ปัจจัยอะไรบ้างที่มีผลต่ออายุการใช้งานของหลอดไฟ LED?

คุณภาพของชิป LED ชิป LED เป็นส่วนประกอบหลักของแหล่งกำเนิดแสง LED และอายุการใช้งานของชิปเป็นตัวกำหนดอายุการใช้งานของหลอดไฟ LED เป็นหลัก ปัจจัยที่ส่งผลต่ออายุการใช้งานของชิป LED มี 3 ปัจจัย ได้แก่ ข้อบกพร่องของโครงตาข่ายของชิป กระบวนการบรรจุภัณฑ์ และคุณภาพของสารเรืองแสง ประการแรก วัสดุที่ใช้ทำชิป LED คือคริสตัล

ผลึกที่เหมาะสมที่สุดแสดงไว้ในรูปที่ 3 หากการจัดเรียงของโครงตาข่ายไม่ดีนัก และบางจุดขาดแถว ดังแสดงในรูปที่ 4 ข้อบกพร่องนี้จะส่งผลกระทบต่ออายุการใช้งานของชิป LED นอกจากนี้ หากสิ่งเจือปนที่เจือปนในชิป LED ไม่เป็นไปตามที่เราต้องการ ก็จะส่งผลกระทบต่ออายุการใช้งานของแหล่งกำเนิดแสง LED ด้วยเช่นกัน

ประการที่สอง บรรจุภัณฑ์ของ LED มีคุณภาพเหมาะสมหรือไม่ก็เป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่ออายุการใช้งานของชิป ปัจจุบัน บริษัทชั้นนำระดับโลกหลายแห่ง เช่น Cree, Lumilends และ Nichia ในญี่ปุ่น มีเทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ที่ค่อนข้างสูง เทคโนโลยีบรรจุภัณฑ์ LED ได้รับการคุ้มครองโดยสิทธิบัตร และรับประกันอายุการใช้งานของ LED อย่างไรก็ตาม บริษัทอื่นๆ ส่วนใหญ่มักมีการลอกเลียนแบบบรรจุภัณฑ์กระบวนการผลิตของผลิตภัณฑ์ ผลิตภัณฑ์เหล่านี้มีรูปลักษณ์ภายนอกที่ดี แต่โครงสร้างและคุณภาพของกระบวนการผลิตกลับด้อยคุณภาพ ซึ่งส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่ออายุการใช้งานของ LED

นอกจากนี้ ประสิทธิภาพของชิป LED ยังมีการกระจายตัวในระดับหนึ่ง ก่อนการบรรจุ ควรจำแนกประเภทชิปตามพื้นที่ของชิป LED ประสิทธิภาพแสง และตัวบ่งชี้อื่นๆ อีกมากมาย หากชิปไม่ได้ถูกบรรจุลงกล่องก่อนการบรรจุ อัตราการปล่อยแสงของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปหลังการบรรจุจะไม่สม่ำเสมออย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ กล่าวคือ การบรรจุ LED และการบรรจุลงกล่องก่อนการบรรจุ ก็เป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่ออายุการใช้งานของ LED เช่นกัน

ท้ายที่สุด คุณภาพของสารเรืองแสงยังส่งผลต่ออายุการใช้งานของชิป LED อีกด้วย ปัจจุบันมีหลายวิธีในการผลิตแสงสีขาวของชิป LED ซึ่งสองวิธีแรกคือการใช้ผงสารเรืองแสง วิธีหนึ่งคือการเคลือบสารเรืองแสง YAG (อิตเทรียมอะลูมิเนียมการ์เน็ต, อิตเทรียมอะลูมิเนียมการ์เน็ต) ลงบนชิปไฟ LED สีฟ้า

ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว โฟตอนที่มีความยาวคลื่นสั้นจะมีพลังงานมากกว่าโฟตอนที่มีความยาวคลื่นยาว ดังนั้น แสงสีน้ำเงิน (ความยาวคลื่นสั้น) ที่ปล่อยออกมาจากชิปจะกระตุ้นฟอสเฟอร์ให้ผลิตแสงสีเหลือง-เขียวขนาด 500-560 นาโนเมตร (ความยาวคลื่นยาวกว่าแสงสีน้ำเงิน) แสงสีน้ำเงิน และแสงสีเหลือง-เขียว ซึ่งเป็นการสังเคราะห์แสงสีขาว ต้นทุนในการผลิตแสงสีขาวด้วยวิธีนี้ค่อนข้างต่ำ แต่การควบคุมความสม่ำเสมอของฟอสเฟอร์เป็นเรื่องยาก และหลังจากใช้งานชิปไประยะหนึ่ง ผลของแสงและอุณหภูมิสีจะเปลี่ยนแปลงไปตามนั้น อีกวิธีหนึ่งคือการปล่อยให้ชิป LED ปล่อยรังสีอัลตราไวโอเลต ซึ่งจะกระตุ้นฟอสเฟอร์ RGB (สีแดง สีเขียว และสีน้ำเงิน) ให้ผลิตแสงสีแดง สีเขียว และสีน้ำเงิน จากนั้นจึงผสมแสงสีหลักทั้งสามสีเข้าด้วยกันเป็นแสงสีขาว

เนื่องจากพลังงานโฟตอนของรังสีอัลตราไวโอเลตค่อนข้างสูง เรซินอีพอกซีของวัสดุบรรจุภัณฑ์จึงเสื่อมสภาพได้ง่าย ซึ่งจะส่งผลต่ออายุการใช้งานของชิป LED ด้วย หากชิป LED กลายเป็น "แผ่นสั้น" ของอายุการใช้งานหลอดไฟ LED ปัจจัยใดในสามปัจจัยข้างต้นที่เป็นปัญหา และปัจจัยใดคือ "แผ่นสั้น" ที่ส่งผลต่ออายุการใช้งานของชิป LED และหลอดไฟ 2 ระบบระบายความร้อนของหลอดไฟ LED เมื่อพูดถึงหลอดไฟ LED ยังมีทฤษฎีต่างๆ มากมายเกี่ยวกับว่ามีอินฟราเรดหรือไม่และความร้อนที่เกิดขึ้นนั้นเป็นอย่างไร อันที่จริง ค่าทางทฤษฎีของฟลักซ์ส่องสว่างของแหล่งกำเนิดแสง LED ที่จะเปล่งแสงสีขาวควรสูงกว่า 300 ลูเมนต่อวัตต์

ปัจจุบันแหล่งกำเนิดแสง LED กำลังสูงมีกำลังส่องสว่างเพียง 80 ลูเมนต่อวัตต์ ถึง 100 ลูเมนต่อวัตต์ กล่าวคือ พลังงานไฟฟ้าเกือบ 1 ใน 3 กลายเป็นแสงที่มองเห็นได้ และพลังงานไฟฟ้าส่วนใหญ่กลายเป็นพลังงานความร้อน พลังงานความร้อนควรถูกกระจายออกไปในรูปของการนำความร้อนและการแผ่รังสีความร้อน ดังนั้น ระบบกระจายความร้อนของหลอดไฟ LED กำลังสูงจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง

จุดต่อ PN ของแหล่งกำเนิดแสง LED มีความไวต่ออุณหภูมิมาก อุณหภูมิสูงจะลดอายุการใช้งานของชิป LED ลงอย่างมาก ดังแสดงในรูปที่ 6 นี่คือค่าการสลายตัวของแสงของ LED สีขาวกำลังสูงที่กำหนดโดย Cree ตามหลักปฏิบัติสากล (ซึ่งระบุไว้ในข้อกำหนดของแหล่งกำเนิดแสงดั้งเดิมด้วย) อายุการใช้งานที่มีประสิทธิภาพของแหล่งกำเนิดแสงถูกกำหนดไว้ดังนี้: เมื่อฟลักซ์ส่องสว่างลดลงเหลือ 70% ของค่าเริ่มต้น แหล่งกำเนิดแสงจะยังคงใช้งานได้แม้เมื่อหมดอายุการใช้งาน

อายุการใช้งานจริงของรอยต่อ PN ของแหล่งกำเนิดแสง LED ที่อุณหภูมิต่างๆ แสดงอยู่ที่จุดตัดระหว่างเส้นแนวนอนสีเขียวและเส้นโค้งแต่ละเส้นในรูป จากรูปที่ 6 จะเห็นได้ว่าเมื่ออุณหภูมิของรอยต่อ PN อยู่ที่ 75°C อายุการใช้งานจะอยู่ที่ 51,000 ชั่วโมง (เส้นโค้งสีเขียว) เมื่ออุณหภูมิอยู่ที่ 85°C อายุการใช้งานจะอยู่ที่ 22,000 ชั่วโมง (เส้นโค้งสีเหลือง) เมื่ออุณหภูมิอยู่ที่ 95°C อายุการใช้งานจะอยู่ที่ 18,000 ชั่วโมง (เส้นโค้งสีชมพู) เมื่ออุณหภูมิอยู่ที่ 105°C อายุการใช้งานจะอยู่ที่ 12,000 ชั่วโมง (เส้นโค้งสีแดง) อันที่จริง อุณหภูมิรอยต่อ PN ของหลอดไฟ LED กำลังสูงในปัจจุบันอยู่ที่ประมาณ 105°C กล่าวคือ อายุการใช้งานของชิป LED จะมีมากกว่า 10,000 ชั่วโมงเท่านั้น

หากสภาพการระบายความร้อนของหลอดไฟไม่ดี อุณหภูมิที่จุดเชื่อมต่อ PN ของชิป LED จะสูงเกินไป และชิป LED จะเสียหายอย่างรวดเร็ว ในเวลานี้ ระบบระบายความร้อนจะกลายเป็น "จุดบอด" ของอายุการใช้งานของหลอดไฟ LED ระบบระบายความร้อนมีอิทธิพลอย่างมากต่ออายุการใช้งานของชิป LED หากนำชิปคุณภาพเดียวกันไปใส่ในหลอดไฟที่แตกต่างกัน อายุการใช้งานจะแตกต่างกันหลายเท่าหรือหลายสิบเท่า หลอดไฟ ไม่ว่าการออกแบบจะประสบความสำเร็จหรือไม่ นอกจากระบบออปติคัลแล้ว ระบบระบายความร้อนก็มีบทบาทสำคัญเช่นกัน

3. กำลังขับ กำลังขับมีบทบาทสำคัญต่ออายุการใช้งานของหลอดไฟ LED ซึ่งเป็นปัญหาที่มักถูกมองข้าม และอาจเป็นปัญหาสำคัญในการส่งเสริมหลอดไฟ LED กำลังสูงในปัจจุบัน เมื่อตรวจสอบหลอดไฟ มักพบว่าชิป LED ไม่ได้เสียหาย แต่แหล่งจ่ายไฟขับมีปัญหา โดยทั่วไปแล้ว อายุการใช้งานของชิป LED จะยาวนานกว่าแหล่งจ่ายไฟขับมาก

ตัวอย่างเช่น ผลิตภัณฑ์ซีรีส์ XLamp 7090XR-E ของ Cree เป็นชิป LED แสงสีขาว พารามิเตอร์การทำงานทั่วไปคือ 3.5 V, 700 mA (2.45 W) และอุณหภูมิจุดเชื่อมต่อ PN อยู่ที่ 80°C (อุณหภูมินี้สามารถทำได้โดยระบบระบายความร้อนที่ดีมาก) เมื่อฟลักซ์แสงลดลงเหลือ 70% ของค่าเริ่มต้น ชิปจะมีอายุการใช้งาน 50,000 ชั่วโมง ปัจจุบันอายุการใช้งานของกำลังขับที่ดีที่สุดเกิน 30,000 ชั่วโมง และอายุการใช้งานของกำลังขับที่ต่ำเพียงไม่กี่พันชั่วโมง

หากหลอดไฟ LED ใช้ชิปคุณภาพสูงและระบบระบายความร้อนที่ดี อายุการใช้งานของแหล่งจ่ายไฟขับอาจกลายเป็นจุดอ่อน มีมาตรฐานที่แตกต่างกัน 4 ข้อสำหรับตัวบ่งชี้อายุการใช้งานและการสลายตัวของแสง และมักไม่ค่อยมีใครรู้เกี่ยวกับแหล่งกำเนิดแสง LED ทำให้ผู้คนเกิดความเข้าใจผิด อย่างที่ทราบกันดีว่าอายุการใช้งานของแหล่งกำเนิดแสงแบบดั้งเดิมมีสองแบบ แบบแรกเรียกว่าอายุการใช้งานเต็ม และอีกแบบหนึ่งเรียกว่าอายุการใช้งานเต็ม อายุการใช้งานเต็มหมายถึงระยะเวลาการจุดระเบิดสะสมทั้งหมดของแหล่งกำเนิดแสงตั้งแต่เริ่มจุดระเบิดจนถึงสิ้นสุดอายุการใช้งาน (ยังไม่ติดไฟ)

อายุการใช้งานจริงหมายถึงระยะเวลาการติดไฟสะสมของแหล่งกำเนิดแสงเมื่อฟลักซ์ส่องสว่างลดลงเหลือ 70% ของค่าเริ่มต้นหลังจากแหล่งกำเนิดแสงถูกจุดไฟ เนื่องจากฟลักซ์ส่องสว่างของแหล่งกำเนิดแสงสามารถคงอยู่ได้นานตั้งแต่ 70% ของค่าเริ่มต้นไปจนหมดอายุการใช้งาน (ไม่สว่าง) อายุการใช้งานจริงของแหล่งกำเนิดแสงส่วนใหญ่จึงน้อยกว่าอายุการใช้งานเต็ม แหล่งกำเนิดแสง LED เป็นแหล่งกำเนิดแสงใหม่ และอายุการใช้งานจริงของแหล่งกำเนิดแสงใหม่นี้ไม่เป็นข้อโต้แย้ง

ปัจจุบัน L70 มักถูกระบุเป็นมาตรฐานสำหรับการประเมินอายุการใช้งานของแหล่งกำเนิดแสง LED ทั่วโลก ค่าที่เรียกว่า L70 หมายถึงอายุการใช้งานที่มีประสิทธิภาพของแหล่งกำเนิดแสงเมื่อฟลักซ์ส่องสว่างเริ่มต้นของแหล่งกำเนิดแสง LED อยู่ที่ 1.0 (100%) และฟลักซ์ส่องสว่างลดลงเหลือ 70% ของค่าเริ่มต้น ในอุตสาหกรรม LED ภายในประเทศ ผู้ผลิตบางรายถือว่าการลดทอนฟลักซ์ส่องสว่างที่ 50% ของค่าเริ่มต้น (หรือที่รู้จักกันทั่วไปว่าครึ่งชีวิต) เป็นมาตรฐานอายุการใช้งานของหลอดไฟ LED

ไทย จากรูปที่ 6 จะเห็นได้ว่าเมื่ออุณหภูมิในการทำงานของรอยต่อ PN ของ LED อยู่ที่ 105 ° C อายุการใช้งานจะอยู่ที่ 12,000 ชั่วโมงเมื่อแสงลดลงเหลือ 70% ของค่าเริ่มต้น และอายุการใช้งานจะอยู่ที่ 21,000 ชั่วโมงเมื่อแสงลดลงเหลือ 50% ของค่าเริ่มต้น ค่าทั้งสองนี้ค่อนข้างแตกต่างกัน ช่างเทคนิคที่เกี่ยวข้องกับการใช้งานด้านแสงสว่างอาจตัดสินใจผิดพลาดได้หากไม่ทราบถึงความแตกต่างระหว่างมาตรฐานทั้งสอง 5 เกี่ยวกับดัชนีการแสดงสีและอุณหภูมิสี สำหรับหลอดไฟ LED ในภาพยนตร์และโทรทัศน์ แม้ว่าฟลักซ์ส่องสว่างจะยังไม่ลดลงเหลือ 70% ของค่าเริ่มต้น แต่หากดัชนีการแสดงสี Ra ลดลงมากเกินไปหรืออุณหภูมิสีของแหล่งกำเนิดแสงเปลี่ยนแปลงมากเกินไป ก็ควรถือว่าเป็นจุดสิ้นสุดอายุการใช้งาน

เนื่องจากดัชนีการแสดงสีหรืออุณหภูมิสีเปลี่ยนแปลงมากเกินไป และอุณหภูมิสีของหลอดไฟแต่ละดวงแตกต่างกัน หลอดไฟจึงสูญเสียคุณค่าการใช้งาน