ما هي العوامل التي تؤثر على عمر مصابيح LED؟

جودة رقائق LED: تُعدّ رقائق LED المكونات الأساسية لمصادر إضاءة LED، ويؤثر عمرها الافتراضي بشكل كبير على عمر مصابيح LED. هناك ثلاثة عوامل تؤثر على عمر رقاقة LED، وهي: عيوب الشبكة، وعملية التغليف، وجودة الفوسفور. أولًا، المادة التي تُكوّن رقاقة LED هي الكريستال.

يوضح الشكل 3 بلورة مثالية. إذا كان ترتيب الشبكة غير جيد، وكانت بعض الأماكن تفتقر إلى الصفوف، كما هو موضح في الشكل 4، فسيؤثر هذا العيب على عمر رقاقة LED. بالإضافة إلى ذلك، إذا لم تكن الشوائب المُضافة في رقاقة LED كافية، فسيؤثر ذلك أيضًا على عمر مصدر ضوء LED.

ثانيًا، يُعدّ تغليف مصابيح LED معقولًا عاملًا مهمًا يؤثر على عمر الشريحة. حاليًا، تتمتع العديد من الشركات العالمية المرموقة، مثل Cree وLumilends وNichia اليابانية، بتقنيات تغليف عالية المستوى. كما أن تقنية تغليف مصابيح LED محمية ببراءات اختراع، مما يضمن عمر مصابيح LED. مع ذلك، تُقلّد معظم الشركات الأخرى العديد من عمليات تغليف المنتجات. تبدو هذه المنتجات جيدة المظهر، لكن بنية وجودة العملية رديئة، مما يؤثر بشكل خطير على عمر مصابيح LED.

بالإضافة إلى ذلك، يتميز أداء رقائق LED بدرجة معينة من التشتت. قبل التعبئة، يجب تصنيفها وتصنيفها وفقًا لمساحة رقائق LED وكفاءة الإضاءة والعديد من المؤشرات الأخرى. إذا لم تُجمّع الرقاقة قبل التعبئة، فسيكون معدل إخراج الضوء للمنتج النهائي غير متساوٍ. أي أن تغليف مصابيح LED وتصنيفها قبل التعبئة عاملان مهمان يؤثران على عمرها الافتراضي.

أخيرًا، تؤثر جودة الفوسفور أيضًا على عمر رقاقة LED. حاليًا، تتوفر طرق عديدة لإنتاج الضوء الأبيض من رقائق LED، منها طريقتان باستخدام مسحوق الفوسفور. إحداهما طلاء رقاقة LED للضوء الأزرق بفوسفور YAG (عقيق اليتريوم والألومنيوم، عقيق اليتريوم والألومنيوم).

كما ذُكر سابقًا، تتمتع الفوتونات ذات الأطوال الموجية القصيرة بطاقة أعلى من الفوتونات ذات الأطوال الموجية الطويلة. لذلك، يُحفّز الضوء الأزرق (الطول الموجي القصير) المنبعث من الشريحة الفوسفور لإنتاج ضوء أصفر-أخضر بطول موجي يتراوح بين 500 و560 نانومتر (طول موجي أطول من الضوء الأزرق)، بالإضافة إلى عملية البناء الضوئي للضوء الأبيض. تكلفة الحصول على الضوء الأبيض بهذه الطريقة منخفضة نسبيًا، ولكن من الصعب التحكم في تجانس الفوسفور، وبعد استخدام الشريحة لفترة من الوقت، يتغير تأثير الضوء ودرجة حرارة اللون تبعًا لذلك. هناك طريقة أخرى تتمثل في السماح لشريحة LED بإصدار أشعة فوق بنفسجية، والتي تُحفّز بدورها فوسفور RGB (الألوان الأساسية الحمراء والخضراء والزرقاء) لإنتاج أضواء حمراء وخضراء وزرقاء أساسية، ثم تُمزج هذه الأضواء الثلاثة الأساسية لتكوين ضوء أبيض.

نظراً لارتفاع طاقة فوتون الأشعة فوق البنفسجية نسبياً، فإن راتنج الإيبوكسي المستخدم في مواد التغليف سهل التقادم، مما يؤثر أيضاً على عمر رقاقة LED. إذا أصبحت رقاقة LED "اللوحة القصيرة" لعمر مصباح LED، فأي من العوامل الثلاثة المذكورة أعلاه يُشكل مشكلة؟ أي منها هو "اللوحة القصيرة" التي تؤثر على عمر رقاقة LED والمصباح. 2. نظام تبديد حرارة LED: عند الحديث عن مصابيح LED، توجد أيضاً نظريات مختلفة حول وجود الأشعة تحت الحمراء وكمية الحرارة المتولدة. في الواقع، يجب أن تكون القيمة النظرية للتدفق الضوئي لمصدر ضوء LED لإصدار ضوء أبيض أعلى من 300 لومن/واط.

يبلغ مصدر ضوء LED عالي الطاقة حاليًا 80 لومن/واط إلى 100 لومن/واط فقط، أي أن ما يقرب من ثلث الطاقة الكهربائية يتحول إلى ضوء مرئي، بينما يتحول معظمها إلى طاقة حرارية. يجب تبديد الطاقة الحرارية عن طريق التوصيل الحراري والإشعاع الحراري. لذلك، يُعد نظام تبديد الحرارة في مصابيح LED عالية الطاقة بالغ الأهمية.

الوصلة PN لمصدر ضوء LED حساسة جدًا لدرجة الحرارة. ارتفاع درجة الحرارة يُقلل بشكل كبير من عمر رقاقة LED. كما هو موضح في الشكل 6، فإن هذا هو اضمحلال ضوء مصابيح LED البيضاء عالية الطاقة التي حددتها شركة Cree. وفقًا للممارسات الدولية (المنصوص عليها أيضًا في مواصفات مصدر الضوء الأصلية)، يُعرّف العمر الافتراضي لمصدر الضوء على النحو التالي: عندما ينخفض ​​التدفق الضوئي إلى 70% من قيمته الأولية، ينتهي عمر مصدر الضوء.

يظهر العمر الافتراضي لوصلة PN لمصدر ضوء LED عند درجات حرارة مختلفة في تقاطع الخط الأفقي الأخضر مع كل منحنى في الشكل. يتضح من الشكل 6 أنه عند درجة حرارة وصلة PN 75 درجة مئوية، يبلغ العمر الافتراضي 51000 ساعة (المنحنى الأخضر)؛ وعند درجة حرارة 85 درجة مئوية، يبلغ العمر الافتراضي 22000 ساعة (المنحنى الأصفر)؛ وعند درجة حرارة 95 درجة مئوية، يبلغ العمر الافتراضي 18000 ساعة (المنحنى الوردي)؛ وعند درجة حرارة 105 درجة مئوية، يبلغ العمر الافتراضي 12000 ساعة (المنحنى الأحمر). في الواقع، تبلغ درجة حرارة وصلة PN لمصابيح LED عالية الطاقة حاليًا حوالي 105 درجة مئوية، أي أن عمر رقاقة LED لا يتجاوز 10000 ساعة.

إذا لم تكن حالة تبديد الحرارة للمصباح جيدة، فسترتفع درجة حرارة وصلة PN لشريحة LED بشكل كبير، مما يؤدي إلى تلفها بسرعة. في هذه الحالة، يُصبح نظام تبديد الحرارة "النقطة القصيرة" في عمر مصابيح LED. يؤثر نظام تبديد الحرارة بشكل كبير على عمر رقائق LED. إذا وُضعت رقائق من نفس الجودة في مصابيح مختلفة، فسيختلف عمرها الافتراضي عدة مرات، بل عشرات المرات. في حالة نجاح تصميم المصباح، يلعب نظام تبديد الحرارة، بالإضافة إلى النظام البصري، دورًا حاسمًا.

٣. قوة الدفع: تلعب قوة الدفع دورًا رئيسيًا في عمر مصابيح LED. هذه مشكلة يسهل إغفالها، وقد تُشكل أيضًا عائقًا أمام الترويج لمصابيح LED عالية الطاقة حاليًا. عند فحص المصابيح، غالبًا ما نجد أن رقاقة LED سليمة، ولكن مصدر طاقة الدفع معطل. بشكل عام، يكون عمر رقاقة LED أطول بكثير من عمر مصدر طاقة الدفع.

على سبيل المثال، منتج Cree's XLamp 7090XR-E عبارة عن رقاقة LED بيضاء الإضاءة، ومعاملات تشغيلها النموذجية هي 3.5 فولت، 700 مللي أمبير (2.45 واط)، ودرجة حرارة وصلة PN 80 درجة مئوية (لا يمكن تحقيق هذه الدرجة إلا من خلال نظام تبديد حرارة جيد جدًا). ​​عندما ينخفض ​​التدفق الضوئي إلى 70% من قيمته الأولية، يبلغ عمر الرقاقة 50,000 ساعة. حاليًا، يتجاوز عمر أفضل قوة دفع 30,000 ساعة، بينما يبلغ عمر قوة الدفع الضعيفة بضعة آلاف من الساعات فقط.

إذا استخدمت مصابيح LED رقائق عالية الجودة وكان نظام تبديد الحرارة مُحكمًا، فقد يُصبح عمر مصدر الطاقة الدافعة ضعيفًا. تُستخدم معايير مختلفة لمؤشرات العمر الافتراضي وتلاشي الضوء، وغالبًا ما يكون هناك نقص في المعلومات حول مصادر إضاءة LED، مما يُؤدي إلى سوء فهم. كما نعلم جميعًا، هناك نوعان من عمر مصادر الإضاءة التقليدية: العمر الافتراضي الكامل، والعمر الافتراضي. يُعرّف العمر الافتراضي الكامل بأنه إجمالي وقت الاشتعال التراكمي لمصدر الضوء من لحظة الاشتعال حتى نهاية العمر الافتراضي (بدون إضاءة).

يشير العمر الافتراضي إلى زمن الاشتعال التراكمي لمصدر الضوء عندما ينخفض ​​تدفقه الضوئي إلى 70% من قيمته الأولية بعد إشعاله. ولأن التدفق الضوئي لمصدر الضوء يمكن أن يستمر لفترة طويلة من 70% من قيمته الأولية حتى نهاية عمره الافتراضي (غير الساطع)، فإن العمر الافتراضي لمعظم مصادر الضوء أقل بكثير من عمره الافتراضي الكامل. يُعد مصدر ضوء LED مصدر ضوء جديدًا، وعمره الافتراضي ليس محل خلاف.

حاليًا، يُعتبر L70 معيارًا عالميًا لتقييم عمر مصادر إضاءة LED. يشير هذا المعيار إلى العمر الافتراضي الفعلي لمصدر الإضاءة عندما يكون التدفق الضوئي الأولي لمصدر إضاءة LED 1.0 (أي 100%)، وينخفض ​​إلى 70% من قيمته الأولية. في صناعة LED المحلية، يعتبر بعض المصنّعين أن انخفاض التدفق الضوئي إلى 50% من قيمته الأولية (المعروف باسم نصف العمر) هو معيار عمر مصابيح LED.

يمكن ملاحظة من الشكل 6 أنه عندما تكون درجة حرارة تشغيل الوصلة PN لمصباح LED 105 درجة مئوية، يكون العمر الافتراضي 12000 ساعة عندما يتحلل الضوء إلى 70٪ من القيمة الأولية، ويكون العمر الافتراضي 21000 ساعة عندما يتحلل الضوء إلى 50٪ من القيمة الأولية. القيمتان مختلفتان تمامًا. قد يتخذ الفنيون المشاركون في تطبيقات الإضاءة أحكامًا خاطئة إذا كانوا لا يعرفون الفرق بين المعيارين. 5 حول مؤشر تجسيد اللون ودرجة حرارة اللون بالنسبة لمصابيح LED في مرحلة الأفلام والتلفزيون، حتى لو لم يتحلل التدفق الضوئي إلى 70٪ من القيمة الأولية، إذا انخفض مؤشر تجسيد اللون Ra كثيرًا أو تغيرت درجة حرارة لون مصدر الضوء كثيرًا، فيجب اعتبار ذلك نهاية عمرها الافتراضي.

نظرًا لأن مؤشر تقديم اللون أو درجة حرارة اللون يتغير كثيرًا، ودرجة حرارة اللون لكل مصباح مختلفة، فإن المصباح يفقد قيمته الاستخدامية.