Milyen tényezők befolyásolják a LED-lámpák élettartamát?

A LED-chipek minősége A LED-chipek a LED-fényforrások alapvető alkotóelemei, és élettartamuk nagymértékben meghatározza a LED-lámpák élettartamát. Három tényező befolyásolja a LED-chip élettartamát, nevezetesen a chip rácshibái, a csomagolási folyamat és a foszfor minősége. Először is, a LED-chipet alkotó anyag a kristály.

Egy ideális kristály látható a 3. ábrán. Ha a rács elrendezése nem elég jó, és egyes helyeken hiányoznak a sorok, ahogy a 4. ábrán látható, ez a hiba befolyásolja a LED-chip élettartamát. Továbbá, ha a LED-chipbe adalékolt szennyeződések nem megfelelőek, az a LED-fényforrás élettartamát is befolyásolja.

Másodszor, a LED csomagolásának ésszerűsége szintén fontos tényező, amely befolyásolja a chip élettartamát. Jelenleg számos világhírű vállalat, mint például a Cree, a Lumilends és a japán Nichia, viszonylag magas szintű csomagolási technológiával rendelkezik. A LED-es csomagolási technológiát szabadalmak is védik, és a LED-ek élettartama garantált. A legtöbb más vállalat azonban számos utánzattal rendelkezik a termékcsomagolás folyamatában. Ezek a termékek megjelenésükben rendben vannak, de a folyamatszerkezet és a folyamatminőség gyenge, ami komolyan befolyásolja a LED-ek élettartamát.

Ezenkívül a LED-chipek teljesítménye bizonyos fokú szórással rendelkezik. Csomagolás előtt osztályozni és osztályozni kell őket a LED-chipek területe, fényhasznosítása és sok más mutató szerint. Ha a chipet nem dobják ki a csomagolás előtt, a késztermék fénykibocsátása a csomagolás után elkerülhetetlenül egyenetlen lesz. Vagyis a LED-ek csomagolása és a csomagolás előtti kidobás szintén fontos tényezők, amelyek befolyásolják a LED-ek élettartamát.

Végül a foszfor minősége is befolyásolja a LED-chip élettartamát. Jelenleg számos módja van a LED-chipek fehér fény előállításának, ezek közül kettő a foszforpor. Az egyik módszer az, hogy YAG (ittrium-alumínium-gránát, ittrium-alumínium-gránát) foszforral vonják be a LED kék fényű chipet.

Amint azt korábban említettük, a rövid hullámhosszú fotonok energikusabbak, mint a hosszú hullámhosszúak. Ezért a chip által kibocsátott kék fény (rövid hullámhossz) gerjeszti a foszfort, ami 500 nm ~ 560 nm hullámhosszú sárgászöld fényt (hosszabb hullámhosszúságú, mint a kék fény), kék fényt és sárgászöld fehér fényt hoz létre. A fehér fény előállításának költsége ezzel a módszerrel viszonylag alacsony, de nehéz a foszfor egyenletességét szabályozni, és miután a chipet egy ideig használták, a fényhatás és a színhőmérséklet ennek megfelelően változik. Egy másik módszer az, hogy a LED-chipet ultraibolya sugarak kibocsátására használják, amelyek ezután RGB (piros, zöld és kék alapszínek) foszforokat gerjesztenek, így piros, zöld és kék alapszínű fényt hoznak létre, majd a három alapszínű fényt fehér fénnyé keverik.

Mivel az ultraibolya sugarak fotonenergiája viszonylag nagy, a csomagolóanyag epoxigyantája könnyen öregszik, ami a LED-chip élettartamát is befolyásolja. Ha a LED-chip a LED-lámpa élettartamának "rövidzárlatává" válik, akkor a fenti három tényező közül melyik okoz problémát, melyik a "rövidzárlat", amely befolyásolja a LED-chip és a lámpa élettartamát? 2. LED hőelvezető rendszer A LED-lámpák esetében számos elmélet létezik arra vonatkozóan, hogy van-e infravörös sugárzás, és mennyi hő keletkezik. Valójában a LED-fényforrás fehér fényt kibocsátó fényáramának elméleti értéke 300 lm/W felett kell, hogy legyen.

A nagy teljesítményű LED-es fényforrások jelenleg csak 80 lm/W ~ 100 lm/W teljesítményt érnek el, azaz az elektromos energia közel 1/3-a látható fénnyé alakul, az elektromos energia nagy része pedig hőenergiává. A hőenergiának hővezetés és hősugárzás formájában kell elvezetnie. Ezért a nagy teljesítményű LED-lámpák hőelvezető rendszere nagyon fontos.

A LED fényforrás PN-átmenete nagyon érzékeny a hőmérsékletre. A magas hőmérséklet jelentősen csökkenti a LED-chip élettartamát. Amint a 6. ábra mutatja, ez a nagy teljesítményű fehér LED-ek fénycsökkenése a Cree szabvány szerint. A nemzetközi gyakorlat szerint (amelyet az eredeti fényforrás-specifikáció is előír) a fényforrás effektív élettartama a következőképpen van definiálva: amikor a fényáram a kezdeti érték 70%-ára csökken, a fényforrás még élettartama végén is.

A LED fényforrás PN-átmenetének különböző hőmérsékleteken mért effektív élettartamát a zöld vízszintes vonal és az ábrán látható görbék metszéspontjai mutatják. A 6. ábrán látható, hogy 75°C-os PN-átmenet hőmérséklete esetén az élettartam 51 000 óra (zöld görbe); 85°C-os hőmérséklet esetén az élettartam 22 000 óra (sárga görbe); 95°C-os hőmérséklet esetén az élettartam 18 000 óra (rózsaszín görbe); 105°C-os hőmérséklet esetén az élettartam 12 000 óra (piros görbe). Valójában a nagy teljesítményű LED-lámpák PN-átmenetének hőmérséklete jelenleg körülbelül 105°C, azaz a LED-chip élettartama csak több mint 10 000 óra.

Ha a lámpa hőelvezetési állapota nem megfelelő, a LED-chip PN-átmenetének hőmérséklete túl magasra emelkedik, és a LED-chip gyorsan károsodik. Ekkor a hőelvezető rendszer a LED-lámpák élettartamának "rövidzárlatává" válik. A hőelvezető rendszer nagy hatással van a LED-chipek élettartamára. Ha azonos minőségű chipeket helyeznek el különböző lámpákban, az élettartam többszörösen, vagy akár több tucatszorosan is eltérhet. Egy lámpa esetében a tervezés sikerességében az optikai rendszer mellett a hőelvezető rendszer is döntő szerepet játszik.

3 Meghajtóteljesítmény A meghajtóteljesítmény kulcsszerepet játszik a LED-lámpák élettartamában. Ez egy könnyen figyelmen kívül hagyott probléma, és a nagy teljesítményű LED-lámpák jelenlegi promóciójának szűk keresztmetszete is lehet. A lámpák ellenőrzésekor gyakran előfordul, hogy a LED-chip nem sérült, de a meghajtó tápegység hibás. Általában a LED-chip élettartama sokkal hosszabb, mint a meghajtó tápegységé.

Például a Cree XLamp sorozatú 7090XR-E terméke egy fehér fényű LED chip, amelynek tipikus üzemi paraméterei 3,5 V, 700 mA (2,45 W), a PN-átmenet hőmérséklete pedig 80 °C (ez a hőmérséklet csak egy nagyon jó hőelvezető rendszerrel érhető el), amikor a fényáram a kezdeti érték 70%-ára csökken, a chip élettartama 50 000 óra. Jelenleg a legjobb meghajtóteljesítmény élettartama meghaladja a 30 000 órát, a gyenge meghajtóteljesítményé pedig csak néhány ezer óra.

Ha a LED-lámpák kiváló minőségű chipeket használnak, és a hőelvezető rendszer jól kidolgozott, a meghajtó tápegység élettartama gyenge láncszemmé válhat. 4. A tényleges élettartam és a fénycsökkenés mutatóira különböző szabványokat használnak, és gyakran keveset tudnak a LED-es fényforrásokról. Az emberek félreértéseket keltenek. Mint mindannyian tudjuk, a hagyományos fényforrások élettartamának két változata létezik, az egyiket teljes élettartamnak, a másikat pedig tényleges élettartamnak nevezik. A teljes élettartam a fényforrás teljes kumulatív gyújtási ideje a gyújtástól az élettartam végéig (nem világít).

A tényleges élettartam a fényforrás összesített gyújtási idejét jelenti, amely alatt a fényáram a fényforrás begyújtása után a kezdeti érték 70%-ára csökken. Mivel a fényforrás fényárama a kezdeti érték 70%-ától az élettartam végéig (nem erős fény) sokáig kitarthat, a legtöbb fényforrás tényleges élettartama jóval rövidebb, mint a teljes élettartam. A LED-es fényforrás egy új fényforrás, és az új fényforrás tényleges élettartama nem vitatható.

Jelenleg az L70-et világszerte általában a LED-es fényforrások élettartamának értékelésére használt szabványként tartják számon. Az úgynevezett L70 a fényforrás tényleges élettartamát jelöli, amikor a LED-es fényforrás kezdeti fényáramát 1,0-nek (azaz 100%-nak) tekintjük, és a fényáram a kezdeti érték 70%-ára csökken. A hazai LED-iparban egyes gyártók a kezdeti érték 50%-ára történő fényáram-csillapítást (általában felezési időként ismert) tekintik a LED-lámpák élettartam-szabványának.

A 6. ábrán látható, hogy amikor a LED PN-átmenetének üzemi hőmérséklete 105 °C, az élettartama 12 000 óra, ha a fény a kezdeti érték 70%-ára csökken, és 21 000 óra, ha a fény a kezdeti érték 50%-ára csökken. A két érték meglehetősen eltérő. A világítástechnikai alkalmazásokban dolgozó szakemberek téves ítéleteket hozhatnak, ha nem ismerik a két szabvány közötti különbséget. 5. A színvisszaadási indexről és a színhőmérsékletről A film- és televíziós stádiumba került LED-lámpák esetében, még ha a fényáram nem is csökkent a kezdeti érték 70%-ára, ha az Ra színvisszaadási index túlságosan csökken, vagy a fényforrás színhőmérséklete túlságosan megváltozik, azt az élettartamuk végének kell tekinteni.

Mivel a színvisszaadási index vagy a színhőmérséklet túlságosan változik, és az egyes lámpák színhőmérséklete eltérő, a lámpa elveszíti használati értékét.