โมดูล LED ที่ปรับได้ตาม CSP-COB
เชิงนามธรรม: การวิจัยได้ชี้ให้เห็นถึงความสัมพันธ์ระหว่างสีของแหล่งกำเนิดแสงและวัฏจักรของมนุษย์ circadian การปรับแต่งสีตามความต้องการด้านสิ่งแวดล้อมมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อย ๆ ในการใช้งานแสงคุณภาพสูงสเปกตรัมที่สมบูรณ์แบบควรแสดงคุณภาพที่ใกล้เคียงที่สุดกับแสงแดดด้วย CRI สูง ปรับให้เข้ากับความไวของมนุษย์ แสงศูนย์กลางของมนุษย์ (HCL) ต้องได้รับการออกแบบตามสภาพแวดล้อมการเปลี่ยนแปลงเช่นสิ่งอำนวยความสะดวกที่มีการใช้งานหลายห้องเรียน， การดูแลสุขภาพ， และเพื่อสร้างบรรยากาศและความสวยงาม โมดูล LED ที่ปรับได้นั้นได้รับการพัฒนาโดยการรวมแพ็คเกจชิปสเกล (CSP) และเทคโนโลยีชิปบนกระดาน (COB) CSPs ถูกรวมเข้าด้วยกันบนบอร์ดซังเพื่อให้ได้ความหนาแน่นพลังงานสูงและความสม่ำเสมอของสี， ในขณะที่เพิ่มฟังก์ชั่นใหม่ของความสามารถในการปรับแต่งสีแหล่งกำเนิดแสงที่เกิดขึ้นสามารถปรับได้อย่างต่อเนื่องจากแสงสีที่สดใส บทความนี้ให้รายละเอียดเกี่ยวกับการออกแบบกระบวนการและประสิทธิภาพของโมดูล LED และการใช้งานในแสงไฟ LED ที่หรี่ลงและแสงจี้
คำสำคัญ:HCL, จังหวะ circadian, LED ที่ปรับได้, Dual CCT, Dimming อบอุ่น, CRI
การแนะนำ
LED อย่างที่เรารู้ว่ามันมีมานานกว่า 50 ปี การพัฒนาล่าสุดของไฟ LED สีขาวคือสิ่งที่นำมาสู่สายตาสาธารณะเพื่อทดแทนแหล่งกำเนิดแสงสีขาวอื่น ๆ เปรียบเทียบกับแหล่งกำเนิดแสงแบบดั้งเดิมไม่เพียง แต่นำเสนอข้อดีของการประหยัดพลังงานและอายุการใช้งานที่ยาวนาน แต่ยังเปิดประตูสู่ ความยืดหยุ่นในการออกแบบใหม่สำหรับการปรับแต่งและปรับแต่งสีมีสองวิธีหลักในการผลิตไดโอดเปล่งแสงสีขาว (WLEDs) ที่สร้างแสงสีขาวที่มีความเข้มสูง ปล่อยสีหลักสามสี-สีแดง, เขียวและสีน้ำเงิน-จากนั้นผสมสามสีให้เป็นแสงสีขาวอีกสีหนึ่งคือการใช้วัสดุฟอสเฟอร์เพื่อแปลงแสงสีน้ำเงินหรือสีม่วง LED เป็นแสงสีขาวในวงกว้าง หลอดไฟฟลูออเรสเซนต์มันเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องทราบว่า 'ความขาว' ของแสงที่ผลิตนั้นถูกออกแบบมาเพื่อให้เหมาะกับดวงตามนุษย์， และขึ้นอยู่กับสถานการณ์ที่มันอาจไม่เหมาะสมที่จะคิดว่ามันเป็นสีขาวเสมอไป แสงสว่าง.
Smart Lighting เป็นพื้นที่สำคัญในอาคารอัจฉริยะและ Smart City ทุกวันนี้ผู้ผลิตจำนวนมากขึ้นมีส่วนร่วมในการออกแบบและติดตั้งสมาร์ทแสงในการก่อสร้างใหม่ผลที่ตามมาคือรูปแบบการสื่อสารจำนวนมากถูกนำไปใช้ในแบรนด์ผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ ， เช่น knx) bacnetp ', dali， zigbee-zhazba'， plc-lonworks ฯลฯ ปัญหาสำคัญในผลิตภัณฑ์เหล่านี้ทั้งหมดคือพวกเขาไม่สามารถทำงานร่วมกันได้ ซึ่งกันและกัน (เช่นความเข้ากันได้ต่ำและการขยายความสามารถ)
โคมไฟ LED ที่มีความสามารถในการส่งมอบสีอ่อนที่แตกต่างกันอยู่ในตลาดแสงสถาปัตยกรรมตั้งแต่วันแรกของแสงโซลิดสเตต (SSL) แม้ว่าแสงที่ปรับแต่งสีได้ยังคงดำเนินการอยู่และต้องทำการบ้านจำนวนหนึ่งโดย ตัวระบุหากการติดตั้งประสบความสำเร็จ มีประเภทพื้นฐานสามประเภทของการปรับแต่งสีใน LED Luminaires: การปรับแต่งสีขาว, สลัว-ม่านตาและการปรับแต่งสีเต็มรูปแบบทั้งสามหมวดหมู่สามารถควบคุมได้โดยเครื่องส่งสัญญาณไร้สายโดยใช้ Zigbee， Wi-Fi, Bluetooth หรือ โปรโตคอลอื่น ๆ ， และเดินสายเพื่อสร้างพลังเนื่องจากตัวเลือกเหล่านี้ LED ให้บริการโซลูชั่นที่เป็นไปได้ในการเปลี่ยนสีหรือ CCT เพื่อให้ตรงกับจังหวะของมนุษย์
จังหวะที่เป็นวงกลม
พืชและสัตว์แสดงรูปแบบของการเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมและสรีรวิทยาในรอบประมาณ 24 ชั่วโมงที่ทำซ้ำในวันต่อเนื่อง-สิ่งเหล่านี้เป็นจังหวะ circadian จังหวะ Circadian ได้รับอิทธิพลจากจังหวะภายนอกและภายนอก
จังหวะ circadian ถูกควบคุมโดยเมลาโทนินซึ่งเป็นหนึ่งในฮอร์โมนหลักที่ผลิตในสมอง และมันทำให้ง่วงนอนเช่นกันตัวรับ melanopsin ตั้งค่าเฟส circadian ด้วยแสงสีน้ำเงินเมื่อปิดการผลิตเมลาโทนิน "การสัมผัสกับความยาวคลื่นสีน้ำเงินเดียวกันของแสงในตอนเย็นจะรบกวนการนอนหลับและรบกวนจังหวะ circadian เข้าสู่ขั้นตอนต่าง ๆ ของการนอนหลับ， ซึ่งเป็นเวลาที่สำคัญในการฟื้นฟูสำหรับร่างกายมนุษย์ ผลกระทบของการหยุดชะงักของ circadian นั้นเกินกว่าจะมีสติในวันและนอนหลับตอนกลางคืน
เกี่ยวกับจังหวะทางชีวภาพในมนุษย์สามารถวัดได้หลายวิธีโดยปกติแล้ววัฏจักรการนอนหลับ/การปลุกอุณหภูมิร่างกายแกนกลาง melatoninconcentration ความเข้มข้นของคอร์ติซอลและความเข้มข้นของอัลฟ่าอะไมเลส 8 ความเข้มแสง， การกระจายสเปกตรัมเวลาและระยะเวลาสามารถมีผลต่อระบบ circadian ของมนุษย์ซึ่งส่งผลกระทบต่อนาฬิกาภายในประจำวันเช่นกัน เวลาของการเปิดรับแสงสามารถล่วงหน้าหรือชะลอนาฬิกาในช่วงเวลา "จังหวะ circadian จะมีผลต่อประสิทธิภาพและความสะดวกสบายของมนุษย์ ฯลฯ ระบบ circadian ของมนุษย์เป็น tolight ที่อ่อนไหวมากที่สุดที่ 460nm (ภูมิภาคสีน้ำเงินของ visibleSpectrum) ถึง 555Nm (ภูมิภาคสีเขียว) LED ที่มีระบบตรวจจับและควบคุมแบบบูรณาการสามารถพัฒนาได้เพื่อตอบสนองความต้องการด้านแสงสว่างที่ดีต่อสุขภาพ
รูปที่ 1 แสงมีเอฟเฟกต์คู่ต่อโปรไฟล์เมลาโทนิน 24 ชั่วโมงเอฟเฟกต์เฉียบพลันและเอฟเฟกต์การเปลี่ยนเฟส
การออกแบบบรรจุภัณฑ์
เมื่อคุณปรับความสว่างของฮาโลเจนทั่วไป
โคมไฟสีจะเปลี่ยนไป อย่างไรก็ตาม LED ทั่วไปไม่สามารถปรับอุณหภูมิสีได้ในขณะที่เปลี่ยนความสว่าง， เลียนแบบการเปลี่ยนแปลงของแสงทั่วไปบางอย่าง ในวันก่อนหน้าหลอดไฟจำนวนมากจะใช้ LED กับไฟ LED CCT ที่แตกต่างกันรวมกันบนกระดาน PCB
เปลี่ยนสีแสงโดยการเปลี่ยนกระแสการขับขี่ มันต้องการการออกแบบโมดูลแสงวงจรที่ซับซ้อนเพื่อควบคุม CCT ซึ่งไม่ใช่เรื่องง่ายสำหรับผู้ผลิตโคมไฟในขณะที่การออกแบบแสงสว่างความก้าวหน้า， โคมไฟส่องสว่างขนาดกะทัดรัดเช่นไฟสปอตและไฟลง ตอบสนองความต้องการของการปรับแต่งสีและความต้องการของแหล่งกำเนิดแสงขนาดกะทัดรัดซัสสีที่ปรับได้จะปรากฏขึ้นในตลาด
มีโครงสร้างพื้นฐานสามประเภทของการปรับแต่งสีเป็นครั้งแรกใช้ CCT CSP ที่อบอุ่นและพันธะ CCT CSP เย็นบนบอร์ด PCB โดยตรงที่แสดงในรูปที่ 2 COB ประเภทที่สองที่ปรับได้พร้อม LES ที่เต็มไปด้วยแถบฟอสฟอร์ CCT ที่แตกต่างกัน ซิลิโคนที่แสดงในรูป
3. การทำงานที่สามวิธีการที่สามคือการผสม CCT CCT CSP LEDSWITH สีน้ำเงิน Flip-chips และการประสานอย่างใกล้ชิดติดอยู่บนพื้นผิวจากนั้นเขื่อนซิลิโคนสะท้อนแสงสีขาวจะถูกส่งไปล้อมรอบ CSPs สีขาวและชิปสีน้ำเงิน มันเต็มไปด้วยฟอสเฟอร์ที่มีซิลิคอนโซโตสมบูรณ์โมดูล COB สีคู่ดังแสดงในรูปที่ 4
รูปที่ 4 CSP สีอุ่นและ COB FLIP FLIP COB (โครงสร้าง 3- การพัฒนา SHINEON)
เมื่อเปรียบเทียบกับโครงสร้าง 3 โครงสร้าง 1 มีข้อเสียสามประการ:
(A) การผสมสีระหว่างแหล่งกำเนิดแสง CSP ที่แตกต่างกันใน CCT ที่แตกต่างกันนั้นไม่สม่ำเสมอเนื่องจากการแยกซิลิโคนฟอสเฟอร์ที่เกิดจากชิปของแหล่งกำเนิดแสง CSP;
(b) แหล่งกำเนิดแสง CSP ได้รับความเสียหายอย่างง่ายดายด้วยการสัมผัสทางกายภาพ
(c) ช่องว่างของแหล่งกำเนิดแสง CSP แต่ละตัวนั้นง่ายต่อการดักจับฝุ่นเพื่อทำให้เกิดการลดลูเมน Cob;
โครงสร้าง 2 ยังมีข้อเสีย:
(a) ความยากลำบากในการควบคุมกระบวนการผลิตและการควบคุม CIE;
(b) การผสมสีระหว่างส่วน CCT ที่แตกต่างกันนั้นไม่สม่ำเสมอโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับรูปแบบสนามใกล้
รูปที่ 5 เปรียบเทียบหลอด MR 16 ที่สร้างขึ้นด้วยแหล่งกำเนิดแสงของโครงสร้าง 3 (ซ้าย) และโครงสร้าง 1 (ขวา) จากภาพเราสามารถค้นหาโครงสร้าง 1 มีสีอ่อนอยู่ตรงกลางของพื้นที่เปล่งแสงในขณะที่การกระจายความเข้มของโครงสร้างของโครงสร้าง 3 นั้นสม่ำเสมอมากขึ้น
แอปพลิเคชัน
ในวิธีการของเราโดยใช้โครงสร้าง 3 มีการออกแบบวงจรที่แตกต่างกันสองแบบสำหรับการปรับแต่งสีอ่อนและความสว่าง ในวงจรแชนเนลเดี่ยวซึ่งมีความต้องการไดรเวอร์อย่างง่ายสตริง CSP สีขาวและสตริงชิปฟลิปสีน้ำเงินเชื่อมต่อแบบขนานมีตัวต้านทานคงที่คงที่สตริง CSP ด้วยตัวต้านทานกระแสการขับขี่จะถูกแบ่งระหว่าง CSPs และชิปสีน้ำเงินทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสีและความสว่างผลลัพธ์การปรับแต่งรายละเอียดจะแสดงในตารางที่ 1 และรูปที่ 6 เส้นโค้งการปรับแต่งสีของวงจรช่องเดี่ยวที่แสดงในรูปที่ 7 CCT เพิ่มกระแสการขับขี่ เราได้ตระหนักถึงพฤติกรรมการปรับจูนสองครั้งด้วยการเลียนแบบฮาโลเจนแบบธรรมดาอีกครั้งการปรับแต่งเชิงเส้นอื่น ๆ ช่วง CCT ที่ปรับได้คือ 1800K ถึง 3000K
ตารางที่ 1. การเปลี่ยนแปลงฟลักซ์และ CCT ด้วยการขับเคลื่อนกระแสของ Shineon Single-Channel Cob Model 12SA
การปรับแต่งรูปที่ 7CCT พร้อมกับเส้นโค้งสีดำกับกระแสการขับขี่ใน COB ที่ควบคุมโดยแชนเนลเชิร์ตเดียว (7A) และทั้งสอง
พฤติกรรมการปรับแต่งที่มีความส่องสว่างสัมพัทธ์ในการอ้างอิงถึงหลอดฮาโลเจน (7b)
การออกแบบอื่น ๆ ใช้วงจรสองช่องทางที่การจัดเรียง CCT tunable นั้นกว้างกว่าช่องสัญญาณช่องสัญญาณเดียว CSP String และ Blue Flip-chip stringare ที่แยกจากกันทางไฟฟ้าบนพื้นผิวและต้องใช้แหล่งจ่ายไฟพิเศษสีและความสว่าง ขับรถสองวงจรในระดับปัจจุบันและอัตราส่วนที่ต้องการ สามารถปรับได้จาก 3000K ถึง 5700KAS ที่แสดงในรูปที่ 8 ของ COB Dual-Channel Cob รุ่น 20DA TABLE 2 แสดงผลการปรับแต่งรายละเอียดซึ่งสามารถจำลองแสงเปลี่ยนแสงได้อย่างใกล้ชิดตั้งแต่ตอนเช้าเป็นตอนเย็นโดยรวมการใช้เซ็นเซอร์การเข้าพักและการควบคุมการเข้าพัก วงจร， แหล่งกำเนิดแสงที่ปรับได้นี้เพิ่มการสัมผัสกับแสงสีน้ำเงินในระหว่างวันและลดการสัมผัสกับแสงสีน้ำเงินในตอนกลางคืน， ส่งเสริมความเป็นอยู่ที่ดีของผู้คนและประสิทธิภาพของมนุษย์ เช่นเดียวกับฟังก์ชั่นแสงอัจฉริยะ
สรุป
โมดูล LED ที่ปรับได้ได้รับการพัฒนาโดยการรวมกัน
แพ็คเกจชิปชิป (CSP) และชิปบนเทคโนโลยี (COB) CSPSAND Blue Flip Chip ถูกรวมเข้ากับบอร์ด COB เพื่อให้ได้ความหนาแน่นพลังงานสูงและความสม่ำเสมอของสีโครงสร้างแบบสองช่องทางถูกใช้เพื่อให้ได้การปรับแต่ง CCT ที่กว้างขึ้นในการใช้งานเช่นแสงเชิงพาณิชย์ โครงสร้างช่องทางเดียวถูกใช้เพื่อให้ได้ฟังก์ชั่นสลัวต่ออบอุ่นเลียนแบบหลอดฮาโลเจนในแอพพลิเคชั่นเช่นบ้านและการต้อนรับ
978-1-5386-4851-3/17/$ 31.00 02017 IEEE
การรับทราบ
ผู้เขียนต้องการรับทราบการระดมทุนจากการวิจัยและพัฒนาที่สำคัญแห่งชาติ
โปรแกรมของจีน (หมายเลข 2016YFB0403900) นอกจากนี้การสนับสนุนจากเพื่อนร่วมงานใน Shineon (ปักกิ่ง)
บริษัท เทคโนโลยียังได้รับการยอมรับอย่างสุดซึ้ง
การอ้างอิง
[1] Han, N. , Wu, Y.-H. และ Tang, y, "การวิจัยของอุปกรณ์ KNX
โหนดและการพัฒนาตามโมดูลอินเทอร์เฟซบัส ", การประชุมการควบคุมจีนครั้งที่ 29 (CCC), 2010, 4346 -4350
[2] Park, T. และ Hong, SH,“ ข้อเสนอใหม่ของระบบการจัดการเครือข่ายสำหรับ BACNET และรูปแบบการอ้างอิง”, การประชุมนานาชาติ IEEE ครั้งที่ 8 เกี่ยวกับสารสนเทศอุตสาหกรรม (Indin), 2010, 28-33
[3] Wohlers I, Andonov R. และ Klau GW,“ Dalix: การจัดแนวโครงสร้างโปรตีน Dali ที่ดีที่สุด”, การทำธุรกรรม IEEE/ACM เกี่ยวกับชีววิทยาการคำนวณและชีวสารสนเทศศาสตร์, 10, 26-36
[4] Dominguez, F, Touhafi, A. , Tiete, J. และ Steen Haut, K. ,
“ การอยู่ร่วมกันกับ WiFi สำหรับผลิตภัณฑ์ Zigbee Automation Home”， IEEE 19th Symposium เกี่ยวกับการสื่อสารและเทคโนโลยียานพาหนะใน Benelux (SCVT), 2012, 1-6
[5] Lin, WJ， Wu, QX และ Huang, YW, "ระบบการอ่านมิเตอร์อัตโนมัติตามการสื่อสารสายไฟของ Lonworks", การประชุมนานาชาติเกี่ยวกับเทคโนโลยีและนวัตกรรม (ITIC 2009), 2009,1-5
[6] Ellis, EV, Gonzalez, EW, et al,“ กลางวันปรับอัตโนมัติพร้อมไฟ LED: แสงสว่างที่ยั่งยืนเพื่อสุขภาพและความเป็นอยู่ที่ดี”
[7] กลุ่มวิทยาศาสตร์แสงสีขาว "แสง: หนทางสู่สุขภาพและผลผลิต", 25 เมษายน 2559
[8] Figueiro, MG, Bullough, JD, et al, "หลักฐานเบื้องต้นสำหรับการเปลี่ยนแปลงความไวของสเปกตรัมของระบบ circadian ในเวลากลางคืน", วารสารจังหวะ circadian 3:14 กุมภาพันธ์ 2548
[9] Inanici, M, Brennan, M, Clark, E, "Spectral Daylighting
การจำลอง: การคำนวณ Circadian Light ", การประชุมครั้งที่ 14 ของสมาคมการจำลองประสิทธิภาพอาคารระหว่างประเทศ, ไฮเดอราบัด, อินเดีย, ธ.ค. 2015