Tunable LED-moduler baserade på CSP-COB
Abstrakt: Forskning har visat att sambandet mellan färg på ljuskällor och mänsklig cirkadisk cykel. Färgning av inställning till miljöbehov har blivit mer och mer viktigt i högkvalitativa belysningsapplikationer. Ett perfekt spektrum av ljus bör uppvisa egenskaper närmast solljus med höga CRI, men är idealiskt anpassad till mänsklig känslighet. Ett mänskligt centralt ljus (HCL) måste konstrueras enligt förändringsmiljö som anläggningar med flera användningsområden, klassrum ， hälso- och sjukvården och skapa atmosfär och estetik. Tunable LED -moduler utvecklades genom att kombinera Chip Scale -paket (CSP) och CHIP ombord (COB) -teknologi. CSP: er är integrerade på ett COB -kort för att uppnå hög effektdensitet och färgens enhetlighet ， medan du lägger till ny funktion av färgåterställbarhet. Den resulterande ljuskällan kan kontinuerligt stämas från ljus, svalare färgad belysning under dagen för att dimma ， varmare belysning på kvällen, Denna artikel beskriver designen, processen och prestandan för LED-modulerna och dess tillämpning i varmt LED-ljus och pendelljus.
Nyckelord:HCl, cirkadiska rytmer, inställbar LED, dubbel CCT, varm dimning, CRI
Introduktion
Lysdioden som vi känner till har funnits i över 50 år. Den senaste utvecklingen av vita lysdioder är det som har fört det in i det offentliga ögat som en ersättning för andra vita ljuskällor. Ny designflexibilitet för digitalisering och färginställning. Primärfärger-Röd, grön och blå-och blanda sedan tre färger för att bilda vitt ljus. Den andra är att använda fosformaterial för att konvertera monokromatisk blå eller violett LED-ljus till bredspektrumvitt ljus ，, mycket på samma sätt som ett fluorescerande Glödlampa arbetar. Det är viktigt att notera att "vitheten" av det producerade ljuset är i huvudsak konstruerat för att passa det mänskliga ögat ， och beroende på situationen kanske det inte alltid är lämpligt att tänka på det som vitt ljus.
Smart Lighting är ett nyckelområde i Smart Building och Smart City Nowayy. Ett ökande antal tillverkare deltar i designen och installationen av smarta belysning i nybyggnation. Konsekvensen är att en enorm mängd kommunikationsmönster implementeras i olika märken av produkter ， Som KNX) BACNETP ', Dali ， Zigbee-Zhazba' ， PLC-LONWORKS, etc. Ett kritiskt problem i alla dessa produkter är att de inte kan samarbeta med varandra (dvs. låg kompatibilitet och utdragbarhet).
LED-armaturer med förmågan att leverera varierande ljusfärg har funnits på den arkitektoniska belysningsmarknaden sedan de tidiga dagarna av solid-state belysning (SSL). Även om färgmöjlighetsbelysning förblir ett pågående arbete och kräver en viss läxa av läxorna av The Specifikator om installationen ska lyckas. Det finns tre grundläggande kategorier av färgjusteringstyper i LED-armaturer: vit inställning, dim-to-warm och fullfärgadjustering. Alla de tre kategorierna kan styras av en trådlös sändare med Zigbee ， Wi-Fi, Bluetooth eller Andra protokoll ， och är hårdbundna för att bygga kraft. På grund av dessa alternativ ger LED möjliga lösningar för att ändra färg eller CCT för att möta de mänskliga cirkadiska rytmerna.
Cirkadisk rytmer
Växter och djur uppvisar mönster av beteendemässiga och fysiologiska förändringar under en ungefär 24-timmarscykel som upprepas under successiva dagar-dessa är cirkadiska rytm.circadiska rytmer påverkas av exogena och endogena rytmer.
Cirkadisk rytm styrs av melatonin som är en av de viktigaste hormonerna som produceras i hjärnan. Och det inducerar också sömnighet. Melanopsinreceptorer Ställ in den cirkadiska fasen med blått ljus som överföras genom att stänga av melatoninproduktion ". Exponering av samma blå våglängder av ljus på kvällen kommer att störa sömn och störa cirkadisk rytm. Cirkadisk desynchronisering förhindrar kroppen från kroppen från kväll Helt in i de olika sömnfaserna ， vilket är en kritisk återställande tid för människan Body.Furthermore ， Effekten av cirkadisk störning sträcker sig utöver mindfulness -dagen och sover på natten.
Om de biologiska rytmerna hos människor kan mätas på flera sätt vanligtvis, sömn-/väckningscykel, kärnkroppstemperatur, melatoninconcentration, kortisolkoncentration och alfa -amylaskoncentration8.But ljus är de primära synkronisatorerna för cirkadiska rytmer till lokal position på jorden ， eftersom det för att vara på grund av att den jordnära eftersom det eftersom de jorden är för att vara på grund av grunden för att den jorden är för att den här jorden ， eftersom de eftersom de Ljusintensitet ， spektrumfördelning, tidpunkt och varaktighet kan påverka det mänskliga cirkadiska systemet. Det påverkar den dagliga inre klockan också. Tiden för ljusexponering kan antingen gå vidare eller försena den inre klockan ". De cirkadiska rytmerna kommer att påverka människans prestanda och komfort etc. Det mänskliga cirkadiska systemet är mest känsligt tolight vid 460Nm (Blue Region of the Visiblespectrum), medan det visuella systemet är mostensivt till 555nm (grön region). Inställbara lysdioder med integrerat avkännings- och kontrollsystem kan utvecklas för att uppfylla så hög prestanda, hälsosamma belysningskrav.
Fig.1 Ljus har en dubbel effekt på 24-timmars melatoninprofilen, akut effekt och fasförskjutande effekt.
Förpackningsdesign
När du justerar ljusstyrkan i konventionell halogen
lampa, färgen kommer att ändras. Konventionell LED kan emellertid inte ställa in färgtemperaturen medan du ändrar ljusstyrka ， emulering av samma förändring av viss konventionell belysning. Under de tidigare dagarna kommer många glödlampor att använda LED med olika CCT -lysdioder kombinerade på PCB Boardto
Ändra belysningsfärgen genom att ändra körström. Den behöver komplex kretsljusmoduldesign för att styra CCT, vilket inte är lätt uppgift för armaturtillverkaren. Som belysningsdesignen fortsätter den kompakta belysningsarmaturen som spotljus och ner -lampor, samtal för storlek, högdensitet LED -moduler, för att vara LED -moduler för att Tillfredsställa både färginställning och kompakta ljuskällkrav, inställbara färgkolvar visas på marknaden.
Det finns tre grundläggande strukturer av färgjusteringstyper, den första, den använder den varma CCT CSP och cool CCT CSP-bindning på PCB-kortet direkt som illustreras i figur 2. Den andra typen av inställbar COB med LES fyllda med flera ränder av olika CCT-fosfor Silikones som visas i figur
3.Inthis arbete, ett tredje tillvägagångssätt tar genom att blanda varma CCT CSP LEDswith Blue Flip-chips och nära lödning på ett underlag. Då en vit reflekterande silikondam dispenseras för att omge de varma vita CSP: erna och blå vippor. Slutligt , den är fylld med fosfor innehållande kiseleto Fyll i den dubbla färgkolvmodulen som visas i fig.4.
Fig.4 Varm färg CSP och Blue Flip Chip Cob (Structure 3- Shineon Development)
Jämfört med strukturen 3 har struktur 1 tre nackdelar:
(A) Färgblandning bland de olika CSP -ljuskällorna i olika CCT: er är inte enhetlig på grund av segregeringen av fosforsilikon orsakad av chips från CSP -ljuskällorna;
(b) CSP -ljuskällan skadas enkelt med en fysisk touch;
(c) klyftan för varje CSP -ljuskälla är lätt att fånga dammet för att orsaka COB -lumenreduktion;
Structure2 har också sina nackdelar:
(a) svårigheter att tillverka processkontroll och CIE -kontroll;
(b) Färgblandning bland de olika CCT -sektionerna är inte enhetlig, särskilt för det nära fältmönstret.
Figur 5 jämför MR 16 lampor byggda med ljuskälla för struktur 3 (vänster) och struktur 1 (höger). Från bilden kan vi hitta strukturen 1 har en lätt nyans i mitten av emitterande område, medan den theluminösa intensitetsfördelningen av struktur 3 är mer enhetlig.
Ansökningar
I vårt tillvägagångssätt med hjälp av Structure 3 finns det två olika kretskonstruktioner för ljusets färg och ljusstyrka. I en enkanalskrets som har ett enkelt driverbehov är den vita CSP-strängen och blå flip-chip-strängen anslutna parallellt. Det finns ett fast motstånd från CSP-strängen. Med motståndet är körströmmen uppdelad mellan CSP: er och blå chips som resulterar i förändring av färg och ljusstyrka. De detaljerade inställningsresultaten visas i tabell 1 och figur 6. Färginställningskurvan för enkanalskrets som visas i figur7. CCT ökar körströmmen. Vi har insett två avstämningsbeteende med en emulering av konventionellt halogenbulband den andra mer linjära inställningen. Det inställbara CCT -intervallet är från 1800K till 3000K.
Tabell1. Flux och CCT ändras med körström för SHINEON Single-Channel COB Model 12SA
Fig.7CCT-inställning tillsammans med Blackbody-kurvan med körström i den enda-kanannelcirkuitkontrollen COB (7A) och de två
Inställningsbeteenden med relativ luminans med hänvisning till halogenlampan (7B)
Den andra designen använder en dubbelkanalskrets där CCT-inställningsbar ordningen är bredare än enkakalkretsen. CSP Stringand Blue Flip-chip Stringare är elektriskt separat på underlaget och därmed kräver speciell kraftförsörjning. Färgen och ljusstyrkan är inställd av av Kör de två kretsarna i önskad nuvarande nivå och förhållande. Det kan ställas in från 3000K till 5700kas som visas i figur 8 i Shineon Dual-Channel COB Model 20DA.Table 2 listade det detaljerade inställningsresultatet som kan simulera dagsljuset ändras från morgon till kväll. Genom att kombinera användningen av beläggningssensor och kontroll Kretsar ， Denna inställbara ljuskälla Help ökar exponeringen för blått ljus under dagen och minskar exponeringen för blått ljus under natten ， främjar människors välbefinnande och mänskliga prestanda också Som smart belysning fungerar.
Sammanfattning
Tunable LED -moduler utvecklades genom att kombinera
Chip Scale -paket (CSP) och Chip ombord (COB) -teknologi. CSPSand Blue Flip Chip är integrerade på ett COB-kort För att uppnå hög effektdensitet och färguniformitet, används dubbelkanalstruktur för att uppnå bredare CCT-inställning i applikationer som kommersiell belysning. Enkanalstruktur används för att uppnå dim-till-varmfunktion som emulerar halogenlampa i applikationer som hem och gästfrihet.
978-1-5386-4851-3/17/$ 31,00 02017 IEEE
Bekräftelse
Författarna vill erkänna finansieringen från den nationella nyckelforskningen och utvecklingen
Program of China (nr 2016YFB0403900). Dessutom stöd från kollegorna i Shineon (Peking)
Technology Co, erkänns också tacksamt.
Referenser
[1] Han, N., Wu, Y.-H. och Tang, Y, "Research of KNX Device
Nod och utveckling baserad på bussgränssnittsmodulen ", 29: e Chinese Control Conference (CCC), 2010, 4346 -4350.
[2] Park, T. och Hong, SH, "Ett nytt förslag från nätverkshanteringssystem för BACNET och dess referensmodell", 8: e IEEE International Conference on Industrial Informatics (Indin), 2010, 28-33.
[3] Wohlers I, Andonov R. och Klau GW, "Dalix: Optimal Dali-proteinstrukturinriktning", IEEE/ACM-transaktioner på beräkningsbiologi och bioinformatik, 10, 26-36.
[4] Dominguez, F, Touhafi, A., Tiete, J. och Steen Haut, K.,
“Samexistens med WiFi för en Home Automation Zigbee-produkt” ， IEEE 19: e symposium om kommunikation och fordonsteknik i Benelux (SCVT), 2012, 1-6.
[5] Lin, WJ ， Wu, QX och Huang, YW, "Automatisk mätarläsningssystem baserat på Power Line Communication of Lonworks", International Conference on Technology and Innovation (ITIC 2009), 2009,1-5.
[6] Ellis, EV, Gonzalez, EW, et al, "Auto-inriktning dagsljus med lysdioder: Hållbar belysning för hälsa och välbefinnande", Proceedings of 2013 ARCC Spring Research Conference, Mar, 2013
[7] Belysning Science Group White Paper, "Belysning: The Way to Health & Productivity", 25 april 2016.
[8] Figueiro, MG, Bullough, JD, et al, "Preliminära bevis för en förändring i spektralkänsligheten för det cirkadiska systemet på natten", Journal of Circadian Rhythms 3:14. Februari 2005.
[9] Inanici, M, Brennan, M, Clark, E, "Spektral dagsljus
Simuleringar: Computing Circadian Light ", 14: e konferensen för International Building Performance Simulation Association, Hyderabad, Indien, december 2015.