Viritettävät LED-moduulit, jotka perustuvat CSP-COB:iin
Abstrakti: Tutkimukset ovat osoittaneet korrelaation valonlähteiden värien ja ihmisen vuorokausisyklin välillä.Värien virittämisestä ympäristön tarpeisiin on tullut yhä tärkeämpää korkealaatuisissa valaistussovelluksissa. Täydellisen valospektrin pitäisi olla ominaisuuksiltaan lähinnä auringonvaloa korkealla CRI:llä, mutta ihannetapauksessa se on sovitettu ihmisen herkkyyteen.Ihmiskeskeinen valo (HCL) on suunniteltava muuttuvan ympäristön, kuten monikäyttöisten tilojen, luokkahuoneiden, terveydenhuollon, mukaan ja luoda tunnelmaa ja estetiikkaa.Viritettävät LED-moduulit kehitettiin yhdistämällä sirukokopaketteja (CSP) ja chip on board (COB) -tekniikkaa.CSP:t on integroitu COB-kortille korkean tehotiheyden ja värien tasaisuuden saavuttamiseksi, samalla kun ne lisäävät uuden värin säädettävyyden toiminnon. Tuloksena olevaa valonlähdettä voidaan jatkuvasti virittää kirkkaasta, viileämmistä valoista päivällä himmeämpään, lämpimämpään valaistukseen illalla, Tässä artikkelissa kerrotaan LED-moduulien suunnittelusta, prosessista ja suorituskyvystä sekä niiden käytöstä lämpimässä himmennys- ja riippuvalaisimissa.
Avainsanat:HCL, vuorokausirytmit, viritettävä LED, kaksois-CCT, lämmin himmennys, CRI
Johdanto
LED sellaisena kuin sen tunnemme on ollut olemassa yli 50 vuotta.Valkoisten LEDien viimeaikainen kehitys on tuonut sen julkisuuteen korvaamaan muita valkoisia valonlähteitä. Perinteisiin valonlähteisiin verrattuna LEDillä ei ole vain energiansäästön ja pitkän käyttöiän etuja, vaan se myös avaa oven uutta suunnittelun joustavuutta digitoinnissa ja värien virittämisessä.On kaksi ensisijaista tapaa tuottaa valkoisia valoa emittoivia diodeja (WLED), jotka tuottavat korkean intensiteetin valkoista valoa.Yksi on käyttää yksittäisiä LEDejä, jotka lähettävät kolmea pääväriä – punaista, vihreää ja sinistä. - ja sekoita sitten kolme väriä valkoisen valon muodostamiseksi. Toinen on käyttää fosforimateriaaleja monokromaattisen sinisen tai violetin LED-valon muuntamiseksi laajaspektriseksi valkoiseksi valoksi, paljolti samalla tavalla kuin loistelamppu toimii. On tärkeää huomata että tuotetun valon "valkoisuus" on pohjimmiltaan suunniteltu ihmissilmälle sopivaksi, ja tilanteesta riippuen ei välttämättä aina ole tarkoituksenmukaista ajatella sitä valkoisena valona.
Älyvalaistus on älykkään rakennuksen ja älykaupungin avainalue nykyään. Yhä useammat valmistajat osallistuvat älyvalaisimien suunnitteluun ja asennukseen uusissa rakennuksissa. Seurauksena on, että eri tuotemerkeissä toteutetaan valtava määrä viestintämalleja. ，kuten KNx ) BACnetP', DALI, ZigBee-ZHAZBA', PLC-Lonworks, jne. Yksi kriittinen ongelma kaikissa näissä tuotteissa on, että ne eivät toimi keskenään (eli huono yhteensopivuus ja laajennettavuus).
LED-valaisimet, jotka pystyvät tuottamaan vaihtelevia valovärejä, ovat olleet arkkitehtuurivalaistusmarkkinoilla solid-state-valaistuksen (SSL) alkuajoista lähtien. Värisäädettävä valaistus on kuitenkin edelleen keskeneräinen työ ja vaatii tietyn määrän kotitehtäviä. tarkenna, onnistuuko asennus.LED-valaisimissa on kolme värinsäätötyyppien perusluokkaa: valkoinen viritys, himmennetty lämpimään ja täysvärinen viritys. Kaikkia kolmea luokkaa voidaan ohjata langattomalla lähettimellä Zigbee-, Wi-Fi-, Bluetooth- tai muita protokollia, ja ne on kiinteästi kytketty rakentamaan tehoa. Näiden vaihtoehtojen ansiosta LED tarjoaa mahdollisia ratkaisuja värin tai CCT:n vaihtamiseen vastaamaan ihmisen vuorokausirytmejä.
Vuorokausirytmi
Kasveilla ja eläimillä esiintyy käyttäytymis- ja fysiologisia muutoksia noin 24 tunnin syklin aikana, jotka toistuvat peräkkäisten päivien aikana – nämä ovat vuorokausirytmejä. Vuorokausirytmeihin vaikuttavat eksogeeniset ja endogeeniset rytmit.
Vuorokausirytmiä säätelee melatoniini, joka on yksi tärkeimmistä aivoissa tuotetuista hormoneista.Ja se aiheuttaa myös uneliaisuutta. Melanopsiinireseptorit asettavat vuorokausivaihtelun sinisellä valolla heräämisen yhteydessä estämällä melatoniinin tuotannon. Altistuminen samoille sinisen valon aallonpituuksille illalla häiritsee unta ja häiritsee vuorokausirytmiä. Vuorokausivaihtelu estää kehon Unen eri vaiheisiin siirtyminen, mikä on kriittistä palautumisaikaa ihmiskeholle. Lisäksi vuorokausivaihtelun vaikutukset ulottuvat enemmän kuin tietoisuus päivällä ja yöunet.
Tietoja ihmisen biologisista rytmeistä voidaan mitata useilla tavoilla, yleensä uni/herätyssykli, kehon ydinlämpötila, melatoninpitoisuus, kortisolipitoisuus ja alfa-amylaasipitoisuus8. Mutta valo on ensisijainen vuorokausirytmien synkronoija paikalliseen sijaintiin maan päällä, koska valon intensiteetti, spektrin jakautuminen, ajoitus ja kesto voivat vaikuttaa ihmisen vuorokausijärjestelmään. Se vaikuttaa myös päivittäiseen sisäiseen kelloon.Valon altistusaika voi joko siirtää tai viivästyttää sisäistä kelloa. Vuorokausirytmit vaikuttavat ihmisen suorituskykyyn ja mukavuuteen jne. Ihmisen vuorokausijärjestelmä on herkin valolle 460 nm:ssä (näkyvän spektrin sininen alue), kun taas näköjärjestelmä on herkin. 555 nm:iin (vihreä alue). Viritettävän CCT:n ja intensiteetin käyttö elämänlaadun parantamiseksi on siis yhä tärkeämpää. Väriviritettävät LEDit, joissa on integroitu tunnistus- ja ohjausjärjestelmä, voidaan kehittää täyttämään niin korkean suorituskyvyn, terveellisen valaistuksen vaatimukset .
Kuva 1 Valolla on kaksoisvaikutus 24 tunnin melatoniiniprofiiliin, akuutti vaikutus ja vaiheenvaihtovaikutus.
Paketin suunnittelu
Kun säädät perinteisen halogeenin kirkkautta
lamppu, väri vaihtuu.Perinteinen LED ei kuitenkaan pysty säätämään värilämpötilaa samalla, kun se muuttaa kirkkautta, jäljittelee samaa muutosta joissakin tavanomaisissa valaistusissa.Aikaisempina päivinä monet polttimot käyttävät lediä eri CCT-LEDien kanssa, jotka on yhdistetty piirilevyyn
muuttaa valon väriä muuttamalla ajovirtaa.Se vaatii monimutkaisen piirin valomoduulisuunnittelun CCT:n ohjaamiseen, mikä ei ole helppo tehtävä valaisimen valmistajalle. Valaistussuunnittelun edistyessä kompakti valaisin, kuten kohdevalot ja alasvalaisimet, vaatii pieniä kokoja, suuritiheyksisiä LED-moduuleja, jotta Täyttää sekä värinsäätöä että kompakteja valonlähteitä koskevat vaatimukset, viritettävät värilliset COB:t ilmestyvät markkinoille.
Värinsäätötyypeillä on kolme perusrakennetta, joista ensimmäinen käyttää lämmintä CCT CSP:tä ja viileää CCT CsP -sidosta PCB-levyllä suoraan, kuten kuvassa 2 on esitetty. Toisen tyypin viritettävä COB, jossa on LES, joka on täytetty useilla eri CCT-loisteaineilla. kuvassa näkyvät silikonit
3. Tässä työssä kolmas lähestymistapa on sekoittaa lämpimiä CCT CSP -LED-valoja sinisillä flip-siruilla ja tiukasti juotoksilla, jotka on kiinnitetty substraattiin. Sen jälkeen levitetään valkoinen heijastava silikonipatja lämpimänvalkoisten CSP:iden ja sinisten flip-sirujen ympärille. , se on täytetty fosforipitoisella silikonilla täydentämään kaksiväristä COB-moduulia kuvan 4 mukaisesti.
Kuva 4 Lämmin värillinen CSP ja sininen flip chip COB (Structure 3 - ShineOn kehitys)
Rakenteeseen 3 verrattuna rakenteessa 1 on kolme haittaa:
(a) Värisekoitus eri CSP-valonlähteiden välillä ei ole tasaista CSP-valonlähteiden sirujen aiheuttaman fosforisilikonin erottelun vuoksi;
(b) CSP-valolähde vaurioituu helposti fyysisestä kosketuksesta;
(c) Jokaisen CSP-valonlähteen rako sitoo helposti pölyn COB-lumenin pienenemiseksi;
Rakenteella2 on myös haittapuolensa:
a) Vaikeus valmistusprosessin ohjauksessa ja CIE-ohjauksessa;
(b) Värisekoitus eri CCT-osien välillä ei ole tasaista, etenkään lähikenttäkuvion osalta.
Kuvassa 5 verrataan MR 16 -lamppuja, jotka on rakennettu rakenteen 3 (vasen) ja rakenteen 1 (oikea) valonlähteellä.Kuvasta huomaamme, että Rakenteessa 1 on valon sävy säteilevän alueen keskellä, kun taas rakenteen 3 valovoiman jakautuminen on tasaisempi.
Sovellukset
Rakenne 3:a käyttävässä lähestymistavassamme on kaksi erilaista piirimallia valon värin ja kirkkauden virittämiseksi.Yksikanavaisessa piirissä, jossa on yksinkertainen ohjainvaatimus, valkoinen CSP-merkkijono ja sininen flip-chip-merkkijono on kytketty rinnakkain. CSP-merkkijonossa on kiinteä vastus.Vastuksen avulla käyttövirta jaetaan CSP:iden ja sinisten sirujen kesken, jolloin väri ja kirkkaus muuttuvat. Yksityiskohtaiset viritystulokset on esitetty taulukossa 1 ja kuvassa 6. Yksikanavaisten piirien värivirityskäyrä on esitetty kuvassa 7.CCT kasvaa ajovirran mukaan.Olemme toteuttaneet kaksi virityskäyttäytymistä, joista toinen emuloi tavanomaista halogeenilamppua ja toinen lineaarisempaa viritystä.Viritettävä CCT-alue on 1800K - 3000K.
Pöytä 1.Vuon ja CCT:n muutos yksikanavaisen ShineOn COB Model 12SA:n käyttövirralla
Kuva 7CCT-viritys yhdessä blackbody-käyrän kanssa ohjausvirralla yksikanavaisessa piiriohjatussa COB(7a) ja kahdessa
virityskäyttäytymistä suhteellisella luminanssilla suhteessa halogeenilamppuun(7b)
Toisessa mallissa käytetään kaksikanavaista piiriä, jossa CCT-viritettävä järjestely on leveämpi kuin yksikanavainen. CSP-nauha ja sininen flip-chip-nauha ovat sähköisesti erillään alustalla, joten se vaatii erityistä virtalähdettä. Väriä ja kirkkautta säädetään ohjaa kahta piiriä halutulla virtatasolla ja -suhteella.Se voidaan virittää 3000k:sta 5700Kas:iin, joka näkyy ShineOn-kaksikanavaisen COB-mallin 20DA:n kuvassa 8. Taulukossa 2 on esitetty yksityiskohtainen viritystulos, joka voi simuloida tarkasti päivänvalon vaihtelua aamusta iltaan.Yhdistämällä läsnäoloanturin ja ohjauksen käyttö piirit, tämä viritettävä valonlähde auttaa lisäämään altistumista siniselle valolle päivällä ja vähentämään altistumista siniselle valolle yöllä, edistäen ihmisten hyvinvointia ja ihmisen suorituskykyä sekä älykkäitä valaistustoimintoja.
Yhteenveto
Viritettävät LED-moduulit kehitettiin yhdistämällä
chip scale paketit (CSP) ja chip on board (COB) -tekniikka.CSP:t ja sininen flip-siru on integroitu COB-levyyn korkean tehotiheyden ja värien tasaisuuden saavuttamiseksi. Kaksikanavaista rakennetta käytetään laajemman CCT-virityksen saavuttamiseen sovelluksissa, kuten kaupallisessa valaistuksessa.Yksikanavaista rakennetta käytetään halogeenilamppuja jäljittelevän himmeästä lämpimään -toiminnon saavuttamiseen kodin ja vieraanvaraisuuden kaltaisissa sovelluksissa.
978-1-5386-4851-3/17/31,00 $ 02017 IEEE
Tunnustus
Kirjoittajat haluavat kiittää The National Key Research and Developmentin rahoituksesta
Kiinan ohjelma (nro 2016YFB0403900).Lisäksi ShineOnin (Peking) kollegoiden tuki
Technology Co on myös kiitollinen.
Viitteet
[1] Han, N., Wu, Y.-H.ja Tang, Y "Research of KNX Device
Solmu ja kehitys perustuu väyläliitäntämoduuliin", 29th Chinese Control Conference (CCC), 2010, 4346-4350.
[2] Park, T. ja Hong, SH, "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. ja 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. ja Steen haut, K.,
"Rinnakkaiselo WiFin kanssa kodin automaatio ZigBee -tuotteelle", IEEE 19th Symposium on Communications and Vehicular Technology in the Benelux (SCVT), 2012, 1-6.
[5]Lin, WJ, Wu, QX ja Huang, YW, "Automatic Meter Reading System Based On Power Line Communication of LonWorks", kansainvälinen teknologia- ja innovaatiokonferenssi (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, maaliskuu 2013
[7] Lighting Science Groupin valkoinen kirja "Lighting: the Way to Health & Productivity", 25. huhtikuuta 2016.
[8] Figueiro, MG, Bullough, JD, et ai., "Alustavat todisteet vuorokausijärjestelmän spektriherkkyyden muutoksesta yöllä", Journal of Circadian Rhythms 3:14.Helmikuu 2005.
[9]Inanici, M, Brennan, M, Clark, E, Spectral Daylighting
Simulaatiot: Computing Circadian Light", 14th Conference of International Building Performance Simulation Association, Hyderabad, Intia, joulukuu 2015.