Новости

Jan 31, 2024

Активный тепловой

Научные отчеты, том 12,

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 12433 (2022) Цитировать эту статью

613 Доступов

1 Цитаты

Подробности о метриках

В этом исследовании мы предложили и продемонстрировали схемотехнику для решения проблем, связанных с утечкой синего света (например, повреждением глаз) при перегреве люминофорно-преобразованных белых светодиодов (pcW-LED). Для этой схемы требуется только термистор с положительным термическим коэффициентом, резистор и диоды, включенные последовательно и параллельно; таким образом, его можно легко интегрировать в компоненты. Моделирование и соответствующие экспериментальные результаты показывают, что этот метод может точно подавить ток инжекции перегревающегося компонента и обеспечить нормальную работу светодиодов после возвращения к рабочей температуре. Таким образом, это позволяет активно защищать глаза пользователя, например, избегать воздействия голубоватого света при перегреве. Кроме того, гашение светового потока является сигналом, напоминающим пользователю о необходимости замены светодиода. Предлагаемый метод малозатратен, эффективен, прост и полезен для повышения качества светодиодного освещения и биологической безопасности.

Твердотельное освещение (SSL) постепенно вытесняет лампы накаливания благодаря своим преимуществам, включая высокую энергоэффективность, быстрый отклик, приемлемую цветопередачу, длительный срок службы и низкую стоимость1,2,3,4,5,6. Белый свет можно создать разными способами, например, с помощью дихроматического, трихроматического и тетрахроматического подходов2. Среди них широко используется дихроматический подход благодаря своей простоте и эффективности; В этом подходе белый свет создается комбинацией кристалла синего светоизлучающего диода (СИД) и желтого люминофора2. Такой источник белого света обычно называют белыми светоизлучающими диодами с люминофорным преобразованием (pcW-LED). В нормальных условиях существует два основных источника, вносящих существенный вклад в выделение тепла в рабочем процессе структуры pcW-LED: эффективность кристалла синего светодиода и эффективность преобразования люминофора (включая его собственный квантовый выход и стоксовы потери). . Первый источник тепла связан с эффективностью преобразования инжектированного электрона в испускаемый синий фотон в электрическом потоке через кристаллы синего светодиода. Эффективность преобразования электрической энергии в оптическую может превышать 70%; таким образом, по крайней мере 30% потребляемой электроэнергии может быть преобразовано в тепло7,8. Вторым источником тепла является область люминофора, и он связан со стоксовыми потерями, т.е. с разницей длин волн между волнами возбуждения и переизлучения2,9. Если пики длин волн синего возбуждения и желтого излучения составляют 450 нм и 550 нм соответственно, эффективность преобразования длины волны (отношение длины волны возбуждения к длине волны повторного излучения) составляет примерно 82%. Таким образом, примерно 18% энергии этого процесса преобразуется в тепло. Примечательно, что если нормальные условия не поддерживаются должным образом, будет выделяться большее количество тепла из-за доминирования безызлучательного преобразования в кристалле синего светодиода и области люминофора. Хорошо известно, что нагрев является неизбежной проблемой для pcW-светодиодов, приводящей к множеству негативных последствий для качества выходного белого света, таких как увеличение коррелированной цветовой температуры (CCT), цветовые сдвиги, снижение эффективности и ухудшение механических свойств10. ,11,12,13,14,15,16,17,18,19. Относительно серьезной проблемой, связанной с тепловым эффектом, является явление, при котором голубоватый свет можно наблюдать, даже если лампа все еще яркая, как показано на рис. 1. Из-за того, что скорость термического затухания желтого света выше, чем у синего света. соотношение мощностей синего и желтого света (отношение B/Y) значительно увеличивается, в результате чего цвет выходного белого света становится более голубоватым (что соответствует очень высокому значению CCT, например, выше 10 000 К)9. Хотя голубоватый свет легко обнаружить с помощью оптического прибора, его нелегко воспринять человеческим глазом. Поэтому, как только происходит утечка синего света, глаза пользователя могут подвергнуться воздействию синеватого света без какого-либо предупреждающего сигнала. На рис. 2 показаны характеристики температуры в нормальных и аномальных условиях, а также влияние перегрева на соотношение B/Y. При перегреве температура pcW-светодиодов становится намного выше, чем в нормальных условиях24,25. При этом из-за разницы в скорости термического распада отношения B/Y в условиях перегрева выше, чем в нормальных условиях. Высокая температура в корпусе светодиодов pcW может вызвать термическое гашение люминофора, что приведет к дрейфу цвета, вызывающему утечку синего света. Как только температура люминофора увеличивается, термическое гашение частицы люминофора снижает внешнюю квантовую эффективность, в результате чего излучается меньше желтого света и больше синего света проходит через объем люминофора. Если управление температурным режимом недостаточно хорошее, баланс между синим и желтым светом при нормальной работе больше не будет сохраняться. В результате это вызовет сильный дрейф ЦКТ или даже утечку синего света в худших условиях26,27.