Welche Faktoren beeinflussen die Lebensdauer von LED-Lampen?

Die Qualität von LED-Chips LED-Chips sind die Kernkomponenten von LED-Lichtquellen, und ihre Lebensdauer bestimmt maßgeblich die Lebensdauer von LED-Lampen. Es gibt drei Faktoren, die die Lebensdauer eines LED-Chips beeinflussen, nämlich die Gitterdefekte des Chips, den Verpackungsprozess und die Qualität des Leuchtstoffs. Zunächst einmal ist das Material, aus dem der LED-Chip besteht, Kristall.

Abbildung 3 zeigt einen idealen Kristall. Ist die Gitteranordnung nicht optimal und fehlen an einigen Stellen Reihen, wie in Abbildung 4 dargestellt, beeinträchtigt dieser Defekt die Lebensdauer des LED-Chips. Auch wenn die Dotierung des LED-Chips nicht den Anforderungen entspricht, beeinträchtigt dies die Lebensdauer der LED-Lichtquelle.

Zweitens ist die sinnvolle Verpackung der LED ein wichtiger Faktor für die Lebensdauer des Chips. Weltweit bekannte Unternehmen wie Cree, Lumilends und Nichia aus Japan verfügen derzeit über eine relativ hohe Verpackungstechnologie. Die LED-Verpackungstechnologie ist zudem patentrechtlich geschützt und die Lebensdauer der LEDs ist garantiert. Die meisten anderen Unternehmen imitieren jedoch zahlreiche Prozessverpackungen ihrer Produkte. Diese Produkte sehen zwar optisch einwandfrei aus, weisen jedoch eine mangelhafte Prozessstruktur und -qualität auf, was die Lebensdauer der LEDs erheblich beeinträchtigt.

Darüber hinaus weist die Leistung von LED-Chips eine gewisse Streuung auf. Vor dem Verpacken sollten sie nach LED-Chip-Bereich, Lichtausbeute und vielen anderen Indikatoren klassifiziert und klassifiziert werden. Wenn der Chip vor dem Verpacken nicht gruppiert wird, ist die Lichtleistung des fertigen Produkts nach dem Verpacken zwangsläufig ungleichmäßig. Das heißt, die Verpackung von LEDs und das Gruppieren vor dem Verpacken sind ebenfalls wichtige Faktoren, die die Lebensdauer von LEDs beeinflussen.

Schließlich beeinflusst auch die Qualität des Leuchtstoffs die Lebensdauer des LED-Chips. Derzeit gibt es viele Möglichkeiten, mit LED-Chips weißes Licht zu erzeugen, darunter Leuchtstoffpulver. Eine Methode besteht darin, den LED-Blaulichtchip mit YAG-Leuchtstoff (Yttrium-Aluminium-Granat) zu beschichten.

Wie bereits erwähnt, sind Photonen mit kurzer Wellenlänge energiereicher als Photonen mit langer Wellenlänge. Daher regt das vom Chip emittierte blaue Licht (kurze Wellenlänge) den Leuchtstoff an und erzeugt gelbgrünes Licht (500–560 nm, längere Wellenlänge als blaues Licht), blaues Licht und gelbgrünes weißes Licht. Die Kosten für die Erzeugung von weißem Licht sind mit dieser Methode relativ gering, allerdings lässt sich die Gleichmäßigkeit des Leuchtstoffs nur schwer kontrollieren. Nach einer gewissen Nutzungsdauer des Chips verändern sich Lichteffekt und Farbtemperatur entsprechend. Eine andere Methode besteht darin, den LED-Chip ultraviolette Strahlen emittieren zu lassen, die dann RGB-Leuchtstoffe (Rot, Grün und Blau) anregen und rote, grüne und blaue Primärfarben erzeugen. Anschließend werden die drei Primärfarben zu weißem Licht gemischt.

Da die Photonenenergie ultravioletter Strahlen relativ hoch ist, altert das Epoxidharz des Verpackungsmaterials leicht, was sich auch auf die Lebensdauer des LED-Chips auswirkt. Wenn der LED-Chip zum „Short Board“ der Lebensdauer der LED-Lampe wird, welcher der drei oben genannten Faktoren ist dann ein Problem, welcher „Short Board“ beeinträchtigt die Lebensdauer des LED-Chips und der Lampe? 2. LED-Wärmeableitungssystem. Bei LED-Lampen gibt es auch verschiedene Theorien darüber, ob Infrarot vorhanden ist und wie viel Wärme erzeugt wird. Tatsächlich sollte der theoretische Wert des Lichtstroms der LED-Lichtquelle zur Emission von weißem Licht über 300 lm/W liegen.

Hochleistungs-LED-Lichtquellen erreichen derzeit nur 80–100 lm/W. Das bedeutet, dass fast ein Drittel der elektrischen Energie in sichtbares Licht umgewandelt wird und der Großteil der elektrischen Energie in Wärmeenergie umgewandelt wird. Die Wärmeenergie muss durch Wärmeleitung und Wärmestrahlung abgeführt werden. Daher ist das Wärmeableitungssystem von Hochleistungs-LED-Lampen sehr wichtig.

Der PN-Übergang einer LED-Lichtquelle ist sehr temperaturempfindlich. Hohe Temperaturen verkürzen die Lebensdauer des LED-Chips erheblich. Abbildung 6 zeigt den Lichtabfall der Hochleistungs-Weißlicht-LEDs von Cree. Gemäß internationaler Praxis (und auch in der ursprünglichen Lichtquellenspezifikation festgelegt) wird die effektive Lebensdauer einer Lichtquelle wie folgt definiert: Wenn der Lichtstrom auf 70 % des Anfangswerts abfällt, ist die Lichtquelle am Ende ihrer Lebensdauer.

Die effektive Lebensdauer des PN-Übergangs einer LED-Lichtquelle bei unterschiedlichen Temperaturen wird durch den Schnittpunkt der grünen horizontalen Linie mit den Kurven in der Abbildung dargestellt. Abbildung 6 zeigt, dass die Lebensdauer bei einer Temperatur des PN-Übergangs von 75 °C 51.000 Stunden (grüne Kurve), bei einer Temperatur von 85 °C 22.000 Stunden (gelbe Kurve), bei einer Temperatur von 95 °C 18.000 Stunden (rosa Kurve) und bei einer Temperatur von 105 °C 12.000 Stunden (rote Kurve) beträgt. Tatsächlich liegt die Temperatur des PN-Übergangs bei Hochleistungs-LED-Lampen derzeit bei etwa 105 °C, d. h. die Lebensdauer des LED-Chips beträgt nur über 10.000 Stunden.

Wenn die Wärmeableitung der Lampe nicht gut ist, steigt die Temperatur des PN-Übergangs des LED-Chips zu stark an und der LED-Chip wird schnell beschädigt. In diesem Fall wird das Wärmeableitungssystem zum „Kurzschluss“ der Lebensdauer von LED-Lampen. Das Wärmeableitungssystem hat einen großen Einfluss auf die Lebensdauer von LED-Chips. Wenn Chips gleicher Qualität in verschiedenen Lampen verbaut werden, variiert die Lebensdauer um ein Vielfaches oder sogar Dutzende Male. Ob das Design einer Lampe erfolgreich ist, spielt neben dem optischen System auch das Wärmeableitungssystem eine entscheidende Rolle.

3 Antriebsleistung Die Antriebsleistung spielt eine Schlüsselrolle für die Lebensdauer von LED-Lampen. Dieses Problem wird leicht übersehen und kann auch den Engpass bei der aktuellen Förderung von Hochleistungs-LED-Lampen darstellen. Bei der Überprüfung der Lampen stellt sich häufig heraus, dass der LED-Chip nicht beschädigt ist, sondern das Antriebsnetzteil defekt ist. Im Allgemeinen ist die Lebensdauer des LED-Chips deutlich länger als die des Antriebsnetzteils.

Beispielsweise ist das Produkt 7090XR-E der XLamp-Serie von Cree ein LED-Chip mit weißem Licht. Seine typischen Betriebsparameter sind 3,5 V, 700 mA (2,45 W) und die PN-Übergangstemperatur beträgt 80 °C (diese Temperatur kann nur durch ein sehr gutes Wärmeableitungssystem erreicht werden). Wenn der Lichtstrom auf 70 % des Anfangswerts abfällt, beträgt die Chiplebensdauer 50.000 Stunden. Derzeit hat die Lebensdauer der besten Antriebsleistung 30.000 Stunden überschritten, und die Lebensdauer der schlechten Antriebsleistung beträgt nur einige tausend Stunden.

Wenn LED-Lampen hochwertige Chips verwenden und das Wärmeableitungssystem gut funktioniert, kann die Lebensdauer der Antriebsstromversorgung zu einem Schwachpunkt werden. 4 Für die Indikatoren für effektive Lebensdauer und Lichtabfall werden unterschiedliche Standards verwendet, und über LED-Lichtquellen ist oft wenig bekannt, was zu Missverständnissen führt. Wie wir alle wissen, gibt es zwei Versionen der Lebensdauer herkömmlicher Lichtquellen: die volle Lebensdauer und die effektive Lebensdauer. Die volle Lebensdauer wird definiert als die gesamte kumulative Zündzeit der Lichtquelle vom Zünden bis zum Ende der Lebensdauer (nicht leuchtend).

Die effektive Lebensdauer bezieht sich auf die kumulative Zündzeit der Lichtquelle, wenn ihr Lichtstrom nach dem Zünden der Lichtquelle auf 70 % des Anfangswerts abfällt. Da der Lichtstrom der Lichtquelle von 70 % des Anfangswerts bis zum Ende der Lebensdauer (nicht hell) lange anhalten kann, ist die effektive Lebensdauer der meisten Lichtquellen weitaus kürzer als die volle Lebensdauer. Die LED-Lichtquelle ist eine neue Lichtquelle, und die effektive Lebensdauer der neuen Lichtquelle ist unumstritten.

Derzeit wird L70 weltweit üblicherweise als Standard zur Bewertung der Lebensdauer von LED-Lichtquellen verwendet. Der sogenannte L70-Wert bezeichnet die effektive Lebensdauer einer Lichtquelle, wenn der anfängliche Lichtstrom der LED-Lichtquelle als 1,0 (also 100 %) angenommen wird und der Lichtstrom auf 70 % des Anfangswerts abfällt. In der heimischen LED-Industrie betrachten einige Hersteller eine Lichtstromdämpfung auf 50 % des Anfangswerts (allgemein als Halbwertszeit bekannt) als Lebensdauerstandard für LED-Leuchten.

Aus Abbildung 6 ist ersichtlich, dass bei einer Betriebstemperatur des PN-Übergangs der LED von 105 °C die Lebensdauer 12.000 Stunden beträgt, wenn das Licht auf 70 % des Ausgangswerts abfällt, und 21.000 Stunden, wenn das Licht auf 50 % des Ausgangswerts abfällt. Die beiden Werte sind sehr unterschiedlich. Techniker, die sich mit Beleuchtungsanwendungen befassen, können zu Fehleinschätzungen kommen, wenn sie den Unterschied zwischen den beiden Standards nicht kennen. 5 Informationen zum Farbwiedergabeindex und zur Farbtemperatur Bei LED-Lampen für Film und Fernsehen gilt: Auch wenn der Lichtstrom nicht auf 70 % des Ausgangswerts abgefallen ist, sollte ein zu starker Abfall des Farbwiedergabeindex Ra oder eine zu starke Änderung der Farbtemperatur der Lichtquelle als Ende ihrer Lebensdauer angesehen werden.

Da sich der Farbwiedergabeindex oder die Farbtemperatur zu stark ändert und die Farbtemperatur jeder Lampe unterschiedlich ist, verliert die Lampe ihren Gebrauchswert.