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Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13039 (2023) Citare questo articolo

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Recentemente è stato identificato un fenomeno noto come "perdita di luce blu" causato dal surriscaldamento dei LED pcW, che rappresenta un rischio per gli utenti. Questo studio si concentra sull’analisi e sull’ottimizzazione di una soluzione per affrontare questo problema. Per affrontare il problema del surriscaldamento e della dispersione della luce blu, abbiamo esplorato l’applicazione di uno specifico materiale termocromico chiamato Crystal Nano Cellulose (CNC). Abbiamo introdotto il CNC all'interno della lente epossidica dei LED bianchi. È importante sottolineare che, in condizioni standard, il CNC ha un impatto trascurabile sulle proprietà ottiche della luce bianca in uscita. Tuttavia, quando si verificano condizioni di surriscaldamento, che portano a perdite di luce blu, l’aumento della temperatura innesca un effetto di oscuramento nel CNC. Questo comportamento termocromico del CNC gli consente di assorbire fortemente la luce blu, determinando una significativa soppressione del flusso luminoso in uscita. Di conseguenza, la lampada si attenua, il che non solo impedisce agli occhi dell'utente di essere esposti alla dannosa luce bluastra, ma funge anche da indicatore dell'invecchiamento del pcW-LED. Implementando il CNC come materiale reattivo nella progettazione dei LED bianchi, questo studio offre una soluzione pratica ed efficace per mitigare gli effetti negativi della perdita di luce blu causata dal surriscaldamento. Questo miglioramento migliora la sicurezza e il comfort degli utenti fornendo allo stesso tempo un sistema di allarme precoce per l'invecchiamento dei LED pcW.

L'illuminazione allo stato solido (SSL) che utilizza la sorgente di luce bianca dei diodi emettitori di luce bianca convertiti al fosforo (PCW-LED) ha mostrato proprietà quali elevata efficienza energetica, risposta rapida, resa cromatica adeguata, lunga durata e basso costo1, 2,3,4,5,6. La luce bianca può essere generata in base a dicromatica, tricromatica e tetracromatica2. Il metodo più semplice, efficiente e ampiamente utilizzato consiste nell'utilizzare un die LED blu per eccitare il fosforo giallo a conversione ridotta di YAG:Ce, la miscelazione in uscita della luce blu e gialla causerà la percezione del "bianco" per gli occhi umani2. Tra le ricerche relative ai LED pcW, i problemi di distribuzione di bassa uniformità spaziale del colore, basso indice di resa cromatica (CRI), rischio di luce blu, dipendenza dell'efficienza dalla temperatura e prestazioni del colore sono stati attratti da molti scienziati per studiare e riportare in molti articoli7 ,8,9,10,11,12,13,14,15,16. Recentemente, i fenomeni di perdita di blu che si verificano durante il processo di funzionamento dei LED pcW sono stati segnalati da Sun et al. in un rapporto del 202217. Il fenomeno del blue leak è definito da una significativa diminuzione dell'emissione gialla del fosforo e da una diminuzione non così importante della luce blu proveniente dal die. Quindi il valore della temperatura colore correlata (CCT) relativo al rapporto Blu/Giallo aumenta drasticamente. Le ragioni dell'emissione di luce bluastra sono legate all'effetto di surriscaldamento che ha origine dalla limitazione dell'efficienza quantistica interna e dalla perdita di Stoke del fosforo18,19,20. Esistono molti studi sull'effetto della luce blu sul tessuto retinico degli occhi umani21,22,23,24. Gli occhi umani corrono rischi per quanto riguarda la visualizzazione, l’illuminazione sana e la sicurezza fotobiologica. Sono stati compiuti alcuni sforzi per ridurre l’effetto negativo della luce blu sulla sicurezza biologica, sulla visualizzazione e sulla qualità del sonno per gli esseri umani25,26,27,28. Diversi studi hanno proposto soluzioni per la gestione termica dei LED pcW. Yang et al. hanno riferito che sulla base dell'autocompensazione tra l'efficienza di eccitazione e l'efficienza di conversione dei fosfori, è possibile ottenere la stabilizzazione della CCT nei LED pcW29. In uno studio correlato, Yang et al. ha proposto un approccio pratico per misurare la temperatura del fosforo nei LED pcW in funzione che può aiutare ad avere informazioni sulle condizioni termiche per controllare l'effetto termico nei LED pcW30. Sole et al. protezione del circuito progettata per migliorare la sicurezza fotobiologica degli occhi umani dai LED pcW in caso di condizioni di surriscaldamento17.