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Jan 31, 2024

Thermique actif

Rapports scientifiques volume 12,

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 12433 (2022) Citer cet article

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Dans cette étude, nous avons proposé et démontré une conception de circuit pour résoudre les problèmes liés aux fuites de lumière bleue (par exemple, des lésions oculaires) lorsque les diodes électroluminescentes blanches converties au phosphore (pcW-LED) surchauffent. Ce circuit n'a besoin que d'une thermistance à coefficient thermique positif, d'une résistance et de diodes en série et en parallèle ; ainsi, il peut facilement être intégré dans des composants. Les simulations et les résultats expérimentaux correspondants montrent que cette méthode peut supprimer avec précision le courant d'injection du composant en surchauffe et permettre aux LED de fonctionner normalement après le retour à la température de fonctionnement. Il permet ainsi de protéger activement les yeux de l'utilisateur, par exemple pour éviter l'exposition à la lumière bleutée en cas de surchauffe. De plus, l'extinction du flux lumineux est un signal pour rappeler à l'utilisateur de remplacer la LED. La méthode proposée est peu coûteuse, efficace, simple et utile pour augmenter la qualité de l'éclairage LED et la sécurité biologique.

L'éclairage à semi-conducteurs (SSL) remplace progressivement les ampoules à incandescence en raison de ses avantages, notamment une efficacité énergétique élevée, une réponse rapide, un rendu des couleurs acceptable, une longue durée de vie et un faible coût1,2,3,4,5,6. La lumière blanche peut être créée de différentes manières, par exemple via des approches dichromatiques, trichromatiques et tétrachromatiques2. Parmi elles, l'approche dichromatique est largement utilisée en raison de sa simplicité et de son efficacité ; dans cette approche, la lumière blanche est créée par une combinaison d'une puce à diode électroluminescente (DEL) bleue et d'un phosphore jaune2. Une telle source de lumière blanche est communément appelée diodes électroluminescentes blanches à conversion de phosphore (PCW-LED). Dans des conditions normales, il existe deux sources principales contribuant de manière significative à la génération de chaleur dans le processus de fonctionnement de la structure des pcW-LED : l'efficacité de la matrice LED bleue et l'efficacité de conversion du phosphore (y compris sa propre efficacité quantique et la perte de charge) . La première source de chaleur est liée à l'efficacité de conversion de l'électron injecté en photon bleu émis dans le flux électrique à travers les matrices LED bleues. L'efficacité de conversion de la puissance électrique en puissance optique peut être supérieure à 70 % ; ainsi, au moins 30 % de la puissance électrique d'entrée peut être transformée en chaleur7,8. La deuxième source de chaleur est la région du luminophore et est liée à la perte de Stokes, c'est-à-dire la différence de longueur d'onde entre les longueurs d'onde d'excitation et de réémission2,9. Si les pics des longueurs d'onde d'excitation bleue et d'émission jaune sont de 450 nm et 550 nm, respectivement, l'efficacité de conversion de longueur d'onde (le rapport de la longueur d'onde d'excitation à la longueur d'onde de réémission) est d'environ 82 %. Par conséquent, environ 18 % de l'énergie de ce processus est convertie en chaleur. Notamment, si les conditions normales ne sont pas bien maintenues, une plus grande quantité de chaleur sera générée, en raison de la dominance de la conversion non radiative dans la matrice LED bleue et la région du phosphore. Il est bien connu que la chaleur est un problème inévitable dans les LED pcW, entraînant de nombreux effets négatifs sur la qualité de la lumière blanche de sortie, tels que des augmentations corrélées de la température de couleur (CCT), des changements de couleur, des réductions d'efficacité et des dégradations des propriétés mécaniques10 ,11,12,13,14,15,16,17,18,19. Un problème relativement sérieux lié à l'effet de chaleur est le phénomène dans lequel une lumière bleuâtre peut être observée même si la lampe est encore brillante, comme le montre la Fig. 1. En raison du taux de décroissance thermique de la lumière jaune plus rapide que celui de la lumière bleue , le rapport de puissance de la lumière bleue à la lumière jaune (rapport B/Y) augmente considérablement, ce qui rend la couleur de la lumière blanche émise plus bleuâtre (correspondant à une valeur CCT très élevée, par exemple supérieure à 10 000 K)9. Bien qu'il soit facile de détecter la lumière bleutée à l'aide d'un instrument optique, il n'est pas facile de la percevoir avec des yeux humains. Par conséquent, une fois qu'une fuite de lumière bleue se produit, les yeux de l'utilisateur peuvent être exposés à une lumière bleutée sans aucun signal d'avertissement. La figure 2 illustre les caractéristiques de la température dans des conditions normales et anormales, ainsi que l'effet de la surchauffe sur le rapport B/Y. En cas de surchauffe, les températures des pcW-LED deviennent beaucoup plus élevées que dans des conditions normales24,25. De plus, en raison de la différence de taux de décroissance thermique, les rapports B/Y dans des conditions de surchauffe sont plus élevés que dans des conditions normales. Une température élevée dans le volume du boîtier d'une pcW-LED peut provoquer une extinction thermique du luminophore, entraînant une dérive de couleur qui induit une fuite de lumière bleue. Une fois que la température du luminophore augmente, l'extinction thermique de la particule de luminophore réduit l'efficacité quantique externe de sorte que moins de lumière jaune est émise et plus de lumière bleue traverse le volume de luminophore. Si la gestion thermique n'est pas assez bonne, l'équilibre entre la lumière bleue et la lumière jaune en fonctionnement normal ne sera plus maintenu. En conséquence, cela induira une forte dérive CCT ou même une fuite de lumière bleue dans les pires conditions26,27.

(a) Le problème de fuite bleue des diodes électroluminescentes blanches converties au phosphore (pcW-LED) ne peut pas être vu à l'œil nu, et (b) peut être clairement observé en ajustant le mode d'exposition de la caméra.

Illustration des caractéristiques thermiques et du rapport lumière bleue/jaune (B/Y) dans (a) des conditions normales et (b) des conditions de surchauffe.

Plusieurs études se sont penchées sur la gestion thermique des pcW-LEDs20,21,22,23,24,25,26. Zhang et al. ont rapporté un nouveau luminophore bleu de SrLu2O4 : Ce3+ préparé par une réaction à l'état solide ; il a fourni une stabilité thermique élevée, avec 86 % de son intensité d'émission à température ambiante restant à 150 °C20. Wang et al. ont rapporté la stabilité thermique élevée des pcW-LED utilisant du verre dopé Ce:YAG21. Tang et al. ont proposé une méthode pour réduire les décalages de chromaticité des LED à l'aide de points quantiques CdxZn1−xSeyS1−y @ZnS alliés à gradient avec une photoluminescence à haute température améliorée22. Zhao et al. ont rapporté utiliser le réglage du substituant Li des luminophores LED pour une efficacité accrue, une photoluminescence réglable et une stabilité thermique améliorée23. Yang et al. ont proposé une méthode de stabilisation du CCT dans les pcW-LED basée sur l'auto-compensation entre l'efficacité d'excitation et l'efficacité de conversion des luminophores25. Dans un autre rapport, Yang et al. proposé une approche pratique pour mesurer les températures de phosphore dans les PCW-LED en fonctionnement ; il a utilisé une méthode de détection instantanée et sans contact pour surveiller à distance les spectres d'émission26. Fan et al. ont rapporté une technologie d'emballage pour les LED blanches haute puissance avec une couche de revêtement de phosphore isolée thermiquement. La technologie a montré un point de saturation beaucoup plus élevé pour le flux lumineux de sortie et une meilleure stabilité des caractéristiques de couleur dans des conditions de fonctionnement à haute puissance par rapport aux LED conventionnelles28. En général, les solutions dans la littérature se sont principalement concentrées sur l'amélioration de la stabilisation thermique du matériau luminophore et des technologies d'emballage. Il n'existe toujours pas de méthode idéale pour éliminer complètement les effets négatifs de la surchauffe qui se produit pendant les processus de fonctionnement des pcW-LED.

Ces dernières années, des rapports sur les dangers de la lumière bleue ont indiqué qu'une surexposition à une quantité élevée de lumière bleue et/ou une exposition prolongée à une faible quantité de lumière bleue causera des dommages irréversibles au tissu rétinien dans les yeux humains29,30,31 ,32. Ce risque devient plus dangereux si l'utilisateur est un enfant. Ainsi, le besoin d'une solution pour prévenir ou résoudre le risque de ce danger lié à la lumière bleue est devenu plus urgent que jamais, notamment dans le processus de mise à niveau de la qualité des SSL à base de LED pour une meilleure qualité de vie. De plus, la surexposition à la lumière bleutée est un risque caché (en termes de sécurité biologique pour les yeux humains) ainsi qu'inconfortable en termes de visualisation ; notamment, il modifie la période circadienne, affectant ainsi le sommeil humain. En conséquence, des études ont été menées pour réduire les effets négatifs de la lumière bleue33,34,35,36.

Une lampe montrant une fuite de lumière bleue doit être arrêtée de fonctionner pour protéger les yeux humains de l'exposition à la lumière bleutée. À notre connaissance, il n'existe aucune étude sur la prévention de la fuite de lumière bleue des pcW-LED en cas de surchauffe. Dans cette étude, nous avons proposé et démontré une solution pour prévenir le problème de fuite bleue pour les pcW-LED. Un circuit a été conçu pour détecter la surchauffe et réduire en conséquence le courant injecté pour les pcW-LED. En conséquence, la lumière blanche de sortie a été considérablement supprimée, ce qui a fait baisser la luminosité de la lampe. Les yeux de l'utilisateur étaient donc activement protégés pour éviter l'exposition à la lumière bleutée en cas de surchauffe. De plus, l'état de gradation de la lampe avec la fuite de lumière bleue a rappelé à l'utilisateur de la remplacer par une nouvelle.

Dans cette étude, pour donner un aperçu des caractéristiques d'une lampe à lumière bleue, une condition de surchauffe a été générée dans les pcW-LED. Un courant électrique entraîné à 2,5 A et une dissipation thermique réduite ont été appliqués aux pcW-LED de type Cree XML. La température et les propriétés optiques ont été mesurées par un thermocouple de type T et un spectromètre, respectivement. Le montage expérimental correspondant et ses résultats sont présentés sur les Fig. 3 et 4, respectivement. Les résultats présentés sur la Fig. 4 indiquent que lorsqu'une surchauffe se produit dans les pcW-LED, l'effet sur les performances de couleur de la lumière blanche de sortie est grave, même si la lampe reste brillante. Le CCT augmente de 6500 K jusqu'à une valeur très élevée (par exemple supérieure à 8000 K, et atteignant jusqu'à 12000 K) correspondant à la couleur bleutée. La température affiche des valeurs dans une plage de température très élevée, c'est-à-dire de 180 °C à 240 °C.

(a) Configuration expérimentale pour tester l'effet de la surchauffe. (b) Partie agrandie du rectangle de tiret vert sur la photo (a).

Relation entre les propriétés optiques et la condition de surchauffe.

En général, la relation entre les phénomènes de fuite bleue et la température peut être clairement observée à partir des résultats pour le CCT et la température. Comme la lumière blanche de sortie devient une lumière bleutée, la lampe ne doit plus être utilisée pour éviter d'endommager les yeux humains, et la lampe actuelle doit être remplacée par une nouvelle. Ainsi, trouver un moyen d'arrêter le fonctionnement des pcW-LED lorsqu'une fuite de lumière bleue apparaît est une option pour prévenir les effets négatifs de la lumière bleue sur les utilisateurs dans un environnement éclairé.

Comme la lumière bleutée n'est pas facilement détectée une fois qu'elle se produit, nous avons basé notre conception sur la relation entre la caractéristique de température et la condition de fuite bleue. Nous avons utilisé un capteur thermique, c'est-à-dire une thermistance à coefficient thermique positif (PTC), pour détecter la condition de surchauffe. Lorsque la surchauffe est apparue, la thermistance PTC a réduit le courant circulant dans les pcW-LED, provoquant ainsi l'extinction du flux pour les pcW-LED. La quantité réduite de courant électrique pour les pcW-LED a été redirigée vers une deuxième branche comprenant des diodes non radiatives et une résistance fixe. La dépendance à la température du PTC est illustrée à la Fig. 5a. La caractéristique I – V de la diode non rayonnante est illustrée à la Fig. 5b. Un schéma des connexions du circuit est illustré à la Fig. 6.

(a) Dépendance à la température pour la résistance de la thermistance à coefficient thermique positif (PTC) (b) Caractéristique I–V de la diode IN5408.

Conception de circuit pour prévenir les fuites de lumière bleue.

Les connexions du circuit peuvent être décrites comme suit. La branche supérieure comprend la thermistance PTC et les LED pcW connectées en série. La branche inférieure comprend la résistance fixe et une série de six diodes non radiatives (type IN5408). Les diodes IN5408 ont été choisies pour leur capacité à laisser passer un courant électrique important, soit jusqu'à 3 A. La branche supérieure et la branche inférieure sont connectées en parallèle. Le circuit est alimenté par un courant électrique constant.

Avec la description ci-dessus, la relation entre le courant électrique et la tension dans le circuit peut être exprimée comme suit :

et

où I, I1 et I2 sont les courants électriques dans l'ensemble du circuit, branches supérieure et inférieure, respectivement. R1 est la résistance de la thermistance et dépend de la température ; R2 est la résistance totale de la résistance fixe ; VD est la notation de la chute de tension totale des six diodes IN5408 et VLED est la tension des pcW-LED. Sur la base des relations entre les quantités dans Eqs. (1) et (2), on peut déduire la relation suivante :

et

Comme les paramètres nécessaires sont connus, la variation des courants I1 et I2 dans chaque branche correspond au fonctionnement de la thermistance PTC dans des conditions normales (sans surchauffe) et dans des conditions anormales (avec surchauffe), ce qui rend cette approche adaptée à la simulation. . En détail, les paramètres utilisés dans la simulation comprenaient des paramètres constants et variables décrits comme suit. Les paramètres constants comprenaient la tension de la pcW-LED (VLED), la résistance de la résistance fixe (R2) et le courant d'injection total (I), injecté pour l'ensemble du circuit. La valeur de VLED utilisée dans la simulation était de 3,1 V. On a supposé que la dépendance à la température de VLED était négligeable. La valeur de R2 utilisée dans la simulation était de 1,3 Ω. Le courant d'injection total I pour l'ensemble du circuit utilisé dans la simulation était de 0,5 A. Les paramètres variables comprenaient la résistance de la thermistance (R1) et la tension de chute totale des six diodes (VD). La valeur de R1 a été obtenue à partir de la courbe dépendante de la résistance et de la température illustrée à la Fig. 5a. Dans la connexion du circuit, les six diodes IN5408 étaient connectées en série. La valeur de chaque diode est utilisée à partir de la courbe I – V de la diode IN5408, comme illustré à la Fig. 5b. Le résultat correspondant de la simulation est illustré à la Fig. 7.

Modification du courant dans le circuit en fonction de la température dans la simulation.

Le principe de fonctionnement du circuit pour empêcher la fuite de lumière bleue peut être expliqué comme suit. Dans des conditions normales, il n'y a pas de surchauffe ; ainsi, les températures dans le circuit et la région où la thermistance PTC est connectée sont inférieures à 120 °C. La thermistance PTC détecte cet état de température et ne fonctionne qu'en mode basse résistance. Il n'a donc aucun effet sur le courant électrique dans le circuit. Ainsi, le courant électrique ne circule que dans la branche supérieure, et il n'y a pas de courant électrique circulant dans la branche inférieure. Dans des conditions anormales, la surchauffe élève la température dans le circuit et dans la région où la thermistance PTC est connectée à plus de 120 °C. La thermistance PTC détecte le signal de l'état de surchauffe et active rapidement le mode haute résistance. La résistance de la thermistance PTC est augmentée de manière exponentielle pour provoquer une plus grande obstruction du courant au passage de la branche supérieure. Il en résulte que le courant circulant dans les branches inférieures (I2) augmente rapidement tandis que le courant dans les branches supérieures (I1) diminue en conséquence. Par conséquent, le courant d'injection pour le pcW-LED est rapidement réduit et le flux de sortie de la lumière est considérablement supprimé.

Pour confirmer le changement du courant électrique à partir de la simulation, une expérience correspondante a été menée. La figure 8 montre les composants utilisés dans l'expérience, y compris les pcW-LED, la thermistance PTC, la résistance fixe, les diodes non radiatives et le refroidisseur thermoélectrique (TEC), respectivement. Le schéma de connexion correspondant pour l'expérience est similaire à celui illustré à la Fig. 6, mais le TEC est ajouté pour chauffer la thermistance PTC. La configuration expérimentale pour tester le changement du courant avec différentes températures détectées par la thermistance PTC est illustrée à la Fig. 9. Pour provoquer le changement de la résistance de la thermistance PTC, la thermistance est chauffée par la surface chaude du composant TEC. La température est détectée par le thermocouple (type T) situé très près de l'interface de la surface chaude TEC et de la thermistance PTC. Un gel de conductivité thermique avec une conductivité thermique de 1,8 W/m K est utilisé pour fournir une bonne conduction thermique. La valeur de température est détectée en temps réel à l'aide d'un instrument PicoLog TC08 connecté à un ordinateur. Le courant électrique injecté pour l'ensemble du circuit (I) est mesuré sur la base d'essais à long terme du système de sphère d'intégration. Le courant électrique dans la branche inférieure (I2) est mesuré par un ampèremètre. Une caméra est utilisée pour enregistrer simultanément le bureau de l'ordinateur et l'écran de l'ampèremètre, montrant ainsi l'évolution des valeurs de température et de courant électrique au fil du temps.

Composants utilisés dans l'expérience, (a) pc-WLED, (b) thermistance PTC, (c) résistance fixe, (d) diodes, (e) refroidisseur thermoélectrique (TEC).

(a) Expérience mise en place pour tester le changement de courant avec différentes températures détectées par la thermistance PTC. (b) Partie agrandie du rectangle marqué en rouge sur la photo (a).

Les résultats expérimentaux de la modification du courant électrique dans chaque branche du circuit sont illustrés à la Fig. 10. Lorsque la température est inférieure à 120 ° C, il n'y a pas de changement dans le courant électrique dans chaque branche, car la thermistance PTC fonctionne dans le mode à faible résistance. Lorsque la température dépasse 120 ° C, la thermistance PTC est activée pour fonctionner en mode haute résistance, provoquant une obstruction plus importante pour le courant qui la traverse. Le courant électrique dans la branche supérieure (I1) est donc redirigé vers la branche inférieure, provoquant la diminution de I1 dans la branche supérieure. Le I1 réduit contribue à l'augmentation du courant électrique dans la branche inférieure (I2). Il est nécessaire de comparer la dépendance en température du courant électrique dans le circuit entre les résultats de simulation et les résultats expérimentaux. Sur la base de la comparaison qualitative entre les résultats présentés dans les Fig. 7 et 10, les résultats de l'expérience et de la simulation montrent une grande similarité.

Changement de courant dans le circuit en fonction de la température dans l'expérience.

La tâche ultime est la confirmation de l'extinction du flux due à la réduction du courant lorsqu'une surchauffe se produit dans la connexion réelle du circuit. Par conséquent, un circuit réel a été fabriqué et une expérience correspondante a été réalisée. La configuration expérimentale et le circuit réel (ce dernier étant placé à l'intérieur d'une sphère d'intégration) sont représentés respectivement sur les figures 11a et b. Dans cette expérience, la surchauffe a été générée par une surcharge plutôt qu'en étant chauffée par la surface chaude du dispositif TEC. La température a été mesurée en temps réel par un thermocouple connecté à un instrument PicoLog TC08. Les propriétés optiques ont été mesurées en utilisant le mode de test à long terme du système de sphère d'intégration. L'injection de courant électrique pour l'ensemble du circuit (I) a été définie sur la base d'un mode de courant constant et a pu être détectée en temps réel et extraite des résultats du mode de test à long terme de la sphère d'intégration. La valeur du courant électrique dans la branche contenant la résistance fixe et les diodes non radiatives (I2) a été détectée par un ampèremètre. Une caméra a été installée pour enregistrer l'évolution du courant électrique I2 dans le temps, ainsi que les valeurs de température affichées sur l'ampèremètre et l'écran de l'ordinateur.

(a) Montage expérimental. (b) La structure est établie à l'intérieur de la sphère d'intégration.

Les résultats de l'expérience sont illustrés à la Fig. 12. En cas de surchauffe grave, la température de la carte LED augmente rapidement et la thermistance PTC chauffe. Lorsque la température de la thermistance PTC dépasse la température de fonctionnement de la thermistance PTC, le mode haute résistance est activé et réduit le courant électrique dans la branche de circuit contenant les pcW-LED (I1), comme illustré à la Fig. 12a. Simultanément, la quantité réduite de courant (I1) transférée dans la branche contenant la résistance fixe et les diodes non radiatives fait augmenter le courant I2, comme le montre la figure 12a. Correspondant à la réduction du courant I1, le flux lumineux est significativement et rapidement supprimé, comme le montre la figure 12b. Lorsque la surchauffe est bien maîtrisée, la température de la carte LED n'augmente plus, comme le montre la Fig. 12c.

(a) Modification du courant électrique. (b) Extinction du flux de sortie. (c) La variation de température. (d) Spectres de la lumière de sortie avant/après que le courant injecté aux pcW-LED soit réduit.

Pour illustrer plus clairement l'extinction du flux en termes de spectre, les spectres de la lumière de sortie avant et après l'injection du courant dans les pcW-LED sont illustrés à la Fig. 12d. Les instants à 1 s et 83 s correspondent aux instants où la thermistance PTC fonctionne en mode basse résistance et où le courant I1 n'est pas réduit. Le spectre à 83 s est inférieur à celui à 1 s du fait de l'extinction thermique de la lumière bleue et jaune. Le spectre à 87 s montre une suppression significative par rapport à celui à 83 s. Cette extinction du spectre de sortie est due à la diminution significative du courant I1, comme le montre la figure 12a. Les spectres à 100 s, 201 s et 300 s, respectivement, se chevauchent presque avec celui au moment de 87 s, en raison du fait que la thermistance PTC continue de fonctionner en mode haute résistance ; ainsi, I1 reste petit. Cela indique que le PTC fonctionne bien pour maintenir l'état d'extinction du flux.

Pour garantir davantage le fonctionnement du circuit de conception en cas de réduction de la température après la suppression de la condition de surchauffe. La figure 13 montre la configuration de cette expérience qui est similaire à la configuration de la figure 11. La surface chaude d'un dispositif thermoélectrique (TEC) est utilisée pour contrôler la condition de surchauffe de la carte de circuit imprimé contenant la thermistance PTC et les LED pcW. L'appareil TEC est actionné en allumant/éteignant manuellement une alimentation électrique à l'extérieur. La température est enregistrée par les thermocouples 1 et 2, situés à proximité de la thermistance PTC et des pcW-LED. La figure 14 montre les résultats expérimentaux correspondant à trois étapes qui sont normales, surchauffe et après suppression de l'étape de surchauffe. Les résultats montrent qu'au moment de 1370 s, la condition de surchauffe est générée en allumant le TEC, provoquant une élévation de la température au-dessus du seuil pour activer la thermistance PTC pour qu'elle fonctionne en mode haute résistance. Le courant électrique est empêché de circuler à travers la thermistance pour être injecté dans les pc-WLED, ce qui supprime le flux lumineux de sortie, comme illustré sur la figure 14b. Au moment de 1670 s, l'appareil TEC est éteint, la température est réduite à une valeur inférieure et la thermistance PTC reviendra en mode basse résistance, ce qui entraînera l'augmentation du courant électrique qui le traverse et l'injection pour pc -WLED. En conséquence, il verra la reprise du flux de sortie. Sur la figure 14c, le CCT est augmenté en raison de l'augmentation de la température et est réduit à une valeur inférieure lorsque la condition de surchauffe est supprimée. En résumé, grâce aux caractéristiques particulières de la thermistance PTC, le circuit conçu peut bien fonctionner à différents stades de température qui se produisent dans le circuit.

(a) Configuration expérimentale pour tester le fonctionnement du circuit dans des conditions normales, de surchauffe et après suppression des conditions de surchauffe. (b) Agrandissement du rectangle en pointillés rouges sur la photo (a).

(a) Température, (b) Flux lumineux et (c) Comportement CCT pour trois étapes de conditions normales, de surchauffe et après suppression des conditions de surchauffe.

Le phénomène inévitable de fuite de lumière bleue dans les pcW-LED est étroitement lié à l'apparition d'une condition de surchauffe. À notre connaissance, c'est la première fois qu'une solution est proposée et démontrée avec succès pour la prévention des fuites de lumière bleue pour les pcW-LED alimentées par une alimentation électrique à courant constant. Un circuit a été conçu dans lequel la thermistance PTC a été utilisée comme capteur thermique pour détecter la surchauffe (qui peut générer la condition de fuite de lumière bleue). Lorsqu'un signal de surchauffe apparaît, la fuite de lumière bleue peut être efficacement empêchée en activant un mode de fonctionnement binaire correspondant à la thermistance PTC (correspondant aux conditions normales et de surchauffe). Après avoir été activé, le mode basse résistance passe au mode haute résistance, entraînant une réduction rapide du courant électrique injecté dans les LED. Par conséquent, le flux lumineux de sortie correspondant peut être considérablement supprimé, empêchant les yeux de l'utilisateur d'être exposés à une lumière bleutée. En conséquence, la lampe devient plus faible. De plus, l'état de gradation de la lampe rappelle également à l'utilisateur que la lampe avec la fuite de lumière bleue doit être remplacée. La solution n'est pas seulement significative pour la sécurité biologique de l'homme, mais aussi pour augmenter la qualité de l'éclairage à l'aide de pcW-LED dans le domaine du SSL. Outre les avantages de son faible coût, de sa simplicité et de son efficacité, ce circuit peut facilement être intégré dans des composants LED en raison de sa simplicité.

Toutes les données générées ou analysées au cours de cette étude sont incluses dans cet article publié.

Schubert, EF & Kim, JK Les sources lumineuses à semi-conducteurs deviennent intelligentes. Sciences 308, 1274-1278 (2005).

ADS CAS PubMed Google Scholar

Schubert, Diodes électroluminescentes EF (Cambridge University Press, 2006).

Réserver Google Scholar

Narendran, N. & Gu, Y. Vie des sources de lumière blanche à base de LED. J.Disp. Technol. 1, 167-171 (2005).

Article ADS CAS Google Scholar

Chang, YY, Ting, ZY, Chen, CY, Yang, TH & Sun, CC Conception d'un module optique avec une stabilité élevée, une uniformité de couleur angulaire élevée et une distribution lumineuse réglable pour les lampes standard. J.Disp. Technol. 10, 223-227 (2014).

Annonces d'article Google Scholar

Sun, CC et al. Haute uniformité dans la distribution angulaire corrélée de la température de couleur des LED blanches de 2800 K à 6500 K. Opt. Express 20, 6622–6630 (2012).

Article ADS PubMed Google Scholar

Sun, CC et al. Efficacité de l'emballage dans les LED blanches à conversion de phosphore et son impact jusqu'à la limite de l'efficacité lumineuse. J. Lampe à semi-conducteurs. 1, 1–17 (2014).

Annonces d'article Google Scholar

Shim, JI & Shin, DS Mesure de l'efficacité quantique interne des diodes électroluminescentes : vers une caractérisation précise et fiable de la température ambiante. Nanophotonique 7, 1601–1615 (2018).

Article CAS Google Scholar

Lin, CH et al. Amélioration supplémentaire de l'efficacité d'émission d'une diode électroluminescente de qualité commerciale grâce au couplage des plasmons de surface. Opter. Lett. 43, 5631–5634 (2018).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Karlicek, R., Sun, CC, Zissis, G. & Ma, R. Manuel de technologie d'éclairage avancée (Springer, 2014).

Réserver Google Scholar

Chhajed, S., Xi, Y., Li, Y.-L., Gessmann, Th. & Schubert, EF Influence de la température de jonction sur la chromaticité et les propriétés de rendu des couleurs des sources de lumière blanche trichromatique basées sur des diodes électroluminescentes. J. Appl. Phys. 97, 054506 (2005).

Annonces d'article Google Scholar

Su, YF, Yang, SY, Hung, TY, Lee, CC & Chiang, KN Test de dégradation de la lumière et conception des performances thermiques des diodes électroluminescentes haute puissance. Microélectron. Fiab. 52, 794–803 (2012).

Article Google Scholar

Davis, JL et al. Comprendre les changements de chromaticité dans les dispositifs à LED grâce à des modèles analytiques. Microélectron. Fiab. 84, 149-156 (2018).

Article CAS Google Scholar

Yazdanv Mehr, M. et al. Dégradation des matériaux optiques dans les systèmes d'éclairage à semi-conducteurs. Int. Mater. Rev.65, 102–128 (2020).

Article Google Scholar

Narendran, N., Gu, YM, Jayasinghe, L., Freyssinier, JP & Zhu, Y. Performances à long terme des LED blanches et des systèmes. Dans Actes de la première conférence internationale sur les LED blanches et l'éclairage à semi-conducteurs, 174-179 (2007).

Singh, P. & Tan, CM Physique de la dégradation des LED haute puissance dans un environnement extérieur et rôle du phosphore dans le processus de dégradation. Sci. Rep. 6, 24052 (2016).

Article ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Ryu, GH, Ma, B. & Ryu, HY Dépendance à la température de l'indice de rendu des couleurs d'une diode électroluminescente blanche à conversion de phosphore. AIP Adv. 9, 015009 (2019).

Annonces d'article Google Scholar

Nemitz, W., Fulmek, P., Nicolics, J., Reil, F. & Wenzl, FP Sur la détermination de la distribution de température dans les éléments de conversion de couleur des LED à conversion de phosphore. Sci. Rep. 7, 9964 (2017).

Article ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Ryu, GH & Ryu, HY Analyse de la dépendance à la température de l'efficacité de conversion du phosphore dans les diodes électroluminescentes blanches. J. Opt. Soc. Corée 19, 311–316 (2015).

Article CAS Google Scholar

Verzellesi, G. et al. Chute d'efficacité des diodes électroluminescentes bleues InGaN/GaN : mécanismes physiques et remèdes. J. Appl. Phys. 114, 071101 (2013).

Annonces d'article Google Scholar

Zhang, S. et al. Phosphore émettant du bleu efficace SrLu2O4:Ce3+ avec une stabilité thermique élevée pour les LED blanches à base de puces LED proches de l'ultraviolet (~ 400 nm). Sci. Rep. 8, 10463 (2018).

Article ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Wang, J. et al. Stabilité thermique élevée des diodes électroluminescentes blanches à conversion de phosphore utilisant du verre dopé Ce:YAG. IEEE J. Sélectionnez. Haut. Quant. Électron. 17, 741–746 (2011).

Article ADS CAS Google Scholar

Tang, JL et al. Réduction des décalages de chromaticité des diodes électroluminescentes à l'aide de points quantiques CdxZn1-x SeyS1-y @ ZnS alliés à un gradient avec une photoluminescence à haute température améliorée. Adv. Opter. Mater. 7, 1801687 (2019).

Article Google Scholar

Zhao, M. et al. Réglage du substituant Li des luminophores LED avec une efficacité améliorée, une photoluminescence réglable et une stabilité thermique améliorée. Sci. Adv. 5, 0363 (2019).

Annonces Google Scholar

Shih, BJ et al. Étude des distributions de température dans les pc-WLED avec différents packages de luminophores. Opter. Express 23, 33861–33869 (2015).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Chung, T. et al. Étude de la distribution de la température dans les pc-WLED à l'aide du boîtier de phosphore à dôme distant. IEEE Photon. J. 7, 1–11 (2015).

Article CAS Google Scholar

Yang, TH et al. Stabilisation du CCT dans les pcW-LED par auto-compensation entre l'efficacité d'excitation et l'efficacité de conversion des luminophores. Opter. Express 25, 29287–29295 (2017).

Article ADS CAS Google Scholar

Yang, TH et al. Détection instantanée et sans contact de la température du phosphore dans les LED blanches converties au phosphore. Sci. Rep. 8, 296 (2018).

Article ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Fan, BF, Wu, H., Zhao, Y., Xian, YL et Wang, G. Étude des technologies d'emballage à isolation thermique au phosphore pour les diodes électroluminescentes blanches haute puissance. IEEE Photon. Technol. Lett. 19, 1121-1123 (2007).

Article ADS CAS Google Scholar

Martinsons, C. & Zissis, G. Problèmes de santé potentiels de l'éclairage à semi-conducteurs. Rapport final de l'IEA 4E. (2014).

Point, S. & Lambrozo, J. Quelques preuves que les LED blanches sont toxiques pour l'homme à l'éclat domestique ?. Radioprotection 52, 297–299 (2017).

Article CAS Google Scholar

Point, S. Blue Light Hazard : les valeurs limites d'exposition sont-elles suffisamment protectrices pour les nouveau-nés ?. Radioprotection 53, 219–224 (2018).

Article CAS Google Scholar

CIE. Prise de position de la CIE sur le danger de la lumière bleue. Couleur Rés. Appl. 44, 672–673 (2019).

Article Google Scholar

Zhang, JJ et al. Comparaison des performances de danger de lumière bleue des sources LED converties au phosphore avec des points quantiques rouges et du phosphore rouge. J. Appl. Phys. 122, 043103 (2017).

Annonces d'article Google Scholar

Zhang, JJ et al. Optimisation des risques liés à la lumière bleue pour les sources de diodes électroluminescentes blanches à haute efficacité lumineuse de rayonnement et indice de rendu des couleurs élevé. Opter. Technologie laser. 94, 193-198 (2017).

Annonces d'article Google Scholar

Burkhart, K. & Phelps, JR Verres ambrés pour bloquer la lumière bleue et améliorer le sommeil : un essai randomisé. Chronobiol. Int. 26, 1602–1612 (2009).

Article PubMed Google Scholar

Tang, W., Liu, JG & Shen, C. Optimisation des risques liés à la lumière bleue pour les LED blanches de haute qualité. IEEE Photon. J. 10, 1–10 (2018).

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Cette recherche a été accordée par le ministère de la Science et de la Technologie de Taiwan avec le contrat n° 109-2221-E-008-087-MY2.

Département d'optique et de photonique, National Central University, ChungLi, 32001, Taiwan

Ching-Cherng Sun, Quang-Khoi Nguyen, Shih-Kang Lin, Chi-Shou Wu, Tsung-Hsun Yang et Yeh-Wei Yu

Département d'électrophysique, Université nationale Yang Ming Chiao Tung, HsinChu, 30010, Taïwan

Soleil Ching-Cherng

Graduate Institute of Color & Illumination Technology, National Taiwan University of Science and Technology, Taipei, 10607, Taiwan

Tsung-Xian Lee

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Le concept et la conception de l'étude ont été confiés au chef d'équipe CCS ; l'expérience a été menée par QKN ​​; Discussion avec SKL, CSW, TXL, THY et YWY ; QKN a écrit le manuscrit et CCS était l'auteur correspondant.

Correspondance à Ching-Cherng Sun.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Sun, CC., Nguyen, QK., Lee, TX. et coll. Fusible thermique actif pour arrêter la fuite de lumière bleue des diodes électroluminescentes blanches alimentées par un courant constant. Sci Rep 12, 12433 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-16587-4

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Reçu : 01 mai 2022

Accepté : 12 juillet 2022

Publié: 20 juillet 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-022-16587-4

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