Modul LED Merdu Berdasarkan CSP-COB
Abstrak: Penelitian telah menunjukkan korelasi antara warna sumber cahaya dan siklus sirkadian manusia. Penyesuaian warna terhadap kebutuhan lingkungan menjadi semakin penting dalam aplikasi pencahayaan berkualitas tinggi. Spektrum cahaya yang sempurna harus menunjukkan kualitas yang paling mendekati sinar matahari dengan CRI tinggi, namun idealnya selaras dengan kepekaan manusia.Lampu yang berpusat pada manusia (HCL) perlu direkayasa sesuai dengan perubahan lingkungan seperti fasilitas serbaguna, ruang kelas, layanan kesehatan, dan untuk menciptakan suasana dan estetika.Modul LED Merdu dikembangkan dengan menggabungkan paket skala chip (CSP) dan teknologi chip on board (COB).CSP terintegrasi pada papan COB untuk mencapai kepadatan daya tinggi dan keseragaman warna, sekaligus menambahkan fungsi baru kemampuan penyesuaian warna. Sumber cahaya yang dihasilkan dapat terus disetel dari pencahayaan berwarna cerah dan sejuk di siang hari hingga pencahayaan lebih redup dan hangat di malam hari, Makalah ini merinci desain, proses, dan kinerja modul LED serta penerapannya pada lampu bawah LED dan lampu gantung LED peredupan hangat.
Kata kunci:HCL, Irama sirkadian, LED Merdu, CCT Ganda, Peredupan Hangat, CRI
Perkenalan
LED seperti yang kita tahu telah ada selama lebih dari 50 tahun.Perkembangan terbaru dari LED putih inilah yang membawanya ke mata publik sebagai pengganti sumber cahaya putih lainnya. Dibandingkan dengan sumber cahaya tradisional, LED tidak hanya menghadirkan keunggulan hemat energi dan masa pakai yang lama, namun juga membuka pintu bagi fleksibilitas desain baru untuk digitalisasi dan penyesuaian warna. Ada dua cara utama untuk memproduksi dioda pemancar cahaya putih (WLED) yang menghasilkan cahaya putih intensitas tinggi. Salah satunya adalah dengan menggunakan LED individual yang memancarkan tiga warna primer—merah, hijau, dan biru —lalu campurkan tiga warna untuk membentuk cahaya putih. Cara lainnya adalah dengan menggunakan bahan fosfor untuk mengubah cahaya LED biru atau ungu monokromatik menjadi cahaya putih spektrum luas, dengan cara kerja yang sama seperti bola lampu neon. Penting untuk diperhatikan bahwa 'putihnya' cahaya yang dihasilkan pada dasarnya direkayasa agar sesuai dengan mata manusia, dan bergantung pada situasinya, mungkin tidak selalu tepat untuk menganggapnya sebagai cahaya putih.
Pencahayaan pintar merupakan area penting dalam gedung pintar dan kota pintar saat ini. Semakin banyak produsen yang mengambil bagian dalam desain dan pemasangan lampu pintar di konstruksi baru. Konsekuensinya adalah sejumlah besar pola komunikasi diterapkan di berbagai merek produk. ,seperti KNx ) BACnetP',DALI，ZigBee-ZHAZBA'，PLC-Lonworks, dll. Salah satu masalah kritis dalam semua produk ini adalah bahwa mereka tidak dapat saling beroperasi satu sama lain (yaitu, kompatibilitas dan ekstensibilitas rendah).
Luminer LED dengan kemampuan menghasilkan berbagai warna cahaya telah ada di pasar pencahayaan arsitektural sejak masa awal pencahayaan solid-state (SSL). Meskipun demikian, pencahayaan yang dapat diatur warnanya masih dalam proses dan memerlukan sejumlah pekerjaan rumah oleh para pembuat lampu. penentu apakah instalasi ingin berhasil.Ada tiga kategori dasar tipe penyetelan warna pada luminer LED: penyetelan putih, redup hingga hangat, dan penyetelan penuh warna. Ketiga kategori tersebut dapat dikontrol melalui pemancar nirkabel menggunakan Zigbee, Wi-Fi, Bluetooth, atau protokol lain, dan tertanam untuk membangun daya. Karena opsi ini, LED memberikan solusi yang memungkinkan untuk mengubah warna atau CCT untuk memenuhi ritme sirkadian manusia.
Irama Sirkadian
Tumbuhan dan hewan menunjukkan pola perubahan perilaku dan fisiologis selama siklus sekitar 24 jam yang berulang selama beberapa hari berturut-turut—ini adalah ritme sirkadian. Ritme sirkadian dipengaruhi oleh ritme eksogen dan endogen.
Ritme sirkadian dikendalikan oleh Melatonin yang merupakan salah satu hormon utama yang diproduksi di otak.Dan itu juga menyebabkan kantuk. Reseptor melanopsin mengatur fase sirkadian dengan cahaya biru saat bangun tidur dengan mematikan produksi melatonin". Paparan cahaya dengan panjang gelombang biru yang sama di malam hari akan mengganggu tidur dan mengganggu ritme sirkadian. Desinkronisasi sirkadian mencegah tubuh dari sepenuhnya memasuki berbagai fase tidur, yang merupakan waktu pemulihan penting bagi tubuh manusia. Selain itu, dampak gangguan sirkadian tidak hanya terbatas pada kesadaran di siang hari dan tidur di malam hari.
Tentang ritme biologis pada manusia biasanya dapat diukur dengan beberapa cara, siklus tidur/bangun, suhu inti tubuh, konsentrasi melatonin, konsentrasi kortisol, dan konsentrasi Alfa amilase8. Namun cahaya adalah sinkronisasi utama ritme sirkadian dengan posisi lokal di bumi, karena intensitas cahaya, distribusi spektrum, waktu dan durasi dapat mempengaruhi sistem sirkadian manusia. Hal itu juga mempengaruhi jam internal harian.Waktu pemaparan cahaya dapat memajukan atau menunda jam internal". Irama sirkadian akan mempengaruhi kinerja dan kenyamanan manusia, dll. Sistem sirkadian manusia paling sensitif terhadap cahaya pada 460nm (wilayah biru dari spektrum tampak), sedangkan sistem visual paling sensitif. hingga 555nm (wilayah hijau). Jadi cara menggunakan CCT dan intensitas yang dapat disetel untuk meningkatkan kualitas hidup menjadi semakin penting. LED yang dapat disetel warna dengan sistem penginderaan dan kontrol terintegrasi dapat dikembangkan untuk memenuhi persyaratan pencahayaan sehat dan berkinerja tinggi .
Gbr.1 Cahaya memiliki efek ganda pada profil melatonin 24 jam, efek akut dan efek Pergeseran Fase.
Desain paket
Saat Anda menyesuaikan kecerahan halogen konvensional
lampu, warnanya akan berubah.Namun, LED konvensional tidak mampu menyesuaikan suhu warna saat mengubah kecerahan, meniru perubahan yang sama pada beberapa pencahayaan konvensional.Di masa lalu, banyak bohlam akan menggunakan LED dengan LED CCT berbeda yang digabungkan pada papan PCB
mengubah warna pencahayaan dengan mengubah arus mengemudi.Dibutuhkan desain modul lampu sirkuit yang rumit untuk mengendalikan CCT, yang bukan tugas mudah bagi produsen luminer. Seiring kemajuan desain pencahayaan, perlengkapan pencahayaan kompak seperti lampu sorot dan lampu bawah, memerlukan modul LED ukuran kecil dan kepadatan tinggi, Untuk memenuhi persyaratan penyetelan warna dan sumber cahaya ringkas, COB warna yang dapat disetel muncul di pasar.
Ada tiga struktur dasar tipe penyetelan warna, yang pertama, menggunakan ikatan CSP CCT hangat dan CsP CCT dingin pada papan PCB secara langsung seperti diilustrasikan pada Gambar 2. Tipe kedua COB merdu dengan LES diisi dengan beberapa garis fosfor CCT yang berbeda silikon seperti yang ditunjukkan pada Gambar
3. Dalam karya ini, pendekatan ketiga diambil dengan mencampurkan LED CCT CSP hangat dengan flip-chip biru dan menyolder erat pada substrat. Kemudian bendungan silikon reflektif putih disalurkan untuk mengelilingi CSP putih hangat dan flip-chip biru. Akhirnya , diisi dengan silikon yang mengandung fosfor untuk melengkapi modul COB dua warna seperti yang ditunjukkan pada Gambar.4.
Gbr.4 CSP warna hangat dan chip flip biru COB (Struktur 3- Pengembangan ShineOn)
Dibandingkan dengan Struktur 3, Struktur 1 memiliki tiga kelemahan:
(a) Pencampuran warna di antara sumber cahaya CSP yang berbeda di CCT yang berbeda tidak seragam karena pemisahan silikon fosfor yang disebabkan oleh serpihan sumber cahaya CSP;
(b) Sumber cahaya CSP mudah rusak karena sentuhan fisik;
(c) Celah tiap sumber cahaya CSP mudah memerangkap debu sehingga menyebabkan berkurangnya lumen COB;
Structure2 juga memiliki kelemahan:
(a) Kesulitan dalam pengendalian proses manufaktur dan pengendalian CIE;
(b) Pencampuran warna antar bagian CCT yang berbeda tidak seragam, khususnya untuk pola medan dekat.
Gambar 5 membandingkan lampu MR 16 yang dibuat dengan sumber cahaya Struktur 3 (kiri) dan Struktur 1 (kanan).Dari gambar terlihat Struktur 1 memiliki bayangan cahaya di tengah daerah pancaran, sedangkan distribusi intensitas cahaya Struktur 3 lebih seragam.
Aplikasi
Dalam pendekatan kami menggunakan Struktur 3, ada dua desain sirkuit berbeda untuk penyetelan warna terang dan kecerahan.Dalam rangkaian saluran tunggal yang memiliki persyaratan driver sederhana, string CSP putih dan string flip-chip biru dihubungkan secara paralel. Terdapat resistor tetap di string CSP.Dengan resistor, arus penggerak dibagi antara CSP dan chip biru yang mengakibatkan perubahan warna dan kecerahan. Hasil penyetelan detail ditunjukkan pada Tabel 1 dan Gambar 6. Kurva penyetelan warna rangkaian saluran tunggal ditunjukkan pada Gambar 7.CCT meningkat seiring arus penggerak.Kami telah menyadari dua perilaku penyetelan dengan yang satu meniru bohlam halogen konvensional dan yang lainnya lebih menyetel linier.Kisaran CCT yang dapat disetel adalah dari 1800K hingga 3000K.
Tabel 1.Fluks dan CCT berubah seiring arus penggerak COB Model 12SA saluran tunggal ShineOn
Gbr.7Penyetelan CCT bersama dengan kurva benda hitam dengan arus penggerak dalam sirkuit saluran tunggal yang dikontrol COB(7a) dan keduanya
perilaku penyetelan dengan pencahayaan relatif mengacu pada lampu Halogen (7b)
Desain lainnya menggunakan sirkuit saluran ganda yang susunan merdu CCT lebih lebar dibandingkan sirkuit saluran tunggal. Senar CSP dan rangkaian flip-chip biru terpisah secara elektrik pada substrat sehingga memerlukan catu daya khusus. Warna dan kecerahan disetel oleh menggerakkan dua sirkuit pada tingkat dan rasio arus yang diinginkan.Dapat disetel dari 3000k hingga 5700Ka seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8 model COB saluran ganda ShineOn 20DA. Tabel 2 mencantumkan hasil penyetelan mendetail yang dapat mensimulasikan secara dekat perubahan cahaya siang hari dari pagi hingga sore hari. Dengan menggabungkan penggunaan sensor hunian dan kontrol sirkuit, sumber cahaya merdu ini membantu meningkatkan paparan cahaya biru di siang hari dan mengurangi paparan cahaya biru di malam hari, meningkatkan kesejahteraan dan kinerja manusia, serta fungsi pencahayaan cerdas.
Ringkasan
Modul LED Merdu dikembangkan dengan menggabungkan
paket skala chip (CSP) dan teknologi chip on board (COB).CSPsdan chip flip biru terintegrasi pada papan COB untuk mencapai kepadatan daya tinggi dan keseragaman warna, struktur saluran ganda digunakan untuk mencapai penyetelan CCT yang lebih luas dalam aplikasi seperti pencahayaan komersial.Struktur saluran tunggal digunakan untuk mencapai fungsi redup hingga hangat yang meniru lampu halogen dalam aplikasi seperti rumah dan perhotelan.
978-1-5386-4851-3/17/$31,00 02017 IEEE
Pengakuan
Para penulis ingin mengucapkan terima kasih atas pendanaan dari The National Key Research and Development
Program Tiongkok (No. 2016YFB0403900).Selain itu, dukungan dari rekan-rekan di ShineOn (Beijing)
Technology Co, juga mengucapkan terima kasih.
Referensi
[1] Han, N., Wu, Y.-H.dan Tang, Y, "Penelitian Perangkat KNX
Node dan Pengembangan Berdasarkan Modul Antarmuka Bus", Konferensi Kontrol Tiongkok (CCC) ke-29, 2010, 4346 -4350.
[2] Park, T. dan Hong, SH, “Proposal Baru Sistem Manajemen Jaringan untuk BACnet dan Model Referensinya", Konferensi Internasional IEEE ke-8 tentang Informatika Industri (INDIN), 2010, 28-33.
[3]Wohlers I, Andonov R. dan Klau GW, “DALIX: Penyelarasan Struktur Protein DALI Optimal", Transaksi IEEE/ACM pada Biologi Komputasi dan Bioinformatika, 10, 26-36.
[4]Dominguez, F, Touhafi, A., Tiete, J. dan Steen haut, K.,
“Koeksistensi dengan WiFi untuk Produk ZigBee Otomasi Rumah”, Simposium ke-19 IEEE tentang Teknologi Komunikasi dan Kendaraan di Benelux (SCVT), 2012, 1-6.
[5]Lin, WJ, Wu, QX dan Huang, YW,"Sistem Pembacaan Meter Otomatis Berdasarkan Komunikasi Saluran Listrik LonWorks", Konferensi Internasional tentang Teknologi dan Inovasi (ITIC 2009), 2009,1-5.
[6] Ellis, EV, Gonzalez, EW, dkk, “Penyetelan Otomatis Siang Hari dengan LED: Pencahayaan Berkelanjutan untuk Kesehatan dan Kesejahteraan", Prosiding Konferensi Penelitian Musim Semi ARCC 2013, Mar, 2013
[7] Buku Putih Kelompok Ilmu Pencahayaan, "Pencahayaan: Jalan Menuju Kesehatan & Produktivitas", 25 April 2016.
[8] Figueiro,MG,Bullough, JD,dkk, "Bukti awal adanya perubahan sensitivitas spektral sistem sirkadian di malam hari",Journal of Circadian Rhythms 3:14.Februari 2005.
[9]Inanici, M,Brennan,M, Clark, E,"Pencahayaan Siang Spektral
Simulasi: Menghitung Cahaya Sirkadian", Konferensi Asosiasi Simulasi Kinerja Bangunan Internasional ke-14, Hyderabad, India, Desember 2015.