Podesivi LED moduli temeljeni na CSP-COB
Sažetak: Istraživanje je pokazalo korelaciju između boje izvora svjetlosti i ljudskog cirkadijalnog ciklusa. Prilagođavanje boja potrebama okoliša postalo je sve važnije u visokokvalitetnim aplikacijama rasvjete. Savršen spektar svjetlosti trebao bi pokazivati kvalitete najbliže sunčevoj svjetlosti s visokim CRI-jem, ali je idealno prilagođen ljudskoj osjetljivosti.Svjetlo usmjereno na čovjeka (HCL) treba projektirati u skladu s promjenama okruženja kao što su višenamjenski objekti, učionice，zdravstvena njega， te stvoriti ambijent i estetiku.Podesivi LED moduli razvijeni su kombinacijom paketa čipova (CSP) i tehnologije čip na ploči (COB).CSP-ovi su integrirani na COB ploči kako bi se postigla visoka gustoća snage i ujednačenost boja， uz dodavanje nove funkcije podesivosti boja. Rezultirajući izvor svjetlosti može se kontinuirano podešavati od svijetle rasvjete hladnijih boja tijekom dana do prigušenije， toplije rasvjete navečer, Ovaj dokument detaljno opisuje dizajn, proces i performanse LED modula i njihovu primjenu u LED svjetiljkama s toplim prigušenjem i visilicama.
Ključne riječi:HCL, cirkadijalni ritmovi, podesivi LED, dvostruki CCT, toplo zatamnjenje, CRI
Uvod
LED kakvu poznajemo postoji više od 50 godina.Nedavni razvoj bijelih LED dioda je ono što ih je dovelo u oči javnosti kao zamjena za druge izvore bijelog svjetla. U usporedbi s tradicionalnim izvorima svjetla, LED ne predstavlja samo prednosti uštede energije i dugog vijeka trajanja, već također otvara vrata nova fleksibilnost dizajna za digitalizaciju i podešavanje boja. Postoje dva primarna načina za proizvodnju bijelih svjetlosnih dioda (WLED) koje generiraju bijelo svjetlo visokog intenziteta. Jedan je korištenje pojedinačnih LED dioda koje emitiraju tri primarne boje—crvenu, zelenu i plavu —a zatim pomiješajte tri boje kako biste formirali bijelo svjetlo. Drugi je korištenje fosfornih materijala za pretvaranje monokromatskog plavog ili ljubičastog LED svjetla u bijelo svjetlo širokog spektra，, otprilike na isti način na koji radi fluorescentna žarulja. Važno je napomenuti da je 'bjelina' proizvedenog svjetla u biti napravljena tako da odgovara ljudskom oku, a ovisno o situaciji možda nije uvijek prikladno smatrati je bijelom svjetlošću.
Pametna rasvjeta danas je ključno područje pametne zgrade i pametnog grada. Sve veći broj proizvođača sudjeluje u projektiranju i ugradnji pametne rasvjete u novogradnje. Posljedica toga je da se ogromna količina komunikacijskih obrazaca implementira u različite marke proizvoda ，kao što je KNx ) BACnetP',DALI，ZigBee-ZHAZBA'，PLC-Lonworks, itd. Jedan kritični problem u svim ovim proizvodima je da ne mogu međusobno raditi (tj. niska kompatibilnost i proširivost).
LED svjetiljke s mogućnošću isporučivanja različitih boja svjetla prisutne su na tržištu arhitektonske rasvjete od ranih dana solid-state rasvjete (SSL). Iako, rasvjeta s mogućnošću podešavanja boja i dalje je u tijeku i zahtijeva određenu količinu domaće zadaće od strane specifikator ako instalacija treba biti uspješna.Postoje tri osnovne kategorije tipova ugađanja boja u LED svjetiljkama: ugađanje bijele boje, ugađanje od prigušene do tople i ugađanje pune boje. Sve tri kategorije mogu se kontrolirati bežičnim odašiljačem pomoću Zigbee，Wi-Fi, Bluetooth ili drugi protokoli，i čvrsto su spojeni na izgradnju snage. Zbog ovih opcija, LED nudi moguća rješenja za promjenu boje ili CCT kako bi se zadovoljili ljudski cirkadijalni ritmovi.
Cirkadijalni ritmovi
Biljke i životinje pokazuju obrasce ponašanja i fizioloških promjena tijekom približno 24-satnog ciklusa koji se ponavljaju tijekom uzastopnih dana - to su cirkadijalni ritmovi. Na cirkadijalne ritmove utječu egzogeni i endogeni ritmovi.
Cirkadijalni ritam kontrolira melatonin, jedan od glavnih hormona koji se proizvodi u mozgu.Također izaziva pospanost. Receptori melanopsina postavljaju cirkadijalnu fazu s plavim svjetlom nakon buđenja zatvaranjem proizvodnje melatonina". Izloženost istim plavim valnim duljinama svjetlosti navečer ometat će san i poremetiti cirkadijalni ritam. Cirkadijalna desinkronizacija sprječava tijelo da potpuno ulazak u različite faze sna，što je kritično vrijeme oporavka za ljudsko tijelo.Nadalje，utjecaj cirkadijalnog poremećaja proteže se izvan sabranosti tijekom dana i spavanja noću.
O biološkim ritmovima kod ljudi obično se može mjeriti na nekoliko načina, ciklusom spavanja/budnosti, središnjom tjelesnom temperaturom, koncentracijom melatona, koncentracijom kortizola i koncentracijom alfa amilaze8. Ali svjetlost je primarni sinkronizator cirkadijskih ritmova s lokalnim položajem na zemlji，jer intenzitet svjetla, distribucija spektra, vrijeme i trajanje mogu utjecati na ljudski cirkadijalni sustav. To također utječe na dnevni unutarnji sat.Vrijeme izlaganja svjetlosti može pomaknuti ili odgoditi unutarnji sat". Cirkadijalni ritmovi utjecat će na ljudsku izvedbu i udobnost itd. Ljudski cirkadijalni sustav najosjetljiviji je na svjetlost na 460 nm (plavo područje vidljivog spektra), dok je vidni sustav najosjetljiviji do 555 nm (zeleno područje). Dakle, sve je važnije kako koristiti podesivi CCT i intenzitet za poboljšanje kvalitete života. LED diode koje se mogu podešavati u boji s integriranim senzorskim i kontrolnim sustavom mogu se razviti da zadovolje tako visoke performanse, zahtjeve zdrave rasvjete .
Slika 1. Svjetlost ima dvostruki učinak na 24-satni profil melatonina, akutni učinak i učinak promjene faze.
Dizajn paketa
Kada prilagodite svjetlinu konvencionalnog halogena
svjetiljke, boja će se promijeniti.Međutim, konvencionalni LED ne može podesiti temperaturu boje dok mijenja svjetlinu, emulirajući istu promjenu neke konvencionalne rasvjete.Ranije su mnoge žarulje koristile LED s različitim CCT LED diodama kombiniranim na PCB ploči
promijeniti boju osvjetljenja promjenom pogonske struje.Potreban je složeni sklopovni dizajn modula svjetla za kontrolu CCT-a, što nije lak zadatak za proizvođača rasvjetnih tijela. Kako dizajn rasvjete napreduje, kompaktna rasvjetna tijela kao što su reflektori i rasvjetna svjetla, zahtijevaju LED module male veličine, visoke gustoće, kako bi se zadovoljiti i zahtjeve za podešavanjem boje i zahtjevima za kompaktnim izvorom svjetlosti, na tržištu se pojavljuju podesive boje COB.
Postoje tri osnovne strukture vrsta ugađanja boja, prva koristi toplo CCT CSP i hladno CCT CsP povezivanje izravno na PCB ploču kao što je ilustrirano na slici 2. Druga vrsta podesivog COB-a s LES-om ispunjenim višestrukim prugama različitih CCT fosfora silikone prikazane na slici
3. U ovom radu koristi se treći pristup miješanjem toplih CCT CSP LED dioda s plavim preklopnim čipovima i tijesnim lemljenjem na podlozi. Zatim se postavlja bijela reflektirajuća silikonska brana koja okružuje toplo bijele CSP i plave preklopne čipove. Na kraju ispunjen je silikonom koji sadrži fosfor kako bi se dovršio dvobojni COB modul kao što je prikazano na sl.4.
Slika 4 CSP tople boje i plavi flip chip COB (Struktura 3- ShineOn razvoj)
U usporedbi sa strukturom 3, struktura 1 ima tri nedostatka:
(a) Miješanje boja među različitim CSP izvorima svjetlosti u različitim CCT-ima nije ujednačeno zbog odvajanja fosfornog silikona uzrokovanog čipovima CSP izvora svjetlosti;
(b) CSP izvor svjetlosti lako se ošteti fizičkim dodirom;
(c) Procjep svakog CSP izvora svjetlosti lako je zarobiti prašinu da uzrokuje smanjenje lumena COB-a;
Struktura2 također ima svoje nedostatke:
(a) Poteškoće u kontroli procesa proizvodnje i CIE kontroli;
(b) Miješanje boja između različitih CCT sekcija nije ujednačeno, posebno za uzorak bliskog polja.
Slika 5 uspoređuje svjetiljke MR 16 izgrađene s izvorom svjetlosti Strukture 3 (lijevo) i Strukture 1 (desno).Sa slike možemo vidjeti da Struktura 1 ima svijetlu nijansu u središtu područja emitiranja, dok je raspodjela intenziteta svjetlosti Strukture 3 jednoličnija.
Prijave
U našem pristupu koji koristi strukturu 3, postoje dva različita dizajna krugova za podešavanje boje svjetla i svjetline.U jednokanalnom krugu koji ima zahtjev za jednostavnim pokretačkim programom, bijeli CSP niz i plavi flip-chip niz povezani su paralelno. Postoji fiksni otpornik u CSP nizu.S otpornikom se pogonska struja dijeli između CSP-ova i plavih čipova, što rezultira promjenom boje i svjetline. Detaljni rezultati podešavanja prikazani su u tablici 1 i slici 6. Krivulja podešavanja boje jednokanalnog kruga prikazana je na slici 7.CCT povećava kao pogonska struja.Realizirali smo dva načina ugađanja, pri čemu jedno oponaša konvencionalnu halogenu žarulju, a drugo više linearno ugađanje.Podesivi CCT raspon je od 1800K do 3000K.
Stol 1.Fluks i CCT se mijenjaju s pogonskom strujom ShineOn jednokanalnog COB modela 12SA
Slika 7CCT ugađanje zajedno s krivuljom crnog tijela s pogonskom strujom u jednokanalnom krugu kontroliranom COB(7a) i dva
ponašanje ugađanja s relativnom svjetlinom u odnosu na halogenu žarulju (7b)
Drugi dizajn koristi dvokanalni krug gdje je CCT podesivi raspored širi od jednokanalnog kruga. CSP niz i plavi flip-chip niz su električno odvojeni na podlozi i stoga zahtijevaju posebno napajanje. Boju i svjetlinu podešavaju pokretanje dva kruga na željenoj razini i omjeru struje.Može se podesiti od 3000k do 5700Kas prikazano na slici 8 ShineOn dvokanalnog COB modela 20DA. U tablici 2 navedeni su detaljni rezultati ugađanja koji mogu pobliže simulirati promjenu dnevnog svjetla od jutra do večeri. Kombinacijom upotrebe senzora zauzetosti i kontrole sklopovi，ovaj podesivi izvor svjetlosti pomaže povećati izloženost plavoj svjetlosti tijekom dana i smanjiti izloženost plavoj svjetlosti tijekom noći，promičući dobrobit ljudi i ljudsku izvedbu, kao i funkcije pametne rasvjete.
Sažetak
Podesivi LED moduli razvijeni su kombiniranjem
chip scale packages (CSP) i chip on board (COB) tehnologija.CSP i blue flip čip integrirani su na COB ploči kako bi se postigla visoka gustoća snage i ujednačenost boja, dvokanalna struktura se koristi za postizanje šireg CCT podešavanja u aplikacijama kao što je komercijalna rasvjeta.Jednokanalna struktura koristi se za postizanje funkcije dim-to-warm koja oponaša halogenu žarulju u primjenama kao što su dom i ugostiteljstvo.
978-1-5386-4851-3/17/31,00 USD 02017 IEEE
Priznanje
Autori žele zahvaliti na financiranju od The National Key Research and Development
Program Kine (br. 2016YFB0403900).Dodatno, podrška kolega u ShineOn (Peking)
Technology Co, također je zahvalna.
Reference
[1] Han, N., Wu, Y.-H.i Tang, Y, "Istraživanje KNX uređaja
Čvor i razvoj temeljen na modulu sučelja sabirnice", 29. kineska kontrolna konferencija (CCC), 2010., 4346 -4350.
[2] Park, T. i Hong, SH, "Novi prijedlog sustava upravljanja mrežom za BACnet i njegov referentni model", 8. IEEE međunarodna konferencija o industrijskoj informatici (INDIN), 2010., 28-33.
[3]Wohlers I, Andonov R. i Klau GW, "DALIX: Optimalno DALI Protein Structure Alignment", IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics, 10, 26-36.
[4] Dominguez, F, Touhafi, A., Tiete, J. i Steen Haut, K.,
“Koegzistencija s WiFi-jem za ZigBee proizvod kućne automatizacije”, IEEE 19. simpozij o komunikacijama i tehnologiji vozila u Beneluksu (SCVT), 2012., 1-6.
[5]Lin, WJ, Wu, QX i Huang, YW, "Automatski sustav očitavanja mjerača temeljen na komunikaciji preko dalekovoda LonWorksa", Međunarodna konferencija o tehnologiji i inovacijama (ITIC 2009), 2009, 1-5.
[6] Ellis, EV, Gonzalez, EW, et al, „Automatsko podešavanje dnevnog svjetla s LED diodama: Održiva rasvjeta za zdravlje i dobrobit“, Zbornik radova proljetne istraživačke konferencije ARCC-a 2013., ožujak 2013.
[7] Bijela knjiga Lighting Science Group, "Lighting: the Way to Health& Productivity", 25. travnja 2016.
[8] Figueiro, MG, Bullough, JD, et al, "Preliminarni dokazi za promjenu spektralne osjetljivosti cirkadijalnog sustava noću", Journal of Circadian Rhythms 3:14.veljače 2005.
[9] Inanici, M, Brennan, M, Clark, E, "Spectral Daylighting"
Simulacije: Računanje cirkadijanskog svjetla", 14. konferencija Međunarodne udruge za simulaciju performansi zgrada, Hyderabad, Indija, prosinac 2015.