Tunable LED-moduler basert på CSP-COB
Abstrakt: Forskning har indikert sammenhengen mellom farge på lyskilder og menneskelig døgnsyklus. Fargeturering til miljøbehov har blitt mer og mer viktig i belysningsapplikasjoner av høy kvalitet. Et perfekt spekter av lys bør utvise egenskaper nærmest sollys med høy CRI, men er ideelt innstilt på menneskelig følsomhet. Et menneskelig sentrisk lys (HCL) må konstrueres i henhold til endringsmiljø som flerbruksanlegg, klasserom ， helsehjelp ， og for å skape atmosfære og estetikk. Tunable LED -moduler ble utviklet ved å kombinere Chip Scale Packages (CSP) og Chip On Board (COB) teknologi. CSP -er er integrert på et COB -brett for å oppnå høy krafttetthet og fargeuniformitet ， mens du legger til ny funksjon av fargemiljø. Denne artikkelen beskriver design, prosess og ytelse av LED-modulene og dens anvendelse i varmdimming LED ned lys og pendellys.
Stikkord:HCl, døgnrytmer, avstembar LED, dobbelt CCT, varm dimming, CRI
Introduksjon
Leden som vi kjenner den har eksistert i over 50 år. Den nylige utviklingen av hvite lysdioder er det som har ført det inn i det offentlige øyet som erstatning for andre hvite lys kilder. Ny designfleksibilitet for digitalisering og fargingstuning. Det er to primære måter å produsere hvite lys-emitterende dioder (wleds) som genererer hvitt lys med høy intensitet. En er å bruke individuelle lysdioder som Avgi tre primærfarger-rød, grønt og blått-og bland deretter tre farger for å danne hvitt lys. Det andre er å bruke fosformaterialer for å konvertere monokromatisk blå eller fiolett LED-lys til bredspektret hvitt lys ，, mye på samme måte en lysstoffrørarbeid. Det er viktig å merke seg at 'hvitheten' av lyset som produseres i det vesentlige er konstruert for å passe til det menneskelige øyet ， og avhengig av situasjonen det kan ikke alltid være aktuelt å tenke på det som hvitt lys.
Smart belysning er et sentralt område i den smarte bygningen og smart by i dag. Et økende antall produsenter deltar i utformingen og installasjonen av smarte lys i nye konstruksjoner. Konsekvensen er at en enorm mengde kommunikasjonsmønstre implementeres i forskjellige produkter av produkter ， Som knx) bacnetp ', dali ， Zigbee-Zhazba' ， PLC-lonworks, etc. Et kritisk problem i alle disse produktene er at de ikke kan interoperere med hverandre (dvs. lav kompatibilitet og utvidbarhet).
LED-armaturer med muligheten til å levere varierende lysfarge har vært på det arkitektoniske belysningsmarkedet siden de første dagene med faststoffbelysning (SSL). Selv om fargevollelig belysning forblir et arbeid som pågår og krever en viss lekser fra Spesifikator hvis installasjonen skal lykkes. Det er tre grunnleggende kategorier av fargeleggingstyper i LED-armaturer: hvit innstilling, dim-to-warm og full-farging. Alle de tre kategoriene kan kontrolleres av en trådløs sender ved bruk av Zigbee ， Wi-Fi, Bluetooth eller Andre protokoller ， og er hardwired til å bygge kraft. Fordi disse alternativene gir LED mulige løsninger for å endre farge eller CCT for å møte den menneskelige døgn rytmer.
Døgnrytmer
Planter og dyr viser mønstre av atferdsmessige og fysiologiske forandringer over en omtrent 24-timerssyklus som gjentar seg over påfølgende dager-dette er døgnrytmer. Kirkadiske rytmer påvirkes av eksogene og endogene rytmer.
Drettsrytmen styres av melatonin som er et av de viktigste hormonene som er produsert i hjernen. Og det induserer også søvnighet Inn i de forskjellige søvnfasene ， som er en kritisk gjenopprettende tid for mennesket Body.
Om de biologiske rytmene hos mennesker kan måles på flere måter vanligvis, søvn/våkne syklus, kjernekroppstemperatur, melatoninconcentration, kortisolkonsentrasjon og alfa -amylasekonsentrasjon8.men lys er de primære synkronisatorene for døgnrytmer til lokal stilling på jorden ， fordi de de Lysintensitet ， spektrumfordeling, timing og varighet kan påvirke det menneskelige døgnsystemet. Det påvirker også den daglige interne klokken. Tidspunktet for lyseksponering kan enten fremme eller forsinke den internklokken ". Dretskrytmene vil påvirke menneskets ytelse og komfort til 555nm (grønn region). VIKTIG. Farge avstemninger med integrerte sensing- og kontrollsystem kan utvikles for å oppfylle så høye ytelser, sunne belysningskrav.
Fig.1 Lys har en dobbel effekt på 24-timers melatoninprofil, akutt effekt og faseskiftende effekt.
Pakkedesign
Når du justerer lysstyrken til konvensjonelt halogen
lampe, fargen vil bli endret. Konvensjonell LED er imidlertid ikke i stand til å stille inn fargetemperatur mens du endrer lysstyrke ， som etterligner den samme endringen av en viss konvensjonell belysning. I de tidligere dagene vil mange pærer bruke LED med forskjellige CCT -lysdioder kombinert på PCB -styret
Endre lysfargen ved å endre kjørestrøm. Den trenger kompleks Circuit Light Module Design for å kontrollere CCT, noe som ikke er lett oppgave for armaturprodusenten. Som fremskritt av lysdesign ， den kompakte lysarmaturen som spotlys og nedlys, kaller overmallstørrelse, LED -moduler med høy tetthet, for å kunne Tilfredsstille både fargestilling og kompakte lyskildekrav, avstembare fargekobber vises i markedet.
Det er tre grunnleggende strukturer av fargeløpstyper, den første, den bruker den varme CCT CSP og kjølig CCT CSP-binding på PCB-kortet direkte som illustrert i figur 2. Den andre typen avstembar COB med LES fylt med flere striper av forskjellige CCT-fosfor Siliconesas vist i figur
3. INTE ARBEID, tar en tredje tilnærming ved å blande varm CCT CSP-ledswith Blue Flip-chips og tett lodde festet på et underlag. Da blir en hvit reflekterende silikondam dispensert for å omgi den varme hvite CSP-ene og blå flip-chips. , Den er fylt med fosfor inneholdt Siliconeto, fullfør den dobbelte fargekoblemodulen som vist i fig.4.
Fig.4 Varm farge CSP og blå flip chip cob (struktur 3- SHINEON utvikling)
Sammenlignet med strukturen 3 har struktur 1 tre ulemper:
(a) Farg blanding blant de forskjellige CSP -lyskildene i forskjellige CCT -er er ikke ensartet på grunn av segregeringen av fosforsilikon forårsaket av flisene til CSP -lyskildene;
(b) CSP -lyskilden blir lett skadet med et fysisk preg;
(c) gapet til hver CSP -lyskilde er lett å felle støvet for å forårsake reduksjon av cob lumen;
Struktur2 har også sine ulemper:
(a) Vanskeligheter med å produsere prosesskontroll og CIE -kontroll;
(b) Farg blanding mellom de forskjellige CCT -seksjonene er ikke ensartet, spesielt for det nærmeste feltmønsteret.
Figur 5 sammenligner MR 16 lamper bygget med lyskilde til struktur 3 (venstre) og struktur 1 (til høyre). Fra bildet kan vi finne at strukturen 1 har en lys nyanse i sentrum av emitterende område, mens theluminøs intensitetsfordeling av struktur 3 er mer ensartet.
Applikasjoner
I vår tilnærming ved bruk av struktur 3 er det to forskjellige kretsdesign for lysfarge og lysstyrke. I en enkeltkanalkrets som har et enkelt driverkrav, er den hvite CSP-strengen og blå flip-chip-strengen koblet parallelt. Det er en fast motstand CSP-strengen. Med motstanden er kjørestrømmen delt mellom CSP-er og blå flis som resulterer i fargen og lysstyrken. De detaljerte innstillingsresultatene er vist i tabell 1 og figur 6. Fargetilingskurven for enkeltkanalkretser vist i figur7. CCT øker drivstrømmen. Vi har innsett to innstillingsatferd med den ene som emulerer konvensjonell halogenbulbånd den andre mer lineære innstilling. Det avstembare CCT -området er fra 1800 000 til 3000K.
Tabell1. Flux og CCT endres med drivende strøm av Shineon enkanals COB-modell 12SA
Fig.
Tuning atferd med relativ luminans i referanse til halogenlampe (7B)
Den andre designen bruker en dobbeltkanalkrets der CCT-avstemningsarrangen er bredere enn enkeltkanalkretsen. CSP Stringand Blue Flip-Chip Stringare elektrisk atskilt på underlaget og dermed krever den spesiell strømforsyning. Fargen og lysstyrken er innstilt av kjører de to kretsløpene på ønsket strømnivå og forhold. Det kan stilles inn fra 3000K til 5700kas vist i figur 8 i Shineon Dual-Channel Cob Model 20DA.Table 2 listet det detaljerte innstillingsresultatet som kan simulere dagslysendringen fra morgen til kveld. Ved å kombinere bruk av beleggssensor og kontroll Kretser ， Denne avstembare lyskilden øker eksponeringen for blått lys i løpet av dagen og reduserer eksponeringen for blått lys i løpet av natten ， som fremmer folks velvære og menneske ytelse, så vel som smarte lysfunksjoner.
Sammendrag
Tunable LED -moduler ble utviklet ved å kombinere
Chip Scale Packages (CSP) og Chip On Board (COB) teknologi. CSPSAND Blue Flip Chip er integrert på et COB-brett for å oppnå høy krafttetthet og fargeuniformitet, dobbeltkanalsstruktur brukes for å oppnå bredere CCT-innstilling i applikasjoner som kommersiell belysning. Enkanals struktur brukes for å oppnå dim-to-warm-funksjon som emulerer halogenlampe i applikasjoner som hjemme og gjestfrihet.
978-1-5386-4851-3/17/$ 31,00 02017 IEEE
Bekreftelse
Forfatterne vil gjerne erkjenne finansieringen fra National Key Research and Development
Program of China (nr. 2016yfb0403900). I tillegg støtter støtten fra kollegene i Shineon (Beijing)
Technology Co, er også takknemlig anerkjent.
Referanser
[1] Han, N., Wu, Y.-H. og Tang, Y, "Research of KNX Device
Node og utvikling basert på Bus Interface Module ", 29. Chinese Control Conference (CCC), 2010, 4346 -4350.
[2] Park, T. og Hong, SH, “Et nytt forslag om nettverksadministrasjonssystem for BACnet og dets referansemodell", 8. IEEE International Conference on Industrial Informatics (Indin), 2010, 28-33.
[3] Wohlers I, Andonov R. og Klau GW, “Dalix: Optimal Dali Protein Structure Alignment”, IEEE/ACM-transaksjoner på beregningsbiologi og bioinformatikk, 10, 26-36.
[4] Dominguez, F, Touhafi, A., Tiete, J. og Steen Haut, K.,
“Sameksistens med WiFi for et hjemmeautomatisering Zigbee-produkt” ， IEEE 19. symposium om kommunikasjon og kjøretøyteknologi i Benelux (SCVT), 2012, 1-6.
[5] Lin, WJ ， Wu, QX og Huang, YW, "Automatic Meter Reading System basert 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-Tuning Daylight With LEDs: Bærekraftig belysning for helse og velvære”, Proceedings of the 2013 ARCC Spring Research Conference, Mar, 2013
[7] White Paper, "Lighting Science Group," Lighting: The Way to Health & Productivity ", 25. april 2016.
[8] Figueiro, MG, Bullough, JD, et al, "Foreløpig bevis for en endring i spektral følsomhet for døgnsystemet om natten", Journal of Circadian Rhythm 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, India, desember 2015.