5 причин деградации светодиодов

5 причин деградации светодиодов – Электро Помощь

09.06.2019

Термин «деградация светодиодов» используется для обозначения процесса преждевременного выхода полупроводниковых источников из строя. Он возникает по разным причинам, но результатом всегда будет ухудшение или прекращение излучения светодиодов. Предлагаем рассмотреть причины деградации LED-элементов.

Деградация светодиодов – что это за процесс?

Деградация светодиодов – что это? Под деградацией понимается процесс старения светодиодов, который выражается в снижении яркости свечения, изменения цветовой температуры или полном выходе элементов из строя. Это может быть вызвано объективными и необъективными факторами.

Необъективные факторы старения светодиодов

Причины, которые вызывают стремительную деградацию полупроводниковых источников:

• Некачественная сборка – если производитель пренебрегает стандартами в сборке светодиодных изделий (например, устанавливает современные мощные светодиоды в корпус для маломощных моделей прошлого поколения или использует заведомо некачественные чипы), нужно понимать, это повлечет деградацию светодиодов намного раньше заявленного срока эксплуатации;
• Неправильные условия эксплуатации и монтажа – отказ от использования алюминиевого профиля или алюминиевой полосы под LED-ленту; установка современного мощного светодиода на чип, рассчитанный на модели диодов прошлого поколения; механическое воздействие; размещение светодиодного изделия под ярким солнечным светом; любительская пайка светодиодов с несоблюдением основных правил и т.д.

Все эти факторы приводят к плохому отведению тепла от работающих светодиодов и их перегреву, несоответствующей условиям эксплуатации силе тока, внешнему нагреванию корпуса, возрастанию температуры внутри устройств. Такие последствия провоцируют быструю деградацию светодиодов.

Объективная деградация светодиодов со временем

Под деградацией светодиодов со временем понимают процесс естественного старения LED-элементов. В частности, это относится к светодиодам белого цвета.

Их изначально синий поток света корректируется покрытием из люминофора. При разрушении слоя люминофора со временем спектр цветовой температуры меняется в сторону холодных голубоватых оттенков.

Показатели естественной деградации рассчитывают производители и указывают в спецификации к светотехническим изделиям.

Источник:

Пример выгорания светодиодов

Производители светодиодных ламп и светодиодов обещают большую длительность работы, обычно составляет от 20 тысяч часов для старых моделей, и 30-50 тысяч часов для последних популярных моделей, таких как SMD 5630 и SMD 5730. На самые современные диоды длительность может составлять уже до 100 тыс. часов.

Характеристики кукурузы

В качестве примера с большим временем эксплуатации будет рассмотрена кукуруза с цоколем Е27 и напряжением 220В. Примерное непрерывное время работы этой лампы составляет 2 года, то есть 17,000 – 20,000 часов.

Светодиодная лампочка на SMD 5630

Светодиодная лампа была куплена на Aliexpress, и была поставлена в коридор на лестничной площадке, из-за того, что я заказывал белого света, а одна а оказалась холодного свечения.

Эксплуатировалась в замкнутом пространстве, в прозрачном рифленом плафоне, и плафон при этом был температуры окружающего воздуха.

За это время пластик на кукурузе пожелтел и явно стали видны следы деградации люминофора на диодах, которые обнажили внутренности светодиодов SMD 5630 под силиконовой поверхностью.

В ней использованы диоды низкого качества от мелкокитайского производителя, которые включены на 30% от общепринятой мощности, на 0,15 Вт вместо 0,5 Ватт. Таким образом, производитель защищает его от преждевременного снижения характеристик и обеспечивает приемлемую длительность использования.

Диоды бюджетные китайские, на 0,15W, вместо положенных популярных 0,5W.  Этим китайцы умело пользуются, то есть обманывают. Выдают их за полватные. Кто покупает первый раз и не разбирается в этом, не поймет что его обманули. Это я подробно описал в статье про выбор светодиодных лент, сравнивая цены, мощность и конечную выгоду.

Деградация

Пример, слева новый, справа старый (2 года работы)

По мере эксплуатации, светодиод подвергается воздействиям, которые негативно сказываются на его характеристиках.

Основные факторы:

1. помутнение оптической части, выполненной из силикона;
2. выгорание люминофора под воздействием температур;
3. деформации корпуса из-за нагрева и напряжения корпуса;
4. деградация кристалла.

Во время деградации кристалла, появляются дефекты, при которых участок кристалла перестает светить, но продолжает нагреваться. При этом начинает увеличиваться ток утечки, то есть ток проходит не излучая свет.

Самым плохими катализаторами деградации являются ток выше номинального и повышенная температура.

Поэтому надо быть осторожным при покупке сомнительных экземпляров, потому что наши китайские братья по разуму могут «разгонять» светодиоды, подавая ток выше номинального.

Ресурс

График деградации  от температуры и времени

Что же будет, когда он отработает указанное производителем время?
Общепринятым стандартом считается, что за период указанной длительности работы яркость светодиода упадет на 30%.

Это правило в основном действует на именитых производителей, который соблюдают стандарты, а мелкие и неизвестные производители могут отходить от стандартных правил, с целью завышения параметров и технических характеристик светодиодных ламп. Они могут запросто указать стандартную длительность работы для модели, при этом умолчав, что при этом яркость упадет до 50%.

Во избежание различных неприятных сюрпизов, требуйте  продавца настоящие сертификаты на продукцию. Если сертификатов нет, то подсунуть могут что угодно. Еще одна сопутствующая проблема, это будет непонятно, относится сертификат к этим диодам или он от другой партии.

Измеряем падение яркости через 2 года

На торце обеих  установлено 8 штук

Выгорание люминофора и деградация налицо, но это лишь внешние признаки. Так как я покупал несколько одинаковых, из которых непрерывно в течение 2 лет работала одна, то сравним их яркость. Для теста берем такую же лампу с цоколем Е14 220В, которая практически не работала и отработавшую 17 – 20 тыс. часов.

Фото тестируемых кукуруз, одна в цилиндре

Для получения более точных результатов, будем сравнивать освещенность, создаваемую  SMD 5630, которые находятся только на торце, в количестве 8 штук. Для исключения влияния боковых светодиодов, одеваем неё цилиндр из бумаги.

Измеряем освещенность новой лампочки

Измеряем освещенность старой

В результате тестирования получаем:

• после 2 лет дает освещенность 49 Люкс;
• новая  светит на 73 Люкс.

Разница между старой и новой составляет 24 люкса, получается, что яркость  упала за время двухлетней непрерывной эксплуатации на 33%. Так как они неизвестного китайского производства и низкого качества, то можно сказать, что ресурс этих светодиодов составляет 20,000 часов.

Определяем режим работы

Чтобы определить светодиоды, которые не в номинальном режиме, а в заниженном или завышенном, то необходимо узнать тип диодов и вычислить суммарную потребляемую мощность и световой поток.

Полученные данные сопоставляем с характеристиками светодиодной лампы, в результате чего делаем выводы. Основная проблема, это невозможность определить модель диода из-за наличия матовой колбы.

Один из выходов, это найти такие же у другого продавца (например, если покупаете на Aliexpress), у которых указан тип диодов или есть фото без колбы.

Download Best WordPress Themes Free DownloadPremium WordPress Themes DownloadDownload Best WordPress Themes Free DownloadFree Download WordPress ThemesZG93bmxvYWQgbHluZGEgY291cnNlIGZyZWU=Free Download WordPress Themesdownload udemy paid course for free

Источник:

Светодиодное освещение: проблема деградации светодиодов

Светодиодное освещение: проблема деградации светодиодов 12.02.2012 22:28

Методики подъема эффективности – “разгон” светодиода

За последнее десятилетие светодиоды перестали восприниматься просто как электронные компоненты. Они переросли в отдельный значимый продукт. Сохранив свои индикаторные функции, новейшие сверхяркие светодиоды активно начали заменять привычные всем лампочки накаливания и люминесцентные лампы.

И, хотя лампочка Ильича все еще дарит свет (и тепло, так как 96 процентов затрачиваемой энергии идет на тепловые потери), в перспективах рынка освещения на ближайшие годы  однозначно наблюдаются тенденции по полному вытеснению традиционных ныне средств освещения светодиодными приборами.

Причем происходит это в масштабах всей планеты. 

Процесс, как говорится, пошел. Однако есть один фактор, существенно тормозящий научно технический прогресс – цена светодиодных ламп для конечного потребителя. Народными такие лампы пока назвать трудно. На сегодняшний день светодиоды могут подняться до планки в 0.1 – 0.05 доллар за один выдаваемый люмен.

В связи с этим, производители поставили перед собой задачу: увеличить эффективность светодиодов и уменьшить их стоимость.

Увеличение эффективности излучения света можно достичь несколькими различными способами. Например, улучшением качества используемых материалов, усовершенствованием структуры светодиодного чипа, технологии его формирования, улучшением свойств подложки и т. д.

Понижения стоимости света можно достичь, увеличив плотность проходящего через светодиодный чип тока.

Соответственно, и отношение доллар/люмен будет меньше. Необходимо только учесть, что максимальный ток, который можно пропустить через светодиодный чип, будет зависеть от следующих факторов:

– ток не должен превышать значений, приводящих к существенной деградации светодиодов, входящих в состав светодиодного чипа;

– ток не должен приводить к понижению эффективности светодиодного чипа (люмен/ватт).

Еще не так давно светодиоды работали с плотностью тока порядка 20А/см2. Сейчас же некоторые мощные светодиоды (Power LEDs) функционируют при значениях в 70-100А/см2. Для того чтобы обеспечить продолжительную работу таких мощных светодиодов без их существенной деградации, требуется светодиодный чип с наилучшими свойствами по отводу тепла.

Также необходимо разработать соответствующий корпус. Например, AlGaInP и AlGaInN чипы созданы на арсенид-галлиевых и сапфировых подложках. Данные подложки являются не очень хорошими теплопроводящими материалами. А теплопроводность GaAs и Al2O3 составляет 44Вт/(м-К) и 35Вт/(м-К) соответственно.

Для максимально эффективного отвода тепла и снижения температуры есть три альтернативы:

– уменьшение толщины подложки;

– использование технологии обратного монтажа, позволяющей разместить испускающий свет p-n переход предельно близко к теплоотводу;

– удаление начальной подложки, которая используется с целью роста светодиодных гетероструктур, с последующим перемещением эпитаксиальных слоев на электропроводное и теплопроводное основание.

Второй вариант уже использовался компаниями Matsushita и Lumileds для отвода тепла и увеличения эффективности в GaN светодиодах. Некоторые другие компании также разработали и использовали технологию обратного монтажа для AlGaInP светодиодов,  в целях увеличения их эффективности на высоких токах. Однако, применение технологии обратного монтажа – достаточно дорогостоящее занятие.

Третий подход на сегодняшний день является, пожалуй, самым эффективным по стоимости изготовления светодиодных сборок высокой мощности. Многие крупные производители светодиодов и сборок, включая компании Osram, Nichia, Sanken, VPEC, AET Optotech, уже объявили об успешных разработках в этом направлении.

 “Разгон”: китайский вариант

Рассмотренные выше варианты увеличения эффективности и снижения стоимости относятся только к производителям светодиодов и светодиодных чипов. Что касается многочисленных потребителей светодиодных чипов, использующих их в качестве готовых компонентов в своих разработках, то они имеют намного меньше возможностей по снижению стоимости светодиодных приборов.

Пока что трудно однозначно ответить на вопросы о том, при каких максимальных токах способен работать светодиодный кристалл и какой предельный выход света он сможет обеспечить.

Однако очевидно, что ключевым фактором, обеспечивающим длительный срок службы, надежность и эффективность является правильный корпус, в котором располагаются мощные светодиоды.

В теории, заставить светодиодный чип работать на более высоких токах можно, если решить проблему отвода тепла из активной зоны. Тем самым обеспечив более высокий квантовый выход.

Качественно спроектированная и изготовленная линза позволит понизить внутреннее поглощение и отражение, тем самым значительно повысив оптическую эффективность.

Источник: https://elektriki23.ru/rekomendatsii/5-prichin-degradatsii-svetodiodov.html

Светодиоды-долгожители: правда или мистификация?

27 декабря 2010

В Интернете по разным сайтам гуляет «конспирологическая» версия, что срок службы обычной лампы накаливания якобы специально ограничен значением 1000 часов из-за состоявшегося в 20-х годах прошлого века картельного сговора крупнейших производителей ламп.

Конечно, любой специалист понимает, что «лампочка Ильича» имеет такой срок службы из-за принципа действия, и никто время ее работы специально не ограничивает. И все-таки своих сторонников такая «теория заговора» имеет. Они, наверное, придут в ужас, узнав, сколь долгую жизнь обещают своим детищам производители светодиодных светильников.

Небольшие малоизвестные фирмы без лишних реверансов указывают время службы светильника 100000 часов. Другие ограничиваются более скромными цифрами — всего 35000 часов. Можно ли верить этим данным?

Обычно под сроком службы понимают время, которое устройство работает до момента выхода из строя, причем это не обязательно полная неработоспособность, а падение характеристик ниже определенного уровня.

При оценке срока службы светодиодов момент выхода их из строя определяется как снижение светового потока ниже определенного процента от номинального значения. И здесь уже начинаются разночтения между разными компаниями. Одни производители считают таким порогом снижение светового потока на 30% от номинального значения, другие — на 50%.

Указанные данные, как правило, не сообщаются в рекламных материалах, да и в документации к светильникам зачастую тоже, что не позволяет покупателю сделать правильный выбор.

Мастера экстраполяции

Даже если ситуация с порогом снижения светового потока ясна, это еще не значит, что вы получили достоверную информацию о продолжительности работы светодиодов. Наиболее распространенное значение срока службы, которое указывается в рекламных материалах — 50000 часов, т.е.

5 лет и 8 месяцев. Естественно, никто столь долго новый тип светодиода испытывать не будет. События на светодиодном рынке развиваются так быстро, что за указанное время светодиод уже снимут с производства и вместо него запустят новый тип.

Поэтому проводят испытания светодиода, наблюдают за процессами его старения в экстремальных условиях (сила тока и температура кристалла находятся на пределе допустимых значений) в течение относительно короткого промежутка времени, а потом экстраполируют зависимость на больший временной интервал уже для нормальных условий эксплуатации.

Наиболее часто для определения рабочего ресурса светодиодов используют модель Аррхениуса. В общем виде она описывает не только полупроводниковую светотехнику, но и многие процессы в химии и биологии. Модель показывает, насколько ускоряются химические реакции, в том числе процессы деградации в кристалле, при повышении температуры.

λ2 = λ1exp[Ea(1/T1 — 1/T2)/k],

где λ1 — интенсивность отказов при температуре T1; λ2 — интенсивность отказов при температуре T2; T1 и T2 — температуры p-n-перехода, выраженные в градусах Кельвина, Ea — энергия активации, выраженная в эВ (в полупроводниках равна ширине запрещенной зоны), k — постоянная Больцмана, равная 8,617×10-5 эВ/К.

Зная ширину запрещенной зоны полупроводника, из которого изготовлен кристалл, а также интенсивность отказов при повышенной температуре, можно определить интенсивность отказов при нормальной температуре, используя модель Аррхениуса.

 1 показан график зависимости срока службы от температуры для различных типов светодиодов производства компании Seoul Semiconductor, полученный путем экстраполяции результатов испытаний при повышенной температуре.

Рис. 1. Зависимость срока службы от температуры для различных типов светодиодов

Единого международного стандарта, который бы описывал тестирование светодиодов в экстремальных условиях с последующей экстраполяцией результатов, не существует.

Тем не менее, в США есть организация JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council — объединенный инженерный совет по электронным устройствам), разрабатывающая стандарты JESD.

Некоторые производители светодиодов, например Cree, пользуются стандартом JESD22 для тестирования светодиодов (см. таблицу 1). Светодиоды испытываются при максимально допустимом токе, продолжительность указанных тестов составляет 1008 часов (42 суток).

Критериями выхода светодиода из строя во всех приведенных в таблице испытаниях являются: изменение напряжения смещения более чем на 200 мВ, снижение светового потока более чем на 15%, короткое замыкание, разрыв цепи. Если наблюдается хотя бы одно из указанных явлений, светодиод считается вышедшим из строя.

Таблица 1. Некоторые виды тестов надежности, используемых компанией Сree

Современные методики позволяют с высокой точностью предсказывать срок службы устройства, но никто не может дать полной гарантии, что теория и практика сойдутся.

На срок службы светодиода влияют следующие факторы:

• Деградация кристалла;
• Старение люминофора;
• Механические деформации, внутренние напряжения в корпусе и т.п.;
• Помутнение первичной оптики.

Деградация кристалла

Напомним, что светодиод белого свечения, как правило, представляет собой кристалл, излучающий синий цвет, который покрыт люминофором.

Благодаря суммированию собственного излучения кристалла с индуцированным им излучением люминофора получается свет, воспринимаемый зрением, как белый.

Применительно к светодиодом надо различать температуру, измеренную в разных точках: TB — монтажная плата, TS — подложка, TJ — p-n-переход, TA — окружающая среда (рис. 2).

Деградация кристалла приводит к снижению мощности излучения. Одна из причин — рост количества дефектов кристаллической решетки. Области кристалла, где появились дефекты, не излучают свет, но при этом генерируют тепло.

Другая причина — электрическая миграция материала, из которого сделаны электроды, приваренные к кристаллу. В кристалл проникают атомы металлов, из которых сделаны электроды, и нарушают кристаллическую структуру.

При деградации кристалла возрастает ток утечки, то есть значительная часть тока начинает проходить не через те участки кристалла, которые излучают свет.

В результате уменьшается напряжение на электродах светодиода, а значит, уменьшается мощность. Деградация кристалла проявляет себя также снижением напряжения на светодиоде.

Эта особенность используется для автоматического отключения вышедшего из строя светодиода.

Следует различать максимальную рабочую температуру светодиода и максимально допустимую температуру p-n-перехода (если очень упростить ситуацию, то речь идет о температуре внутри кристалла). Срок службы светодиода определяется температурой p-n-перехода.

Но поскольку эту температуру можно измерить только в лабораторных условиях с применением сложных и дорогостоящих методов, при проектировании используются математические методы, позволяющие связать ее с температурой в тех или иных точках корпуса светодиода.

По мнению некоторых специалистов к возникновению дефектов в кристаллической решетке может привести действие статического электричества, поэтому рекомендуется осуществлять монтаж светодиодов с соблюдением стандартных мер по защите от статического электричества.

Деградация люминофора

В светодиоде деградация люминофора определяется в основном температурой. Ведь люминофор обычно наносят непосредственно на кристалл, который довольно сильно нагревается.

Остальные факторы воздействия на люминофор не так значимы.

Для эффективного теплоотвода необходимо обеспечить доступ воздуха к радиатору, например, как у Mini 300 LED компании Royal Philips Electronics (рис. 3.).

Рис. 3. Mini 300 LED компании Royal Philips Electronics

Деградация люминофора приводит не только к уменьшению яркости светодиода, но и к изменению оттенка его свечения. При сильной деградации люминофора хорошо заметен синий оттенок свечения. Это связано как с изменением свойств люминофора, так и с тем, что в спектре начинает доминировать собственное излучение кристалла.

Механические повреждения

Некачественные паяные соединения могут со временем разрушаться, что приведет к разрыву цепи. Если разрушилось паяное соединение кристалла с теплоотводящей подложкой или даже уменьшилась площадь контакта, то это приводит к ускорению деградации кристалла.

Причиной разрушения соединения, а также разрыва тонких проводников, ведущих к кристаллу, могут быть внутренние механические напряжения в пластмассе.

Они возникают как в результате нарушения технологии производства, так и в процессе эксплуатации светодиода при температуре, превышающей максимально допустимое значение.

В светильниках Philips CitySoul (рис. 4) используется активная система охлаждения на основе вентилятора.

Рис. 4. Светильник CitySoul компании Royal Philips Electronics

Для повышения надежности светодиодов в последнее время кристаллы стали заливать эластичным прозрачным силиконом. Механические напряжения в этом материале равномерно распределяются, что практически исключает возможность разрушения соединения проводников и кристалла.

Помутнение первичной оптики

Первичная оптика светодиодов (т.е. оптическая система, непосредственно встроенная в конструкцию) изготавливается из пластмассы или силикона. Помутнение этих материалов может быть связано с действием ультрафиолета.

В светодиодах белого свечения, построенных на базе ультрафиолетовых светодиодов, покрытых трехцветным люминофором, такая проблема действительно есть. Но пока подобные светодиоды не получили широкого распространения.

В белых светодиодах на базе кристаллов синего свечения помутнение первичной оптики может опять-таки быть вызвано сильным перегревом. Следует отметить, что многие современные типы светодиодов вообще не имеют первичной оптики (рис. 5).

Рис. 5. Светодиоды без первичной оптики

Срок службы всего светильника

В рекламных материалах производители светильников зачастую указывают именно срок службы светодиодов в нормальных условиях. Но в светильнике из-за перегрева светодиоды могут работать меньше заявленного производителем срока.

К тому же, кроме светодиодов, срок службы светильника определяется долговечностью драйвера (блока питания) и вторичной оптики. Для эффективного теплоотвода в светодиодных светильниках используется ребристый алюминиевый профиль (рис.

 6).

Рис. 6. Светильник Color Graze компании Royal Philips Electronics

Линзы вторичной оптики в светодиодных светильниках обычно изготавливается из пластмассы, которая со временем мутнеет. Отражатели зачастую делают из пластмассы, покрытой тонким слоем металла. Здесь может возникнуть эффект потускнения металлической поверхности. Указанные проблемы решаются путем использования современных материалов, а также герметизацией корпуса светильника.

Для длительной работы светодиодов также важны стабильность напряжения питания и силы тока, которые дает драйвер, а также его устойчивость к всплескам сетевого напряжения. Современная элементная база позволяет создавать блоки питания со сроком службы 50000 часов и более. Но может оказаться и так, что ресурс блока питания меньше, чем у светодиодов.

Если светодиод питать током, сила которого больше номинального значения, то можно значительно увеличить его яркость, чем успешно пользуются недобросовестные производители светильников. Обратной стороной такого подхода становится преждевременный выход из строя светодиодов.

При «разгоне» светодиодов можно увеличить срок службы посредством более сильного охлаждения кристалла, чем при нормальном режиме работы. Однако надо понимать, что даже при обеспечении нормального теплового режима срок службы светодиодов при «разгоне» все равно снижается, поскольку одной из причин деградации кристаллов является превышение максимально допустимого значения тока.

Заключение

Срок службы светильника определяется не только качеством используемых светодиодов, но и параметрами других узлов конструкции. Применение современных материалов и электронных компонентов, а также правильно спроектированные драйвер и система охлаждения позволяют довести срок службы светильника до значения срока службы светодиодов, заявленного производителем.

Но для этого требуются значительные инвестиции в исследования и производство, что могут себе позволить далеко не все компании. Особую бдительность стоит проявлять в тех случаях, когда обещания производителей конечных изделий ничем не подтверждаются, кроме данных по продолжительности работы светодиодов в идеальных условиях.

А что можно считать подтверждением? Наилучший вариант, вполне естественный для ведущих компаний — когда гарантийный срок совпадает или близок к заявленному ресурсу, т.е. составляет 3…5 лет. Если же гарантийный срок составляет 1…2 года, ориентируйтесь на срок службы светильника, приведенный в официальной документации на него, а не в рекламных проспектах.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail: lighting.vesti@compel.ru

•••

Источник: https://www.compel.ru/lib/53692

Деградация светодиодов и Светодиодное освещение

В последнее десятилетие светодиоды стали чем-то большим, чем просто электронные компоненты. Сохранив свои сигнальные и индикаторные функции, новые сверхяркие светодиоды начали заменять обычные лампы накаливания и неоновые лампы. Единственным фактором, сдерживающим переход на светодиодные технологии в освещении, является цена вопроса.

В настоящее время светодиоды могут достичь отношения $0.1-0.05 долларов за люмен, что на два порядка выше величины для обычных ламп.
Производители светодиодов быстро поняли, что теперь основным ценообразующим фактором является отнюдь не функциональность светодиода, а испускаемый им световой поток.

В связи с этим они задались вопросом: а как, собственно, повысить эффективность светодиодов и снизить их стоимость?

Увеличение эффективности выхода света может быть реализовано различными способами: усовершенствованием качества материалов, улучшением структуры чипа и технологии его формирования, текстурированием поверхности, улучшением свойств подложки и т.д.

Снижение стоимости света может быть достигнуто увеличением плотности тока, проходящего через светодиодный чип.

Если зависимость квантового выхода от прямого тока весьма линейна до определенного значения тока без насыщения, то поток света, исходящий от одного эмиттера с тем же самым размером чипа, может быть в разы выше на более высоких токах.

Соответственно отношение доллар/люмен будет меньше. Максимальный ток, который может быть пропущен через светодиодный чип, зависит от следующих двух факторов:

1. ток, на котором чип может работать без существенной деградации;
2. ток, при котором эффективность светодиодного чипа (люмен/ватт) понижается не слишком сильно.

В недавнем прошлом светодиоды работали с плотностью тока 20А/см2. Теперь некоторые мощные светодиоды (Power LEDs) работают на 70-100А/см2.

Чтобы обеспечить длительную работу мощных светодиодов без существенной деградации, необходимо подобрать светодиодный чип с лучшими свойствами по отводу тепла и разработать соответствующий корпус. AlGaInP и AlGaInN чипы выращены на арсенид-галлиевых и сапфировых подложках соответственно.

Эти подложки не являются хорошими теплопроводящими материалами. Теплопроводность GaAs и Al2O3 — 44Вт/(м-К) и 35Вт/(м-К). Для более эффективного удаления тепла и снижения температуры перехода существуют три различных подхода:

3. Удаление первоначальной подложки, которая используется для роста светодиодных гетероструктур, и затем — перемещение эпитаксиальных слоев на электро- и теплопроводное основание.

Первый подход — самый легкий, но сделать подложку тоньше чем 50нм довольно проблематично.

Второй подход уже использовался Matsushita и Lumileds, чтобы улучшить как эффективность выхода, так и отвод тепла в GaN светодиодах.

Многие компании также разработали flip chip технологию для AlGaInP светодиодов в целях увеличения эффективности и операционных характеристик на высоких токах. Однако, flip chip процесс достаточно сложен и дорог.

Многие компании, включая Osram, Nichia, Sanken, VPEC, AET Optotech, Arima и Epistar, объявили об успешной разработке технологии thin film transfer, используя третий подход. Этот подход является самым эффективным по стоимости способом для изготовления светодиодных чипов высокой мощности.

Разгон светодиодов по-китайски

Рассмотренные выше подходы повышения эффективности и снижения стоимости светодиода могут быть применены производителями светодиодных структур. Многочисленные же потребители светодиодных чипов имеют меньше инструментов для снижения стоимости светодиодного света.

На каких токах способен работать светодиодный кристалл, какой максимальный выход света он может обеспечить? Однозначно ответить трудно.
Ключевой вклад в обеспечение длительного срока службы, надежности и эффективности вносит корпусировка ярких светодиодов.

Теоретически, решив вопрос отвода тепла от активной зоны, можно заставить работать чип на более высоких токах, обеспечив тем самым более высокий квантовый выход. Грамотный проект линзы позволит снизить внутреннее поглощение и отражение, существенно повысив оптическую эффективность. А резервы для повышения здесь большие.

Например, эффективность оптической системы 5мм светодиодов не превышает 30%.

Многочисленная армия китайских производителей светодиодов быстро применила вышеупомянутый принцип разгона светодиодов по току, предлагая 0.04-0.03 доллара за люмен.

Чтобы понять, насколько адекватна цена заявленным характеристикам, мы рассмотрим тестирование сотни образцов светодиодов белого свечения от различных азиатских производителей.

Подавляющее большинство белых светодиодов подверглось необратимой деградации: световой поток уменьшился до 50% величины от первоначального значения уже в течение 1-2 месяцев (700-1500 часов); в ряде случаев также наблюдалась деградация фосфора и связанное с этим изменение цвета светодиодов.

А вот и причины столь сильной деградации:

1. Величина прямого токаДекларируя 50-100 тысяч часов работы для своих оптоэлектронных приборов при токе 20мА, в подавляющем большинстве случаев азиатские производители устанавливают чипы, на самом деле предназначенные для подсветки экранов мобильных телефонов и рассчитанные на ток 3-5мА.

Видимо, такой подход очень не дорог и весьма практичен, что позволяет быстро одержать победу в недобросовестной конкуренции.

2. тепловыделение
Корпуса, используемые для светодиодов, были разработаны относительно давно, и, используя высокоавтоматизированные процессы сборки, обеспечивают минимальную конечную стоимость компонентов. Но такая упаковка не была рассчитана для установки ярких светодиодов.

Размер посадочного места для кристалла не превышает 12mil, посадка кристалла возможна только по классической схеме, а конструкция корпуса не обеспечивает необходимый отвод тепла. Плотно укутанный в эпоксидную шубу светодиодный чип подвержен быстрой деградации квантового выхода.

Применение теплопроводных упаковочных материалов, похоже, не котируется среди азиатских производителей, так как приводит к повышению стоимости конечных продуктов.

3. качество используемых чипов
При всем разнообразии поставщиков светодиодных структур, подавляющее большинство производителей светодиодов использовало кристаллы, изготовленные по однотипной технологии и имеющие широко известную структуру — прототип фирмы Nichia с прозрачным p-контактом.

На сегодняшний день это наиболее дешевая технология, обеспечивающая высокую эффективность квантового выхода и уже нашедшая широкое применение в мобильных устройствах.

Кристаллы данного типа плохо ведут себя в условиях горячего окружения, и их использование в дискретных компонентах, предназначенных для освещения, крайне нежелательно.

Кроме того, по своим характеристикам они значительно уступают (если не сказать, что вообще имеют мало общего) кристаллам Nichia, по всей вероятности из-за несовершенства оборудования и несоблюдения технологического процесса их выращивания.

За последние годы десятки неизвестных азиатских производителей установили реакторы МОС-гидридной эпитаксии (MOCVD). В то время как выращивание полупроводниковых эпитаксиальных гетероструктур – процесс сродни искусству. Помимо установки соответствующего оборудования, требуется глубокое понимание процессов, происходящих в гетероструктурах и многолетний технологический опыт.

4. нарушение технологии при сборке светодиода
Нельзя однозначно выделить ту или иную причину, приводящую к ухудшению свойств, деградации и отказу светодиодов. Подробно причины и механизмы отказа светодиодов освещены в статье «Срок службы сверхярких светодиодов. Причины отказов».

Подведем итог

Недобросовестная конкуренция среди китайских и других азиатских производителей привела к тому, что мы имеем: в ярких белых светодиодах (White HB LEDs) устанавливаются наиболее дешевые кристаллы из доступных на рынке, малоизвестных производителей, предназначенные для других применений, мелко нарезанные и подверженные деградации, как тепловой ввиду особенностей используемой технологии, так и электрической ввиду качества техпроцесса. Установлены такие кристаллы в корпуса, более чем скромные по своим тепловым, оптическим и другим свойствам. Причём изначально эти светодиоды признаются годными, поскольку стартовые яркость (световой поток / осевая сила света), падение напряжения на переходе, цветовые координаты и другие параметры соответствуют всем характеристикам, указанным в спецификации производителя.

Многие импортеры, не имеющие условий для полноценного тестирования, заключили контракты на дистрибуцию таких компонентов, руководствуясь исключительно низкой закупочной ценой.

Нет, не все. Для примера приведем такие достойные компании как Harvatek, Cotco, Everlight.

Кроме того, динамично меняющееся состояние рынка светодиодной продукции диктует необходимость не только осуществлять мониторинг новаций и разработок технологических лидеров отрасли, но и принимать правильные решения в стратегии использования тех или иных светодиодов в устройствах на их основе. Нет никакой необходимости украшать новогоднюю елку светодиодами Cree, но и не стоит использовать noname компоненты в сколь-нибудь ответственной аппаратуре.

Но время не стоит на месте, и твердотельный свет неизбежно становится все более доступным.

Источник: https://stroy.it/usefulinfo/led-usefull-info/led-degradation-problem/

5 причин деградации светодиодов

Качественный светодиод стоит на порядок дороже обычной лампочки. Это и послужило причиной того, что его не всегда используют как основной источник света.

Но многие производители по-разному решают этот финансовый вопрос и конечно же не всегда удачно.

Довольно часто можно заметить, как через небольшой промежуток времени LED лампочка начинает светить не так ярко и даже не тем цветом, это и есть деградация светодиодов, причины возникновения которой мы сейчас рассмотрим.

Сила тока

Производители обещают и гарантируют то, что светодиод способен проработать до ста тысяч часов хорошей работы (в среднем 50 000), с тем учетом, что ток его будет составлять 20 мА.

Однако производители из Китая предпочитают устанавливать в диод чип, который применяется для подсветки экрана в мобильном телефоне. В таких оптоэлектронных приборах светодиод рассчитан на ток до 5 мА.

За счет этого продукция выпускается по заниженной стоимости и как результат — недобросовестная победа среди конкурентов, так как светодиод со временем станет работать хуже, начнет деградировать, .

Тепловыделение

Деградация LED источников света также проявляется и при тепловыделении. Так как корпус для осветительных элементов разработан давно, то процесс его сборки осуществляется высокоавтоматизированным способом.

Старый светодиод отлично подходит для такого корпуса, но он совершенно не рассчитан для ярких светодиодов. Посадочное гнездо в установке не должно превышать 12 мм, соответственно старый корпус уже не в состоянии отводить отходящее тепло.

Из-за этого чип не способен избежать такого явления, как деградация.

График ниже указывает, как зависит срок службы кристаллов от повышения температуры:

Качество чипов

Одой из основных причин, почему происходит деградация светодиодов, считается плохое качество используемых чипов. Несмотря на то, что компаний-производителей достаточно много, большая их часть применяет кристаллы, которые изготавливают на однотипной технологии первого поколения – прототипы Nichia, которые обладают прозрачным р-контактом.

Это считается самой дешевой технологией, которая широко используется в мобильных устройствах. Такая светодиодная лампа ведет себя достаточно плохо в условиях горячего окружения. А это означает, что их применение в качестве освещения, нежелательное.

Помимо этого, если сравнивать характеристики таких кристаллов с их аналогами, что относятся к прототипу Nichia, то у них нет ничего совместного и общего.

Это объясняется тем, что кристаллы выращиваются с пренебрежением и несоблюдением основных технологических процессов, а также с использованием некачественного оборудования.

Нарушение основных этапов сборки

В гонке за клиентами, среди большой конкуренции, китайские компании-производители не особо следят и контролируют процесс сборки устройства.

Это послужило возникновению еще одной причины деградации светодиодов — из-за некачественной сборки осветительных приборов. В этом случае компании-производители работают по простому принципу – главное не качество, а количество.

И как результат, светодиодная лампа служит потребителям намного меньше, чем указано в технических характеристиках LED ламп.

Диод помещается в корпус, у которого характеристики и свойства значительно уступают по качеству. Однако такая светодиодная лампа полностью соответствует всем техническим характеристикам, поэтому изначально считается годной.

Ее яркость, цветовая температура, напряжение и прочие параметры соответствуют данным, что прописаны в спецификации производителя. А так как закупочная цена у таких осветительных элементов низкая и доступная, то их закупают многие импортеры.

Однако срок службы у таких источников света на порядок меньше того срока, что указан в паспорте и составляет всего лишь несколько сотен часов вместо нескольких тысяч. Этот факт подтвердился в ходе испытаний и эксплуатации компонентов.

Улучшить эффективность диодов и соответственно отдалить процесс их деградации можно несколькими вариантами. Например, повысить качество используемого материала, модифицировать структуру и построение самого чипа, а также технологию его образования. Также при тестировании поверхности можно добиться эффективности в качественной работе LED компонентов.

Неправильная эксплуатация

Ну и последняя причина деградации светодиодных лент и ламп — неправильная эксплуатация данных осветительных приборов.

Дело в том, что перегрев может возникнуть не только из-за конструктивных особенностей изделия, но и из-за того, что пользователь, сознательно купивший дешевую китайскую LED продукцию, как минимум не продумал хороший отвод тепла.

Если говорить о светодиодных лентах, то их рекомендуется крепить на алюминиевый профиль, который поможет спасти диоды от перегрева и дальнейшей деградации.

Однако эту причину нельзя назвать настолько оправданной и часто происходящей, т.к. все же низкое качество сборки, неправильно подобранные чипы и осознанное использование дешевых компонентов производителями является основными факторами, из-за которых светодиоды светятся тускло или по разному!

Напоследок рекомендуем просмотреть наглядный пример деградации LED ленты:

Теперь вы знаете, что такое деградация светодиодов и какие причины ее возникновения. Советуем вам приобретать LED продукцию только от проверенных производителей, чтобы в дальнейшем не столкнуться с данным явлением!

Обязательно прочитайте:

Источник: https://samelectrik.ru/5-prichin-degradacii-svetodiodov.html

Пример выгорания светодиодов

Производители светодиодных ламп и светодиодов обещают большую длительность работы, обычно составляет от 20 тысяч часов для старых моделей, и 30-50 тысяч часов для последних популярных моделей, таких как SMD 5630 и SMD 5730. На самые современные диоды длительность может составлять уже до 100 тыс. часов.

• 1. Характеристики кукурузы
• 2. Деградация
• 3. Ресурс
• 4. Измеряем падение яркости через 2 года
• 5. Определяем режим работы