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Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 13039 (2023) Citar este artículo

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Recientemente se ha identificado un fenómeno conocido como "fuga de luz azul" causado por el sobrecalentamiento de los LED pcW, que supone un riesgo para los usuarios. Este estudio se centra en investigar y optimizar una solución para abordar este problema. Para abordar el problema del sobrecalentamiento y la fuga de luz azul, exploramos la aplicación de un material termocrómico específico llamado nanocelulosa cristalina (CNC). Introdujimos CNC dentro de la lente epoxi de los LED blancos. Es importante destacar que, en condiciones estándar, el CNC tiene un impacto insignificante en las propiedades ópticas de la luz blanca de salida. Sin embargo, cuando surgen condiciones de sobrecalentamiento que provocan una fuga de luz azul, el aumento de temperatura desencadena un efecto de oscurecimiento en el CNC. Este comportamiento termocrómico del CNC le permite absorber fuertemente la luz azul, lo que resulta en una supresión significativa del flujo luminoso de salida. Como resultado, la lámpara se atenúa, lo que no sólo evita que los ojos del usuario queden expuestos a la dañina luz azulada, sino que también sirve como indicador del envejecimiento del pcW-LED. Al implementar CNC como material sensible en el diseño de LED blancos, este estudio ofrece una solución práctica y efectiva para mitigar los efectos negativos de la fuga de luz azul causada por el sobrecalentamiento. Esta mejora mejora la seguridad y la comodidad de los usuarios y, al mismo tiempo, proporciona un sistema de alerta temprana del envejecimiento de los pcW-LED.

La iluminación de estado sólido (SSL) que utiliza la fuente de luz blanca de diodos emisores de luz blanca convertidos en fósforo (pcW-LED) ha demostrado propiedades como alta eficiencia energética, respuesta rápida, reproducción cromática adecuada, larga vida útil y bajo costo1. 2,3,4,5,6. La luz blanca se puede generar en base a dicromática, tricromática y tetracromática2. El método más simple, eficiente y ampliamente utilizado es usar una matriz LED azul para excitar el fósforo amarillo de conversión descendente de YAG:Ce; la mezcla de salida de luz azul y amarilla provocará la percepción "blanca" en los ojos humanos2. Entre las investigaciones relacionadas con los LED pcW, los problemas de la baja distribución espacial de la uniformidad del color, el bajo índice de reproducción cromática (CRI), el peligro de la luz azul, la dependencia de la eficiencia de la temperatura y el rendimiento del color han atraído a muchos científicos a estudiarlos y han informado a través de muchos artículos7 ,8,9,10,11,12,13,14,15,16. Recientemente, Sun et al. han informado del fenómeno de fuga azul que se produce durante el proceso de funcionamiento de los LED pcW. en un informe de 202217. El fenómeno de la fuga azul se define por una disminución significativa de la emisión amarilla del fósforo y una disminución no tan importante de la luz azul proveniente del troquel. Por lo tanto, el valor de temperatura de color correlacionado (CCT) relacionado con la relación azul/amarillo aumenta drásticamente. Las razones de la salida de luz azulada están relacionadas con el efecto de sobrecalentamiento que se origina por la limitación de la eficiencia cuántica interna y la pérdida de Stoke del fósforo18,19,20. Existen muchos informes sobre el efecto de la luz azul en el tejido de la retina de los ojos humanos21,22,23,24. Los ojos humanos enfrentan riesgos relacionados con la visualización, la iluminación saludable y la seguridad fotobiológica. Se han realizado algunos esfuerzos para reducir el efecto negativo de la luz azul sobre la seguridad biológica, la visualización y la calidad del sueño de los humanos25,26,27,28. Varios estudios propusieron soluciones para la gestión térmica de los LED pcW. Yang et al. informaron que basándose en la autocompensación entre la eficiencia de excitación y la eficiencia de conversión de los fósforos, se puede obtener la estabilización del CCT en LED pcW29. En un estudio relacionado, Yang et al. propuso un enfoque práctico para medir las temperaturas del fósforo en los LED pcW en funcionamiento que puede ayudar a tener información sobre las condiciones térmicas para controlar el efecto térmico en los LED pcW30. Sol y cols. Protección de circuito diseñada para mejorar la seguridad fotobiológica de los ojos humanos frente a los LED pcW en caso de condiciones de sobrecalentamiento17.

En los últimos años, el desarrollo de la nanociencia y la nanotecnología ha abierto muchas oportunidades para encontrar soluciones interesantes para resolver problemas emergentes en la iluminación de estado sólido, como las fugas azules. La celulosa es uno de ellos. La familia de la celulosa se puede sintetizar en diferentes morfologías y tamaños, como nanocristales de celulosa (CNC), nanofibras de celulosa (CNF) y celulosa bacteriana (BC)31,32,33. Varios estudios informaron sobre la aplicación del CNC para resolver algunos problemas de las aplicaciones pcW-LED. Xu et al. informó que al cubrir una capa de polímero rellena de nanocristales fuera de una lente encapsulante, la uniformidad de color angular de los LED blancos convertidos en fósforo podría reducirse en un 71,4% mientras se mantiene más del 85% de la transmisión de energía luminosa, el valor informado de la desviación angular CCT ( ACCTD) fue de 587 K al 4% de CNC34. Chowdhury et al. informaron que llenar CNC en la capa de fósforo reduce la desviación CCT dependiente del ángulo. Cuando se simula con pcW-LED a CCT de 4220 K, con un ajuste de llenado CNC del 3% y 6% del peso, el ACCTD obtenido fue de 173,45 K y 59 K, respectivamente35. Hasta donde sabemos, aún es necesario informar sobre un estudio de este tipo que utilice el CNC para evitar el problema de fuga de luz azul.

En este artículo, proponemos una solución para absorber la luz azul cuando se produce una fuga de luz azul. Primero investigamos las propiedades térmicas y ópticas del CNC para garantizar que sea adecuado para aplicar fugas de luz azul en LED pcW. Finalmente, introducimos el CNC en la lente de epoxi que cubre el troquel y el fósforo de los LED pcW. Se analiza el efecto sobre las propiedades ópticas, concretamente cuando aparece el fenómeno de fuga de luz azul.

El problema de la fuga de luz azul está relacionado con una variación de la proporción de luz azul y amarilla (proporción B/Y) debido a diferentes efectos del aumento térmico en la luz azul (procedente del troquel) y la luz amarilla (procedente del fósforo). Para analizar este fenómeno, se realizó un experimento en el que se generó la condición de sobrecalentamiento para pcW-LED y se midieron las propiedades ópticas. En la configuración del experimento, el par térmico (tipo T) se establece en la parte posterior de los LED pcW. El sobrecalentamiento se genera por menos medios de disipación de calor cuando se utiliza la placa de vidrio en la configuración17. Se utiliza una esfera integradora para medir el comportamiento de las propiedades ópticas. El resultado del efecto del sobrecalentamiento que causa el problema de fuga de luz azul se muestra en la Fig. 1a. Con el aumento de temperatura, el flujo luminoso disminuye. Sin embargo, el valor de CCT aumenta correspondientemente, especialmente cuando la temperatura es superior a 180 °C. El valor de CCT depende de la relación B/Y, por lo que el aumento en el valor de CCT significa un aumento de la relación B/Y, es decir, una fuga azul.

(a) Característica de los fenómenos de fuga azul. (b) Ilustración de las características de color de las muestras en condiciones normales, y (c) condiciones de sobrecalentamiento. (d) Ilustración de la supresión del flujo luminoso causada por el oscurecimiento del CNC.

Nuestro objetivo es evitar fugas azules introduciendo el material termocrómico de CNC dentro de la lente epoxi de los pcW-LED. El principio de funcionamiento para prevenir la fuga de luz azul se basa en el comportamiento óptico y térmico del CNC en condiciones normales y de sobrecalentamiento. En condiciones normales, la temperatura dentro de los LED pcW es baja (p. ej., menos de 150 °C). Dado que el valor de temperatura no es lo suficientemente alto como para provocar el cambio de color para CNC, la lente sigue siendo transparente, como se muestra en la Fig. 1b, y no hay ningún efecto en la luz blanca de salida. Cuando aparece una fuga de luz azul, la temperatura en la lente de epoxi es mayor que la temperatura estable del CNC (por ejemplo, superior a 200 °C) y, por lo tanto, el CNC se oscurece, como se muestra en la Fig. 1c. El CNC oscurecido absorberá fuertemente la luz de salida, especialmente en el rango azul. Como resultado, el flujo de salida se atenúa significativamente, como se muestra en la Fig. 1d.

Los CNC son partículas nanométricas en forma de varillas que se consideran cada vez más adecuadas como bloques de construcción para la elaboración de materiales con aplicaciones en áreas tan diversas como la biotecnología, la electrónica, la óptica y el embalaje32,33,36. En este trabajo, se utilizaron CNC proporcionados por la Universidad de Maine (Forest Products Laboratory) por sus propiedades térmicas como fusible óptico para dispositivos pcW-LED 37. Consisten en partículas cristalinas en forma de varilla de 110 ± 48 nm de longitud y 4,8 ± 1,1 nm de espesor, según lo determinado por microscopía de fuerza atómica en un estudio previo38. Para favorecer su dispersión en la matriz de silicona hidrofóbica del dispositivo, la superficie de los CNC se hidrofobizó mediante el injerto de restos de cloroacetato (Chl), mediante una reacción de acilación con cloroacetato de vinilo (Sigma Aldrich). Esta reacción se llevó a cabo en dimetilsulfóxido anhidro (DMSO) con K2CO3 como catalizador, según un protocolo experimental ya reportado en la literatura38,39. Después de la confirmación del injerto de superficie mediante espectroscopia FTIR, las propiedades térmicas de las partículas CNC-Chl obtenidas se evaluaron mediante análisis termogravimétrico (TGA), difracción de rayos X a alta temperatura y transmitancia a alta temperatura. Los resultados se muestran en la Fig. 2.

( a ) Termograma TGA de las partículas CNC-Chl entre 20 y 650 ° C. (b) Espectros de difracción de rayos X de las partículas CNC-Chl a diferentes temperaturas. (c) Transmitancia de las placas de silicona rellenas con CNC-Chl a diferentes temperaturas.

El análisis termogravimétrico se realizó con un equipo TGA Q50 (TA Instrument), a una velocidad de calentamiento de 10 °C/min y en un ambiente de N2. El termograma de la Fig. 2a es consistente con el proceso de degradación de tres pasos que generalmente se observa cuando los CNC se someten a un gradiente de temperatura40: primero, el CNC pierde el agua adsorbida en su superficie entre 20 y 125 °C (I); luego el CNC se descompone en volátiles alquitranados (levoglucosano y anhidroazúcares) y carbonizados entre 200 y 400 °C (II), mediante reacciones simultáneas de despolimerización y deshidratación (la descomposición comienza a 206 °C, con una tasa máxima de degradación a 274 °C) ; Finalmente, el residuo alifático se convierte en aromáticos policíclicos entre 400 y 600 °C (III).

La difracción de rayos X a alta temperatura se realizó en un difractómetro PANalytical X'pert MDP equipado con un monocromador inverso, una cámara Anton-Paar HKT16, un detector de centelleo y un generador de radiación Cu-Kα (l = 0,15418 nm). Las mediciones se realizaron desde temperatura ambiente hasta 300 °C, con incrementos de 25 °C y a una velocidad de calentamiento de 3 °C/min. El último difractograma a 25 °C se registró después de enfriar a temperatura ambiente. La adquisición de datos se realizó en el rango 2θ de 10° a 80°, con un tamaño de paso de 0,017°. Los patrones se analizaron utilizando el software Eva Bruker® y se compararon con la base de datos PDF utilizando el software FindIt ICSD. En los difractogramas, los dos picos a 39,5 y 46° pertenecen al portamuestras de aluminio; su cambio theta ligeramente bajo está relacionado con su dilatación térmica. El patrón amplio por debajo de 25° está relacionado con la muestra CNC-Chl y es típico de la estructura de celulosa I que se encuentra en la celulosa nativa41. Estos picos de difracción se desplazan hacia ángulos más bajos por debajo de 200 °C sin modificación del patrón de celulosa, lo que sugiere una dilatación de las partículas de CNC-Chl sin impacto en la estructura. Un análisis más cuidadoso revela que los desplazamientos de los diferentes picos difieren en función de la temperatura, lo que indica que la expansión está orientada en una dirección específica. A 225 °C, el patrón de la celulosa comienza a modificarse drásticamente, revelando que la estructura cristalina se ve significativamente afectada. A partir de 250 °C, los picos desaparecen, lo que significa que ya no hay estructuración de los átomos dentro de los materiales. Por lo tanto, la descomposición del CNC-Chl es evidente e irreversible, ya que el patrón de celulosa ya no se puede ver cuando la temperatura se reduce a 25 °C. Estos resultados coinciden con el TGA.

Las mediciones de transmitancia se realizaron utilizando un calentador hecho a mano con un orificio circular central de 5 mm de diámetro para calentar las muestras. Colocamos la muestra entre dos placas de vidrio para asegurar la uniformidad de la temperatura de calentamiento. Se distribuyeron termopares (tipo T) en la interfaz de la muestra y la placa de vidrio para medir la temperatura de la muestra. Se utiliza una fuente de luz colimada de LED pcW para iluminar la muestra. La esfera integradora mide el flujo transmitido. La temperatura de la muestra se mide mediante pares térmicos en ambos lados de la muestra de placas de silicona que contienen CNC 1,0% en peso y se calienta a diferentes temperaturas de 100 °C, 147 °C, 159 °C, 195 °C y 244 °C. °C, respectivamente. El espesor de las muestras es de 0,6 mm. El tiempo de duración del calentamiento es de 5 h. El espectro de transmisión de la muestra a cada temperatura se calcula como la relación entre el flujo transmitido a la temperatura equivalente térmica y el de la temperatura inicial. El resultado de los espectros frente a diferentes temperaturas calentadas se muestra en la Fig. 2c. Los resultados revelan una ligera absorción homogénea a 100 °C, asignada a las partículas de CNC-Chl. A 159 °C, la absorción aumenta un 8% en una longitud de onda baja y un 4% en la región roja. A 195 °C, se observa una absorción del 10% en la región azul, sin modificación de la región roja. Por debajo de 200 °C, el aumento promedio de la absorción (5-10%) puede vincularse a una ligera modificación de la estructura de la celulosa debido a la pérdida de agua adsorbida que se evidencia en los termogramas de la Fig. 2a. La absorción más intensa en la región azul debería estar relacionada con la dilatación de las partículas observada después del análisis XRD. A 244 °C, la absorción aumenta drásticamente, especialmente en la región azul, en línea con la descomposición de CNC-Chl observada mediante análisis TGA y XRD. El oscurecimiento es casi total en la región azul, mientras que el aumento de la absorción es sólo del 35% en la región roja, probablemente debido a la difusión de pequeños fragmentos descompuestos42. Por lo tanto, se puede concluir que la descomposición de CNC-Chl por encima de 200 °C provocó una absorción no uniforme a lo largo del rango UV-Visible, lo que podría estar relacionado con el nanotamaño de los carbonizados formados durante la descomposición. Un comportamiento similar se observó con las nanopartículas de carbono43, que mostraron un máximo de absorción a 420 nm, o con los puntos de carbono, cuya absorción aumentó de 500 a 200 nm44,45.

Las propiedades térmicas determinadas por TGA, XRD y mediciones de transmitancia muestran claramente que los nanocristales de celulosa funcionalizados con cloroacetato de vinilo se pueden usar como un fusible óptico eficiente cuando se sobrecalientan después de la dispersión en la matriz de silicona.

De acuerdo con el propósito de esa aplicación, se deben cumplir dos requisitos para garantizar que el CNC sea un material adecuado para evitar fugas de luz azul. El primero es el efecto menor y reversible del CNC sobre las propiedades ópticas a una temperatura inferior a 150 °C. El segundo requisito es la irreversibilidad del oscurecimiento a temperaturas más altas.

En condiciones normales de funcionamiento de los pcW-LED, la temperatura de la lente epoxi es inferior a 150 °C, ya que se recomienda que los pcW-LED funcionen de manera que la temperatura de la unión no supere los 150 °C. Como resultado, como se muestra en la Fig. 2c, hay una ligera disminución en la transmisión a temperaturas inferiores a 150 °C. Si ha provocado un oscurecimiento irreversible de la lente epoxi, este tipo de material CNC no será adecuado.

Dado que era importante probar la propiedad reversible, la muestra de placa de silicona que contenía CNC 1% en peso. Se calentó a una temperatura de 147 °C, se mantuvo a esta temperatura durante cinco horas y luego se enfrió a temperatura ambiente. El comportamiento del flujo transmitido, que corresponde a tres estados de calentamiento, equivalente térmico y enfriamiento, se midió como se muestra en la Fig. 3a, mientras que la temperatura correspondiente se mostró en la Fig. 3d. El resultado mostró que cuando la temperatura aumentaba desde la temperatura ambiente hasta alrededor de 147 °C, el flujo transmitido disminuía un 4%. En el estado de equivalencia térmica, el flujo transmitido se mantiene constante. Cuando la temperatura disminuye a una temperatura más baja, el flujo transmitido se recupera como el valor inicial. La propiedad reversible del CNC indicó que a una temperatura inferior a 150 °C, el CNC todavía no se oscurece.

Comportamiento del flujo transmitido en las etapas de calentamiento, equivalente térmico y enfriamiento. (a,d) El caso de la muestra de placa de silicona que contiene CNC correspondiente a las condiciones normales de trabajo. (b,e) El caso de la muestra de placa de silicona desnuda correspondiente a las condiciones normales de trabajo. (c,f) El caso de una muestra de placa de silicona que contiene CNC correspondiente a las condiciones de trabajo anormales (T1 a T8 denota los termopares número uno al número ocho).

Para una comprensión más profunda de esta propiedad reversible del CNC, se realiza un experimento similar para comprender el efecto de la temperatura en el material silicona-epoxi. El resultado se muestra en la Fig. 3b, e. Los resultados revelan que ocurre el mismo comportamiento reversible para la muestra de silicona desnuda. Sin embargo, la disminución del flujo transmitido es menor al 1% que en la muestra de caso de placa de silicona que contiene CNC.

Una propiedad importante del CNC para la investigación contra la fuga de luz azul es que el CNC debe ser irreversible después de oscurecerse. Por tanto, es necesario experimentar comprobando la propiedad irreversible del CNC. La muestra de placa de silicona que contiene CNC 1% en peso. Se calentó hasta 244 °C. Cuando se estableció el estado de equivalente térmico, esta condición de calentamiento se mantuvo durante cinco horas y luego se enfrió a temperatura ambiente apagando la alimentación del calentador. Los resultados obtenidos se muestran en la Fig. 3c, f. En la Fig. 3c se muestra el cambio del flujo transmitido correspondiente a tres estados de calentamiento, equivalente térmico y enfriamiento. Los datos de temperatura correspondientes se muestran en la Fig. 3f. La gran diferencia en el flujo transmitido entre el flujo transmitido después del enfriado y el flujo transmitido inicial indica que el estado transparente del CNC no puede ser reversible como el estado inicial una vez oscurecido. En la Fig. 3 se incluyen fotografías de muestras antes y después de los experimentos y muestran el oscurecimiento de las placas calentadas a 244 °C, y ningún efecto visible para la muestra desnuda y la muestra calentada a 147 °C.

El siguiente paso es estudiar las propiedades de los LED pcW reales que contienen CNC en su lente epoxi, como se describe en la Fig. 1. Para este propósito, una muestra de LED pcW con una adición de CNC del 1% en el interior al volumen del paquete está funcionando a 0,35 A, por lo que la temperatura en la parte trasera es de unos 100 °C. El tiempo de prueba a largo plazo en la esfera integradora se fija en 565 h. La temperatura es detectada por el termopar colocado en la parte posterior de los LED pcW que se coloca en la placa de vidrio. El termopar está conectado al conector PicoLog TC08, que está controlado por el software de la computadora. Cada hora se realizan mediciones. La muestra analizada se coloca dentro de la esfera integradora. El resultado experimental correspondiente se muestra en las figuras 4a a c. La Figura 4a es la temperatura ambiente y la temperatura en la parte posterior de la muestra. La temperatura de la parte posterior de la muestra se aumenta desde temperatura ambiente hasta 97 °C.

Comportamiento de (a) la temperatura medida en la parte posterior de la muestra y la temperatura ambiente, (b) flujo luminoso de salida y (c) espectros de salida en condiciones normales de trabajo para una medición prolongada de 565 h de la muestra con CNC 1% . Cambio de (d) temperatura, (e) flujo luminoso y (f) temperatura de color correlacionada versus el momento en que ocurre el sobrecalentamiento en la muestra. (g) Cambio de espectros en varios momentos seleccionados correspondientes a antes y después del oscurecimiento del CNC.

La Figura 4b es el comportamiento del flujo luminoso de la luz de salida durante el tiempo de prueba. La luz se reduce en un 15% cuando la temperatura aumenta de la temperatura ambiente a la temperatura equivalente térmica y luego se mantiene constante. El comportamiento del flujo indica que en condiciones normales no hay ningún efecto crítico sobre el flujo luminoso de salida a largo plazo. Durante el experimento se miden los espectros del flujo de salida en varios momentos y se muestran en la Fig. 4c. El resultado muestra el flujo de salida más alto en el momento inicial (temperatura ambiente). Los espectros en tiempos de 1, 100, 200, 300, 400, 500 y 565 h, respectivamente, están casi superpuestos. Los CCT calculados en cada espectro son idénticos y los valores de CCT correspondientes son 6494 K, 6610 K, 6653 K, 6679 K, 6620 K, 6816 K y 6580 K, respectivamente. Estos espectros indicaron que después de 565 h de pruebas en condiciones normales de temperatura de trabajo, casi no hubo cambios en los espectros de salida, lo que significa que el CNC no tiene degradación del color en esta condición de temperatura. Los resultados evidencian la idoneidad del CNC en la lente epoxi de los LED pcW que funcionan en condiciones estándar.

El trabajo final es probar la eficiencia del CNC en la prevención de fugas de luz azul. Para provocar el oscurecimiento del CNC en los LED pcW de muestra al agregar CNC, la muestra impulsada generó una condición de sobrecalentamiento con una corriente eléctrica alta y una disipación de calor deficiente. Los resultados se muestran en las figuras 4d-g. Desde el momento inicial hasta los 150 s, el sobrecalentamiento provocó la degradación térmica en el flujo luminoso de salida y un aumento del CCT. La degradación térmica del flujo luminoso es causada por el aumento de la recombinación no radiativa, lo que da como resultado calor generado en lugar de generación de fotones. Después de 150 s, cuando el sobrecalentamiento se vuelve más grave, la temperatura supera los 200 °C y el flujo luminoso de salida decae con mayor fuerza. (Figura 4e). Se revela un banco en la curva. Esto se debe al oscurecimiento del CNC). Como se ve en los espectros luminosos (Fig. 4g) y el CCT (Fig. 4f), la disminución de la emisión amarilla es más significativa que la disminución de la emisión azul. Revela que los fósforos se modifican drásticamente durante el experimento sobrecalentado.

Las secciones anteriores mostraron que el material CNC es adecuado para evitar fugas de luz azul. Sin embargo, todavía es necesario optimizar el efecto de la cantidad de dopaje CNC sobre el rendimiento de la fuga de luz azul. Se realizan pruebas de envejecimiento por sobrecalentamiento mediante una corriente sobrecargada de 1,4 A para muestras de LED de pcW sin 0,5%, 1,0% y 1,5% de CNC en la lente de epoxi. Se medirán y manejarán el cambio de color y las propiedades ópticas para comparar la extinción del flujo luminoso con la concentración de peso del CNC. El comportamiento visual de la muestra de LED pcW en función de la concentración de peso del CNC se muestra en la Fig. 5. El nivel de oscurecimiento depende de la concentración de peso del CNC agregada; el color de las muestras sin CNC muestra un color claro de la lente epoxi, mientras que las muestras de color CNC 0,5%, CNC 1,0% y CNC 1,5% después de la prueba de envejecimiento son amarillentos, marrones y negros intensos.

(a) El nivel de color negro versus la concentración de peso dopado de CNC. (b) El cambio del flujo de luz azul frente al tiempo en función de la concentración de peso dopado de CNC.

El flujo luminoso relativo se muestra en la Fig. 5a, donde para muestras libres de CNC y que contienen 0,5%, el flujo luminoso disminuye regularmente, sin curvarse en la curva. Además, el flujo luminoso de la muestra al 0,5% es mayor que el de la muestra de silicio desnudo. La diferencia de comportamiento entre la muestra sin CNC (lente de silicona desnuda) y la muestra CNC al 0,5% puede estar relacionada con algún mecanismo, como la presencia de CNC que ayuda a aumentar la eficiencia de extracción de luz y mejorar la eficiencia de la gestión térmica del volumen de embalaje35.

Para muestras CNC 1,0%, la curvatura de la curva de flujo luminoso en el tiempo de 100 s es obvia. La curva de flujo luminoso de la muestra CNC 1,5% es más fuerte que la de la muestra CNC 1,0% y la flexión comienza a los 80 s. Los valores de ambas curvas de flujo luminoso de las muestras CNC 1,0% y CNC 1,5% son inferiores a 0,1 después del proceso de curvado, lo que indica que los LED pcW se vuelven más tenues. Estos resultados indican que un 0,5% de CNC oscurecido no es suficiente para absorber la luz y provocar una atenuación esencial de los LED pcW. Sin embargo, la concentración de CNC 1,0% y CNC 1,5% son adecuadas para provocar un enfriamiento significativo cuando se produce un sobrecalentamiento. Sin embargo, para ahorrar material y ser rentable, la concentración del 1,0% de CNC es lo suficientemente buena como para provocar una extinción significativa del flujo.

El cambio del flujo de luz azul en función del tiempo se muestra en la Fig. 5b. La curvatura de la curva del flujo de luz azul es clara y fuerte para las muestras CNC 1,0 % y CNC 1,5 % en lugar de la de la muestra CNC 0,5 %. Los resultados indicaron que la cantidad de flujo de luz azul absorbido depende de la concentración de peso dopado de CNC. Además, la concentración del 1,0 % de CNC es lo suficientemente buena como para provocar una absorción significativa del flujo de luz azul.

Hasta donde sabemos, se ha propuesto y demostrado por primera vez una solución única basada en cromo térmico aplicada al fenómeno de salida de luz azulada de los LED pcW cuando se produce un sobrecalentamiento. Los LED pcW, cuando se producen condiciones de sobrecalentamiento, deben dejar de funcionar para ayudar a que los ojos humanos ya no estén expuestos a la luz azulada. Para resolver ese problema, se ha introducido CNC-Chl en la lente epoxi para que actúe como una capa preventiva con dos propiedades de transparencia en condiciones de trabajo normales y se oscurezca irreversiblemente en condiciones de trabajo anormales con sobrecalentamiento. Se investigó la propiedad del material CNC-Chl antes de introducirlo en el volumen de embalaje de los LED pcW. El oscurecimiento del CNC en el experimento de prueba de envejecimiento mostró una alta eficiencia en la supresión del flujo de salida y CCT. Por lo tanto, los ojos del usuario ya no están expuestos a la luz azulada una vez que aparece. La solución está destinada a aumentar la calidad de la iluminación y la seguridad para los ojos humanos en materia de fotobiología. Además, una ventaja del oscurecimiento del CNC al provocar el atenuador de la lámpara es recordarle al usuario la apariencia de la luz azulada, por lo que una nueva debe reemplazar la lámpara envejecida.

Todos los conjuntos de datos de este estudio están disponibles del autor correspondiente previa solicitud razonable.

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La investigación fue patrocinada por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología de Taiwán con la subvención no. 111-2218-E-008-004-MBK, 111-2221-E-008-028-MY3 y 109-2221-E-008-087-MY2.

Departamento de Óptica y Fotónica, Universidad Nacional Central, Chung-Li, 32001, Taiwán

Quang-Khoi Nguyen, Tsung-Hsun Yang, Yeh-Wei Yu y Ching-Cherng Sun

Facultad de Física e Ingeniería Física, VNUHCM-Universidad de Ciencias, Ciudad Ho Chi Minh, 700000, Vietnam

Quang Khoi Nguyen

Universidad Nacional de Vietnam Ciudad Ho Chi Minh, Ciudad Ho Chi Minh, 700000, Vietnam

Quang Khoi Nguyen

Univ. Burdeos, CNRS, Burdeos INP, ICMCB, UMR 5026, F-33600, Pessac, Francia

Benoît Glorieux

Univ. Burdeos, CNRS, Burdeos INP, LCPO, UMR 5629, F-33600, Pessac, Francia

Gilles Sebé

Departamento de Electrofísica, Universidad Nacional Yang Ming Chiao Tung, Hsinchu, 30010, Taiwán

Sol Ching-Cherng

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El concepto y diseño del estudio fueron propuestos por el líder del equipo CCS; QKN y BG realizaron el experimento, BG y GS proporcionaron el CNC; THY y YWY participaron en la discusión de la investigación; BG, QKN y CCS trabajaron para la preparación del manuscrito y CCS presentó el manuscrito.

Correspondencia a Ching-Cherng Sun.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Nguyen, QK., Glorieux, B., Sebe, G. et al. Antifuga pasiva de luz azul para LED blancos convertidos en fósforo con materiales de nanocelulosa cristalina. Representante científico 13, 13039 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-39929-2

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Recibido: 02 de mayo de 2023

Aceptado: 02 de agosto de 2023

Publicado: 10 de agosto de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-39929-2

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