázisaiba, ami kritikus helyreállító idő az emberi test számára. Ezenkívül a cirkadián zavar hatása túlmutat a nappali tudatosságon és az éjszakai alváson.
Az emberek biológiai ritmusai általában többféle módon mérhetők: alvási/ébrenléti ciklus, magtesthőmérséklet, melatonkoncentráció, kortizolkoncentráció és alfa-amiláz koncentráció.8 De a fény a cirkadián ritmus elsődleges szinkronizálója a földi helyzethez, mivel A fényintenzitás, a spektrum eloszlása, az időzítés és az időtartam befolyásolhatja az emberi cirkadián rendszert. Ez hatással van a napi belső órára is.A fény expozíciós ideje előre vagy késleltetheti a belső órát." A cirkadián ritmus befolyásolja az ember teljesítményét és kényelmét stb. Az emberi cirkadián rendszer a legérzékenyebb a fényre 460 nm-en (a látható spektrum kék tartománya), míg a vizuális rendszer a legérzékenyebb 555 nm-re (zöld régió). Így egyre fontosabbá válik a hangolható CCT és az intenzitás felhasználása az életminőség javítására. A színes hangolható LED-ek integrált érzékelő- és vezérlőrendszerrel fejleszthetők úgy, hogy megfeleljenek az ilyen nagy teljesítményű, egészséges világítási követelményeknek .
1. ábra A fénynek kettős hatása van a 24 órás melatonin profilra, az akut hatás és a fázisváltó hatás.
Csomag kialakítása
Ha beállítja a hagyományos halogén fényerejét
lámpa, a szín megváltozik.A hagyományos LED azonban nem képes beállítani a színhőmérsékletet a fényerő változtatása közben, és más hagyományos világítás azonos változását utánozza.A korábbi napokban sok izzó LED-et használ a PCB kártyán kombinált különböző CCT LED-ekkel
módosítsa a világítás színét a hajtóáram megváltoztatásával.A CCT vezérléséhez összetett áramköri fénymodul-tervezésre van szükség, ami nem könnyű feladat a lámpatestgyártó számára. A világítási tervezés előrehaladtával a kompakt világítótestek, például a spotlámpák és az alsó lámpák, kis méretű, nagy sűrűségű LED-modulokat igényelnek. Mind a színhangolási, mind a kompakt fényforrás követelményeit kielégítik, hangolható színes COB-ok jelennek meg a piacon.
A színhangoló típusoknak három alapvető szerkezete létezik, az első a meleg CCT CSP és a hideg CCT CsP kötést használja a PCB kártyán közvetlenül, ahogy a 2. ábrán is látható. A második típusú hangolható COB LES-vel, amely több különböző CCT foszfor csíkkal van feltöltve. ábrán látható szilikonok
3.Ebben a munkában a harmadik megközelítés a meleg CCT CSP LED-ek kék flip-chipekkel és szorosan egy hordozóra rögzített forrasztással történő keverésével. Ezután fehér fényvisszaverő szilikon gát kerül kiosztásra a meleg fehér CSP-k és kék flip-chipek körül. , meg van töltve foszfortartalmú szilikonnal, hogy kiegészítse a kétszínű COB modult, ahogy az a 4. ábrán látható.
4. ábra Meleg színű CSP és kék flip chip COB (Structure 3 – ShineOn fejlesztés)
A 3-as szerkezethez képest az 1-es szerkezetnek három hátránya van:
a) A színkeverés a különböző CSP-fényforrások között a különböző CCT-kben nem egyenletes a foszfor-szilikonnak a CSP-fényforrások chipjei által okozott szegregációja miatt;
(b) A CSP fényforrás fizikai érintéssel könnyen megsérül;
(c) Az egyes CSP fényforrások hézaga könnyen felfogja a port, ami csökkenti a COB lumenét;
A Structure2-nek is vannak hátrányai:
(a) Nehézségek a gyártási folyamat szabályozásában és a CIE ellenőrzésében;
(b) A színkeverés a különböző CCT-szelvények között nem egyenletes, különösen a közelmezős mintázat esetében.
Az 5. ábra összehasonlítja az MR 16 lámpákat, amelyek a 3. (balra) és az 1. szerkezetű (jobbra) fényforrással készültek.A képen azt láthatjuk, hogy az 1-es szerkezet világos árnyalatú a kibocsátó terület közepén, míg a 3-as szerkezet fényintenzitás-eloszlása egyenletesebb.
Alkalmazások
A Structure 3-at használó megközelítésünkben két különböző áramköri kialakítás létezik a fényszín és a fényerő hangolására.Az egycsatornás áramkörben, amelynek egyszerű meghajtókövetelménye van, a fehér CSP string és a kék flip-chip string párhuzamosan csatlakozik. A CSP karakterláncon fix ellenállás található.Az ellenállásnál a meghajtó áram felosztásra kerül a CSP-k és a blue chipek között, ami a szín és a fényerő megváltozását eredményezi. A részletes hangolási eredményeket az 1. táblázat és a 6. ábra mutatja. Az egycsatornás áramkörök színhangolási görbéje a 7. ábrán látható.A CCT a hajtóárammal növeli.Két hangolási viselkedést valósítottunk meg, az egyik hagyományos halogén izzót emulál, a másik pedig lineárisabb hangolást.A hangolható CCT tartomány 1800K és 3000K között van.
Asztal 1.Fluxus és CCT változás a ShineOn egycsatornás COB Model 12SA meghajtó áramával
7. ábra CCT hangolás a feketetest görbével együtt meghajtó árammal az egycsatornás áramkör által vezérelt COB(7a) és a két
hangolási viselkedés relatív fénysűrűséggel a halogén lámpához képest (7b)
A másik kialakítás kétcsatornás áramkört használ, ahol a CCT hangolható elrendezése szélesebb, mint az egycsatornás áramkör. A CSP húr és a kék flip-chip húr elektromosan elkülönül a hordozón, ezért speciális tápellátást igényel. A szín és a fényerő hangolása a két áramkör meghajtása a kívánt áramszinten és arányon.A ShineOn kétcsatornás COB 20DA modell 8. ábráján látható 3000k-tól 5700Kas-ig hangolható. A 2. táblázat felsorolja a részletes hangolási eredményt, amely közelről szimulálja a nappali fényváltozást reggeltől estig. A foglaltságérzékelő és a vezérlés kombinálásával áramkörök, ez a hangolható fényforrás növeli a kék fénynek való kitettséget nappal, és csökkenti a kék fénynek való kitettséget éjszaka, elősegíti az emberek jólétét és az emberi teljesítményt, valamint az intelligens világítási funkciókat.
Összegzés
A hangolható LED-modulokat kombinálással fejlesztették ki
chip scale csomagok (CSP) és chip on board (COB) technológia.A CSP-ket és a kék flip chipet egy COB kártyába integrálták a nagy teljesítménysűrűség és a színek egyenletességének elérése érdekében, a kétcsatornás struktúrát pedig szélesebb körű CCT hangolás elérésére használják olyan alkalmazásokban, mint például a kereskedelmi világítás.Az egycsatornás szerkezet a halogénlámpát emuláló, halogénlámpát emuláló, fényerő-melegítés funkciót biztosít olyan alkalmazásokban, mint az otthoni és a vendéglátás.
978-1-5386-4851-3/17/31,00 USD 02017 IEEE
Elismerés
A szerzők szeretnének megköszönni a The National Key Research and Development támogatását
Kína programja (2016YFB0403900).Ezenkívül a ShineOn (Peking) munkatársainak támogatása
A Technology Co.-t szintén hálásan köszönjük.
Hivatkozások
[1] Han, N., Wu, Y.-H.és Tang, Y "Research of KNX Device
Csomópont és fejlesztés a busz interfész modulon alapul, 29. Kínai Vezérlési Konferencia (CCC), 2010, 4346-4350.
[2] Park, T. és Hong, SH, „A New Proposal of Network Management System for BACnet and Its Reference Model”, 8. IEEE International Conference on Industrial Informatics (INDIN), 2010, 28-33.
[3] Wohlers I, Andonov R. és Klau GW, „DALIX: Optimal DALI Protein Structure Alignment”, IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics, 10, 26-36.
[4] Dominguez, F, Touhafi, A., Tiete, J. és Steen haut, K.,
„Együttélés a WiFi-vel egy otthoni automatizálási ZigBee termékhez” IEEE 19. Szimpózium a Kommunikációs és Járműtechnológiáról a Benelux államokban (SCVT), 2012, 1-6.
[5]Lin, WJ, Wu, QX és Huang, YW "Automatic Meter Reading System Based on Power Line Communication of LonWorks", Nemzetközi Technológiai és Innovációs Konferencia (ITIC 2009), 2009, 1-5.
[6] Ellis, EV, Gonzalez, EW et al, „Auto-tuning Daylight with LEDs: Sustainable Lighting for Health and Wellbeing”, Proceedings of the 2013 ARCC Spring Research Conference, 2013. március
[7] A Lighting Science Group fehér könyve "Lighting: the Way to Health & Productivity", 2016. április 25.
[8] Figueiro, MG, Bullough, JD, et al, "Előzetes bizonyítékok a cirkadián rendszer éjszakai spektrális érzékenységének változására", Journal of Circadian Rhythms 3:14.2005. február.
[9]Inanici, M, Brennan, M, Clark, E, Spectral Daylighting
Szimulációk: Computing Circadian Light", 14th Conference of International Building Performance Simulation Association, Hyderabad, India, 2015. december.