Tunable LED-moduler baseret på CSP-cob
Abstrakt: Forskning har indikeret sammenhængen mellem farve på lyskilder og menneskelig døgncyklus. Farvning af indstilling til miljøbehov er blevet mere og mere vigtig i belysningsapplikationer af høj kvalitet. Et perfekt lysspektrum skal udvise kvaliteter tættest på sollys med høj CRI, men er ideelt set afstemt til menneskelig følsomhed. Et humant centrisk lys (HCL) skal konstrueres i henhold til ændringsmiljø såsom flerbrugsfaciliteter, klasseværelser ， sundhedsvæsenet ， og for at skabe atmosfære og æstetik. Tunable LED -moduler blev udviklet ved at kombinere Chip Scale -pakker (CSP) og CHIP om bord (COB) -teknologi. CSP'er er integreret på et COB -kort for at opnå høj effekttæthed og farveuniformitet ， mens vi tilføjer ny funktion af farvningsevne. Den resulterende lyskilde kan kontinuerligt indstilles fra lys, køligere farvet belysning i løbet af dagen til dæmper ， varmere belysning om aftenen, Denne artikel beskriver design, proces og ydeevne af LED-modulerne og dens anvendelse i varm dæmpning LED ned lys og pendellys.
Nøgleord:HCL, døgnrytmer, indstillelig LED, dobbelt CCT, varm dæmpning, CRI
Indledning
LEDen, som vi kender, har det eksisteret i over 50 år. Den nylige udvikling af hvide LED'er er det, der har bragt det ind i det offentlige øje som en erstatning for andre hvide lyskilder, der vedrører de traditionelle lyskilder ， LED ikke kun er fordelene ved energibesparelse og lang levetid, men åbner også døren til Ny designfleksibilitet til digitalisering og farvetuning. Der er to primære måder at fremstille hvide lysemitterende dioder (WLED'er), der genererer hvidt lys med høj intensitet. En er at bruge individuelle LED'er, der udsender Tre primære farver-røde, grønne og blåt-og bland derefter tre farver for at danne hvidt lys. Den anden er at bruge fosformaterialer til at omdanne monokromatisk blå eller violet LED-lys til bredspektret hvidt lys ，. meget på samme måde som en fluorescerende lyspærearbejde. Det er vigtigt at bemærke, at 'hvidhed' af det producerede lys i det væsentlige er konstrueret til det menneskelige øje ， og afhængigt af situationen er det måske ikke altid passende at tænke på det som Hvidt lys.
Smart belysning er et nøgleområde i den smarte bygning og smarte by i dag. Et stigende antal producenter deltager i design og installation af smarte belysninger i nye konstruktioner. Konsekvensen er, at en enorm mængde kommunikationsmønstre implementeres i forskellige mærker af produkter ， Såsom knx) bacnetp ', dali ， zigbee-zhazba' ， plc-lonworks osv. Et kritisk problem i alle disse produkter er, at de ikke kan interopereres med hinanden (dvs. lav kompatibilitet og udvidelighed).
LED-armaturer med evnen til at levere forskellige lysfarve har været på markedet Specifikator, hvis installationen skal have succes. Der er tre grundlæggende kategorier af farvestuningstyper i LED-armaturer: hvid tuning, dim-til-varm og fuldfarve-tuning. Alle de tre kategorier kan kontrolleres af en trådløs sender ved hjælp af Zigbee ， Wi-Fi, Bluetooth eller Andre protokoller ， og er fastgjort til at bygge strøm. På grund af disse indstillinger giver LED mulige løsninger til at ændre farve eller CCT for at møde den menneskelige døgn rytmer.
Døgnrytmer
Planter og dyr udviser mønstre af adfærdsmæssige og fysiologiske ændringer over en cirka 24 timers cyklus, der gentager sig over på hinanden følgende dage-dette er døgnrytmer. Circirkadiske rytmer påvirkes af eksogene og endogene rytmer.
Den døgnrytme styres af melatonin, som er en af de vigtigste hormoner, der er produceret i hjernen. Og det inducerer også søvnighed. Melanopsinreceptorer sætter døgnfasen med blåt lys ved at udarbejde ved at lukke melatoninproduktionen ". Eksponering til de samme blå bølgelængder af lys om aftenen vil forstyrre søvnen og forstyrre den cirkadiske rytme. Cirkadisk desynkronisering forhindrer kroppen fra Indtastes fuldt ud i de forskellige søvnfaser ， som er en kritisk genoprettende tid for den menneskelige krop. af døgnforstyrrelse strækker sig ud over MindfulnessDusuring the Day and Sleep om natten.
Om de biologiske rytmer hos mennesker kan måles på flere måder normalt, søvn/vågne cyklus, kerne kropstemperatur, melatoninconcentration, cortisolkoncentration og alfa -amylasekoncentration8. Men lys er de primære synkronisatorer af cirkadiske rytmer til lokal position på jord ， fordi den Lysintensitet ， spektrumfordeling, timing og varighed kan påvirke det menneskelige døgnsystem. Det påvirker den daglige interne interne ur også. Tidspunktet for lyseksponering kan enten gå videre eller forsinke det interne ur ". De døgnrytmer vil påvirke menneskets præstation og komfort osv. Det menneskelige døgnsystem er mest følsomt tolight ved 460nm (blå region af visiblepectrum), mens det visuelle system er mest fornemmeligt til 555nm (grøn region). Vigtigt. Kolor indstillelige LED'er med integreret sensing og kontrolsystem kan udvikles for at imødekomme sådanne høje ydelse, sunde belysningskrav.
Fig.1 Lys har en dobbelt effekt på den 24-timers melatoninprofil, akut effekt og faseskiftende virkning.
Pakningsdesign
Når du justerer lysstyrken på konventionel halogen
Lampe, farven ændres. Konventionel LED er imidlertid ikke i stand til at indstille farvetemperatur, mens det ændrer lysstyrke ， emulerer den samme ændring af en eller anden konventionel belysning. I de tidligere dage bruger mange pærer LED med forskellige CCT -LED'er kombineret på PCB -kortet
Skift belysningsfarve ved at ændre kørselsstrøm. Det har brug for komplekst kredsløbsmoduldesign for at kontrollere CCT, som ikke er en let opgave for luminaire -producenten. Da belysningsdesignens fremskridt ， de kompakte belysningsarmaturer, såsom spotlys og nedlys, kræver forsmallstørrelse, LED -moduler med høj densitet, for at Tilfredsstille både farvetuning og kompakte krav til lyskilde, indstillelige farve -cobs vises på markedet.
Der er tre grundlæggende strukturer af farvestuningstyper, den første, den bruger den varme CCT CSP og cool CCT CSP-binding på PCB-kortet, der er illustreret i figur 2. Den anden type indstillelig COB med LES fyldt med flere striber af forskellige CCT-phosphor Siliconesas vist i figuren
3. I arbejde, tager en tredje tilgang ved at blande varm CCT CSP med med blue flip-chips og nøje lodde fastgjort på et underlag. Derefter udleveres en hvid reflekterende silikone-dæmning til at omringe den varme-hvide CSP'er og blå flip-chips. Finskeligt , det er fyldt med phosphor indeholdt siliconeto fuldfører det dobbelte farve COB -modul som vist i fig. 4.
Fig.4 Varm farve CSP og Blue Flip Chip Cob (Structure 3- Shineon Development)
Sammenlignet med strukturen 3 har struktur 1 tre ulemper:
(a) Farveblanding blandt de forskellige CSP -lyskilder i forskellige CCT'er er ikke ensartet på grund af adskillelse af phosphorsilikone forårsaget af chips fra CSP -lyskilderne;
(b) CSP -lyskilden er let beskadiget med et fysisk præg;
(c) Kløften for hver CSP -lyskilde er let at fange støvet for at forårsage reduktion af cob lumen;
Struktur2 har også sine ulemper:
(a) vanskeligheder med at fremstille processtyring og CIE -kontrol;
(b) Farveblanding blandt de forskellige CCT -sektioner er ikke ensartet, især for det nærmeste feltmønster.
Figur 5 sammenligner MR 16 -lamper bygget med lyskilde til struktur 3 (til venstre) og struktur 1 (højre). Fra billedet kan vi finde strukturen 1 har en let skygge i midten af emitteringsområdet, mens theluminøs intensitetsfordeling af struktur 3 er mere ensartet.
Applikationer
I vores tilgang ved hjælp af struktur 3 er der to forskellige kredsløbsdesign til den lette farve og lysstyrkeindstilling. I et enkelt-kanals kredsløb, der har et simpelt driverkrav, er den hvide CSP-streng og blå flip-chip-streng forbundet parallelt. Der er en fast modstand CSP-strengen. Med modstanden er kørselsstrømmen opdelt mellem CSP'er og blå chips, der resulterer i ændring af farven og lysstyrken. De detaljerede indstillingsresultater er vist i tabel 1 og figur 6. Farveproduktionskurven for enkeltkanals kredsløb vist i figur 7. CCT øger kørselsstrømmen. Vi har realiseret to tuningadfærd med en, der emulerer konventionel halogenbuland den anden mere lineær tuning. Det indstillelige CCT -interval er fra 1800K til 3000K.
Tabel1. Flux og CCT skifter med kørselsstrøm af Shineon enkeltkanals kobber Model 12SA
Fig.7CCT-tuning sammen med sortkropskurve med kørselsstrøm i den enkelt-kanalcircuit-kontrollerede COB (7A) og de to
Tuningadfærd med relativ luminans under henvisning til halogenlampe (7B)
Det andet design bruger et dobbeltkanals kredsløb, hvor CCT-indstillelig arrangement er bredere end enkeltkanalkreds. CSP-strengen og blå flip-chip stringare elektrisk adskilt på underlaget, og det kræver således særlig strømforsyning. Farven og lysstyrken er indstillet af Kørsel af de to kredsløb på det ønskede aktuelle niveau og forhold. Det kan indstilles fra 3000K til 5700KAS vist i figur 8 i Shineon dobbeltkanals kobber model 20Da.Table 2 listet det detaljerede tuningresult Kredsløb ， denne indstillelige lyskildehelps øger eksponeringen for blåt lys om dagen og reducerer eksponeringen for blåt lys i løbet af natten ， fremmer folks velvære og menneskelige præstation, såvel som smarte belysningsfunktioner.
Oversigt
Tunable LED -moduler blev udviklet ved at kombinere
Chip Scale -pakker (CSP) og Chip om bord (COB) -teknologi. Cspsand Blue Flip Chip er integreret på et COB-kort for at opnå høj effekttæthed og farveuniformitet, dobbeltkanalsstruktur bruges til at opnå en bredere CCT-tuning i applikationer som kommerciel belysning. Enkeltkanalsstruktur bruges til at opnå dim-til-varm-funktion, der emulerer halogenlampe i applikationer som hjemme- og gæstfrihed.
978-1-5386-4851-3/17/$ 31,00 02017 IEEE
Anerkendelse
Forfatterne vil gerne anerkende finansieringen fra National Key Research and Development
Program for Kina (nr. 2016YFB0403900). Derudover er støtte fra kollegerne i Shineon (Beijing)
Technology Co, anerkendes også taknemmelig.
Referencer
[1] Han, N., Wu, Y.-H. og Tang, Y, "Forskning af KNX -enhed
Node og udvikling baseret på busgrænseflademodulet ", 29. kinesisk kontrolkonference (CCC), 2010, 4346 -4350.
[2] Park, T. og Hong, SH, "Et nyt forslag fra netværksstyringssystem til BACNET og dets referencemodel", 8. IEEE International Conference on Industrial Informatics (INDIN), 2010, 28-33.
[3] Wohlers I, Andonov R. og Klau GW, "Dalix: Optimal Dali-proteinstrukturjustering", IEEE/ACM-transaktioner om beregningsbiologi og bioinformatik, 10, 26-36.
[4] Dominguez, F, Touhafi, A., Tiete, J. og Steen Haut, K.,
“Sameksistens med WiFi for et Home Automation Zigbee-produkt” ， IEEE 19. Symposium om kommunikation og køretøjsteknologi i Benelux (SCVT), 2012, 1-6.
[5] Lin, WJ ， Wu, QX og Huang, YW, "Automatic Meter Reading System baseret på kraftlinjekommunikation af Lonworks", International Conference on Technology and Innovation (ITIC 2009), 2009,1-5.
[6] Ellis, EV, Gonzalez, EW, et al., "Auto-tuning dagslys med LED'er: bæredygtig belysning for sundhed og velvære", Proceedings of the 2013 ARCC Spring Research Conference, Mar, 2013
[7] Lysende videnskabsgruppe hvidbog, "Belysning: Vejen til sundhed og produktivitet", 25. april 2016.
[8] Figueiro, MG, Bullough, JD, et al., "Foreløbig bevis for en ændring i spektral følsomhed af det døgnlige system om natten", Journal of Circadian Rhythms 3:14. Februar 2005.
[9] Inanici, M, Brennan, M, Clark, E, "Spektral dagslys
Simuleringer: Computing Circadian Light ", 14. Conference of International Building Performance Simulation Association, Hyderabad, Indien, december2015.