Quels facteurs affectent la durée de vie des lampes LED ?

La qualité des puces LED. Les puces LED sont les composants essentiels des sources lumineuses LED, et leur durée de vie détermine en grande partie celle des lampes LED. Trois facteurs influencent la durée de vie d'une puce LED : les défauts de sa structure, son encapsulation et la qualité du phosphore. Tout d'abord, le matériau qui la compose est le cristal.

Un cristal idéal est illustré à la figure 3. Si la disposition du réseau est défaillante et que certaines lignes manquent à certains endroits, comme illustré à la figure 4, ce défaut affectera la durée de vie de la puce LED. De plus, si les impuretés dopées dans la puce LED ne sont pas suffisantes, la durée de vie de la source lumineuse LED sera également affectée.

Deuxièmement, la qualité du packaging des LED est un facteur important pour la durée de vie de la puce. Actuellement, plusieurs entreprises de renommée mondiale, telles que Cree, Lumilends et Nichia au Japon, possèdent des technologies de packaging relativement performantes. Ce packaging est également protégé par des brevets et garantit la durée de vie de leurs LED. Cependant, la plupart des autres entreprises imitent souvent leurs procédés de packaging. Ces produits sont esthétiquement corrects, mais leur structure et leur qualité laissent à désirer, ce qui impacte sérieusement leur durée de vie.

De plus, les performances des puces LED présentent une certaine dispersion. Avant leur conditionnement, elles doivent être classées selon leur domaine d'application, leur efficacité lumineuse et de nombreux autres critères. Si la puce n'est pas triée avant le conditionnement, le rendement lumineux du produit fini sera inévitablement inégal. En d'autres termes, le conditionnement des LED et le triage avant le conditionnement sont également des facteurs importants qui influent sur leur durée de vie.

Enfin, la qualité du phosphore influence également la durée de vie de la puce LED. Il existe actuellement de nombreuses méthodes pour produire de la lumière blanche, dont deux utilisent de la poudre de phosphore. L'une d'elles consiste à appliquer du phosphore YAG (grenat d'yttrium-aluminium) sur la puce LED bleue.

Comme mentionné précédemment, les photons de courte longueur d'onde sont plus énergétiques que ceux de grande longueur d'onde. Par conséquent, la lumière bleue (courte longueur d'onde) émise par la puce excite le phosphore pour produire une lumière jaune-verte de 500 à 560 nm (longueur d'onde supérieure à celle de la lumière bleue), une lumière blanche. Le coût d'obtention d'une lumière blanche par cette méthode est relativement faible, mais il est difficile de contrôler l'uniformité du phosphore ; après une utilisation prolongée de la puce, l'effet lumineux et la température de couleur varient en conséquence. Une autre méthode consiste à laisser la puce LED émettre des rayons ultraviolets, qui excitent ensuite les phosphores RVB (couleurs primaires rouge, vert et bleu) pour produire des lumières de couleurs primaires rouge, verte et bleue, puis mélangent ces trois couleurs primaires pour obtenir une lumière blanche.

L'énergie photonique des rayons ultraviolets étant relativement élevée, la résine époxy du matériau d'emballage vieillit facilement, ce qui affecte également la durée de vie de la puce LED. Si la puce LED devient le « circuit court » de la lampe LED, lequel des trois facteurs mentionnés ci-dessus est problématique ? Lequel de ces trois facteurs impacte la durée de vie de la puce LED et de la lampe ? 2. Système de dissipation thermique des LED. Concernant les lampes LED, différentes théories existent quant à la présence d'infrarouges et à la quantité de chaleur générée. En théorie, le flux lumineux d'une source LED pour émettre une lumière blanche devrait être supérieur à 300 lm/W.

Les sources lumineuses LED haute puissance n'atteignent actuellement que 80 à 100 lm/W. Autrement dit, près d'un tiers de l'énergie électrique est transformée en lumière visible, et la majeure partie en énergie thermique. Cette énergie thermique doit être dissipée par conduction et rayonnement thermiques. Le système de dissipation thermique des lampes LED haute puissance est donc crucial.

La jonction PN d'une source lumineuse LED est très sensible à la température. Une température élevée réduit considérablement la durée de vie de la puce LED. Comme l'illustre la figure 6, il s'agit de la décroissance lumineuse des LED blanches haute puissance, telle que définie par Cree. Selon les pratiques internationales (et stipulées dans la spécification d'origine de la source lumineuse), la durée de vie effective d'une source lumineuse est définie comme suit : lorsque le flux lumineux diminue à 70 % de sa valeur initiale, la source lumineuse atteint sa fin de vie.

La durée de vie effective de la jonction PN d'une source lumineuse LED à différentes températures est indiquée à l'intersection de la ligne horizontale verte et de chaque courbe de la figure. La figure 6 montre qu'à 75 °C, la durée de vie est de 51 000 h (courbe verte) ; à 85 °C, elle est de 22 000 h (courbe jaune) ; à 95 °C, elle est de 18 000 h (courbe rose) ; et à 105 °C, elle est de 12 000 h (courbe rouge). En réalité, la température de la jonction PN des lampes LED haute puissance est actuellement d'environ 105 °C, ce qui signifie que la durée de vie de la puce LED est supérieure à 10 000 heures seulement.

Si la dissipation thermique de la lampe est insuffisante, la température de la jonction PN de la puce LED augmentera excessivement, ce qui endommagera rapidement la puce. Le système de dissipation thermique devient alors le principal facteur de la durée de vie des lampes LED. Ce système a une influence considérable sur la durée de vie des puces LED. Si des puces de même qualité sont utilisées dans différentes lampes, leur durée de vie sera multipliée par plusieurs, voire par dizaines. Outre le système optique, le système de dissipation thermique joue un rôle déterminant dans la réussite de la conception d'une lampe.

3. Puissance d'entraînement. La puissance d'entraînement joue un rôle clé dans la durée de vie des lampes LED. Ce problème est souvent négligé et peut constituer un frein à la promotion actuelle des lampes LED haute puissance. Lors du contrôle des lampes, il arrive souvent que la puce LED ne soit pas endommagée, mais que l'alimentation soit défectueuse. En général, la durée de vie de la puce LED est bien supérieure à celle de l'alimentation.

Par exemple, la puce LED 7090XR-E de la série XLamp de Cree est une puce LED à lumière blanche. Ses paramètres de fonctionnement typiques sont de 3,5 V, 700 mA (2,45 W) et sa température de jonction PN est de 80 °C (atteignable uniquement grâce à un système de dissipation thermique performant). Lorsque le flux lumineux diminue à 70 % de sa valeur initiale, sa durée de vie est de 50 000 heures. Actuellement, la durée de vie de la puce avec une puissance d'entraînement optimale dépasse 30 000 heures, tandis que celle avec une puissance d'entraînement inférieure n'est que de quelques milliers d'heures.

Si les lampes LED utilisent des puces de haute qualité et que le système de dissipation thermique est bien conçu, la durée de vie de l'alimentation électrique peut devenir un maillon faible. 4 Différentes normes sont utilisées pour les indicateurs de durée de vie effective et de décroissance lumineuse, et les sources lumineuses LED sont souvent mal connues, ce qui peut engendrer des malentendus. Comme chacun sait, il existe deux versions de la durée de vie des sources lumineuses traditionnelles : la durée de vie totale et la durée de vie effective. La durée de vie totale est définie comme le temps d'allumage cumulé total de la source lumineuse, de l'allumage à la fin de vie (non allumée).

La durée de vie effective désigne le temps d'allumage cumulé d'une source lumineuse lorsque son flux lumineux diminue à 70 % de sa valeur initiale après son allumage. Comme le flux lumineux d'une source lumineuse peut persister longtemps, de 70 % de sa valeur initiale jusqu'à sa fin de vie (non brillante), la durée de vie effective de la plupart des sources lumineuses est bien inférieure à leur durée de vie totale. La source lumineuse LED est une source lumineuse neuve, et sa durée de vie effective est indiscutable.

Actuellement, la norme L70 est généralement utilisée pour évaluer la durée de vie des sources lumineuses LED dans le monde. Cette norme désigne la durée de vie effective d'une source lumineuse lorsque le flux lumineux initial est considéré comme égal à 1,0 (soit 100 %) et que le flux lumineux décroît jusqu'à 70 % de sa valeur initiale. Dans l'industrie LED nationale, certains fabricants considèrent que l'atténuation du flux lumineux à 50 % de sa valeur initiale (communément appelée demi-vie) constitue la durée de vie standard des LED.

Français On peut voir sur la Figure 6 que lorsque la température de fonctionnement de la jonction PN de la LED est de 105 °C, la durée de vie est de 12 000 h lorsque la lumière décroît à 70 % de la valeur initiale, et la durée de vie est de 21 000 h lorsque la lumière décroît à 50 % de la valeur initiale. Les deux valeurs sont très différentes. Les techniciens engagés dans des applications d'éclairage peuvent faire des erreurs de jugement s'ils ne connaissent pas la différence entre les deux normes. 5 À propos de l'indice de rendu des couleurs et de la température de couleur Pour les lampes LED dans les scènes de cinéma et de télévision, même si le flux lumineux n'a pas décroché à 70 % de la valeur initiale, si l'indice de rendu des couleurs Ra diminue trop ou si la température de couleur de la source lumineuse change trop, cela doit être considéré comme la fin de sa durée de vie.

Étant donné que l'indice de rendu des couleurs ou la température de couleur change trop et que la température de couleur de chaque lampe est différente, la lampe perd sa valeur d'usage.