Llum de sostre LED ultrafina amb il·luminació de vora

Panell de llum LED|Llum de sostre LED ultrafina amb il·luminació de vora

Un panell de llum LED és un panell de perfil baix i totalment lluminós que utilitza tecnologia LED amb il·luminació de vora per oferir una il·luminació directa (avall) uniforme, suau i visualment còmoda. Funcionalment parlant, és una caixa plana. Els troffers són lluminàries quadrades, rectangulars o lineals que s'instal·len al sostre i distribueixen la llum només cap avall. Són cavalls de batalla a oficines, hospitals, escoles i instal·lacions comercials on les lluminàries aèries són la font principal d'il·luminació ambiental i de treball. L'objectiu de la il·luminació en aquests espais és que els ocupants puguin veure les seves tasques visuals de manera fàcil i còmoda alhora que s'aborden les preocupacions econòmiques i mediambientals, i es tenen en compte les consideracions arquitectòniques. Tanmateix, durant molt de temps, aquesta ha estat una missió impossible a causa de les limitacions inherents a les tecnologies d'il·luminació convencionals.

El dilema de la il·luminació directa amb el disseny òptic convencional

La il·luminació general d'espais comercials i institucionals és proporcionada de manera omnipresent per lluminàries de tipus directe que proporcionen entre el 90 i el 100 per cent de llum downlight. A diferència dels sistemes generals d'il·luminació difusa i indirecta, les lluminàries de tipus directe són més eficients per lliurar llum a un pla de treball horitzontal. Sovint són l'única opció per a espais amb alçades de sostre baixes, que es troben en edificis amb sostres mecànics suspès (és a dir, sostres inclinats). Tanmateix, aconseguir una il·luminació de qualitat en espais carregats de tasques com ara oficines, aules i laboratoris implica més que simplement especificar el nivell d'il·luminació. La mitigació de l'enlluernament, les ombres i altres efectes visuals indesitjables és igual d'important. En espais interiors on les persones passen molt de temps treballant o aprenent, la il·luminació és un element crític del disseny que pot millorar o degradar la productivitat organitzativa, la concentració de tasques, la satisfacció ambiental i laboral, les interaccions socials, les percepcions estètiques, la seguretat i la seguretat.

Antigament, la il·luminació directa amb lluminàries dissenyades de manera convencional es desafiava a millorar la uniformitat i reduir l'enlluernament incòmode. S'han utilitzat diversos components òptics, per exemple reflectors, difusors, lents i persianas, per controlar l'enlluernament des de l'angle de visió no desitjat o per reduir la luminància excessivament alta de la interfície d'emissió. Els sistemes òptics per a lluminàries fluorescents basades en làmpades són força voluminosos i ineficients. Els LED poden ser especialment difícils a l'hora de dissenyar lluminàries d'il·luminació directa. Per la naturalesa del seu disseny i funcionament, els LED són fonts de llum d'alta densitat de flux que produeixen una sortida de llum concentrada. Fins i tot amb un blindatge difús, aquestes fonts de llum puntuals encara poden crear punts calents de llum enfocada que restaurien l'atractiu visual d'un aparell. L'alt nivell de difusió afecta la transmissió de la llum LED a causa de grans quantitats de pèrdua de dispersió. Com a tal, el disseny òptic convencional d'il·luminació directa implica diversos compromisos.

Tecnologia Edge-il·luminada

La tecnologia Edge-il·luminada aprofita la tecnologia de guia de llum, així com les característiques úniques dels LED. Una sèrie de LED en miniatura es col·loquen al llarg de dues o quatre vores d'un panell de guia de llum (LGP). La llum emesa pels LED s'acobla al LGP i es transporta dins de la guia de llum a una distància desitjada mitjançant la reflexió interna total (TIR). La guia de llum té punts d'interrupció que permeten escapar la llum captada per la guia de llum. Aquests punts d'extracció de llum es distribueixen de manera que permeten una distribució uniforme de la llum escapada darrere d'un reflector posterior. La guia de llum refracta els feixos cap a un difusor opal que proporciona una distribució lambertiana de la llum. La combinació òptica de reflexió total, refracció i dispersió Lambertiana permet que la llum d'alta intensitat emesa pels LED muntats a les vores s'extregui i es distribueixi uniformement per una superfície d'emissió.

Amb l'arribada de la il·luminació LED amb il·luminació de vora, mai no hi ha hagut un millor moment per abandonar les lluminàries fluorescents amb un gran manteniment i també les lluminàries LED d'il·luminació directa visualment desagradables. La tecnologia Edge-il·luminada permet als dissenyadors de lluminàries crear dispositius d'emissió superficial amb fonts puntuals LED. Una lluminositat suau i agradable sense ombres dures a tota la superfície d'un panell de llum ofereix un confort visual sense precedents que és impossible amb els dissenys convencionals. Els panells LED amb il·luminació de vora produeixen distribucions de llum extremadament uniformes que són molt desitjades en aplicacions d'il·luminació general. El disseny d'emissió lateral permet la barreja de colors dins de la guia de llum, això aborda el problema d'uniformitat del color que pot ser evident a les lluminàries LED d'il·luminació directa quan hi ha desviacions de color entre els LED.

En les lluminàries LED d'il·luminació directa que utilitzen un difusor, el mòdul LED s'ha de col·locar a una distància mínima del difusor per evitar els punts calents dels LED. Atès que els sistemes òptics amb il·luminació de vora ja no necessiten aquesta distància de retrocés i els LED estan muntats lateralment dins de la lluminària, els panells LED es poden fer ultra prims amb una profunditat inferior a 10 mil·límetres. El perfil ultra prim permet instal·lacions en plens de sostre molt poc profunds.

Construcció

Un panell de llum LED amb il·luminació de vora es compon d'un conjunt òptic de diverses capes i un conjunt de marc d'alumini. El sistema òptic de diverses capes inclou normalment un difusor inferior, un panell de guia de llum i un reflector blanc. El conjunt òptic i una placa posterior superior d'acer que protegeix el conjunt òptic estan assegurats per un marc d'alumini ranurat. Dins del marc d'alumini es munten mòduls LED lineals amb les superfícies emissores de llum dels LED orientades a l'extrem d'entrada d'una guia de llum. El marc d'alumini proporciona suport mecànic per al conjunt òptic, allotja els mòduls LED i protegeix els LED de la visió directa i funciona com a dissipador de calor per allunyar la calor residual de la unió semiconductora dels LED.

Panell de guia de llum (LGP)

La guia de llum té un paper clau en el rendiment fotomètric d'un panell LED amb il·luminació de vora. Es compromet a captar i transportar la llum emesa pels LED i després extreure-la cap a la direcció desitjada en una matriu de feix uniforme. Per obtenir la màxima eficiència de captura de la llum LED, l'extrem d'entrada de llum d'una guia de llum s'ha de dissenyar amb una interfície d'acoblament que coincideixi amb el patró de radiació i la configuració del paquet dels LED d'acoblament. Una pràctica habitual és col·locar paquets de LED SMD sense lents molt a prop d'una superfície d'acoblament polida en un LGP amb un gruix almenys el mateix que el LES dels LED. L'eficiència TIR de la guia de llum es regeix per l'índex de refracció del material i la reflectància de la superfície límit de la guia. Com més alt sigui l'índex de refracció i la reflectància, millor serà l'eficiència TIR. L'element més important d'una guia de llum és el patró òptic dels punts d'extracció de llum. L'extracció de llum és el factor principal per determinar l'eficiència de la guia de llum, així com la distribució de la llum del panell LED. El patró òptic es pot gravar amb làser, en relleu tèrmica, modelat per injecció o imprès. Les ranures de tall en V, els punts gravats, els punts impresos i els elements basats en píxels són els patrons d'extracció de llum que s'utilitzen habitualment als LGP.

LGP amb LED bombejant des del costat (Imatge cortesia de Yongtek)

Els LGP estan fets de polímers òpticament clars, com ara el policarbonat (PC) o l'acrílic (PMMA). El policarbonat ofereix una estabilitat tèrmica, resistència a la ignició i durabilitat superiors en comparació amb les resines acríliques. No obstant això, l'acrílic és una opció de material líder per als LGP a causa del seu cost relativament baix, alta transmitància de la llum i bona estabilitat UV. Els inconvenients de l'acrílic són la seva major tendència a decolorar-se en condicions d'alta temperatura de funcionament i alta absorció d'aigua. Mentre que els LGP acrílics tenen una vida útil de 4 a 8 anys depenent de l'entorn operatiu, els LGP fets de poliestirè (PS) groc en dos anys a causa de la poca fotoestabilitat i rendiment tèrmic del polímer de poliestirè. Malgrat la seva alta probabilitat de decoloració ràpida del polímer que anuncia literalment el final de la vida útil de la lluminària, els PS LGP encara s'utilitzen àmpliament en les llums de panells LED fetes per al mercat d'entrada simplement pel seu cost significativament més baix en comparació amb els PC i els LGP acrílics.

Manteniment Lumen

Els llums del panell LED amb il·luminació de vora utilitzen LED de potència mitjana de diversos tipus, inclosos els SMD 2835, 3014, 4014, 3528, 5630, 2016, etc. Aquests LED són paquets de suport de xip amb plom de plàstic (PLCC) que, a causa de les característiques inherents de la plataforma de paquets, són de diverses qualitats. Els paquets PLCC solen tenir una alta eficàcia inicial perquè la cavitat de plàstic reflectant i el revestiment del marc de plom permeten una extracció de llum d'alta eficiència. Tanmateix, els paquets PLCC poden presentar una depreciació ràpida del lumen, sobretot tenint en compte que les llums del panell LED sovint utilitzen LED de qualitat mitjana o baixa com amb altres productes d'il·luminació interior produïts en massa. Els materials d'embalatge, com la poliftalamida (PPA) o el tereftalat de policiclohexilendimetilè (PCT) per a la cavitat reflectant, el marc de plom platejat, els fòsfors i l'encapsulant, són propensos a deteriorar-se sota grans tensions tèrmiques i/o ambientals.

El manteniment de la llum d'un panell LED depèn generalment de tres variables: manteniment de la llum LED, gestió tèrmica i corrent d'accionament. Un manteniment llarg de la font de llum en les condicions de prova LM-80-15 (temperatura de la caixa 55 o 85 graus) és el requisit previ per a una llarga vida del sistema. Les resines plàstiques millorades com el compost d'emmotllament epoxi (EMC) permeten que els LED de mitjana potència funcionin a temperatures més altes. La gestió tèrmica dels LED està determinada pel rendiment de refrigeració conductor i convectiu del marc d'alumini. El marc d'alumini ha de tenir una superfície adequada per assegurar que la seva velocitat de transferència tèrmica supera la velocitat de càrrega (a la qual s'introdueix l'energia tèrmica a la unió dels LED). El corrent de la unitat s'ha de gestionar correctament per evitar l'acumulació tèrmica com a resultat de la sobreconducció dels LED.

Estabilitat del color

En comparació amb la depreciació del lumen, el canvi de color és més preocupant per als llums del panell LED amb il·luminació de vora. La degradació tèrmica, la fotooxidació i altres mecanismes de deteriorament es produeixen no només en els paquets de LED de plàstic, sinó també en el sistema òptic de múltiples capes que està fet de materials polimèrics. Per tant, els panells LED poden patir més mecanismes de deteriorament que altres tipus de lluminàries LED. La depreciació del lumen i el canvi de color solen ser conseqüències concurrents d'aquests mecanismes de fallada. Tot i que la depreciació del lumen és la reducció gradual del flux lluminós al llarg del temps, el canvi de color pot provocar decoloracions importants que poden fer que la qualitat de la llum sigui inacceptable.

La direcció del canvi de color pot indicar els mecanismes de degradació/deteriorament que estan actius. Un canvi en la direcció blava pot estar relacionat amb la decoloració de la resina plàstica, la pèrdua d'eficiència quàntica del fòsfor, el funcionament del fòsfor per sobre del nivell de flux de saturació, la sedimentació i la precipitació del fòsfor, danys mecànics com ara esquerdes a la interfície aglutinant fòsfor. La fotooxidació i la degradació tèrmica de les guies de llum, les lents i els difusors condueixen a un canvi de color cap a la direcció groga. Un augment de l'eficiència del fòsfor també pot anar acompanyat d'un canvi de color en la direcció groga. Un desplaçament verd és una indicació de canvis químics en el fòsfor, com ara l'oxidació del fòsfor vermell nitrur que canvia la intensitat d'emissió a longituds d'ona més curtes. Els desplaçaments al vermell tenen certa similitud amb els canvis verds, ja que es poden atribuir a canvis espectrals en el fòsfor, possiblement a causa de l'envelliment tèrmic del compost de silicona/YAG fòsfor o l'extinció d'alguns fòsfors.

L'entrada d'humitat sovint pot ser un accelerador dels canvis espectrals en els LED. La majoria dels LED utilitzen aglutinants de silicona que tenen una alta permeabilitat a l'aigua. Quan els llums del panell LED funcionen en entorns d'alta humitat, la humitat es pot difondre cap a l'interior dels compostos de silicona / fòsfor YAG. La presència d'humitat provoca l'oxidació del fòsfor vermell nitrur i fa que el color de l'emissió de LED blanc càlid es desplaci cap a la regió espectral verda. Se sap que l'absorció d'humitat és la causa principal de la delaminació de la interfície entre la matriu i l'encapsulant de silicona. El buit d'aire resultant entre el xip i el fòsfor requereix una conversió addicional dels fotons blaus a longituds d'ona més llargues. Això acaba amb un canvi de color cap a la direcció groga.

Temperatura de color

Els panells LED s'utilitzen per proporcionar una il·luminació general que omple les ombres, proporciona orientació i admet el rendiment visual. El color de la llum emesa per aquestes lluminàries aèries posa les bases de l'esquema de colors d'un espai. L'esquema de colors, al seu torn, afecta el plaer de l'espai i la interpretació subjectiva de les atmosferes. Una bona il·luminació no només afavoreix grans atmosferes i crea ambients visualment agradables, sinó que té un efecte biològic positiu i no suposa cap risc fotobiològic. Tots aquests objectius de disseny de la il·luminació estan estretament associats amb la temperatura de color correlacionada (CCT) de la llum. L'ús de llum blanca freda està ben justificat per a aplicacions comercials, d'oficina, educatives i minoristes per a les quals estan dissenyats els llums LED. Tanmateix, els consumidors sense educació s'han acostumat a la llum blanca extremadament freda que proporcionen les làmpades fluorescents. Malgrat que els LED són molt flexibles en la sortida espectral, els fabricants asiàtics continuen venent productes CCT elevats per consideracions de cost i eficàcia.

Els humans no haurien d'estar exposats durant molt de temps a la llum que tingui un CCT superior a 5300 K. El CCT és altament predictiu del contingut de llum blava. La llum blanca càlida conté menys longituds d'ona blaves en el seu espectre de llum. La llum blanca freda és rica en contingut blau. La llum blanca al costat fred de l'escala CCT (6000 K a 6500 K) no suposa cap perill fotobiològic sota limitacions de comportament normals (grup de risc 1). Tanmateix, això no vol dir que la seguretat de la radiació òptica estigui garantida. En un entorn d'intensitat excessiva i alta il·luminació CCT, algunes poblacions, com ara els nadons que encara no han desenvolupat respostes d'aversió, poden estar en risc de perill de llum blava.

La preocupació més pràctica de la il·luminació CCT elevada és la interrupció circadiana. La gent sovint treballa o estudia fins ben entrada la nit. A la nit i en condicions de foscor, la glàndula pineal allibera melatonina que participa en els processos metabòlics del cos. La llum blanca freda amb un percentatge molt alt de blau suprimeix l'alliberament de melatonina, pertorbant així el ritme dia/nit i afectant les funcions metabòliques. De fet, la llum blanca moderadament freda (al voltant de 4100 K) té un contingut blau prou alt per mantenir la supressió de la melatonina i reduir la somnolència durant el dia alhora que fomenta l'alliberament de dopamina, cortisol i serotonina per millorar el rendiment, la vitalitat i la concentració.

Il·luminació blanca ajustable

Els estudis emergents sobre els efectes fisiològics i psicològics de la llum donen un impuls sense precedents al disseny de lluminàries ajustables CCT. Els sistemes LED blancs ajustables proporcionen controls de temperatura de color variables des de la llum blanca càlida fins a la llum blanca freda. Amb una solució blanca ajustable, es pot implementar el concepte d'il·luminació cèntrica humana (HCL) per donar suport a la salut, el benestar i el rendiment dels humans. Els canvis dinàmics en els nivells de llum i els CCT de la llum natural es registren genèticament a la biologia humana com un sistema de rellotges interns, que es coneix com el ritme circadià. La interrupció del ritme circadià interromprà els processos biològics del nostre cos i tindrà conseqüències negatives per a la salut. Un rang de temperatures de color ajustable contínuament, des de, per exemple, 2700 K fins a 6500, permet la creació d'escenes que ajuden a sincronitzar el ritme circadià humà amb el curs natural del dia. La il·luminació blanca ajustable també permet crear un ambient específic per a diferents esdeveniments o tasques i, per tant, crear entorns psicològicament estimulants. La il·luminació blanca ajustable s'aconsegueix mitjançant la barreja de colors de LED de diferents CCT. Els LED funcionen mitjançant un controlador multicanal controlable per diversos protocols, com ara DALI, DMX o 0-10V.

Representació del color

El rendiment de la reproducció del color de les llums del panell LED es compara amb el cost i l'eficiència en funció de les necessitats particulars de l'aplicació. La precisió amb què una font de llum mostra els colors d'un objecte en comparació amb la llum natural depèn de la seva distribució de potència espectral (SPD). Perquè els LED produeixin llum que reprodueixi els colors fidelment, una gran quantitat de longituds d'ona curtes emeses per la matriu de semiconductors s'han de convertir en longituds d'ona més llargues per reproduir colors saturats. La conversió descendent de la longitud d'ona s'acompanya de la pèrdua d'energia de Stokes, que finalment compromet l'eficiència lluminosa. Per oferir una potència radiant bastant àmplia a tot l'espectre visible, s'han d'utilitzar més fòsfors de conversió, i això afegeix el cost dels envasos LED.

Els productes d'il·luminació general solen tenir una interpretació del color mediocre i els llums del panell LED no són una excepció. Un índex de reproducció del color (CRI) de 80 és típic dels llums del panell LED. Aquest rendiment de reproducció del color és suficient per realitzar tasques que no són crítiques del color. No obstant això, moltes tasques requereixen una alta reproducció del color de la font de llum. Els 80 LED CRI sovint poden causar distorsió del color a causa de la manca de longituds d'ona o una quantitat inadequada a les zones de color saturats. Perquè l'espai tingui un aspecte agradable i els colors semblin naturals, s'han d'utilitzar panells LED amb un CRI de 90 o més. El rendiment de renderització dels colors saturats (R9 a R14), que no es reflecteix en el CRI general, també ha de complir els requisits mínims.

Uniformitat de color

Quan els panells LED s'instal·len en grans volums en un sol projecte, les variacions de color d'una lluminària a una altra s'han de tenir en compte en els dissenys de la lluminària. Per garantir que no hi hagi diferències de color notables entre diverses lluminàries, els LED utilitzats en totes les lluminàries instal·lades dins d'un espai s'emmagatzemen per la seva cromaticitat (temperatura de color) i, de vegades, pel seu flux lluminós i tensió directa. De 5 a 7 el·lipses de MacAdam (5 - 7 SDCM) actualment és representativa de la tolerància a la variació de color en aplicacions d'il·luminació general.

Control de l'enlluernament

Atès que les llums del panell LED tenen una gran superfície d'emissió, la luminància en tots els angles de visió propers a l'horitzontal és tan alta com mirar cap amunt al panell lluminós. En una oficina gran, això provocarà malestar enlluernador i possibles reflexos en pantalles VDT especulars. Per solucionar aquest problema, s'afegeix un difusor microprismàtic al sistema òptic multicapa. El difusor microprismàtic presenta estructures geomètriques com piràmides, hexàgons i crestes triangulars. Les configuracions prismàtiques permeten protegir l'enlluernament del camp de visió en angles més alts. Quan un alt confort visual és primordial, els llums del panell LED estan dissenyats per oferir una classificació d'enlluernament unificat (UGR) de 19 o menys.

Panell de llum LED UGR < 19 (difusor micro prismàtic)
Imatge cortesia de Powersave Solutions Italia

Controlador de LED

Els llums del panell LED s'alimenten amb un controlador remot que proporciona una sortida de corrent constant mitjançant una font d'alimentació en mode de commutació (SMPS). En una configuració típica del controlador, un pont rectificador converteix la potència de CA entrant en potència de CC. El residu de l'entrada de CA que apareix a la sortida com a variació o ondulació és suavitzat pel condensador. Un circuit de correcció del factor de potència activa (PFC) es col·loca a la sortida del pont rectificador per corregir errors de fase i reduir els harmònics. Un regulador de commutació proporciona una regulació i un control estrictes de la sortida de corrent proporcionada a la càrrega LED mitjançant una topologia com ara buck, boost, buck-boost, flyback o SEPIC. La regulació de commutació produeix interferències electromagnètiques (EMI) que s'han de suprimir mitjançant circuits addicionals i un disseny acurat de la placa de circuits.

Els controladors SMPS estan dissenyats com a sistemes rendibles d'una sola etapa o com a sistemes d'última etapa de doble etapa. Els controladors d'una sola etapa combinen la funció del convertidor PFC i DC-DC en un sol circuit. Els controladors de dues etapes inclouen dos circuits separats per a la regulació AC-DC/PFC i DC-DC, respectivament. Els circuits d'una sola etapa són senzills, però solen patir una gran ondulació de corrent. El disseny de dues etapes es veu desafiat amb un gran nombre de components, complexitat del circuit i cost de fabricació. Tanmateix, els controladors d'aquest tipus són capaços de lliurar a la seva càrrega una tensió de CC regulada amb precisió amb ondulacions molt petites i manejar fluctuacions més grans en la potència de CA entrant.

L'atenuació contínua de les llums del panell LED s'aconsegueix normalment mitjançant l'atenuació de reducció de corrent constant (CCR), també coneguda com a regulació analògica. El mètode CCR ajusta la sortida de llum variant el corrent de la unitat alimentada als LED. Els circuits d'atenuació sovint es controlen mitjançant el protocol 0-10V. 0-10Els controladors controlats en V generalment proporcionen una regulació suau fins a un 10 per cent . Per a aplicacions que requereixen un CCT consistent en tot el rang d'atenuació, la modulació d'amplada de pols (PWM) és un enfocament viable. Els controladors PWM proporcionen polsos digitals de diferents amplades per atenuar els LED.

Parpelleig

Els controladors LED s'han de dissenyar no només per funcionar amb una alta eficiència, sinó també per generar ondulacions mínimes en el corrent de sortida subministrat a la càrrega LED. La ondulació residual és la causa del parpelleig de la llum a una freqüència del doble de la freqüència de la línia elèctrica (per exemple, 120 Hz o 100 Hz). L'exposició prolongada al parpelleig cansarà l'ull humà, reduirà el rendiment de les tasques visuals i fins i tot desencadenarà símptomes com ara mals de cap, migranyes i convulsions epilèptiques en algunes poblacions. Una gran ondulació de corrent sol produir-se a les sortides produïdes per controladors d'una sola etapa de baix cost a causa de la supressió incompleta de la forma d'ona alterna després de la rectificació. Malgrat que el cost sovint supera la qualitat de la llum, el parpelleig de la llum s'ha de controlar amb força, sobretot tenint en compte que les llums del panell LED tenen una superfície d'emissió més gran que sovint es troba al camp de visió. Per a una sortida de llum suau, el valor de ondulació actual s'ha de reduir al mínim (menys d'un ±10 per cent). Quan la lluminària funciona amb una freqüència de 120 Hz, el percentatge de parpelleig (modulació del parpelleig) hauria de ser inferior al 10 per cent, i preferiblement inferior al 4 per cent.

Mida i instal·lació

La majoria dels panells LED amb il·luminació de vora dissenyats per a la instal·lació en sostres inclinats tenen una mida nominal de 2' x 2' o 600 x 600 mm. 2 'x 4' o 600 x 1200 mm és una altra mida que s'ofereix habitualment. La mida real de la lluminària és lleugerament més petita. Els llums del panell LED inclouen opcions de muntatge per a la integració en sistemes de sostre de reixeta en T o per instal·lar-los en panells de guix o guix amb kits de brides d'accessoris. Aquestes lluminàries de perfil baix també es poden muntar a la superfície mitjançant kits d'accessoris de marc o suspeses amb suports de cable d'avió.

Som fabricants professionals de llums de panell LED, per a més preguntes, poseu-vos en contacte amb nosaltres.

Etiquetes populars: Llum de sostre LED ultrafina amb il·luminació de vora, Xina, proveïdors, fabricants, fàbrica, compra, preu, millor, barat, a la venda, en estoc, mostra gratuïta