アクティブサーマル

Scientific Reports volume 12、記事番号: 12433 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

この研究では、蛍光体変換白色発光ダイオード (pcW-LED) が過熱した場合の青色光漏れ (目の損傷など) に関連する問題を解決するための回路設計を提案し、実証しました。 この回路に必要なのは、正の熱係数のサーミスタ、抵抗器、およびダイオードを直列および並列に接続することだけです。 したがって、コンポーネントに簡単に統合できます。 シミュレーションと対応する実験結果は、この方法が過熱コンポーネントの注入電流を正確に抑制でき、動作温度に戻った後に LED が正常に動作できることを示しています。 したがって、過熱が発生したときに青みがかった光への曝露を避けるなど、ユーザーの目を積極的に保護することができます。 また、光束の消灯はLEDの交換を促す合図となります。 提案された方法は、低コスト、効果的、簡単で、LED 照明の品質と生物学的安全性を向上させるのに役立ちます。

ソリッドステート照明（SSL）は、高いエネルギー効率、高速応答、許容可能な演色性、長寿命、低コストなどの利点により、徐々に白熱電球に取って代わりつつあります1、2、3、4、5、6。 白色光は、二色、三色、四色アプローチなど、さまざまな方法で作成できます2。 中でも、二色性アプローチは、そのシンプルさと効率性により広く使用されています。 このアプローチでは、白色光は青色発光ダイオード (LED) ダイと黄色蛍光体 2 の組み合わせによって生成されます。 このような白色光源は、一般に、蛍光体変換白色発光ダイオード（ｐｃＷ－ＬＥＤ）と呼ばれる。 通常の状態では、pcW-LED 構造の動作プロセスにおける発熱に大きく寄与する主な原因は 2 つあります。それは、青色 LED ダイの効率と蛍光体の変換効率 (自身の量子効率とストークス損失を含む) です。 。 最初の熱源は、青色 LED ダイを通る電気の流れにおける、注入された電子から放出された青色光子への変換効率に関係します。 電気パワーから光パワーへの変換効率は 70% を超える可能性があります。 したがって、入力電力の少なくとも 30% が熱に変換される可能性があります 7,8。 2 番目の熱源は蛍光体領域であり、ストークス損失、つまり励起波長と再放射波長の間の波長差に関係します 2,9。 青色励起波長と黄色発光波長のピークがそれぞれ450nmと550nmの場合、波長変換効率（励起波長と再発光波長の比）は約82%となります。 したがって、このプロセスからのエネルギーの約 18% が熱に変換されます。 特に、通常の状態が十分に維持されていない場合、青色 LED ダイおよび蛍光体領域での非放射変換が優勢となるため、大量の熱が発生します。 PCW-LED では熱が避けられない問題であり、相関色温度 (CCT) の上昇、カラーシフト、効率の低下、機械的特性の劣化など、出力白色光の品質に多くの悪影響をもたらすことはよく知られています10。 、11、12、13、14、15、16、17、18、19。 熱影響に関する比較的深刻な問題は、図1に示すように、ランプがまだ明るいにもかかわらず、青みがかった光が観察される現象です。これは、黄色光の熱減衰速度が青色光の熱減衰速度よりも速いためです。 、青色光と黄色光のパワー比（B/Y 比）が大幅に増加し、出力白色光の色がより青みがかります（非常に高い CCT 値、たとえば 10,000 K を超える）9。 青みがかった光は光学機器を使用すると簡単に検出できますが、人間の目で認識するのは困難です。 したがって、青色光の漏れが発生すると、何の警告もなくユーザーの目は青色の光にさらされる可能性があります。 図2に正常時と異常時の温度特性と過熱によるB/Y比への影響を示します。 過熱が発生すると、pcW-LED の温度は通常の状態よりもはるかに高くなります24、25。 さらに、熱減衰率の違いにより、過熱が発生した状態では通常の状態よりも B/Y 比が高くなります。 pcW-LED のパッケージ内が高温になると、蛍光体の熱消光が発生し、青色光の漏れを引き起こす色のドリフトが発生する可能性があります。 蛍光体の温度が上昇すると、蛍光体粒子の熱消光により外部量子効率が低下し、発せられる黄色光が減り、蛍光体体積を通過する青色光が増加します。 熱管理が十分でないと、通常動作時の青色光と黄色光のバランスが保てなくなります。 その結果、重大な CCT ドリフトが発生したり、最悪の場合は青色光漏れが発生したりすることになります 26,27。