ما هي العوامل التي تؤثر على عمر مصابيح LED؟

جودة رقائق LED هي المكونات الأساسية لمصادر ضوء LED ، وعمرها الافتراضي يحدد إلى حد كبير العمر الافتراضي لمصابيح LED. هناك ثلاثة عوامل تؤثر على عمر شريحة LED ، وهي العيوب الشبكية للرقاقة ، وعملية التغليف وجودة الفوسفور. بادئ ذي بدء ، المادة التي تتكون منها شريحة LED هي الكريستال.

يظهر بلورة مثالية في الشكل 3. إذا لم يكن الترتيب الشبكي جيدًا ، وبعض الأماكن تفتقر إلى الصفوف ، كما هو موضح في الشكل 4 ، فسيؤثر هذا العيب على عمر شريحة LED. بالإضافة إلى ذلك ، إذا كانت الشوائب المخدرة في رقاقة LED ليست ما نحتاج إليه ، فإنها ستؤثر أيضًا على عمر مصدر ضوء LED.

ثانيًا ، ما إذا كانت عبوة LED معقولة يعد أيضًا عاملاً مهمًا يؤثر على عمر الشريحة. في الوقت الحاضر ، تمتلك العديد من الشركات المشهورة عالميًا مثل Cree و Lumilends و Nichia في اليابان مستويات عالية نسبيًا من تكنولوجيا التغليف.تقنية تغليف LED محمية أيضًا ببراءات الاختراع ، وتضمن عمر مصابيح LED الخاصة بها. ومع ذلك ، فإن معظم الشركات الأخرى لديها العديد من المنتجات المقلدة لتغليف عملية المنتج.هذه المنتجات جيدة في المظهر ، لكن بنية العملية وجودة العملية رديئة ، مما يؤثر بشكل خطير على عمر مصابيح LED.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن أداء رقائق LED له درجة معينة من التشتت ، قبل التعبئة ، يجب تصنيفها وتصنيفها حسب مجال رقائق LED ، وكفاءة الإضاءة والعديد من المؤشرات الأخرى. إذا لم يتم تغليف الرقاقة قبل التغليف ، فإن معدل إخراج الضوء للمنتج النهائي بعد التعبئة سيكون حتماً غير متساو. وهذا يعني أن تغليف مصابيح LED والتعبئة قبل التعبئة هي أيضًا عوامل مهمة تؤثر على عمر مصابيح LED.

أخيرًا ، تؤثر جودة الفوسفور أيضًا على عمر شريحة LED. في الوقت الحاضر ، هناك طرق عديدة لرقائق LED لإنتاج الضوء الأبيض ، اثنان منها من خلال مسحوق الفوسفور. تتمثل إحدى الطرق في طلاء فوسفور YAG (عقيق Yttrium Aluminium ، و yttrium aluminium garnet) على شريحة الضوء الأزرق LED.

كما ذكرنا سابقًا ، الفوتونات ذات الأطوال الموجية القصيرة أكثر نشاطًا من الفوتونات ذات الأطوال الموجية الطويلة ، لذلك فإن الضوء الأزرق (الطول الموجي القصير) المنبعث من الشريحة يثير الفوسفور لإنتاج ضوء أصفر-أخضر من 500 نانومتر إلى 560 نانومتر (الطول الموجي الأطول من الأزرق) الضوء) والضوء الأزرق والأخضر والأصفر التمثيل الضوئي للضوء الأبيض. تكلفة الحصول على الضوء الأبيض بهذه الطريقة منخفضة نسبيًا ، ولكن من الصعب التحكم في توحيد الفوسفور ، وبعد استخدام الرقاقة لفترة من الوقت ، سيتغير تأثير الضوء ودرجة حرارة اللون وفقًا لذلك. طريقة أخرى هي السماح لشريحة LED بإصدار أشعة فوق بنفسجية ، والتي تثير بعد ذلك فوسفور RGB (الأحمر والأخضر والأزرق) لإنتاج أضواء ملونة أساسية حمراء وخضراء وزرقاء ، ثم مزج أضواء الألوان الأساسية الثلاثة في الضوء الأبيض .

نظرًا لأن طاقة الفوتون للأشعة فوق البنفسجية كبيرة نسبيًا ، فإن راتنجات الإيبوكسي لمواد التغليف سهلة التقادم ، مما سيؤثر أيضًا على عمر رقاقة LED. إذا أصبحت شريحة LED "اللوحة القصيرة" لحياة مصباح LED ، فعندئذٍ أي من العوامل الثلاثة المذكورة أعلاه به مشكلة ، أي منها هو "اللوحة القصيرة" التي تؤثر على عمر رقاقة LED والمصباح. 2 نظام تبديد الحرارة LED عند الحديث عن مصابيح LED ، هناك أيضًا نظريات مختلفة حول ما إذا كانت الأشعة تحت الحمراء موجودة ومقدار الحرارة المتولدة. في الواقع ، يجب أن تكون القيمة النظرية للتدفق الضوئي لمصدر ضوء LED لإصدار الضوء الأبيض أعلى من 300 لومن / وات.

يصل مصدر ضوء LED عالي الطاقة حاليًا إلى 80 lm / W ~ 100 lm / W ، أي ما يقرب من 1/3 من الطاقة الكهربائية تصبح ضوءًا مرئيًا ، ومعظم الطاقة الكهربائية تصبح طاقة حرارية. يجب تبديد الطاقة الحرارية على شكل توصيل حراري وإشعاع حراري. لذلك ، فإن نظام تبديد الحرارة لمصابيح LED عالية الطاقة مهم جدًا.

تقاطع P-N لمصدر ضوء LED حساس جدًا لدرجة الحرارة. ستعمل درجة الحرارة المرتفعة على تقليل عمر شريحة LED بشكل كبير. كما هو مبين في الشكل 6 ، إنه اضمحلال الضوء لمصابيح LED البيضاء عالية الطاقة التي قدمها Cree. وفقًا للممارسات الدولية (المنصوص عليها أيضًا في مواصفات مصدر الضوء الأصلي) ، يتم تعريف العمر الفعال لمصدر الضوء على النحو التالي: عندما يكون الضوء مضيئًا يتحلل التدفق إلى 70٪ من القيمة الأولية ، مصدر الضوء حتى في نهاية العمر.

يظهر العمر الفعال لتقاطع PN لمصدر ضوء LED عند درجات حرارة مختلفة في تقاطع الخط الأخضر الأفقي وكل منحنى في الشكل. يتضح من الشكل 6 أنه عندما تكون درجة حرارة تقاطع PN 75 درجة مئوية ، يكون العمر 51000 ساعة (منحنى أخضر) ؛ عندما تكون درجة الحرارة 85 درجة مئوية ، يكون العمر 22000 ساعة (منحنى أصفر) ؛ عندما درجة الحرارة 95 درجة مئوية ، وعمرها 18000 ساعة (منحنى وردي) ؛ عندما تكون درجة الحرارة 105 درجة مئوية ، يكون العمر 12000 ساعة (منحنى أحمر). في الواقع ، تبلغ درجة حرارة تقاطع P-N لمصابيح LED عالية الطاقة حاليًا حوالي 105 درجة مئوية ، أي أن عمر شريحة LED يزيد عن 10000 ساعة فقط.

إذا كانت حالة تبديد الحرارة للمصباح ليست جيدة ، فإن درجة حرارة تقاطع P-N لشريحة LED سترتفع بشكل كبير ، وسوف تتلف رقاقة LED بسرعة. في هذا الوقت ، يصبح نظام تبديد الحرارة "اللوحة القصيرة" لعمر مصابيح LED. نظام تبديد الحرارة له تأثير كبير على عمر رقائق LED. إذا تم وضع رقائق من نفس الجودة في مصابيح مختلفة ، فإن الحياة سوف يختلف المدى عدة مرات أو حتى عشرات المرات.المصباح سواء كان التصميم ناجحًا ، بالإضافة إلى النظام البصري ، يلعب نظام تبديد الحرارة دورًا حاسمًا.

3 قوة القيادة تلعب قوة القيادة دورًا رئيسيًا في عمر مصابيح LED ، وهي مشكلة يسهل التغاضي عنها ، وقد تكون أيضًا عنق الزجاجة في الترويج الحالي لمصابيح LED عالية الطاقة. عند فحص المصابيح ، غالبًا ما يحدث أن رقاقة LED غير تالفة ، ولكن مزود طاقة القيادة معيب. بشكل عام ، يكون عمر شريحة LED أطول بكثير من عمر مزود الطاقة الدافعة.

على سبيل المثال ، 7090XR-E من سلسلة Cree's XLamp عبارة عن شريحة LED ذات ضوء أبيض ، معلمات التشغيل النموذجية هي 3.5 فولت ، 700 مللي أمبير (2.45 واط) ، ودرجة حرارة الوصلة P-N هي 80. C (لا يمكن تحقيق درجة الحرارة هذه إلا من خلال نظام تبديد حرارة جيد جدًا) ، عندما يتحلل التدفق الضوئي إلى 70 ٪ من القيمة الأولية ، يكون عمر الرقاقة 50000 ساعة. في الوقت الحاضر ، تجاوز عمر أفضل قوة دافعة 30000 ساعة ، وحياة القوة الدافعة الضعيفة هي فقط بضعة آلاف من الساعات.

إذا كانت مصابيح LED تستخدم رقائق عالية الجودة وتم عمل نظام تبديد الحرارة جيدًا ، فقد يصبح عمر مصدر الطاقة الدافعة رابطًا ضعيفًا. 4 يتم استخدام معايير مختلفة لمؤشرات الحياة الفعالة واضمحلال الضوء ، وغالبًا ما لا يُعرف سوى القليل حول مصادر ضوء LED. يُدخل الناس بعض المفاهيم الخاطئة. كما نعلم جميعًا ، هناك نسختان من حياة مصادر الضوء التقليدية ، أحدهما يسمى الحياة الكاملة ، والآخر يسمى الحياة الفعالة. تعرف الحياة الكاملة بأنها إجمالي وقت الاشتعال التراكمي لمصدر الضوء من الاشتعال إلى نهاية العمر الافتراضي (غير مضاء).

يشير العمر الفعال إلى وقت الاشتعال التراكمي لمصدر الضوء عندما يتحلل تدفقه الضوئي إلى 70٪ من القيمة الأولية بعد إشعال مصدر الضوء. نظرًا لأن التدفق الضوئي لمصدر الضوء يمكن أن يستمر لفترة طويلة من 70٪ من القيمة الأولية إلى نهاية العمر (غير مشرق) ، فإن العمر الفعال لمعظم مصادر الضوء أقل بكثير من الحياة الكاملة. مصدر ضوء LED هو مصدر ضوء جديد ، والحياة الفعالة لمصدر الضوء الجديد ليست مثيرة للجدل.

في الوقت الحاضر ، عادة ما يتم سرد L70 كمعيار لتقييم عمر مصادر ضوء LED في العالم. يشير ما يسمى بـ L70 إلى العمر الفعال لمصدر الضوء عندما يعتبر التدفق الضوئي الأولي لمصدر ضوء LED 1.0 (أي 100٪) ، ويتحلل التدفق الضوئي إلى 70٪ من القيمة الأولية. في صناعة LED المحلية ، يعتبر بعض المصنّعين أن توهين التدفق الضوئي يصل إلى 50٪ من القيمة الأولية (المعروفة عمومًا بنصف العمر) كمعيار الحياة لمصابيح LED.

يمكن أن نرى من الشكل 6 أنه عندما تكون درجة حرارة العمل لتقاطع P-N لمصباح LED 105 درجة مئوية ، يكون العمر الافتراضي 12000 ساعة عندما يتحلل الضوء إلى 70 ٪ من القيمة الأولية ، ويبلغ العمر الافتراضي 21000 ساعة عندما يتحلل الضوء إلى 50٪ من القيمة الأولية ، القيمتان مختلفتان تمامًا. قد يتخذ الفنيون العاملون في تطبيقات الإضاءة أحكامًا خاطئة إذا لم يعرفوا الفرق بين المعيارين. 5 حول مؤشر تجسيد اللون ودرجة حرارة اللون لمصابيح LED في مرحلة الفيلم والتلفزيون ، حتى إذا لم يتحلل التدفق الضوئي إلى 70٪ من القيمة الأولية ، إذا انخفض مؤشر تجسيد اللون Ra كثيرًا أو درجة حرارة لون يتغير مصدر الضوء كثيرًا ، يجب اعتباره نهاية حياته.

نظرًا لأن مؤشر تجسيد اللون أو درجة حرارة اللون يتغيران كثيرًا ، وتختلف درجة حرارة اللون لكل مصباح ، يفقد المصباح قيمة استخدامه.