Podesivi LED moduli zasnovani na CSP-COB-u
sažetak: Istraživanja su pokazala korelaciju između boje izvora svjetlosti i ljudskog cirkadijalnog ciklusa. Podešavanje boja prema potrebama okoliša postaje sve važnije u primjenama visokokvalitetnog osvjetljenja. Savršen spektar svjetlosti trebao bi pokazati kvalitete najbliže sunčevoj svjetlosti s visokim CRI, ali je idealno prilagođen ljudskoj osetljivosti.Svjetlo usmjereno na čovjeka (HCL) mora biti dizajnirano u skladu s promjenjivim okruženjem, kao što su objekti za višestruku upotrebu, učionice, zdravstvena njega, i stvoriti ambijent i estetiku.Podesivi LED moduli su razvijeni kombinacijom paketa čipova (CSP) i čip na ploči (COB) tehnologije.CSP-ovi su integrisani na COB ploči da bi se postigla visoka gustina snage i uniformnost boja, uz dodavanje nove funkcije podešavanja boja. Rezultujući izvor svetlosti se može kontinuirano podešavati od svetle, hladnije boje osvetljenja tokom dana do prigušenijeg, toplijeg osvetljenja uveče, Ovaj rad opisuje dizajn, proces i performanse LED modula i njihovu primjenu u LED donjim svjetlima i visećim svjetlima sa toplim zatamnjivanjem.
Ključne riječi:HCL, cirkadijski ritmovi, podesiva LED, dvostruki CCT, toplo zatamnjenje, CRI
Uvod
LED kao što znamo postoji već više od 50 godina.Nedavni razvoj bijelih LED dioda je ono što ih je dovelo u oči javnosti kao zamjenu za druge izvore bijele svjetlosti. U poređenju sa tradicionalnim izvorima svjetla, LED ne samo da predstavlja prednosti uštede energije i dugog vijeka trajanja, već i otvara vrata za nova fleksibilnost dizajna za digitalizaciju i podešavanje boja. Postoje dva osnovna načina proizvodnje bijelih dioda koje emituju svjetlost (WLED) koje generiraju bijelo svjetlo visokog intenziteta. Jedan je korištenje pojedinačnih LED dioda koje emituju tri primarne boje – crvenu, zelenu i plavu —a zatim pomešati tri boje da se formira belo svetlo. Drugi je upotreba fosfornih materijala za pretvaranje monokromatske plave ili ljubičaste LED svetlosti u belu svetlost širokog spektra, na isti način na koji funkcioniše fluorescentna sijalica. Važno je napomenuti da je 'bjelina' proizvedene svjetlosti u suštini dizajnirana tako da odgovara ljudskom oku, i ovisno o situaciji, možda nije uvijek prikladno razmišljati o njoj kao o bijeloj svjetlosti.
Pametna rasvjeta je danas ključna oblast u pametnoj zgradi i pametnom gradu. Sve veći broj proizvođača učestvuje u dizajnu i ugradnji pametne rasvjete u novogradnji. Posljedica je da se ogromna količina komunikacijskih obrazaca implementira u različite brendove proizvoda ，kao što je KNx) BACnetP',DALI,ZigBee-ZHAZBA',PLC-Lonworks, itd. Jedan kritičan problem u svim ovim proizvodima je taj što ne mogu međusobno raditi (tj. niska kompatibilnost i proširivost).
LED svetiljke sa mogućnošću da isporuče različite boje svetlosti su na tržištu arhitektonske rasvete od ranih dana poluprovodničke rasvete (SSL). Iako je osvetljenje koje se podešava u boji i dalje rad u toku i zahteva određenu količinu domaćeg rada od strane specificator da li će instalacija biti uspješna.Postoje tri osnovne kategorije tipova podešavanja boje u LED svjetiljkama: podešavanje bijele boje, podešavanje zatamnjenja prema toplom i podešavanje u punoj boji. Sve tri kategorije mogu se kontrolisati preko bežičnog predajnika koristeći Zigbee, Wi-Fi, Bluetooth ili drugi protokoli, i ožičeni su za izgradnju snage. Zbog ovih opcija, LED pruža moguća rješenja za promjenu boje ili CCT kako bi se zadovoljili ljudski cirkadijalni ritmovi.
Circadian Rhythms
Biljke i životinje pokazuju obrasce ponašanja i fiziološke promjene tokom približno 24-satnog ciklusa koji se ponavljaju tokom uzastopnih dana – to su cirkadijalni ritmovi. Cirkadijalni ritmovi su pod utjecajem egzogenih i endogenih ritmova.
Cirkadijalni ritam kontroliše melatonin koji je jedan od glavnih hormona koji se proizvodi u mozgu.A takođe izaziva pospanost. Melanopsin receptori postavljaju cirkadijalnu fazu plavim svjetlom nakon buđenja zaustavljanjem proizvodnje melatonina. Izlaganje istim plavim talasnim dužinama svjetlosti uveče će ometati san i poremetiti cirkadijalni ritam. Cirkadijalna desinhronizacija sprječava tijelo da potpuno ulazak u različite faze sna, što je kritično vrijeme oporavka za ljudsko tijelo. Štaviše, utjecaj cirkadijalnog poremećaja se proteže izvan svjesnosti tokom dana i spavanja noću.
O biološkim ritmovima kod ljudi obično se može mjeriti na nekoliko načina, ciklus spavanja/budnosti, temperatura jezgre, koncentracija melatonina, koncentracija kortizola i koncentracija alfa amilaze. intenzitet svjetlosti, raspodjela spektra, vrijeme i trajanje mogu utjecati na ljudski cirkadijalni sistem. To također utiče na dnevni unutrašnji sat.Vrijeme izlaganja svjetlosti može ili unaprijediti ili odgoditi unutrašnji sat". Cirkadijalni ritmovi će uticati na ljudske performanse i udobnost itd. Ljudski cirkadijalni sistem je najosjetljiviji na svjetlost na 460nm (plavi dio vidljivog spektra), dok je vizualni sistem najosetljiviji do 555 nm (zelena regija). Dakle, kako koristiti podesivi CCT i intenzitet za poboljšanje kvaliteta života postaje sve važniji. LED diode koje se mogu podesiti u boji sa integriranim senzorskim i kontrolnim sistemom mogu se razviti kako bi zadovoljile zahtjeve tako visokih performansi, zdravog osvjetljenja .
Slika 1 Svetlost ima dvostruki efekat na 24-časovni profil melatonina, akutni efekat i efekat pomeranja faze.
Dizajn paketa
Kada podesite svjetlinu konvencionalnog halogena
lampe, boja će se promijeniti.Međutim, konvencionalna LED ne može podesiti temperaturu boje dok mijenja svjetlinu, emulirajući istu promjenu neke konvencionalne rasvjete.U ranijim danima, mnoge sijalice će koristiti LED sa različitim CCT LED diodama kombinovanim na PCB ploči
promijenite boju osvjetljenja promjenom pogonske struje.Potreban mu je kompleksni dizajn modula rasvjete za kontrolu CCT-a, što nije lak zadatak za proizvođača svjetiljki. Kako dizajn rasvjete napreduje, kompaktna rasvjetna tijela kao što su reflektori i donja svjetla, pozivaju na male veličine, LED module visoke gustine, kako bi se zadovoljavaju i podešavanje boja i zahtjeve kompaktnog izvora svjetlosti, na tržištu se pojavljuju podesivi COB-ovi u boji.
Postoje tri osnovne strukture tipova podešavanja boja, prva, koristi toplo CCT CSP i hladno CCT CsP spajanje direktno na PCB ploču, kao što je ilustrovano na slici 2. Drugi tip podesivog COB-a sa LES-om ispunjenim višestrukim prugama različitog CCT fosfora silikoni prikazani na slici
3. U ovom radu koristi se treći pristup miješanjem toplih CCT CSP LED-ova sa plavim flip-chipovima i bliskom lemljenjem pričvršćenim na podlogu. Zatim se bijela reflektirajuća silikonska brana nanosi da okružuje toplo-bijele CSP-ove i plave flip-chip-ove. , ispunjen je silikonom koji sadrži fosfor kako bi se kompletirao 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 poređenju sa strukturom 3, struktura 1 ima tri nedostatka:
(a) Miješanje boja između različitih CSP izvora svjetlosti u različitim CCT nije ujednačeno zbog segregacije fosfornog silikona uzrokovanog čipovima CSP izvora svjetlosti;
(b) CSP izvor svjetlosti se lako ošteti fizičkim dodirom;
(c) Razmak svakog CSP izvora svjetlosti je lako uhvatiti prašinu i uzrokovati smanjenje lumena COB-a;
Structure2 također ima svoje nedostatke:
(a) Poteškoće u kontroli proizvodnog procesa i CIE kontroli;
(b) Miješanje boja između različitih CCT sekcija nije ujednačeno, posebno za uzorak bliskog polja.
Slika 5 upoređuje MR 16 lampe napravljene od izvora svjetlosti Strukture 3 (lijevo) i Strukture 1 (desno).Sa slike možemo vidjeti da Struktura 1 ima svijetlu nijansu u centru emitivnog područja, dok je distribucija intenziteta svjetla kod Strukture 3 ujednačenija.
Prijave
U našem pristupu koji koristi strukturu 3, postoje dva različita dizajna kola za podešavanje boje svjetla i svjetline.U jednokanalnom kolu koje ima jednostavan zahtjev za drajverom, bijeli CSP niz i plavi flip-chip niz su povezani paralelno. Postoji fiksni otpornik CSP niza.Sa otpornikom, struja pokretanja je podijeljena između CSP-a i plavih čipova što rezultira promjenom boje i svjetline. Detaljni rezultati podešavanja prikazani su u Tabeli 1 i Slici 6. Kriva podešavanja boje jednokanalnog kola je prikazana na Slici 7.CCT povećava kao pogonsku struju.Shvatili smo dva ponašanja podešavanja s jednim emulirajući konvencionalnu halogenu sijalicu, a drugim linearnijim podešavanjem.Opseg CCT koji se može podesiti je od 1800K do 3000K.
Tabela1.Fluks i CCT se mijenjaju sa pogonskom strujom ShineOn jednokanalnog COB modela 12SA
Slika 7CCT podešavanje zajedno sa krivom crnog tela sa pogonskom strujom u jednokanalnom krugu kontrolisanom COB(7a) i dva
ponašanje podešavanja sa relativnom osvetljenošću u odnosu na halogenu lampu (7b)
Drugi dizajn koristi dvokanalno kolo gdje je CCT podesivi raspored širi od jednokanalnog kruga. CSP žica i plava flip-chip žica su električni odvojeni na podlozi i stoga zahtijeva posebno napajanje. Boju i svjetlinu podešavaju pogon dva kola na željenom nivou struje i omjeru.Može se podesiti od 3000k do 5700Kas prikazano na slici 8 ShineOn dvokanalnog COB modela 20DA. U tabeli 2 navedeni su detaljni rezultati podešavanja koji mogu blisko simulirati promjenu dnevne svjetlosti od jutra do večeri. Kombinacijom upotrebe senzora zauzetosti i kontrole kola, ovaj podesivi izvor svjetlosti pomaže u povećanju izloženosti plavoj svjetlosti tokom dana i smanjenju izloženosti plavoj svjetlosti tokom noći, promovirajući dobrobit ljudi i ljudske performanse, kao i funkcije pametnog osvjetljenja.
Sažetak
Podesivi LED moduli su razvijeni kombinovanjem
paketi čipova (CSP) i čip na ploči (COB) tehnologija.CSP i plavi flip čip su integrisani na COB ploči da bi se postigla velika gustina snage i uniformnost boja, dvokanalna struktura se koristi za postizanje šireg CCT podešavanja u aplikacijama kao što je komercijalno osvetljenje.Jednokanalna struktura se koristi za postizanje funkcije zatamnjenja do zagrijavanja koja emulira halogene lampe u aplikacijama kao što su dom i ugostiteljstvo.
978-1-5386-4851-3/17/$31,00 02017 IEEE
Priznanje
Autori žele da zahvale na finansiranju od strane The National Key Research and Development
Program Kine (br. 2016YFB0403900).Dodatno, podrška kolega u ShineOn-u (Peking)
Technology Co, također je zahvalan.
Reference
[1] Han, N., Wu, Y.-H.i Tang, Y, "Istraživanje KNX uređaja
Čvor i razvoj zasnovan na modulu interfejsa sabirnice", 29. Kineska kontrolna konferencija (CCC), 2010, 4346 -4350.
[2] Park, T. i Hong, SH, „Novi predlog sistema 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 poravnanje proteinske strukture“, IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics, 10, 26-36.
[4] Dominguez, F, Touhafi, A., Tiete, J. i Steen Haut, K.,
“Suživot s WiFi-om za ZigBee proizvod kućne automatizacije”, IEEE 19. simpozij o komunikacijama i tehnologiji vozila u Beneluxu (SCVT), 2012, 1-6.
[5]Lin, WJ, Wu, QX i Huang, YW, "Sistem automatskog očitavanja brojila zasnovan na komunikacijskoj liniji LonWorks", Međunarodna konferencija o tehnologiji i inovacijama (ITIC 2009), 2009,1-5.
[6] Ellis, EV, Gonzalez, EW, et al, „Automatsko podešavanje dnevne svjetlosti sa LED diodama: održivo osvjetljenje za zdravlje i dobrobit“, Zbornik radova ARCC proljetne istraživačke konferencije 2013., mar, 2013.
[7] Bijela knjiga grupe za nauku o rasvjeti, "Rasvjeta: put do zdravlja i produktivnosti", 25. april 2016.
[8] Figueiro, MG, Bullough, JD, et al, "Preliminarni dokazi za promjenu spektralne osjetljivosti cirkadijalnog sistema noću", Journal of Circadian Rhythms 3:14.februar 2005.
[9] Inanici, M, Brennan, M, Clark, E, "Spectral Daylighting
Simulacije: Computing Circadian Light", 14. konferencija Međunarodnog udruženja za simulaciju performansi zgrada, Hyderabad, Indija, decembar 2015.