CSP-COB ベースの調整可能な LED モジュール
抽象的な： 研究により、光源の色と人間の概日周期の間に相関関係があることが示されています。高品質の照明用途では、環境ニーズに合わせた色の調整がますます重要になっています。完璧な光のスペクトルは、高いCRIを備えた太陽光に最も近い品質を示す必要がありますが、理想的には、人間の感性に寄り添います。ヒューマンセントリックライト(HCL)は、多用途施設、教室、医療などの変化する環境に応じて設計され、雰囲気や美観を作り出す必要があります。チューナブル LED モジュールは、チップ スケール パッケージ (CSP) とチップ オン ボード (COB) テクノロジーを組み合わせて開発されました。CSP は COB ボードに統合されており、高い電力密度と色の均一性を実現するとともに、新しい色調整機能を追加しています。その結果得られる光源は、日中の明るく寒色の照明から、夕方の暗く暖かい照明まで継続的に調整できます。この文書では、LED モジュールの設計、プロセス、性能と、暖色調光 LED ダウン ライトおよびペンダント ライトへの応用について詳しく説明します。
キーワード:HCL、サーカディアンリズム、調整可能なLED、デュアルCCT、ウォームディミング、CRI
導入
私たちが知っている LED は 50 年以上前から存在しています。最近の白色 LED の開発により、他の白色光源の代替品として白色 LED が注目を集めています。従来の光源と比較して、LED は省エネと長寿命という利点があるだけでなく、さまざまな用途への扉を開きます。デジタル化と色調整のための新しい設計の柔軟性。高強度の白色光を生成する白色発光ダイオード (WLED) を製造するには、主に 2 つの方法があります。1 つは、赤、緑、青の 3 原色を発光する個別の LED を使用する方法です。 —そして、3 色を混合して白色光を形成します。もう 1 つは、蛍光灯の動作とほぼ同じように、蛍光体材料を使用して単色の青または紫の LED 光を広スペクトルの白色光に変換することです。注意することが重要です。生成される光の「白さ」は本質的に人間の目に合うように設計されており、状況によってはそれを白色光と考えることが必ずしも適切であるとは限りません。
スマート照明は、今日のスマート ビルディングやスマート シティの重要な分野です。新築建築物でのスマート照明の設計と設置に参加するメーカーが増えています。その結果、さまざまなブランドの製品に膨大な量の通信パターンが実装されています。 、KNx など) BACnetP'、DALI、ZigBee-ZHAZBA'、PLC-Lonworks など。これらすべての製品における重大な問題の 1 つは、相互運用できないことです (つまり、互換性と拡張性が低い)。
さまざまな光の色を提供できる LED 照明器具は、ソリッドステート照明 (SSL) の初期の頃から建築照明市場に登場してきました。ただし、色調整可能な照明はまだ開発中の作業であり、建築業界によるある程度の下調べが必要です。インストールが成功する場合の指定子。LED 照明器具の色調整タイプには、白色調整、暗色から暖色への調整、フルカラー調整の 3 つの基本カテゴリがあります。3 つのカテゴリはすべて、Zigbee、Wi-Fi、Bluetooth、またはこれらのオプションにより、LED は人間の概日リズムに合わせて色や CCT を変更するための可能なソリューションを提供します。
概日リズム
植物や動物は、約 24 時間周期で行動的および生理学的変化のパターンを示し、それが数日にわたって繰り返されます。これが概日リズムです。概日リズムは、外因性および内因性のリズムの影響を受けます。
概日リズムは、脳内で生成される主要なホルモンの 1 つであるメラトニンによって制御されます。そして、それは眠気も誘発します。メラノプシン受容体は、メラトニンの生成を停止することで、起床時に青色光で概日位相を設定します。夕方に同じ青色の波長の光にさらされると、睡眠が妨げられ、概日リズムが乱れます。概日リズムの非同期は、身体の睡眠を妨げます。睡眠のさまざまな段階に完全に入りますが、これは人体にとって重要な回復時間です。さらに、概日リズムの乱れの影響は、日中のマインドフルネスや夜の睡眠にとどまりません。
人間の生体リズムは、通常、睡眠/覚醒サイクル、深部体温、メラトニン濃度、コルチゾール濃度、アルファアミラーゼ濃度など、いくつかの方法で測定できます8。しかし、概日リズムを地球上の局所的な位置に同期させる主な役割は光です。光の強度、スペクトル分布、タイミング、継続時間は人間の概日システムに影響を与える可能性があり、それは毎日の体内時計にも影響します。光にさらされる時間は、体内時計を早めたり遅らせたりすることができます。概日リズムは人間のパフォーマンスや快適さなどに影響します。人間の概日システムは 460nm (可視スペクトルの青色領域) の光に最も敏感ですが、視覚システムは最も敏感です。このような高性能で健康的な照明要件を満たすために、統合されたセンシングおよび制御システムを備えた色調整可能な LED を開発できます。 。
図1 光は、24時間のメラトニンプロファイルに対して、急性効果と位相シフト効果という二重の効果をもたらします。
パッケージデザイン
従来のハロゲンの明るさを調整する場合
ランプの色が変わります。しかし、従来の LED は、従来の照明の同じ変化をエミュレートするために、明るさを変化させながら色温度を調整することができません。初期の頃、多くの電球は、PCB 基板上で異なる CCT LED を組み合わせた LED を使用していました。
駆動電流を変えることで点灯色を変えます。CCTを制御するには複雑な回路照明モジュールの設計が必要ですが、これは照明器具メーカーにとって簡単な作業ではありません。照明設計が進歩するにつれて、スポットライトやダウンライトなどのコンパクトな照明器具には、小型で高密度のLEDモジュールが必要になります。色調整とコンパクトな光源の両方の要件を満たし、色調整可能な COB が市場に登場します。
色調整タイプには 3 つの基本構造があります。1 つ目は、図 2 に示すように、PCB 基板上でウォーム CCT CSP とクール CCT CsP ボンディングを直接使用します。2 つ目のタイプは、異なる CCT 蛍光体の複数のストライプが充填された LES を備えた調整可能な COB です。シリコーンは図に示されています
3.この作業では、3 番目のアプローチとして、温白色 CCT CSP LED と青色フリップ チップを混合し、基板上に密接にはんだ付けすることによって採用されています。次に、白色反射シリコン ダムが温白色 CSP と青色フリップ チップを囲むように塗布されます。最後に、図4に示すように、蛍光体含有シリコーンが充填され、デュアルカラーCOBモジュールが完成します。
図4 暖色系CSPと青色フリップチップCOB（構造3 - ShineOn開発）
構造 3 と比較すると、構造 1 には 3 つの欠点があります。
（ａ）異なるＣＣＴ内の異なるＣＳＰ光源間の色の混合は、ＣＳＰ光源のチップによって引き起こされる蛍光体シリコーンの偏析により均一ではない。
(b) CSP 光源は物理的な接触により簡単に損傷します。
(c) 各 CSP 光源のギャップには塵がたまりやすく、COB ルーメンの低下を引き起こします。
Structure2 には次のような欠点もあります。
(a) 製造プロセス管理と CIE 管理の難しさ。
(b) 異なる CCT セクション間の色の混合は、特にニアフィールド パターンの場合、均一ではありません。
図 5 は、構造 3 (左) と構造 1 (右) の光源を使用して構築された MR 16 ランプを比較しています。写真から、構造 1 は発光領域の中心に明るい影があるのに対し、構造 3 の光度分布はより均一であることがわかります。
アプリケーション
構造 3 を使用したアプローチでは、光の色と明るさを調整するための 2 つの異なる回路設計があります。単純なドライバ要件を持つ単一チャネル回路では、白い CSP ストリングと青いフリップチップ ストリングが並列に接続されます。CSP ストリングには固定抵抗があります。抵抗を使用すると、駆動電流が CSP とブルー チップの間で分割され、その結果、色と輝度が変化します。詳細な調整結果を表 1 と図 6 に示します。シングル チャネル回路の色調整曲線を図 7 に示します。CCTは駆動電流が増加するにつれて増加します。1つは従来のハロゲンバルブをエミュレートし、もう1つはよりリニアなチューニングの2つのチューニング動作を実現しました。調整可能な CCT 範囲は 1800K ～ 3000K です。
表1。ShineOn シングルチャンネル COB モデル 12SA の駆動電流により磁束と CCT が変化
図7.シングルチャンネル回路で制御されたCOB(7a)と2つのチャンネルでの駆動電流による黒体曲線に沿ったCCTチューニング
ハロゲンランプを基準とした相対輝度による動作の調整(7b)
もう 1 つの設計では、CCT 調整可能な配列がシングル チャネル回路よりも広いデュアル チャネル回路を使用します。CSP ストリングと青色のフリップチップ ストリングは基板上で電気的に分離されているため、特別な電源が必要です。色と輝度は次の方法で調整されます。 2 つの回路を希望の電流レベルと比率で駆動します。ShineOn デュアルチャネル COB モデル 20DA の図 8 に示すように、3000k から 5700Kas まで調整できます。表 2 に詳細な調整結果を示します。朝から夕方までの日中の光の変化を厳密にシミュレートできます。人感センサーと制御の使用を組み合わせることで、この調整可能な光源は、日中のブルーライトへの曝露を増やし、夜間へのブルーライトへの曝露を軽減し、人々の幸福と人間のパフォーマンスを促進するだけでなく、スマート照明機能も促進します。
まとめ
チューナブルLEDモジュールは以下を組み合わせて開発されました。
チップ スケール パッケージ (CSP) とチップ オン ボード (COB) テクノロジー。CSP とブルー フリップ チップは COB ボード上に統合されており、高い電力密度と色の均一性を実現し、デュアル チャネル構造を使用して商業用照明などのアプリケーションで幅広い CCT 調整を実現します。シングルチャンネル構造は、家庭や接客業などの用途でハロゲンランプをエミュレートする調光機能を実現するために使用されます。
978-1-5386-4851-3/17/$31.00 02017 IEEE
了承
著者らは、The National Key Research and Development からの資金提供に感謝の意を表します。
中国プログラム（No. 2016YFB0403900）。さらに、ShineOn (北京) の同僚からのサポート
Technology Co. にも感謝の意を表します。
参考文献
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