Noskaņojami LED moduļi, kuru pamatā ir CSP-COB
Abstract: Pētījumi ir parādījuši korelāciju starp gaismas avotu krāsu un cilvēka diennakts ciklu. Krāsu pielāgošana vides vajadzībām ir kļuvusi arvien svarīgāka augstas kvalitātes apgaismojuma lietojumos. Perfektam gaismas spektram vajadzētu parādīt īpašības, kas ir vistuvākās saules gaismai ar augstu CRI, taču ideālā gadījumā tas ir pieskaņots cilvēka jūtīgumam.Uz cilvēku orientēta gaisma (HCL) ir jākonstruē atbilstoši mainīgajai videi, piemēram, daudzfunkcionālas telpas, klases, veselības aprūpe, un lai radītu gaisotni un estētiku.Noskaņojamie LED moduļi tika izstrādāti, apvienojot mikroshēmu mēroga pakotnes (CSP) un mikroshēmas (COB) tehnoloģiju.CSP ir integrēti COB platē, lai panāktu augstu jaudas blīvumu un krāsu viendabīgumu, vienlaikus pievienojot jaunu krāsu regulējamības funkciju. Iegūto gaismas avotu var nepārtraukti noregulēt no spilgtas, vēsākas krāsas apgaismojuma dienas laikā uz blāvāku, siltāku apgaismojumu vakarā, Šajā rakstā ir detalizēti aprakstīts LED moduļu dizains, process un veiktspēja, kā arī to pielietojums siltā aptumšotā LED gaismā un piekaramā apgaismojumā.
Atslēgas vārdi:HCL, diennakts ritmi, noskaņojama LED, dubultā CCT, siltā aptumšošana, CRI
Ievads
LED, kā mēs to zinām, pastāv jau vairāk nekā 50 gadus.Nesenā balto gaismas diožu attīstība ir radījusi tās sabiedrības uzmanības lokā, aizstājot citus baltās gaismas avotus. Salīdzinot ar tradicionālajiem gaismas avotiem, LED ne tikai sniedz enerģijas taupīšanas un ilga kalpošanas laika priekšrocības, bet arī paver durvis jauna dizaina elastība digitalizēšanai un krāsu regulēšanai. Ir divi galvenie veidi, kā ražot baltas gaismas diodes (WLED), kas rada augstas intensitātes balto gaismu. Viens no tiem ir izmantot atsevišķas gaismas diodes, kas izstaro trīs pamatkrāsas — sarkanu, zaļu un zilu. — un pēc tam sajauciet trīs krāsas, veidojot baltu gaismu. Otrs ir izmantot fosfora materiālus, lai pārveidotu monohromatisku zilu vai violetu LED gaismu plaša spektra baltā gaismā ，, līdzīgi kā darbojas dienasgaismas spuldze. Ir svarīgi atzīmēt ka radītās gaismas “baltums” būtībā ir izstrādāts tā, lai tas atbilstu cilvēka acij, un atkarībā no situācijas ne vienmēr ir pareizi to uzskatīt par baltu gaismu.
Viedais apgaismojums mūsdienās ir galvenā viedās ēkas un viedās pilsētas joma. Arvien vairāk ražotāju piedalās viedo apgaismojuma projektēšanā un uzstādīšanā jaunās konstrukcijās. Rezultātā dažādu zīmolu produktos tiek ieviests milzīgs komunikācijas modeļu daudzums. Piemēram, KNx ) BACnetP', DALI, ZigBee-ZHAZBA', PLC-Lonworks utt. Viena no kritiskajām problēmām visos šajos produktos ir tā, ka tie nevar sadarboties viens ar otru (ti, zema savietojamība un paplašināmība).
LED gaismekļi, kas spēj nodrošināt dažādas gaismas krāsas, ir bijuši arhitektūras apgaismojuma tirgū kopš cietvielu apgaismojuma (SSL) pirmsākumiem. Lai gan krāsu regulējamais apgaismojums joprojām ir nepabeigts darbs, un tas prasa noteiktu mājasdarbu apjomu. norādiet, vai instalēšana ir veiksmīga.LED gaismekļos ir trīs krāsu regulēšanas veidu pamatkategorijas: baltā regulēšana, aptumšošana uz siltu un pilnkrāsu regulēšana. Visas trīs kategorijas var vadīt ar bezvadu raidītāju, izmantojot Zigbee, Wi-Fi, Bluetooth vai Bluetooth. citi protokoli, un tie ir savienoti ar vadu, lai palielinātu jaudu. Šo iespēju dēļ LED nodrošina iespējamos risinājumus krāsas vai CCT maiņai, lai atbilstu cilvēka diennakts ritmiem.
Diennakts ritmi
Augi un dzīvnieki uzrāda uzvedības un fizioloģisko izmaiņu modeļus aptuveni 24 stundu ciklā, kas atkārtojas secīgu dienu laikā – tie ir diennakts ritmi. Diennakts ritmus ietekmē eksogēni un endogēni ritmi.
Diennakts ritmu kontrolē melatonīns, kas ir viens no galvenajiem smadzenēs ražotajiem hormoniem.Un tas arī izraisa miegainību. Melanopsīna receptori nosaka diennakts fāzi ar zilu gaismu pēc pamošanās, apturot melatonīna ražošanu. Tāda paša zilā gaismas viļņa garuma iedarbība vakarā traucēs miegu un izjauks diennakts ritmu. Diennakts desinhronizācija neļauj ķermenim pilnībā ieejot dažādās miega fāzēs, kas ir kritisks cilvēka ķermeņa atjaunošanas laiks. Turklāt diennakts traucējumu ietekme sniedzas tālāk par apzinātību dienā un miegu naktī.
Bioloģiskos ritmus cilvēkiem parasti var izmērīt vairākos veidos, piemēram, miega/nomoda ciklu, ķermeņa temperatūru, melatonīna koncentrāciju, kortizola koncentrāciju un alfa amilāzes koncentrāciju8. Taču gaisma ir galvenais diennakts ritma sinhronizators ar vietējo stāvokli uz zemes, jo gaismas intensitāte, spektra sadalījums, laiks un ilgums var ietekmēt cilvēka diennakts sistēmu. Tas ietekmē arī ikdienas iekšējo pulksteni.Gaismas iedarbības laiks var pavirzīt vai aizkavēt iekšējo pulksteni. Diennakts ritmi ietekmēs cilvēka veiktspēju un komfortu utt. Cilvēka diennakts sistēma ir visjutīgākā pret gaismu pie 460 nm (redzamā spektra zilais apgabals), turpretim redzes sistēma ir visjutīgākā. līdz 555 nm (zaļais apgabals). Tātad, kā izmantot noskaņojamo CCT un intensitāti, lai uzlabotu dzīves kvalitāti, kļūst arvien svarīgāka.Krāsu regulējamas gaismas diodes ar integrētu sensoru un vadības sistēmu var izstrādāt, lai atbilstu tik augstas veiktspējas,veselīga apgaismojuma prasībām. .
1. att. Gaismai ir divējāda ietekme uz 24 stundu melatonīna profilu, akūts efekts un fāzes maiņas efekts.
Iepakojuma dizains
Kad regulējat parastā halogēna spilgtumu
lampa, krāsa tiks mainīta.Tomēr parastā LED nespēj noregulēt krāsu temperatūru, mainot spilgtumu, imitējot to pašu dažu parastā apgaismojuma maiņu.Iepriekšējās dienās daudzas spuldzes izmantos LED ar dažādām CCT gaismas diodēm, kas apvienotas uz PCB plates
mainiet apgaismojuma krāsu, mainot braukšanas strāvu.Lai kontrolētu CCT, ir nepieciešams sarežģīts ķēdes gaismas moduļa dizains, kas nav viegls uzdevums gaismekļu ražotājam. Attīstoties apgaismojuma dizainam, kompaktais apgaismes ķermeņi, piemēram, prožektori un leju gaismas, ir nepieciešami maziem izmēriem, augsta blīvuma LED moduļiem. atbilst gan krāsu regulēšanas, gan kompaktā gaismas avota prasībām, tirgū parādās regulējami krāsu COB.
Ir trīs krāsu regulēšanas veidu pamatstruktūras, no kurām pirmā tiek izmantota siltā CCT CSP un vēsā CCT CsP savienošana uz PCB plates tieši, kā parādīts 2. attēlā. Otrā tipa noskaņojams COB ar LES, kas piepildīts ar vairākām dažāda CCT fosfora svītrām. attēlā parādīti silikoni
3. Šajā darbā tiek izmantota trešā pieeja, sajaucot siltās CCT CSP gaismas diodes ar zilām flip-chips un cieši pielodējot uz pamatnes. Pēc tam tiek izdalīts balts atstarojošs silikona aizsprosts, kas ieskauj silti baltos CSP un zilās flip-chips. , tas ir piepildīts ar fosforu saturošu silikonu, lai pabeigtu divu krāsu COB moduli, kā parādīts 4. attēlā.
4. att. Siltā krāsa CSP un zilā flip chip COB (struktūra 3 — ShineOn izstrāde)
Salīdzinot ar 3. struktūru, 1. struktūrai ir trīs trūkumi:
a) Krāsu sajaukšana starp dažādiem CSP gaismas avotiem dažādos CCT nav vienmērīga fosfora silikona segregācijas dēļ, ko izraisa CSP gaismas avotu mikroshēmas;
b) CSP gaismas avots tiek viegli bojāts ar fizisku pieskārienu;
(c) Katra CSP gaismas avota sprauga var viegli notvert putekļus, lai samazinātu COB lūmenu;
Struktūrai2 ir arī savi trūkumi:
a) ražošanas procesa kontroles un CIE kontroles grūtības;
(b) Krāsu sajaukšana starp dažādām CCT sekcijām nav vienmērīga, jo īpaši attiecībā uz tuvā lauka modeli.
5. attēlā ir salīdzinātas MR 16 lampas, kas izgatavotas ar 3. (pa kreisi) un 1. struktūras (pa labi) gaismas avotu.Attēlā redzams, ka 1. struktūrai izstarojošās zonas centrā ir gaišs nokrāsa, savukārt 3. struktūras gaismas intensitātes sadalījums ir vienmērīgāks.
Lietojumprogrammas
Mūsu pieejā, izmantojot 3. struktūru, ir divi dažādi ķēžu modeļi gaismas krāsu un spilgtuma regulēšanai.Vienkanāla shēmā, kurai ir vienkārša draivera prasība, baltā CSP virkne un zilā flip-chip virkne ir savienotas paralēli. CSP virknei ir fiksēta rezistora.Izmantojot rezistoru, piedziņas strāva tiek sadalīta starp CSP un zilajām mikroshēmām, kā rezultātā mainās krāsa un spilgtums. Detalizēti regulēšanas rezultāti ir parādīti 1. tabulā un 6. attēlā. Viena kanāla shēmu krāsu regulēšanas līkne parādīta 7. attēlā.CCT palielina braukšanas strāvu.Mēs esam realizējuši divas noregulēšanas darbības ar vienu, kas atdarina parasto halogēna spuldzi, bet otru - lineārāku.Noskaņojamais CCT diapazons ir no 1800K līdz 3000K.
1. tabula.Plūsmas un CCT maiņa ar ShineOn vienkanāla COB modeļa 12SA piedziņas strāvu
7. att. CCT regulēšana kopā ar melnā ķermeņa līkni ar virzošo strāvu viena kanāla ķēdē kontrolētā COB(7a) un divos
regulēšanas uzvedība ar relatīvo spilgtumu attiecībā pret halogēna lampu (7b)
Citā dizainā tiek izmantota divkanālu shēma, kurā CCT noskaņojamā shēma ir plašāka nekā viena kanāla shēma. CSP virkne un zilā flip-chip virkne ir elektriski atdalītas uz pamatnes, un tāpēc tai ir nepieciešama īpaša barošanas avota. Krāsu un spilgtumu noregulē darbinot abas ķēdes vēlamajā strāvas līmenī un proporcijā.To var noregulēt no 3000k līdz 5700Kas, kas parādīts ShineOn divkanālu COB modeļa 20DA 8. attēlā. 2. tabulā ir norādīts detalizēts regulēšanas rezultāts, kas var precīzi simulēt dienas gaismas maiņu no rīta līdz vakaram. Apvienojot noslogojuma sensora un vadības izmantošanu. ķēdes, šis regulējamais gaismas avots palīdz palielināt zilās gaismas iedarbību dienas laikā un samazina zilās gaismas iedarbību nakts laikā, veicinot cilvēku labklājību un cilvēka veiktspēju, kā arī viedās apgaismojuma funkcijas.
Kopsavilkums
Noskaņojamie LED moduļi tika izstrādāti, apvienojot
mikroshēmu mēroga pakotnes (CSP) un mikroshēmas (COB) tehnoloģija.CSP un zilā flip mikroshēma ir integrēta COB platē, lai panāktu augstu jaudas blīvumu un krāsu viendabīgumu, divkanālu struktūra tiek izmantota, lai panāktu plašāku CCT regulēšanu tādās lietojumprogrammās kā komerciālais apgaismojums.Viena kanāla struktūra tiek izmantota, lai sasniegtu funkciju no aptumšošanās uz siltu, emulējot halogēna lampu tādās lietojumprogrammās kā mājās un viesmīlībā.
978-1-5386-4851-3/17/31,00 USD 02017 IEEE
Atzinība
Autori vēlas izteikt atzinību par finansējumu no Nacionālās galvenās pētniecības un attīstības
Ķīnas programma (Nr. 2016YFB0403900).Turklāt atbalsts no kolēģiem ShineOn (Pekina)
Ar pateicību tiek novērtēts arī Technology Co.
Atsauces
[1] Han, N., Wu, Y.-H.un Tang, Y "KNX ierīces izpēte
Mezgls un izstrāde, pamatojoties uz kopnes interfeisa moduli", 29. Ķīnas kontroles konference (CCC), 2010, 4346-4350.
[2] Park, T. un Hong, SH, “Jauns tīkla pārvaldības sistēmas priekšlikums BACnet un tā atsauces modelim”, 8. IEEE starptautiskā konference par industriālo informātiku (INDIN), 2010, 28.–33.
[3] Wohlers I, Andonov R. un Klau GW, “DALIX: Optimal DALI Protein Structure Alignment”, IEEE/ACM Transactions on Computational Biology and Bioinformatics, 10, 26-36.
[4]Dominguez, F, Touhafi, A., Tiete, J. un Steen Haut, K.,
“Līdzāspastāvēšana ar WiFi mājas automatizācijas ZigBee produktam”, IEEE 19. simpozijs par komunikācijām un transportlīdzekļu tehnoloģijām Beniluksa valstīs (SCVT), 2012, 1.–6.
[5]Lin, WJ, Wu, QX un Huang, YW "Automātiskā skaitītāju nolasīšanas sistēma, kuras pamatā ir LonWorks elektropārvades līnijas komunikācija", Starptautiskā tehnoloģiju un inovāciju konference (ITIC 2009), 2009, 1-5.
[6] Ellis, EV, Gonzalez, EW et al, “Auto-tuning Daylight with LEDs: Sustainable Lighting for Health and Wellbeing”, Proceedings of the 2013 ARCC Spring Research Conference, mar, 2013
[7] Apgaismojuma zinātnes grupas baltā grāmata "Apgaismojums: ceļš uz veselību un produktivitāti", 2016. gada 25. aprīlis.
[8] Figueiro, MG, Bullough, JD, et al, "Iepriekšējie pierādījumi par diennakts sistēmas spektrālās jutības izmaiņām naktī", Journal of Circadian Rhythms 3:14.2005. gada februāris.
[9]Inanici, M, Brennan, M, Clark, E "Spectral Daylighting
Simulācijas: Computing Circadian Light", 14th Conference of International Building Performance Simulation Association, Hyderabad, Indija, 2015. gada decembris.