Tunable LED-modules op basis van CSP-COB
Abstract: Onderzoek heeft aangetoond dat de correlatie tussen kleur van lichtbronnen en menselijke circadiane cyclus. Color -afstemming op omgevingsbehoeften is steeds belangrijker geworden in hoogwaardige verlichtingstoepassingen. Een perfect spectrum van licht zou de kwaliteiten moeten vertonen die het dichtst bij zonlicht met hoge CRI in de buurt zijn, maar is ideaal afgestemd op menselijke gevoeligheid. Een menselijk centraal licht (HCL) moet worden ontworpen volgens veranderingsomgeving zoals multi-use faciliteiten, klaslokalen, gezondheidszorg, en om sfeer en esthetiek te creëren. Tunable LED -modules werden ontwikkeld door het combineren van chipschaalpakketten (CSP) en chip op boord (COB) technologie. CSP's zijn geïntegreerd op een COB -bord om een hoge vermogensdichtheid en kleuruniformiteit te bereiken, terwijl het toevoegen van een nieuwe functie van kleurafstanden. De resulterende lichtbron kan continu worden afgestemd op heldere, koelere gekleurde verlichting gedurende de dag om te dimmer, warmere verlichting 's avonds,' s avonds Dit artikel beschrijft het ontwerp, het proces en de prestaties van de LED-modules en de toepassing ervan in warm-dimmende LED-licht en hanglamp.
Sleutelwoorden:HCL, circadiane ritmes, instelbare LED, dubbele CCT, warm dimmen, cri
Invoering
De LED zoals we weten dat het al meer dan 50 jaar bestaat. De recente ontwikkeling van witte LED's is wat het in het publieke oog heeft gebracht als vervanging voor andere witte lichtbronnen. Nieuwe ontwerpflexibiliteit voor digitalisering en kleurafstemming. Er zijn twee primaire manieren om wit licht-emitterende diodes (WLEDS) te produceren die een wit licht van hoge intensiteit genereren. drie primaire kleuren uitstralen-Red, groen en blauw-en meng vervolgens drie kleuren om wit licht te vormen. De andere is om fosformaterialen te gebruiken om monochromatisch blauw of violet LED-licht om te zetten in breed spectrum wit licht, veel op dezelfde manier een fluorescerende gloeilamp werkt. Het is belangrijk op te merken dat de 'witheid' van het geproduceerde licht in wezen is ontworpen om bij het menselijk oog te passen, en afhankelijk van de situatie is het misschien niet altijd geschikt om er als wit aan te beschouwen licht.
Slimme verlichting is een belangrijk gebied in het slimme gebouw en de slimme stad. Zoals Knx) Bacnetp ', Dali, Zigbee-Zhazba', PLC-LonWorks, enz. (dwz lage compatibiliteit en uitbreidbaarheid).
LED-armaturen met de mogelijkheid om een variërende lichtkleur te leveren, zijn sinds de begindagen van Solid-State Lighting (SSL) op de markt voor architecturale verlichtingsmarkt. Geef aan of de installatie succesvol moet zijn. Er zijn drie basiscategorieën van kleurenafwijkingstypen in LED-armaturen: witte afstemming, dim-to-verwarmen en full-colour-tuning. Alle drie categorieën kunnen worden bestuurd door een draadloze zender met behulp van zigbee, Wi-Fi, Bluetooth of Andere protocollen, en zijn bedraad om stroom op te bouwen. Omdat LED van deze opties is, biedt LED mogelijke oplossingen om van kleur of CCT te veranderen om te voldoen aan de menselijke circadiane ritmes.
Circadiane ritmes
Planten en dieren vertonen patronen van gedrags- en fysiologische veranderingen gedurende een cyclus van ongeveer 24 uur die zich herhalen over opeenvolgende dagen-dit zijn circadiane ritmes. Circadiaanse ritmes worden beïnvloed door exogene en endogene ritmes.
Het circadiane ritme wordt geregeld door melatonine, een van de belangrijkste hormonen die in de hersenen worden geproduceerd. En het induceert ook slaperigheid. Melanopsine -receptoren zetten de circadiane fase in met blauw licht op het afnemen door de productie van melatonine af te sluiten ". INSPOSURE aan dezelfde blauwe golflengten van licht in de avond zullen interfereren met de slaap en het circadiane ritme verstoren. Circadiane desynchronisatie voorkomt het lichaam van circadiaan. Volledig het invoeren van de verschillende fasen van slaap, wat een kritische hersteltijd is voor de mens Body.burthermore, de impact van circadiane verstoring reikt verder dan mindfulnessheid de dag en slaap 's nachts.
Over de biologische ritmes bij mensen kunnen meestal op verschillende manieren worden gemeten, meestal, slaap-/wekcyclus, kernlichaamstemperatuur, melatoninconcentratie, cortisolconcentratie en alfa -amylase -concentratie8. But Light is de primaire synchronisatoren van circadian ritmes naar lokale positie op de aarde, omdat het Lichtintensiteit, spectrumverdeling, timing en duur kunnen het menselijke circadiane systeem beïnvloeden. Dat beïnvloedt de dagelijkse interne klok Ook. Het tijdstip van blootstelling aan licht kan de interne klok bevorderen of vertragen ". De circadiane ritmes zullen de prestaties en het comfort van de mens beïnvloeden, enz. tot 555 nm (groene regio). Dus hoe de instelbare CCT en intensiteit te gebruiken om de kwaliteit van leven te verbeteren, wordt steeds belangrijker. Tunable LED's met geïntegreerd detectie- en besturingssysteem kunnen worden ontwikkeld om aan dergelijke hoge prestaties, gezonde verlichtingsvereisten te voldoen.
Fig.1 Licht heeft een dubbel effect op het 24-uurs melatonineprofiel, het acuut effect en het faseverschuivingseffect.
Pakketontwerp
Wanneer u de helderheid van conventionele halogeen aanpast
Lamp, de kleur wordt gewijzigd. Conventionele LED is echter niet in staat om de kleurtemperatuur af te stemmen terwijl de helderheid wordt veranderd, waardoor dezelfde verandering van sommige conventionele verlichting wordt nagebootst. In de vroegere dagen zullen veel bollen LED gebruiken met verschillende CCT -LED's gecombineerd op de PCB -boardto
Verander de verlichtingskleur door de rijstroom te veranderen. Het heeft een complex circuitlichtmodule -ontwerp nodig om CCT te bedienen, wat geen eenvoudige taak is voor de fabrikant van de armatuur. Naarmate het verlichtingsontwerp vordert, roept de compacte verlichtingsarmatuur zoals spotlichten en omlaaglichten, een grootste grootte, LED -modules met hoge dichtheid, op voldoen aan zowel kleurafstemming als compacte lichtbronvereisten, verschijnen in afvalbare kleurkobs op de markt.
Er zijn drie basisstructuren van kleurenafwijkingstypen, de eerste, het gebruikt de warme CCT CSP en coole CCT CSP-binding op de PCB-kaart direct geïllustreerd in figuur 2. De tweede type instelbare cob met LES gevuld met meerdere strepen van verschillende CCT-fosfor Siliconen. Getoond in figuur
3.Indisch werk, een derde aanpak is gevolgd door warme CCT CSP LEDSWith Blue Flip-Chips te mengen en nauw op een substraat te soldeer. , het is gevuld met fosfor bevat siliconeto compleet de dubbele kleur COB -module zoals getoond in Fig.4.
Fig.4 Warme kleur CSP en Blue Flip Chip Cob (Structure 3- Shineon Development)
In vergelijking met de structuur 3 heeft structuur 1 drie nadelen:
(a) Kleurmenging tussen de verschillende CSP -lichtbronnen in verschillende CCT's is niet uniform vanwege de segregatie van fosforiliconen veroorzaakt door de chips van de CSP -lichtbronnen;
(b) De CSP -lichtbron is gemakkelijk beschadigd met een fysieke aanraking;
(c) De opening van elke CSP -lichtbron is gemakkelijk om het stof vast te houden om COB -lumenreductie te veroorzaken;
Structure2 heeft ook zijn nadelen:
(a) Moeilijkheid bij het beheersing van de productieproces en CIE -controle;
(b) Kleurmenging tussen de verschillende CCT -secties is niet uniform, vooral voor het nabije veldpatroon.
Figuur 5 vergelijkt MR 16 lampen gebouwd met lichtbron van structuur 3 (links) en structuur 1 (rechts). Op het beeld kunnen we vinden dat de structuur 1 een lichte schaduw heeft in het midden van het emitterende gebied, terwijl de verdeling van de intensiteit van structuur 3 uniformer is.
Toepassingen
In onze aanpak met structuur 3 zijn er twee verschillende circuitontwerpen voor de lichtkleur en de afstemmen van helderheid. In een enkel kanaalcircuit met een eenvoudige bestuurderingsvereiste, zijn de witte CSP-string en blauwe flip-chip string parallel aangesloten. Er is een vaste weerstand de CSP-string. Met de weerstand is de drivingstroom verdeeld tussen CSP's en blauwe chips resulterende verandering van de kleur en helderheid. De gedetailleerde afstemmingsresultaten worden weergegeven in tabel 1 en figuur 6. De kleurafstemmingscurve van single-channel Circuitis getoond in figuur 7. De CCT verhoogt de rijstroom. We hebben twee afstemmingsgedrag gerealiseerd met één emulerende conventionele halogeen bulband de andere meer lineaire afstemming. Het instelbare CCT -bereik is van 1800K tot 3000K.
Tabel 1. Flux en CCT veranderen met rijstroom van Shineon Single-Channel COB Model 12SA
Fig.7CCT Tuning samen met Blackbody-curve met rijstroom in de single-channelcircuit gecontroleerde cob (7a) en de twee
Tuninggedrag met relatieve luminantie in verwijzing naar halogeenlamp (7B)
Het andere ontwerp maakt gebruik van een dual-channel circuit waar de CCT-afstembare rangschikking breder is dan het enkele kanaalcircuit. De CSP Stringand Blue Flip-Chip Stringare wordt elektrisch gescheiden op het substraat en vereist dus een speciale voeding. De kleur en helderheid worden afgestemd door De twee circuits op het gewenste stroomniveau en de verhouding besturen. Het kan worden afgestemd van 3000K tot 5700KAS getoond in figuur 8 van Shineon Dual-Channel Cob Model 20DA.Table 2 vermeldt het gedetailleerde afstemmingsresultaat dat de daglichtverandering van 's morgens tot avond nauwlettend kan simuleren. Door het gebruik van bezettingssensor en -controle te combineren Circuits, deze instelbare lichtbronhelpen verhogen de blootstelling aan blauw licht gedurende de dag en verminderen de blootstelling aan blauw licht tijdens de nacht, het bevorderen van het welzijn van mensen en de menselijke prestaties, evenals slimme verlichtingsfuncties.
Samenvatting
Tunable LED -modules werden ontwikkeld door te combineren
CHIP Scale Packages (CSP) en CHIP On Board (COB) -technologie. CSPSAND Blue Flip Chip wordt geïntegreerd op een COB-bord om een hoge vermogensdichtheid en kleuruniformiteit te bereiken, dual-channel structuur wordt gebruikt om bredere CCT-afstemming te bereiken in toepassingen zoals commerciële verlichting. Single-channel structuur wordt gebruikt om een dim-to-warme functie te bereiken die halogeenlamp emuleren in toepassingen zoals thuis en gastvrijheid.
978-1-5386-4851-3/17/$ 31,00 02017 IEEE
Erkenning
De auteurs willen de financiering van de nationale belangrijke onderzoek en ontwikkeling erkennen
Programma van China (nr. 2016YFB0403900). Bovendien ondersteuning van de collega's in Shineon (Beijing)
Technology Co wordt ook dankbaar erkend.
Referenties
[1] Han, N., Wu, Y.-H. en Tang, Y, "Research of KNX Device
Knooppunt en ontwikkeling op basis van de businterfacemodule ", 29th Chinese Control Conference (CCC), 2010, 4346 -4350.
[2] Park, T. en Hong, SH, "Een nieuw voorstel van het netwerkbeheersysteem voor Bacnet en zijn referentiemodel", 8e IEEE International Conference on Industrial Informatics (Indin), 2010, 28-33.
[3] Wohlers I, Andonov R. en Klau GW, "Dalix: Optimale Dali-eiwitstructuuruitlijning", IEEE/ACM-transacties op computationele biologie en bioinformatica, 10, 26-36.
[4] Dominguez, F, Touhafi, A., Tiete, J. en Steen Haut, K.,
"Coëxistentie met wifi voor een huisautomatisering zigbee-product", IEEE 19e symposium over communicatie en voertuigtechnologie in de Benelux (SCVT), 2012, 1-6.
[5] Lin, WJ, Wu, QX en Huang, YW, "Automatisch meter leessysteem op basis van elektriciteitslijncommunicatie van Lonworks", International Conference on Technology and Innovation (ITIC 2009), 2009,1-5.
[6] Ellis, EV, Gonzalez, EW, et al, "Auto-aanbesteding daglicht met LED's: duurzame verlichting voor gezondheid en welzijn", Proceedings of the 2013 ARCC Spring Research Conference, maart 2013
[7] Witboek van Lighting Science Group, "Lighting: The Way to Health & Productivity", 25 april 2016.
[8] Figueiro, MG, Bullough, JD, et al, "Voorlopig bewijs voor een verandering in spectrale gevoeligheid van het circadiane systeem 's nachts", Journal of Circadian Rhythms 3:14. Februari 2005.
[9] Inanici, M, Brennan, M, Clark, E, "Spectral Daylighting
Simulaties: Computing Circadian Light ", 14e Conference of International Building Performance Simulation Association, Hyderabad, India, december 2015.