Moduli LED Tunable Basati nantu à CSP-COB
Abstract: A ricerca hà indicatu a correlazione trà u culore di e fonti di luce è u ciculu circadianu umanu. L'accordu di u culore à i bisogni ambientali hè diventatu più è più impurtante in l'applicazioni di l'illuminazione d'alta qualità. Un spettru perfettu di luce duveria esibisce qualità più vicinu à a luce di u sole cù un CRI altu, ma hè idealmente. in sintonia cù a sensibilità umana.Una luce centrata umana (HCL) deve esse ingegneria secondu u cambiamentu di l'ambiente cum'è strutture multi-usu, aule, cura di salute, è per creà l'ambienti è l'estetica.I Moduli LED Tunable sò stati sviluppati cumminendu pacchetti di scala di chip (CSP) è tecnulugia chip on board (COB).I CSP sò integrati nantu à una tavola COB per ottene una alta densità di putenza è uniformità di u culore, mentre aghjunghjenu una nova funzione di sintonizazione di u culore. A fonte di luce risultante pò esse sintonizzata continuamente da illuminazione luminosa di colore più fresca durante u ghjornu per dimmer, illuminazione più calda à a sera, Stu documentu detalla u cuncepimentu, u prucessu è e prestazioni di i moduli LED è a so applicazione in a luce LED è a sospensione.
Parolle chjave:HCL, ritmi circadiani, LED sintonizzabile, Dual CCT, Warm Dimming, CRI
Introduzione
U LED, cum'è a sapemu, hè di più di 50 anni.U sviluppu recente di LED bianchi hè ciò chì l'hà purtatu à l'ochju publicu cum'è un sustituzione per altre fonti di luce bianca. Paragunendu à e fonti di luce tradiziunali, LED ùn solu presenta i vantaghji di risparmiu d'energia è longa vita, ma apre ancu a porta à nova flessibilità di disignu per a digitalizazione è l'accordu di u culore. Ci hè dui modi primari di pruduce diodi emettitori di luce bianca (WLED) chì generanu luce bianca d'alta intensità. Unu hè di utilizà LED individuali chì emettenu trè culori primari - rossu, verde è blu. -E poi mischjà trè culori per furmà luce bianca. L'altru hè di utilizà materiali fosfori per cunvertisce a luce LED monocromatica blu o violeta in una luce bianca di spettru largu, assai in u listessu modu funziona una lampadina fluorescente. Hè impurtante di nutà. chì u "biancu" di a luce prudutta hè essenzialmente ingegneria per adattà à l'ochju umanu, è sicondu a situazione ùn pò micca sempre esse apprupriatu per pensà à a luce bianca.
L'illuminazione intelligente hè una zona chjave in l'edifiziu intelligente è a cità intelligente oghje. Un numeru crescente di fabricatori participanu à u disignu è a stallazione di l'illuminazione intelligente in novi custruzzioni. A cunsiguenza hè chì una quantità enorme di mudelli di cumunicazione hè implementata in diverse marche di prudutti. ，cum'è KNx ) BACnetP', DALI，ZigBee-ZHAZBA'，PLC-Lonworks, etc.Un prublema criticu in tutti questi prudutti hè chì ùn ponu micca interoperabili cù l'altri (vale à dì, bassa cumpatibilità è estensibilità).
L'illuminazione LED cù a capacità di furnisce un culore di luce variabile sò stati nantu à u mercatu di l'illuminazione architettonica da i primi tempi di l'illuminazione à u statu solidu (SSL). Ancu s'ellu, l'illuminazione di culore-tunable resta un travagliu in prugressu è esige una certa quantità di travaglii da a casa. specifier se l'installazione deve esse successu.Ci sò trè categurie basi di tippi di sintonizazione di culore in luminarii LED: sintonizazione bianca, dim-to-warm, è tuning full-color.Tutte e trè categurie ponu esse cuntrullate da un trasmettitore wireless cù Zigbee, Wi-Fi, Bluetooth o. altri protokolli，è sò cablati per custruisce u putere. A causa di queste opzioni, u LED furnisce soluzioni pussibuli per cambià u culore o CCT per scuntrà i ritmi circadiani umani.
Ritmi circadiani
I vegetali è l'animali mostranu mudelli di cambiamenti di cumportamentu è fisiulogichi annantu à un ciculu di circa 24 ore chì si ripetenu annantu à i ghjorni successivi - questi sò ritmi circadiani. I ritmi circadiani sò influenzati da ritmi esogeni è endogeni.
U ritmu circadianu hè cuntrullatu da a melatonina, chì hè unu di l'hormone maiò pruduciutu in u core.È induce ancu a sonnolenza. I receptori di melanopsina stabiliscenu a fase circadiana cù a luce blu dopu u svegliu chjudendu a produzzione di melatonina ". L'esposizione à a stessa lunghezza d'onda blu di a luce in a sera interferiscenu cù u sonnu è disturbanu u ritmu circadianu. A desincronizazione circadiana impedisce à u corpu. Ingressu cumplettamente in e diverse fasi di u sonnu, chì hè un tempu di risturazione criticu per u corpu umanu. Inoltre, l'impattu di a disrupzione circadiana si estende oltre l'attenzione durante u ghjornu è u sonnu di notte.
Riguardu à i ritmi biologichi in l'omu pò esse misurati in parechje manere di solitu, u ciclu di sonnu / veglia, a temperatura di u corpu core, a melatoninconcentrazione, a concentrazione di cortisol, è a cuncentrazione di l'alfa amilasi 8. Ma a luce hè i sincronizatori primari di i ritmi circadiani à a pusizione lucale nantu à a terra, perchè L'intensità di a luce, a distribuzione di u spettru, u timing è a durata pò influenzà u sistema circadianu umanu. Chì affetta ancu u clock internu di ogni ghjornu.U tempu di l'esposizione à a luce pò avanzà o ritardà l'orologio internu". I ritmi circadiani influenzeranu u rendiment è u cunfortu di l'omu, ecc. U sistema circadianu umanu hè più sensibile à a luce à 460 nm (regione blu di u spettru visibile), mentre chì u sistema visuale hè più sensibile. à 555nm (regione verde). Allora cumu utilizà u CCT sintonizzabile è l'intensità per migliurà a qualità di vita hè diventatu sempre più impurtante. Leds sintonizzabili di culore cù un sistema integratu di sensori è di cuntrollu ponu esse sviluppati per scuntrà un altu rendimentu, esigenze di illuminazione sana. .
Fig.1 Light anu un effettu duale nantu à u prufilu di melatonina di 24 ore, effettu agutu è effettu Phase-Shifting.
Disegnu di pacchettu
Quandu aghjustate a luminosità di l'alogenu cunvinziunali
lampada, u culore serà cambiatu.Tuttavia, i LED cunvinziunali ùn sò micca capaci di sintonizà a temperatura di u culore mentre cambianu a luminosità, emulendu u listessu cambiamentu di qualchì illuminazione convenzionale.In i primi tempi, assai lampadine utilizanu led cù diversi LED CCT cumminati nantu à a scheda PCB per
cambia u culore di l'illuminazione cambiendu u currente di guida.Hè bisognu di cuncepimentu cumplessu di moduli di illuminazione di circuitu per cuntrullà u CCT, chì ùn hè micca un compitu faciule per u fabricatore di l'illuminazione. Cum'è u disignu di l'illuminazione avanza, l'apparechju di illuminazione compactu, cum'è luci spot è luci down, chjama moduli LED di piccula dimensione, d'alta densità. Soddisfà sia l'accordu di u culore sia i requisiti di fonte di luce compatta, COB di culore sintonizzabile appariscenu in u mercatu.
Ci sò trè strutture basi di tippi di sintonizazione di culore, u primu, usa u CCT CSP caldu è u bonu CCT CsP frescu nantu à u bordu di PCB direttamente cum'è illustratu in a Figura 2. U secondu COB sintonizzabile cù LES pienu di parechje strisce di fosforu CCT differenti. silicone cum'è mostra in a figura
3.In questu travagliu, un terzu approcciu hè pigliatu mischjendu LED CCT CSP caldi cù chip-chips blu è saldatura strettamente attaccata à un sustrato. Allora una diga di silicone riflettente bianca hè dispensata per circundà i CSP bianchi caldi è i chip-chips blu. ,Hè pienu di fosforu cuntenutu silicone per compie u modulu COB di culore duale cum'è mostra in Fig.4.
Fig.4 CSP di culore caldu è COB blu flip chip (Structure 3- Sviluppu ShineOn)
In cunfrontu cù a Struttura 3, a Struttura 1 hà trè svantaghji:
(a) A mistura di culore trà e diverse fonti di luce CSP in diverse CCT ùn hè micca uniforme per via di a segregazione di silicone fosforu causata da i chips di e fonti di luce CSP;
(b) A fonte di luce CSP hè dannatu facilmente cù un toccu fisicu;
(c) U gap di ogni fonte di luce CSP hè faciule per intrappulà a polvera per causà a riduzione di lumen COB;
Structure2 hà ancu i so svantaghji:
(a) Difficultà in u cuntrollu di u prucessu di fabricazione è u cuntrollu CIE;
(b) A mistura di culore trà e diverse sezioni CCT ùn hè micca uniforme, in particulare per u mudellu di campu vicinu.
A figura 5 paraguna lampade MR 16 custruite cù a fonte di luce di a Struttura 3 (a sinistra) è a Struttura 1 (a destra).Da a stampa, pudemu truvà chì a Struttura 1 hà una sfumatura luminosa in u centru di l'area di emissione, mentre chì a distribuzione di l'intensità luminosa di a Struttura 3 hè più uniforme.
Applicazioni
In u nostru approcciu utilizendu a Struttura 3, ci sò dui disinni di circuiti diffirenti per u culore di luce è l'accordu di luminosità.In un circuitu unicu-canale chì hà un requisitu simplice di driver, a corda bianca CSP è a corda blu flip-chip sò cunnessi in parallelu. Ci hè una resistenza fissa in a corda CSP.Cù u resistore, u currente di guida hè spartutu trà CSP è chips blu chì risultatu u cambiamentu di u culore è a luminosità. I risultati di sintonizazione detallati sò mostrati in a Tabella 1 è a Figura 6. A curva di sintonizazione di u culore di i circuiti à un canale hè mostrata in Figura 7.U CCT aumenta a corrente di guida.Avemu realizatu dui comportamenti di sintonizazione cù una emulazione di bulbi alogeni convenzionali è l'altru sintonizazione più lineare.A gamma CCT sintonizzabile hè da 1800K à 3000K.
Tabella 1.U flussu è u CCT cambianu cù a corrente di guida di ShineOn unicu-canale COB Model 12SA
Fig.7CCT tuning along with blackbody curve with drive current in the single-channelcircuit controlled COB(7a) and the two
cumportamenti di sintonizazione cù luminanza relativa in riferimentu à a lampada alogena (7b)
L'altru disignu usa un circuitu duale-canale induve l'arrangamentu sintonizzabile CCT hè più largu cà u circuitu unicu. guidà i dui circuiti à u livellu di corrente è u rapportu desideratu.Pò esse sintonizatu da 3000k à 5700Kas mostratu in a Figura 8 di ShineOn dual-channel COB model 20DA.Table 2 hà listatu u risultatu di sintonizazione detallatu chì pò simule strettamente u cambiamentu di luce di u ghjornu da a matina à a sera. circuiti，sta fonte di luce sintonizzabile aiuta à aumentà l'esposizione à a luce blu durante u ghjornu è riduce l'esposizione à a luce blu durante a notte， prumove u benessere di e persone è u rendiment umanu, è ancu e funzioni di illuminazione intelligente.
Riassuntu
Moduli LED Tunable sò stati sviluppati cumminendu
chip scale packages (CSP) è tecnulugia chip on board (COB).CSPsand blue flip chip sò integrati nantu à una tavola COB per ottene una alta densità di putenza è uniformità di culore, a struttura duale-canale hè aduprata per ottene una sintonizazione CCT più larga in applicazioni cum'è l'illuminazione cummerciale.A struttura à un canale hè aduprata per ottene una funzione di dim-to-warm chì emula a lampada alogena in applicazioni cum'è a casa è l'ospitalità.
978-1-5386-4851-3/17/$31.00 02017 IEEE
A ricunniscenza
L'autori vulianu ricunnosce u finanziamentu da a Ricerca è u Sviluppu Chjave Naziunale
Prugramma di a Cina (n ° 2016YFB0403900).Inoltre, u sustegnu di i culleghi in ShineOn (Beijing)
Technology Co, hè ancu ricunnisciutu cun gratitudine.
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