Як довго можуть працювати світлодіоди

Одним із аргументів продавців світлодіодної продукції єтермін служби світлодіодів. Наводяться вельми значні числа, проте спосіб їх визначення не повідомляється. Як результат – недовіра споживача. Зрештою, для оцінки економічного ефекту використання світлодіодів необхідно розуміння того, скільки часу насправді працюватиме пристрій. Постараємося розібратися у цьому питанні.

Багато виробників користуються стандартом JESD, запропонованим американською організацією JEDEC. Світлодіоди тестуються в режимі максимального струму протягом 1008 годин. При цьому приймається, що світлодіод вийшов з ладу, якщо:

зміна напруги зміщення перевищила 200 мВ,
світловий потік зменшився більш ніж на 15%,
сталося коротке замикання у зразку,
стався розрив ланцюга у зразку.

Будь-яка із зазначених подій є достатньою для визнання зразка світлодіоду, що вийшов з ладу.

Сучасні методи дозволяють з високою точністю прогнозувати термін служби пристрою. Проте практика може розходитися з теорією.

Справа в тому, що термін служби світлодіода визначається комбінацією наступних факторів:

деградація кристала;
старіння люмінофора;
механічні пошкодження (як результат надлишкового нагріву, деформації тощо);
зміна світлопропускання (помутніння) оптики.

Деградація кристала.

Спочатку згадаємо, що світлодіод білого світіння – це кристал синього випромінювання, вкритий відповідним люмінофором. Саме комбінація спектрів цих компонентів сприймається нами як біле світло.

Деградація кристала призводить до зменшення випромінюваного ним світла. В основіцього – зростання кількості дефектів кристалічних ґрат. При цьому дефектні області, переставши випромінювати світло, продовжують споживати енергію та виділяти її у вигляді тепла. Крім того, дифузію матеріалу підкладки в кристал – під дією електрики – ніхто не скасовував. Це ще одна причина пошкодження кристалічної структури світлодіода. В результаті деградації кристала відбувається наступне: струм починає текти через ті ділянки, які не випромінюють світло, і, як наслідок, зменшуються напруга, що виділяється на світлодіоді, і потужність. Швидкість деградації кристала дуже залежить від струму, що пропускається через світлодіод, і від температури кристала. При номінальних значення цих параметрів термін служби світлодіодів досягає розрахункових значень. Перевищення хоча б одного з них суттєво прискорює деградацію кристала. До речі, перевищення максимального струму дає ще й збільшення світлового потоку, що дозволяє несумлінним виробникам пропонувати продукцію з унікальними характеристиками за порівняно низькою ціною. А те, що світлодіоди в їхніх виробах помруть досить швидко – так це проблема покупця.

Старіння люмінофора.

Швидкість старіння люмінофора залежить насамперед від його робочої температури. А оскільки люмінофор наноситься, як правило, на кристал, то - від температури, до якої він - кристал - нагрівається в процесі роботи. Таким чином, швидкість старіння люмінофора безпосередньо залежить від якості тепловідведення від кристала світлодіода. Старіння люмінофора. призводить як до зниження яскравості свічення, так і до зміщення випромінювання світлодіода в синю частину спектра.

Механічні ушкодження.

В основі механічних пошкоджень лежать, як правило, низька якість технологічного процесу та/або йогонедотримання, механічні дії в процесі експлуатації приладу. Прояви: розрив паяних та інших сполук, що ведуть до обриву ланцюга, порушення механічного контакту кристала з тепловідвідною підкладкою (підвищення температури кристала і див. вище). Для захисту від деформацій, що виникають у процесі експлуатації, багато виробників стали заливати кристали силіконом. Його еластичність дозволяє поступово розподілити навантаження на всю конструкцію і значно знизити можливість механічного пошкодження виробу, з'єднання кристала і провідників.

Помутніння первинної оптики.

Оптика світлодіодів, у тому числі і первинна, виготовляється з полімерів: силікону, пластмас.

вплив ультрафіолету;
дія високої температури;

Вплив ультрафіолету актуальний тільки для світлодіодів білого світіння, виконаних на базі ультрафіолетових кристалів, покритих триколірним люмінофором. Такі світлодіоди, на даний момент мало поширені. Дія зовнішнього ультрафіолету, при якісному проектуванні світильника, незначна. Вплив високої температури кристала є основною причиною помутніння первинної оптики світлодіода. Як бачимо, температура кристала впливає на кілька факторів, що визначають термін життя світлодіода. Багато моделей світлодіодів взагалі не мають первинної оптики, що дозволяє збільшити термін їх життя.