활성 열

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 12433(2022) 이 기사 인용

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본 연구에서는 형광체 변환 백색 발광 다이오드(pcW-LED) 과열 시 청색광 누출(예: 눈 손상)과 관련된 문제를 해결하기 위한 회로 설계를 제안하고 시연했습니다. 이 회로에는 직렬 및 병렬로 연결된 양의 열 계수 서미스터, 저항기 및 다이오드만 필요합니다. 따라서 구성요소에 쉽게 통합될 수 있습니다. 시뮬레이션과 해당 실험 결과에 따르면 이 방법은 과열 부품의 주입 전류를 정확하게 억제하고 LED가 작동 온도로 돌아온 후 정상적으로 작동할 수 있음을 보여줍니다. 따라서 과열이 발생할 때 푸른 빛에 노출되는 것을 방지하는 등 사용자의 눈을 적극적으로 보호할 수 있습니다. 또한, 광속 소멸은 사용자에게 LED 교체를 상기시키는 신호입니다. 제안된 방법은 LED 조명의 품질과 생물학적 안전성을 높이는 데 저비용, 효과적이고 간단하며 유용합니다.

고체 조명(SSL)은 높은 에너지 효율, 빠른 응답, 수용 가능한 연색성, 긴 수명, 저렴한 비용 등의 장점으로 인해 백열 전구를 점차 대체해 왔습니다1,2,3,4,5,6. 백색광은 이색성, 삼색성, 사색성 접근법과 같은 다양한 방법으로 생성될 수 있습니다2. 그 중 이색성 접근법은 단순성과 효율성으로 인해 널리 사용됩니다. 이 접근 방식에서 백색광은 파란색 LED(발광 다이오드) 다이와 노란색 형광체2의 조합으로 생성됩니다. 이러한 백색 광원을 일반적으로 인광체 변환 백색 발광 다이오드(pcW-LED)라고 합니다. 정상적인 조건에서 pcW-LED 구조의 작동 과정에서 열 발생에 크게 기여하는 두 가지 주요 원인은 파란색 LED 다이의 효율과 인광체의 변환 효율(자체 양자 효율 및 스톡 손실 포함)입니다. . 첫 번째 열원은 파란색 LED 다이를 통과하는 전기 흐름에서 방출된 파란색 광자로 주입된 전자의 변환 효율과 관련됩니다. 전기에서 광전력으로의 변환 효율은 70%보다 높을 수 있습니다. 따라서 입력 전력의 최소 30%가 열로 변환될 수 있습니다7,8. 두 번째 열원은 인광체 영역이며 Stokes의 손실, 즉 여기 파장과 재방출 파장 사이의 파장 차이와 관련이 있습니다2,9. 파란색 여기 파장과 노란색 방출 파장의 피크가 각각 450nm와 550nm인 경우 파장 변환 효율(여기 파장과 재방출 파장의 비율)은 약 82%입니다. 따라서 이 과정에서 발생하는 에너지의 약 18%가 열로 변환됩니다. 특히, 정상적인 조건이 잘 유지되지 않으면 청색 LED 다이 및 형광체 영역의 비방사성 변환이 우세하기 때문에 더 많은 양의 열이 발생합니다. 열은 pcW-LED에서 피할 수 없는 문제로, 상관 색온도(CCT) 증가, 색상 변화, 효율 감소, 기계적 특성 저하 등 출력 백색광의 품질에 많은 부정적인 영향을 미치는 것으로 잘 알려져 있습니다. ,11,12,13,14,15,16,17,18,19. 열 효과와 관련된 상대적으로 심각한 문제는 그림 1과 같이 램프가 여전히 밝음에도 불구하고 푸른색 빛이 관찰될 수 있는 현상이다. 이는 노란색 빛의 열 감쇠 속도가 파란색 빛보다 빠르기 때문이다. , 파란색 대 노란색 빛의 전력 비율(B/Y 비율)이 크게 증가하여 출력 백색광의 색상이 더 푸르스름해지게 됩니다(매우 높은 CCT 값, 예를 들어 10,000K보다 높음에 해당)9. 청색광은 광학기기를 이용하면 쉽게 감지할 수 있지만 사람의 눈으로는 인지하기가 쉽지 않습니다. 따라서, 청색광 누출이 발생하면, 사용자의 눈은 어떠한 경고 신호도 없이 청색광에 노출될 수 있다. 그림 2는 정상 및 비정상 조건에서의 온도 특성과 과열이 B/Y 비율에 미치는 영향을 보여줍니다. 과열이 발생하면 pcW-LED의 온도는 정상 조건보다 훨씬 높아집니다24,25. 또한, 열감쇠율의 차이로 인해 과열이 발생하는 조건에서는 B/Y 비율이 정상 조건보다 높습니다. pcW-LED 패키지 볼륨의 온도가 높으면 형광체의 열 소멸이 발생하여 청색광 누출을 유발하는 색상 드리프트가 발생할 수 있습니다. 인광체의 온도가 상승하면 인광체 입자의 열적 담금질로 인해 외부 양자 효율이 감소하여 노란색 빛이 덜 방출되고 더 많은 파란색 빛이 인광체 볼륨을 통과하게 됩니다. 열 관리가 충분하지 않으면 정상 작동 시 파란색 표시등과 노란색 표시등 사이의 균형이 더 이상 유지되지 않습니다. 결과적으로 최악의 조건에서는 심한 CCT 드리프트 또는 청색광 누출이 발생합니다26,27.