Mga Tunable LED Module Batay sa CSP-COB
Abstract: Ipinahiwatig ng pananaliksik ang ugnayan sa pagitan ng kulay ng mga pinagmumulan ng liwanag at circadian cycle ng tao. Ang pag-tune ng kulay sa mga pangangailangan sa kapaligiran ay naging higit at higit na mahalaga sa mataas na kalidad na mga aplikasyon sa pag-iilaw. Ang perpektong spectrum ng liwanag ay dapat magpakita ng mga katangiang pinakamalapit sa sikat ng araw na may mataas na CRI, ngunit perpektong naaayon sa sensitivity ng tao.Ang isang human centric light (HCL) ay kailangang ma-engineered ayon sa pagbabago ng kapaligiran tulad ng maraming gamit na pasilidad, silid-aralan, pangangalaga sa kalusugan, at upang lumikha ng ambience at aesthetics.Ang Tunable LED Module ay binuo sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng chip scale packages (CSP) at chip on board(COB) na teknolohiya.Ang mga CSP ay isinama sa isang COB board upang makamit ang mataas na densidad ng kapangyarihan at pagkakapareho ng kulay，habang nagdaragdag ng bagong paggana ng tunability ng kulay. Ang nagreresultang pinagmumulan ng liwanag ay maaaring patuloy na i-tune mula sa maliwanag, mas malamig na kulay na ilaw sa araw hanggang sa lumabo, mas mainit na ilaw sa gabi, Ang papel na ito ay nagdedetalye ng disenyo, proseso, at pagganap ng mga LED module at ang paggamit nito sa warm-dimming LED down light at pendant light.
Susing salita:HCL, Circadian rhythms, Tunable LED, Dual CCT, Warm Dimming, CRI
Panimula
Ang LED tulad ng alam natin na ito ay nasa loob ng higit sa 50 taon.Ang kamakailang pag-unlad ng mga puting LED ay kung ano ang nagdala nito sa mata ng publiko bilang isang kapalit para sa iba pang mga puting ilaw na pinagmumulan. Ang paghahambing sa tradisyonal na mga pinagmumulan ng ilaw，Ang LED ay hindi lamang nagpapakita ng mga pakinabang ng pagtitipid ng enerhiya at mahabang buhay, ngunit nagbubukas din ng pinto sa bagong flexibility ng disenyo para sa pag-digitize at pag-tune ng kulay. Mayroong dalawang pangunahing paraan ng paggawa ng mga puting light-emitting diode (WLEDs) na bumubuo ng mataas na intensity na puting liwanag. Ang isa ay ang paggamit ng mga indibidwal na LED na naglalabas ng tatlong pangunahing kulay—pula, berde, at asul —at pagkatapos ay paghaluin ang tatlong kulay upang bumuo ng puting liwanag. Ang isa pa ay ang paggamit ng mga materyales na phosphor upang i-convert ang monochromatic blue o violet na LED na ilaw sa malawak na spectrum na puting ilaw，, halos sa parehong paraan gumagana ang fluorescent light bulb. Mahalagang tandaan na ang 'kaputian' ng liwanag na ginawa ay mahalagang inhinyero upang umangkop sa mata ng tao, at depende sa sitwasyon ay maaaring hindi palaging angkop na isipin ito bilang puting liwanag.
Ang matalinong pag-iilaw ay isang pangunahing lugar sa matalinong gusali at matalinong lungsod sa kasalukuyan. Dumadaming bilang ng mga tagagawa ang nakikilahok sa disenyo at pag-install ng mga matalinong ilaw sa mga bagong konstruksyon. Ang kinahinatnan ay ang malaking halaga ng mga pattern ng komunikasyon ay ipinatupad sa iba't ibang mga tatak ng mga produkto ，gaya ng KNx ) BACnetP',DALI，ZigBee-ZHAZBA'，PLC-Lonworks, atbp. Ang isang kritikal na problema sa lahat ng produktong ito ay hindi sila maaaring mag-interoperate sa isa't isa (ibig sabihin, mababang compatibility at extensibility).
Ang mga LED luminaire na may kakayahang maghatid ng iba't ibang kulay ng liwanag ay nasa merkado ng ilaw ng arkitektura mula noong mga unang araw ng solid-state lighting (SSL). specifier kung ang pag-install ay magiging matagumpay.May tatlong pangunahing kategorya ng mga uri ng color-tuning sa mga LED luminaires: white tuning,dim-to-warm, at full-color-tuning.Maaaring kontrolin ang lahat ng tatlong kategorya ng wireless transmitter gamit ang Zigbee，Wi-Fi,Bluetooth o iba pang mga protocol，at naka-hardwired sa pagbuo ng kapangyarihan. Dahil sa mga opsyong ito, nagbibigay ang LED ng mga posibleng solusyon upang baguhin ang kulay o CCT upang matugunan ang mga circadian rhythm ng tao.
Circadian Rhythms
Ang mga halaman at hayop ay nagpapakita ng mga pattern ng pag-uugali at pisyolohikal na pagbabago sa loob ng humigit-kumulang 24 na oras na cycle na umuulit sa magkakasunod na araw-ito ay mga circadian rhythms. Ang mga circadian rhythm ay naiimpluwensyahan ng mga exogenous at endogenous na ritmo.
Ang circadian ritmo ay kinokontrol ng Melatonin na isa sa mga pangunahing hormone na ginawa sa utak.At nagdudulot din ito ng pagkaantok. Ang mga melanopsin receptors ay nagtatakda ng circadian phase na may asul na ilaw sa paggising sa pamamagitan ng pagtigil sa paggawa ng melatonin". ganap na pumapasok sa iba't ibang yugto ng pagtulog，na isang kritikal na oras ng pagpapanumbalik para sa katawan ng tao. Higit pa rito, ang epekto ng pagkagambala sa circadian ay lumalampas sa pag-iisip sa araw at pagtulog sa gabi.
Tungkol sa mga biyolohikal na ritmo sa mga tao ay maaaring masukat sa ilang mga paraan kadalasan, sleep/wake cycle, core body temperature, melatoninconcentration, cortisol concentration, at alpha amylase concentration8. Ngunit ang liwanag ay ang pangunahing synchronizer ng circadian rhythms sa lokal na posisyon sa mundo，dahil ang ang intensity ng liwanag, pamamahagi ng spectrum, timing at tagal ay maaaring maka-impluwensya sa sistema ng circadian ng tao. Naaapektuhan din ang pang-araw-araw na panloob na orasan.Ang oras ng pagkakalantad sa liwanag ay maaaring mag-advance o maantala ang panloob na orasan". Ang circadian rhythms ay makakaimpluwensya sa pagganap at ginhawa ng tao atbp. Ang circadian system ng tao ay pinakasensitibo sa liwanag sa 460nm (asul na rehiyon ng visible spectrum), samantalang ang visual system ay pinakasensitibo. sa 555nm (berdeng rehiyon). Kaya't kung paano gamitin ang tunable na CCT at intensity upang mapabuti ang kalidad ng buhay ay nagiging mas mahalaga. Color tunable LEDs na may integrated sensing at control system ay maaaring mabuo upang matugunan ang ganoong mataas na pagganap, malusog na mga kinakailangan sa pag-iilaw .
Fig.1 Ang liwanag ay may dalawahang epekto sa 24 na oras na melatonin profile, acute effect at Phase-Shifting effect.
Disenyo ng package
Kapag inayos mo ang liwanag ng conventional halogen
lamp, mababago ang kulay.Gayunpaman, hindi kayang ibagay ng kumbensyonal na LED ang temperatura ng kulay habang binabago ang liwanag, tinutularan ang parehong pagbabago ng ilang kumbensyonal na pag-iilaw.Sa mga naunang araw, maraming bombilya ang gagamit ng led na may iba't ibang CCT LED na pinagsama sa PCB board upang
baguhin ang kulay ng ilaw sa pamamagitan ng pagpapalit ng kasalukuyang pagmamaneho.Nangangailangan ito ng kumplikadong disenyo ng circuit light module upang makontrol ang CCT, na hindi madaling gawain para sa tagagawa ng luminaire. Habang umuunlad ang disenyo ng ilaw, ang compact lighting fixture tulad ng mga spot light at down na ilaw, ay tumatawag para sa maliit na sukat, high density LED modules, Upang matugunan ang parehong pag-tune ng kulay at mga kinakailangan sa compact light source, lumilitaw sa merkado ang mga tunable color COBs.
Mayroong tatlong pangunahing istruktura ng mga uri ng color-tuning, ang una, ginagamit nito ang mainit na CCT CSP at cool na CCT CsP bonding sa PCB board nang direkta gaya ng inilalarawan sa Figure 2. Ang pangalawang uri ng tunable COB na may LES na puno ng maraming guhit ng iba't ibang CCT phosphor siliconesas na ipinapakita sa Figure
3. Sa gawaing ito, ang isang pangatlong diskarte ay ginagawa sa pamamagitan ng paghahalo ng mainit na CCT CSP LED na may mga asul na flip-chip at malapit na panghinang na nakakabit sa isang substrate. Pagkatapos ay isang puting reflective silicone dam ang ibinibigay upang palibutan ang mainit-puti na mga CSP at asul na mga flip-chip. Sa wakas ,ito ay puno ng phosphor na naglalaman ng silicone upang makumpleto ang dual color COB module tulad ng ipinapakita sa Fig.4.
Fig.4 Warm color CSP at blue flip chip COB (Structure 3- ShineOn development)
Kung ikukumpara sa Structure 3, Structure 1 ay may tatlong disadvantages:
(a) Hindi pare-pareho ang paghahalo ng kulay sa iba't ibang CSP light source sa iba't ibang CCT dahil sa paghihiwalay ng phosphor silicone na dulot ng mga chips ng CSP light sources;
(b) Ang pinagmumulan ng ilaw ng CSP ay madaling masira sa pisikal na pagpindot;
(c) Ang puwang ng bawat pinagmumulan ng ilaw ng CSP ay madaling ma-trap ang alikabok upang maging sanhi ng pagbabawas ng COB lumen;
Ang Structure2 ay mayroon ding mga disadvantages nito:
(a) Kahirapan sa kontrol sa proseso ng pagmamanupaktura at kontrol ng CIE;
(b) Ang paghahalo ng kulay sa iba't ibang seksyon ng CCT ay hindi pare-pareho, lalo na para sa malapit na pattern ng field.
Inihahambing ng Figure 5 ang mga lamp na MR 16 na binuo gamit ang pinagmumulan ng liwanag ng Structure 3 (kaliwa) at Structure 1 (kanan).Mula sa larawan, makikita natin ang Structure 1 ay may light shade sa gitna ng emitting area, habang ang maliwanag na intensity distribution ng Structure 3 ay mas pare-pareho.
Mga aplikasyon
Sa aming diskarte gamit ang Structure 3, mayroong dalawang magkaibang disenyo ng circuit para sa light color at brightness tuning.Sa isang single-channel circuit na may simpleng driver na kinakailangan, ang puting CSP string at asul na flip-chip string ay konektado sa parallel. May nakapirming resistorin ang CSP string.Gamit ang risistor, ang kasalukuyang pagmamaneho ay nahahati sa pagitan ng mga CSP at asul na chips na nagreresulta sa pagbabago ng kulay at liwanag. Ang mga detalyadong resulta ng pag-tune ay ipinapakita sa Talahanayan 1 at Figure 6. Ang color tuning curve ng single-channel circuit ay ipinapakita sa Figure7.Ang CCT ay tumataas bilang ang kasalukuyang pagmamaneho.Napagtanto namin ang dalawang gawi sa pag-tune na ang isa ay tumutulad sa kumbensyonal na halogen bulband ang isa pang mas linear na pag-tune.Ang tunable na hanay ng CCT ay mula 1800K hanggang 3000K.
Talahanayan1.Pagbabago ng Flux at CCT sa kasalukuyang pagmamaneho ng ShineOn single-channel na COB Model 12SA
Fig.7CCT tuning kasama ang blackbody curve na may driving current sa single-channelcircuit na kinokontrol na COB(7a) at ang dalawa
mga gawi sa pag-tune na may relatibong luminance na tumutukoy sa Halogen lamp(7b)
Ang ibang disenyo ay gumagamit ng dual-channel circuit kung saan ang CCT tunable arrange ay mas malawak kaysa sa single-channelcircuit. pagmamaneho ng dalawang circuit sa nais na kasalukuyang antas at ratio.Maaari itong i-tune mula 3000k hanggang 5700Kas na ipinapakita sa Figure 8 ng ShineOn dual-channel COB model 20DA. Nakalista sa Talahanayan 2 ang detalyadong resulta ng pag-tune na maaaring malapitang gayahin ang pagbabago ng liwanag ng araw mula umaga hanggang gabi. Sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng paggamit ng occupancy sensor at kontrol circuits，ang tunable light source na ito ay nakakatulong na mapataas ang exposure sa asul na liwanag sa araw at mabawasan ang exposure sa asul na liwanag sa gabi，nagpo-promote ng kapakanan ng mga tao at pagganap ng tao, pati na rin ang mga function ng matalinong pag-iilaw.
Buod
Ang mga Tunable LED Module ay binuo sa pamamagitan ng pagsasama-sama
chip scale packages (CSP) at chip on board (COB) na teknolohiya.Ang CSP at asul na flip chip ay isinama sa isang COB board upang makamit ang mataas na densidad ng kapangyarihan at pagkakapareho ng kulay, ginagamit ang istraktura ng dual-channel upang makamit ang mas malawak na pag-tune ng CCT sa mga application tulad ng komersyal na ilaw.Ginagamit ang single-channel na istraktura para makamit ang dim-to-warm function na tumutulad sa halogen lamp sa mga application tulad ng tahanan at hospitality.
978-1-5386-4851-3/17/$31.00 02017 IEEE
Pagkilala
Nais ng mga may-akda na kilalanin ang pagpopondo mula sa The National Key Research and Development
Programa ng China (No. 2016YFB0403900).Bukod pa rito, suporta mula sa mga kasamahan sa ShineOn (Beijing)
Ang Technology Co, ay nagpapasalamat din.
Mga sanggunian
[1] Han, N., Wu, Y.-H.at Tang, Y," Pananaliksik ng KNX Device
Node at Development Batay sa Bus Interface Module", 29th Chinese Control Conference (CCC), 2010, 4346 -4350.
[2] Park, T. at Hong, SH , "Isang Bagong Panukala ng Network Management System para sa BACnet at sa Reference Model nito", 8th IEEE International Conference on Industrial Informatics (INDIN), 2010, 28-33.
[3]Wohlers I, Andonov R. at 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. at Steen haut, K.,
“Kasabay ng WiFi para sa Home Automation ZigBee Product”， IEEE 19th Symposium on Communications and Vehicular Technology in the Benelux (SCVT), 2012, 1-6.
[5]Lin, WJ， Wu, QX at Huang, YW, "Automatic Meter Reading System Batay sa Power Line Communication ng LonWorks", International Conference on Technology and Innovation (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] Lighting Science Group White Paper,"Pag-iilaw: ang Daan sa Kalusugan at Produktibo", Abril 25, 2016.
[8] Figueiro,MG,Bullough, JD,et al, "Paunang ebidensya para sa pagbabago sa spectral sensitivity ng circadian system sa gabi",Journal of Circadian Rhythms 3:14.Pebrero 2005.
[9]Inanici, M,Brennan,M, Clark, E,"Spectral Daylighting
Mga Simulation: Computing Circadian Light",14th Conference of International Building Performance Simulation Association, Hyderabad, India, Dis.2015.