Modul LED Boleh Laras Berdasarkan CSP-COB
Abstrak: Penyelidikan telah menunjukkan perkaitan antara warna sumber cahaya dan kitaran sirkadian manusia. Penalaan warna kepada keperluan alam sekitar telah menjadi semakin penting dalam aplikasi pencahayaan berkualiti tinggi. Spektrum cahaya yang sempurna harus mempamerkan kualiti yang paling hampir dengan cahaya matahari dengan CRI yang tinggi, tetapi idealnya. sesuai dengan sensitiviti manusia.Cahaya sentrik manusia (HCL) perlu direka bentuk mengikut persekitaran perubahan seperti kemudahan pelbagai guna, bilik darjah, penjagaan kesihatan, dan untuk mewujudkan suasana dan estetika.Modul LED boleh tala telah dibangunkan dengan menggabungkan pakej skala cip (CSP) dan teknologi chip on board(COB).CSP disepadukan pada papan COB untuk mencapai ketumpatan kuasa tinggi dan keseragaman warna, sambil menambah fungsi baharu kebolehtalakan warna. Sumber cahaya yang terhasil boleh ditala secara berterusan daripada pencahayaan berwarna terang dan lebih sejuk pada siang hari kepada lebih malap, pencahayaan lebih panas pada waktu petang, Kertas ini memperincikan reka bentuk, proses dan prestasi modul LED dan aplikasinya dalam lampu bawah LED yang memanaskan dan lampu loket.
Kata kunci:HCL, Irama sirkadian, LED Boleh Diputar, Dwi CCT, Peredupan Hangat, CRI
pengenalan
LED seperti yang kita tahu ia telah wujud selama lebih 50 tahun.Perkembangan terkini LED putih telah membawanya ke mata umum sebagai pengganti kepada sumber cahaya putih yang lain. Berbanding dengan sumber cahaya tradisional，LED bukan sahaja memberikan kelebihan penjimatan tenaga dan jangka hayat yang panjang, tetapi juga membuka pintu untuk fleksibiliti reka bentuk baharu untuk pendigitalan dan penalaan warna. Terdapat dua cara utama untuk menghasilkan diod pemancar cahaya putih (WLED) yang menjana cahaya putih berintensiti tinggi. Salah satunya ialah menggunakan LED individu yang mengeluarkan tiga warna utama—merah, hijau dan biru —dan kemudian campurkan tiga warna untuk membentuk cahaya putih. Satu lagi ialah menggunakan bahan fosfor untuk menukar cahaya LED biru atau ungu monokromatik kepada cahaya putih spektrum luas，, sama seperti mentol lampu pendarfluor berfungsi. Adalah penting untuk diperhatikan bahawa 'keputihan' cahaya yang dihasilkan pada asasnya direka bentuk agar sesuai dengan mata manusia，dan bergantung pada keadaan mungkin tidak selalu sesuai untuk menganggapnya sebagai cahaya putih.
Pencahayaan pintar ialah kawasan utama dalam bangunan pintar dan bandar pintar pada masa kini. Peningkatan bilangan pengeluar mengambil bahagian dalam reka bentuk dan pemasangan lampu pintar dalam pembinaan baharu. Akibatnya ialah sejumlah besar corak komunikasi dilaksanakan dalam jenama produk yang berbeza ，seperti KNx ) BACnetP',DALI，ZigBee-ZHAZBA'，PLC-Lonworks, dsb. Satu masalah kritikal dalam semua produk ini ialah ia tidak boleh saling beroperasi antara satu sama lain (iaitu, keserasian dan kebolehlanjutan yang rendah).
Luminair LED dengan keupayaan untuk menyampaikan warna cahaya yang berbeza-beza telah berada di pasaran pencahayaan seni bina sejak zaman awal pencahayaan keadaan pepejal (SSL). Walaupun, pencahayaan boleh laras warna masih dalam proses dan memerlukan sejumlah kerja rumah oleh penentu jika pemasangan hendak berjaya.Terdapat tiga kategori asas jenis penalaan warna dalam luminair LED: penalaan putih, malap-ke-panas dan penalaan warna penuh. Ketiga-tiga kategori boleh dikawal oleh pemancar wayarles menggunakan Zigbee，Wi-Fi,Bluetooth atau protokol lain，dan diperkuatkan untuk membina kuasa. Disebabkan pilihan ini, LED menyediakan penyelesaian yang mungkin untuk menukar warna atau CCT untuk memenuhi irama sirkadian manusia.
Irama Sirkadian
Tumbuhan dan haiwan mempamerkan corak perubahan tingkah laku dan fisiologi sepanjang kira-kira 24 jam kitaran yang berulang sepanjang hari berturut-turut-ini adalah irama sirkadian. Irama sirkadian dipengaruhi oleh irama eksogen dan endogen.
Irama sirkadian dikawal oleh Melatonin yang merupakan salah satu hormon utama yang dihasilkan dalam otak.Dan ia juga menyebabkan rasa mengantuk. Reseptor melanopsin menetapkan fasa sirkadian dengan cahaya biru semasa bangun dengan mematikan pengeluaran melatonin". Pendedahan kepada panjang gelombang cahaya biru yang sama pada waktu petang akan mengganggu tidur dan mengganggu irama sirkadian. Penyahsegerakan sirkadian menghalang badan daripada memasuki pelbagai fasa tidur sepenuhnya，yang merupakan masa pemulihan kritikal bagi tubuh manusia. Tambahan pula, kesan gangguan sirkadian melangkaui kesedaran pada waktu siang dan tidur pada waktu malam.
Mengenai irama biologi pada manusia boleh diukur dalam beberapa cara biasanya, kitaran tidur/bangun, suhu badan teras, kepekatan melatonin, kepekatan kortisol, dan kepekatan Alpha amilase8. Tetapi cahaya adalah penyegerak utama irama sirkadian kepada kedudukan setempat di bumi，kerana keamatan cahaya, pengagihan spektrum, masa dan tempoh boleh mempengaruhi sistem sirkadian manusia. Itu juga mempengaruhi jam dalaman harian.Masa pendedahan cahaya boleh sama ada memajukan atau melambatkan jam dalaman". Irama sirkadian akan mempengaruhi prestasi dan keselesaan manusia dan lain-lain. Sistem sirkadian manusia adalah paling sensitif kepada cahaya pada 460nm (rantau biru spektrum yang boleh dilihat), manakala sistem visual adalah paling sensitif. kepada 555nm (rantau hijau). Jadi, cara menggunakan CCT boleh tala dan intensiti untuk meningkatkan kualiti hidup menjadi semakin penting. LED boleh melaras warna dengan sistem penderiaan dan kawalan bersepadu boleh dibangunkan untuk memenuhi keperluan pencahayaan yang sihat dan berprestasi tinggi seperti itu .
Rajah.1 Cahaya mempunyai kesan dwi pada profil melatonin 24 jam, kesan akut dan kesan Anjakan Fasa.
Reka bentuk pakej
Apabila anda melaraskan kecerahan halogen konvensional
lampu, warna akan ditukar.Walau bagaimanapun, LED konvensional tidak dapat menala suhu warna sambil menukar kecerahan, meniru perubahan yang sama pada beberapa pencahayaan konvensional.Pada hari-hari awal, banyak mentol akan menggunakan led dengan LED CCT berbeza digabungkan pada papan PCB untuk
menukar warna pencahayaan dengan menukar arus pemanduan.Ia memerlukan reka bentuk modul lampu litar kompleks untuk mengawal CCT, yang bukan tugas mudah untuk pengeluar luminair. Apabila reka bentuk pencahayaan berkembang, lekapan lampu padat seperti lampu spot dan lampu bawah, memanggil saiz kecil, modul LED berketumpatan tinggi, Untuk memenuhi kedua-dua penalaan warna dan keperluan sumber cahaya padat, COB warna boleh melaras muncul di pasaran.
Terdapat tiga struktur asas jenis penalaan warna, yang pertama, ia menggunakan CCT CSP yang hangat dan ikatan CCT CsP yang sejuk pada papan PCB secara langsung seperti yang digambarkan dalam Rajah 2. COB boleh tala jenis kedua dengan LES diisi dengan pelbagai jalur fosfor CCT yang berbeza. siliconesas ditunjukkan dalam Rajah
3. Dalam kerja ini, pendekatan ketiga diambil dengan mencampurkan CCT CSP LED hangat dengan cip selak biru dan pateri yang dipasang rapat pada substrat. Kemudian empangan silikon reflektif putih diagihkan untuk mengelilingi CSP putih hangat dan cip selak biru. Akhirnya , ia diisi dengan silikon yang mengandungi fosfor untuk melengkapkan modul COB dwi warna seperti yang ditunjukkan dalam Rajah.4.
Rajah.4 CSP warna hangat dan cip selak biru COB (Struktur 3- pembangunan ShineOn)
Berbanding dengan Struktur 3, Struktur 1 mempunyai tiga kelemahan:
(a) Percampuran warna antara sumber cahaya CSP yang berbeza dalam CCT yang berbeza tidak seragam disebabkan oleh pengasingan silikon fosfor yang disebabkan oleh cip sumber cahaya CSP;
(b) Sumber cahaya CSP mudah rosak dengan sentuhan fizikal;
(c) Jurang setiap sumber cahaya CSP mudah untuk memerangkap habuk untuk menyebabkan pengurangan lumen COB;
Structure2 juga mempunyai kelemahannya:
(a) Kesukaran dalam kawalan proses pembuatan dan kawalan CIE;
(b) Percampuran warna antara bahagian CCT yang berbeza adalah tidak seragam, terutamanya untuk corak medan dekat.
Rajah 5 membandingkan lampu MR 16 yang dibina dengan sumber cahaya Struktur 3 (kiri) dan Struktur 1 (kanan).Daripada gambar, kita dapati Struktur 1 mempunyai teduhan cahaya di tengah-tengah kawasan pemancar, manakala taburan intensiti bercahaya Struktur 3 adalah lebih seragam.
Aplikasi
Dalam pendekatan kami menggunakan Struktur 3, terdapat dua reka bentuk litar berbeza untuk penalaan warna cahaya dan kecerahan.Dalam litar satu saluran yang mempunyai keperluan pemacu yang mudah, rentetan CSP putih dan rentetan cip selak biru disambung secara selari. Terdapat perintang tetap dalam rentetan CSP.Dengan perintang, arus pemacu dibahagikan antara CSP dan cip biru yang mengakibatkan perubahan warna dan kecerahan. Keputusan penalaan terperinci ditunjukkan dalam Jadual 1 dan Rajah 6. Lengkung penalaan warna litar saluran tunggal ditunjukkan dalam Rajah7.CCT meningkatsebagai arus pemanduan.Kami telah menyedari dua gelagat penalaan dengan satu mencontohi mentol halogen konvensional dan penalaan lain yang lebih linear.Julat CCT boleh tala adalah dari 1800K hingga 3000K.
Jadual1.Perubahan fluks dan CCT dengan arus pemanduan ShineOn saluran tunggal COB Model 12SA
Rajah.7Penalaan CCT bersama-sama dengan lengkung badan hitam dengan arus pemacu dalam COB(7a) terkawal litar saluran tunggal dan kedua-dua
tingkah laku penalaan dengan pencahayaan relatif merujuk kepada lampu Halogen(7b)
Reka bentuk lain menggunakan litar dwi-saluran di mana susunan boleh tala CCT adalah lebih lebar daripada litar saluran tunggal. Rentetan CSP dan rentetan cip selak biru diasingkan secara elektrik pada substrat dan oleh itu ia memerlukan bekalan kuasa khas. Warna dan kecerahan ditala oleh memandu kedua-dua litar pada tahap dan nisbah arus yang dikehendaki.Ia boleh ditala daripada 3000k kepada 5700Kas yang ditunjukkan dalam Rajah 8 model COB dwi-saluran ShineOn 20DA. Jadual 2 menyenaraikan hasil penalaan terperinci yang boleh meniru rapat perubahan cahaya siang dari pagi ke petang. Dengan menggabungkan penggunaan penderia penghunian dan kawalan litar，sumber cahaya boleh tala ini membantu meningkatkan pendedahan kepada cahaya biru pada waktu siang dan mengurangkan pendedahan kepada cahaya biru pada waktu malam，menggalakkan kesejahteraan manusia dan prestasi manusia, serta fungsi pencahayaan pintar.
Ringkasan
Modul LED boleh tala telah dibangunkan dengan menggabungkan
pakej skala cip (CSP) dan teknologi cip atas papan (COB).CSP dan cip flip biru disepadukan pada papan COB untuk mencapai ketumpatan kuasa tinggi dan keseragaman warna, struktur dwi saluran digunakan untuk mencapai penalaan CCT yang lebih luas dalam aplikasi seperti pencahayaan komersial.Struktur saluran tunggal digunakan untuk mencapai fungsi malap-ke-panas yang meniru lampu halogen dalam aplikasi seperti rumah dan hospitaliti.
978-1-5386-4851-3/17/$31.00 02017 IEEE
Pengakuan
Penulis ingin menghargai pembiayaan daripada Penyelidikan dan Pembangunan Utama Negara
Program China (No. 2016YFB0403900).Selain itu, sokongan daripada rakan sekerja di ShineOn (Beijing)
Technology Co, juga amat dihargai.
Rujukan
[1] Han, N., Wu, Y.-H.dan Tang, Y,"Penyelidikan Peranti KNX
Nod dan Pembangunan Berdasarkan Modul Antara Muka Bas", 29th Chinese Control Conference (CCC), 2010, 4346 -4350.
[2] Park, T. dan Hong, SH , "Cadangan Baru Sistem Pengurusan Rangkaian untuk BACnet dan Model Rujukannya", Persidangan Antarabangsa IEEE ke-8 mengenai Informatik Industri (INDIN), 2010, 28-33.
[3]Wohlers I, Andonov R. dan Klau GW, "DALIX: Penjajaran Struktur Protein DALI Optimum", Transaksi IEEE/ACM mengenai Biologi Pengiraan dan Bioinformatik, 10, 26-36.
[4]Dominguez, F, Touhafi, A., Tiete, J. dan Steen haut, K.,
“Kewujudan bersama WiFi untuk Produk ZigBee Automasi Rumah”, Simposium IEEE ke-19 mengenai Teknologi Komunikasi dan Kenderaan dalam Benelux (SCVT), 2012, 1-6.
[5]Lin, WJ， Wu, QX dan Huang, YW, "Sistem Pembacaan Meter Automatik Berdasarkan Komunikasi Talian Kuasa LonWorks", Persidangan Antarabangsa mengenai Teknologi dan Inovasi (ITIC 2009), 2009,1-5.
[6] Ellis, EV, Gonzalez, EW, et al, "Autotala siang dengan LED: Pencahayaan Lestari untuk Kesihatan dan Kesejahteraan", Prosiding Persidangan Penyelidikan Musim Bunga ARCC 2013, Mac, 2013
[7] Kertas Putih Kumpulan Sains Pencahayaan,"Pencahayaan: Cara Menuju Kesihatan& Produktiviti", 25 April 2016.
[8] Figueiro,MG,Bullough, JD,et al, "Bukti awal untuk perubahan dalam kepekaan spektrum sistem sirkadian pada waktu malam",Jurnal Circadian Rhythms 3:14.Februari 2005.
[9]Inanici, M, Brennan, M, Clark, E,"Spectral Daylighting
Simulasi: Computing Circadian Light", Persidangan Persatuan Simulasi Prestasi Bangunan Antarabangsa ke-14, Hyderabad, India, Dis.2015.