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Jan 31, 2024

térmica ativa

Relatórios Científicos volume 12,

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 12433 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Neste estudo, propusemos e demonstramos um projeto de circuito para resolver problemas relacionados ao vazamento de luz azul (por exemplo, danos aos olhos) quando os diodos emissores de luz branca convertidos em fósforo (pcW-LEDs) superaquecem. Este circuito precisa apenas de um termistor, resistor e diodos de coeficiente térmico positivo em série e paralelo; assim, pode ser facilmente integrado em componentes. Simulações e resultados experimentais correspondentes mostram que este método pode suprimir com precisão a corrente de injeção do componente de superaquecimento e permitir que os LEDs funcionem normalmente após retornar à temperatura operacional. Assim, permite que os olhos do usuário sejam ativamente protegidos, por exemplo, para evitar a exposição à luz azulada quando ocorre superaquecimento. Além disso, a extinção do fluxo luminoso é um sinal para lembrar o usuário de substituir o LED. O método proposto é de baixo custo, eficaz, simples e útil para aumentar a qualidade da iluminação LED e a segurança biológica.

A iluminação de estado sólido (SSL) vem substituindo gradualmente as lâmpadas incandescentes devido às suas vantagens, incluindo alta eficiência energética, resposta rápida, reprodução de cores aceitável, longa vida útil e baixo custo1,2,3,4,5,6. A luz branca pode ser criada de diferentes maneiras, como por meio de abordagens dicromáticas, tricromáticas e tetracromáticas2. Dentre eles, a abordagem dicromática é amplamente utilizada devido à sua simplicidade e eficiência; nesta abordagem, a luz branca é criada por uma combinação de uma matriz de diodo emissor de luz (LED) azul e fósforo amarelo2. Essa fonte de luz branca é comumente chamada de diodos emissores de luz branca convertidos em fósforo (pcW-LEDs). Em condições normais, existem duas fontes principais que contribuem significativamente para a geração de calor no processo operacional da estrutura dos LEDs pcW: a eficácia da matriz do LED azul e a eficiência de conversão do fósforo (incluindo sua própria eficiência quântica e perda de carga) . A primeira fonte de calor está relacionada com a eficiência de conversão do elétron injetado para o fóton azul emitido no fluxo elétrico através das matrizes de LED azul. A eficiência de conversão de energia elétrica para óptica pode ser superior a 70%; assim, pelo menos 30% da energia elétrica de entrada pode ser transformada em calor7,8. A segunda fonte de calor é a região do fósforo, e está relacionada com a perda de Stokes, ou seja, a diferença de comprimento de onda entre os comprimentos de onda de excitação e os comprimentos de onda reemitidos2,9. Se os picos dos comprimentos de onda de excitação azul e de emissão amarela forem 450 nm e 550 nm, respectivamente, a eficiência de conversão de comprimento de onda (a proporção do comprimento de onda de excitação para o comprimento de onda de reemissão) é de aproximadamente 82%. Portanto, aproximadamente 18% da energia desse processo é convertida em calor. Notavelmente, se as condições normais não forem bem mantidas, uma quantidade maior de calor será gerada, devido ao domínio da conversão não radiativa na matriz de LED azul e na região do fósforo. É bem conhecido que o calor é um problema inevitável em pcW-LEDs levando a muitos efeitos negativos na qualidade da luz branca de saída, como aumentos de temperatura de cor correlacionada (CCT), mudanças de cor, reduções de eficácia e degradações de propriedades mecânicas10 ,11,12,13,14,15,16,17,18,19. Um problema relativamente sério relacionado ao efeito do calor é o fenômeno no qual a luz azulada pode ser observada mesmo que a lâmpada ainda esteja brilhante, conforme mostrado na Fig. 1. Devido à taxa de decaimento térmico da luz amarela ser mais rápida que a da luz azul , a proporção de potência da luz azul para amarela (relação B/Y) aumenta significativamente, fazendo com que a cor da luz branca de saída fique mais azulada (correspondente a um valor CCT muito alto, por exemplo, superior a 10.000 K)9. Embora seja fácil detectar a luz azulada usando um instrumento óptico, não é fácil percebê-la com os olhos humanos. Portanto, uma vez que ocorra o vazamento de luz azul, os olhos do usuário podem ser expostos à luz azulada sem qualquer sinal de alerta. A Figura 2 ilustra as características da temperatura em condições normais e anormais, bem como o efeito do superaquecimento na relação B/Y. Quando ocorre superaquecimento, as temperaturas dos LEDs pcW tornam-se muito mais altas do que em condições normais24,25. Além disso, devido à diferença na taxa de decaimento térmico, as razões B/Y em condições onde ocorre superaquecimento são maiores do que em condições normais. A alta temperatura no volume da embalagem de um pcW-LEDs pode causar a extinção térmica do fósforo, resultando em desvio de cor que induz o vazamento de luz azul. Uma vez que a temperatura do fósforo aumenta, a extinção térmica da partícula de fósforo reduz a eficiência quântica externa, de modo que menos luz amarela é emitida e mais luz azul passa pelo volume do fósforo. Se o gerenciamento térmico não for bom o suficiente, o equilíbrio entre a luz azul e a luz amarela em operação normal não será mais mantido. Como resultado, induzirá forte desvio de CCT ou mesmo vazamento de luz azul na pior condição26,27.