Abstimmbare LED-Module basierend auf CSP-COB
Abstrakt: Untersuchungen haben gezeigt, dass die Farbe zwischen Lichtquellen und menschlichem zirkadianen Zyklus die Korrelation zwischen den Umweltbedürfnissen in hochwertiger Beleuchtungsanwendungen immer wichtiger geworden ist. auf menschliche Sensibilität eingestellt. Ein menschliches zentrisches Licht (HCL) muss gemäß der Änderungsumgebung wie Mehrnutzungseinrichtungen, Klassenzimmern ， Gesundheitswesen ， und um Ambiente und Ästhetik zu schaffen. Einstellbare LED -Module wurden durch Kombination von Chip -Skala -Paketen (CSP) und CHIP -On -Board (COB) -Technologie entwickelt. CSPs werden auf eine COB -Platine integriert, um eine hohe Leistungsdichte und Farbgleichmäßigkeit zu erzielen, während sie neue Funktionen der Farbabstimmigkeit hinzufügen. Dieses Papier beschreibt das Design, den Prozess und die Leistung der LED-Module und ihre Anwendung in Warmdimming-LED-Licht- und Anhängerlicht.
Schlüsselwörter:HCL, zirkadiane Rhythmen, abstimmbare LED, Dual CCT, warmes Dimmen, CRI
Einführung
Die LED, wie wir wissen, gibt es seit über 50 Jahren. Die jüngste Entwicklung weißer LEDs hat es als Ersatz für andere weiße Lichtquellen in die Öffentlichkeit gebracht. Neue Designflexibilität für die Digitalisierung und Farbstimmung. Es gibt zwei Hauptmethoden, um weiße Lichtdioden (WLEDs) zu produzieren, die ein weißes Licht mit hohem Intensität erzeugen. Eines kann einzelne LEDs verwenden, die Mischen Sie drei Primärfarben-Red, Grün und Blau-und mischen Sie dann drei Farben, um weißes Licht zu bilden. Das andere besteht Eine fluoreszierende Glühbirnenarbeit. Es ist wichtig zu beachten Licht.
Smart Lighting ist heutzutage ein wichtiger Bereich im Smart Building und in Smart City. Eine zunehmende Anzahl von Herstellern beteiligt ， Wie KNX) BACNETP ', DALI ， Zigbee-Zhazba' ， Plc-Lonworks usw. Das kritische Problem in all diesen Produkten ist, dass sie nicht miteinander interoperieren können (dh geringe Kompatibilität und Erweiterbarkeit).
LED-Leuchten mit der Fähigkeit, unterschiedliche Lichtfarbe zu liefern Spezifizierer Wenn die Installation erfolgreich sein soll. In LED-Leuchten gibt es drei grundlegende Kategorien von Farbabeinstellungsarten: weiße Abstimmung, Dim-to-Warme und Vollfarbabung. Andere Protokolle und sind fest verdrahtet, um Strom zu bauen. Denn diese Optionen bietet LED mögliche Lösungen, um die Farbe oder die CCT zu ändern, um den menschlichen zirkadianen Rhythmen zu begegnen.
Zirkadiane Rhythmen
Pflanzen und Tiere zeigen Verhaltens- und physiologische Veränderungen über einen ungefähr 24-Stunden-Zyklus, der sich über aufeinanderfolgende Tage wiederholen-diese sind zirkadiane Rhythmus.
Der zirkadiane Rhythmus wird von Melatonin kontrolliert, einem der wichtigsten Hormone, die im Gehirn produziert werden. Und es induziert auch Schläfrigkeit. Melanopsin -Rezeptoren setzen die zirkadiane Phase mit blauem Licht, indem es die Melatoninproduktion abschließt. Volleinzug in die verschiedenen Schlafphasen, was für den Menschen eine kritische restaurative Zeit ist Körper.
Über die biologischen Rhythmen beim Menschen können auf verschiedene Arten gemessen werden, normalerweise Schlaf-/Weckzyklus, Kernkörpertemperatur, Melatoninconzentration, Cortisolkonzentration und Alpha -Amylase -Konzentration8. Aber das primäre Synchronisierer von zirkadianen Rhythmen zur lokalen Position auf der Erde ，, weil die Lichtintensität ， Spektrumverteilung, Timing und Dauer können das menschliche zirkadiane System beeinflussen. Dies beeinflusst die tägliche interne Uhr Auch. Die Zeit der Lichtbelastung kann entweder die Takte des Zeitpunkts vorantreiben oder verzögern ". Die zirkadianen Rhythmen beeinflussen die Leistung und den Komfort des Menschen usw. Das menschliche zirkadiane System ist bei 460 nm (blaue Region des Visiblespespectrum) am sensibelsten, während das visuelle System meistempfindlich ist bis 555nm (grüne Region). Einstellbare LEDs mit integriertem Erfassungs- und Steuerungssystem können entwickelt werden, um so hohe Leistung und gesunde Beleuchtungsanforderungen zu erfüllen.
Abb.1 Licht hat einen doppelten Effekt auf das 24-Stunden-Melatoninprofil, den akuten Effekt und das Phasenverschiebungseffekt.
Paketdesign
Wenn Sie die Helligkeit des herkömmlichen Halogens anpassen
Lampe, die Farbe wird geändert. Herkömmliche LED ist jedoch nicht in der Lage, die Farbtemperatur zu stimmen und gleichzeitig die Helligkeit zu ändern und die gleiche Änderung einer herkömmlichen Beleuchtung zu emulieren. In den früheren Tagen werden viele Glühbirnen LED mit verschiedenen CCT -LEDs auf dem PCB -Boardto verwendet
Ändern Sie die Beleuchtungsfarbe, indem Sie den Antriebsstrom ändern. Es benötigt ein komplexes Schaltungslichtmoduldesign, um die CCT zu steuern. Dies ist für den Leuchtenhersteller keine einfache Aufgabe Erfüllen Sie sowohl Farbabstimmungen als auch kompakte Lichtquellenanforderungen, stimmbare Farbkobs erscheinen auf dem Markt.
Es gibt drei grundlegende Strukturen von Farbabeinstellungsarten, die erste, die warme CCT-CSP und die kühl Silikone in Abbildung gezeigt
3. In der Arbeit wird ein dritter Ansatz durchgeführt, indem es warme CCT CSP LEDSWITH Blue Flip-Chips und eng an einem Substrat befestigten Lötmittel mischt. Dann wird ein weißer reflektierender Silikondamm darauf verzichtet Es ist mit Phosphor gefüllt, der Siliconeto enthält, das das Doppel -COB -Modul vervollständigt, wie in Abb. 4 gezeigt.
Abb.4 Warm Farbe CSP und Blue Flip Chip COB (Struktur 3- Shineon-Entwicklung)
Im Vergleich zur Struktur 3 hat Struktur 1 drei Nachteile:
(a) Das Farbmischung zwischen den verschiedenen CSP -Lichtquellen in verschiedenen CCTs ist aufgrund der Trennung von Phosphor -Silikon, die durch die Chips der CSP -Lichtquellen verursacht werden, nicht gleichmäßig.
(b) die CSP -Lichtquelle wird leicht mit einer physischen Berührung beschädigt;
(c) Die Lücke jeder CSP -Lichtquelle ist leicht zu fangen, um den Staub zu fangen, um COB -Lumen -Reduktion zu verursachen.
Struktur2 hat auch seine Nachteile:
(a) Schwierigkeit bei der Steuerung des Herstellungsprozesses und der CIE -Kontrolle;
(b) Die Farbmischung zwischen den verschiedenen CCT -Abschnitten ist insbesondere für das Nahfeldmuster nicht gleichmäßig.
Abbildung 5 vergleicht MR 16 Lampen, die mit Lichtquelle der Struktur 3 (links) und Struktur 1 (rechts) gebaut wurden. Aus dem Bild können wir feststellen, dass die Struktur 1 einen leichten Schatten in der Mitte des emittierenden Bereichs hat, während die theluminöse Intensitätsverteilung der Struktur 3 gleichmäßiger ist.
Anwendungen
In unserem Ansatz unter Verwendung von Struktur 3 gibt es zwei verschiedene Schaltungsdesigns für die Lichtfarbe und die Helligkeitsstimmung. In einer Einkanalschaltung, die eine einfache Treiberanforderung aufweist, sind die weiße CSP-Saite und die blaue Flip-Chip-Zeichenfolge parallel angeschlossen. Es gibt einen festen Widerstand in der CSP-Zeichenfolge. Mit dem Widerstand wird der Antriebsstrom zwischen CSPs und blauen Chips unterteilt, die die Farbe und die Helligkeit entstehen. Die detaillierten Tuning-Ergebnisse sind in Tabelle 1 und Abbildung 6 dargestellt. Der CCT erhöht den Antriebsstrom. Wir haben zwei Tuningverhalten realisiert, wobei ein konventionelles Halogen -Bulband die andere linearere Abstimmung emuliert. Der einstellbare CCT -Bereich liegt zwischen 1800 k und 3000 k.
Tabelle 1. Fluss- und CCT-Veränderung mit dem Antriebsstrom von Shineon Einkanal COB Modell 12SA
Abb.7CCT-Tuning zusammen mit Blackbody-Kurve mit Antriebsstrom im einkanalkreisgesteuerten COB (7A) und den beiden
Tuningverhalten mit relativer Luminanz in Bezug auf Halogenlampe (7b)
Das andere Design verwendet eine Dual-Channel-Schaltung, in der die cct-einstellbare Anordnung breiter ist als der Single-Channel-Kreislauf. Der CSP Stringand Blue Flip-Chip-String-String-String-String-String-String-String-String-String-String-String-String-String-String-String-String ist jedoch somit eine spezielle Stromversorgung. Die Farbe und Helligkeit werden durch Fahren Sie die beiden Schaltungen auf dem gewünschten Strom und Verhältnis. Es kann von 3000 k bis 5700kas in Abbildung 8 von Shineon Dual-Channel COB Modell 20DA gezeigt werden. Schaltkreise ， Diese einstellbare Lichtquelle Helmhelps erhöhen tagsüber die Exposition gegenüber blauem Licht und verringern die Exposition gegenüber blauem Licht während der Nacht ， Förderung des Wohlbefindens und der menschlichen Leistung der Menschen. sowie intelligente Beleuchtungsfunktionen.
Zusammenfassung
Einstellbare LED -Module wurden durch Kombination entwickelt
CHIP -Skala -Pakete (CSP) und CHIP -On -Board (COB) -Technologie. CSPSand Blue Flip Chip werden auf eine COB-Platine integriert, um eine hohe Leistungsdichte und Farb Gleichmäßigkeit zu erzielen. Die Dual-Kanal-Struktur wird verwendet, um eine breitere CCT-Abstimmung in Anwendungen wie kommerzieller Beleuchtung zu erreichen. Die Einzelkanalstruktur wird verwendet, um die Halogenlampe in Anwendungen wie Heimat und Gastfreundschaft zu erwerben.
978-1-5386-4851-3/17/$ 31.00 02017 IEEE
Anerkennung
Die Autoren möchten die Finanzierung der nationalen Schlüsselforschung und -entwicklung anerkennen
Programm von China (Nr. 2016YFB0403900). Zusätzlich Unterstützung der Kollegen in Shineon (Peking)
Technology Co ist auch dankbar anerkannt.
Referenzen
[1] Han, N., Wu, Y.-H. und Tang, y, "Erforschung des KNX -Geräts
Knoten und Entwicklung basierend auf dem Bus -Schnittstellenmodul ", 29. chinesische Kontrollkonferenz (CCC), 2010, 4346 -4350.
[2] Park, T. und Hong, SH, „Ein neuer Vorschlag des Netzwerkmanagementsystems für BACNET und sein Referenzmodell“, 8. IEEE International Conference on Industrial Informatics (Indin), 2010, 28-33.
[3] Wohlers I, Andonov R. und Klau GW, "Dalix: Optimale Dali-Proteinstrukturausrichtung", IEEE/ACM-Transaktionen zur Computerbiologie und Bioinformatik, 10, 26-36.
[4] Dominguez, F, Touhafi, A., Tiete, J. und Steen Haut, K.,,
„Koexistenz mit WLAN für ein Zigbee-Produkt für Heimautomation“ ， IEEE 19. Symposium für Kommunikation und Fahrzeugtechnologie in der Benelux (SCVT), 2012, 1-6.
[5] Lin, WJ ， Wu, QX und Huang, YW, "Automatisches Meter-Lesesystem basierend auf der Stromversorgung von Lonworks", International Conference on Technology and Innovation (ITIC 2009), 2009, 1-5.
[6] Ellis, EV, Gonzalez, EW, et al.
[7] LELLING SCIENCE Group White Paper, "Beleuchtung: Der Weg zu Gesundheit und Produktivität", 25. April 2016.
[8] Figueiro, MG, JD Bullough et al., "Vorläufige Beweise für eine Veränderung der spektralen Empfindlichkeit des zirkadianen Systems in der Nacht", Journal of Circadian Rhythms 3:14. Februar 2005.
[9] Inanici, M, Brennan, M, Clark, E ", spektrales Tageslicht
Simulationen: Computing Circadian Light ", 14. Konferenz der internationalen Gebäudeleistungsimulationsvereinigung, Hyderabad, Indien, Dezember 2015.