Инженерное чтиво: светодиоды тоже стареют

19.07.2020 |
96

В докладе Министерства Энергетики США (DoE) обобщается опыт исследований изменения светового потока и спектра разных типов светодиодов со временем.

Инженерное чтиво: светодиоды тоже стареют

Детальное исследование (доклад содержит 54 страницы) Lumen and Chromaticity Maintenance Behavior of Light-Emitting Diode (LED) Packages Based on LM-80 Data было проведено по заказу Отдела Энергоэффективных Технологий и Альтернативной Энергетики (Office of Energy Efficiency & Renewable Energy) Министерства Энергетики США (U.S. Department of Energy). Доклад подготовили Линн Дейвис (Lynn Davis) из RTI International и Моника Хансен (Monica Hansen) из LED Lighting Advisors на основе данных стандартного исследования LM-80 для 223 серий наиболее популярных светодиодов различных производителей.

Составительницы доклада представляют научно-исследовательские организации и продолжительное время занимаются исследованием проблематики деградации твердотельных источников света. Первое исследование изменения светового потока светодиодов со временем было опубликовано авторами в 2015 году. В нынешнем докладе исследуется не только деградация светового потока, но и динамика и направление изменение спектра излучения светодиодов разных типов.

Исследование затрагивает четыре класса светодиодов: светодиоды средней мощности (mid-power) в полимерном корпусе, мощные светодиоды (high-power) в металлокерамическом корпусе, светодиодные матрицы chip-on-board (COB) и светодиоды CSP с высокой удельной площадью излучающей поверхности. Рассматриваются исключительно белые светодиоды с люминофором на основе фосфора (pc-LEDs).

Конечно, основные выводы доклада о том, что со временем светодиоды не только теряют яркость, но и изменяют спектр своего излучения, не являются революционными. Но сведения о направлении и динамике таких изменений, а также о влиянии на эти процессы таких факторов, как применение вторичной оптики, защитных покрытий, наличие рефлекторов, колебания температуры и других, несомненно, представляет интерес как для теоретиков, так и для практиков светодиодной отрасли.

Инженерное чтиво: светодиоды тоже стареют

Очевидным, и от того не менее приятным, является информация о значительном увеличении долговечности (времени деградации) светодиодов за прошедшие после публикации предыдущего доклада пять лет. 96% представленных в исследовании светодиодов имеют показатель L70 более 60,000 часов (время потери до 30% яркости). Конечно, при определенных условиях. Не более 200 мА для маломощных светодиодов и до 1,5 А для мощных светодиодов и светодиодных матрицы. Для CSP критичным фактором является температура – не более 120 °C в точке p-n-перехода.

Исследование показало значительно возросшую за последние годы надежность всего класса светодиодов mid-power, в этом показатели они догнали ранее считавшиеся значительно более надежные мощные светодиоды. Это произошло благодаря внедрению новых материалов для корпусирования, то, что один из производителей образно назвал “весной маломощных светодиодов” (точнее “мартовским гоном”).

Сюрпризом оказалось разное поведение разных классов светодиодов в спектральной плоскости. Маломощные светодиоды со временем смещаются в синий спектр, в то время, как более мощные светодиоды имеют тенденцию желтеть. Светодиодные матрицы не показывают четко выраженной тенденции: их спектральный сдвиг варьирует для продукции разных производителей и, скорее всего, зависит от технологий корпусирования. Например, от плотности размещения дискретных светодиодов в матрице, а также от материала корпуса (алюминий или металлокерамика). Также не показали четко выраженного направления спектрального сдвига светодиоды CSP. Без наличия рефлектора они, скорее всего, со временем направятся в синюю или зеленую область диаграммы хроматичности (МКО-31), в то время, как те же светодиоды, применяемые с пластиковыми рефлекторами, имеют тенденцию поглядывать в сторону синей или желтой областей. Больше информации можно найти в тексте доклада.

Исследование было завершено в марте этого года, но только в начале июля Министерство Энергетики США нашло возможность опубликовать его на своем сайте, где оно и было замечено вездесущими сотрудниками авторитетного отраслевого издания LEDs Magazine. Содержащиеся в отчете данные представляют интерес не только с чисто теоретической, но и с прикладной точки зрения, позволяя прогнозировать изменения условий освещения в таких чувствительных к качеству света приложениях, как освещение музеев, некоторых видов ритейла, медицинских учреждений и других.

За консультациями по применению современных светодиодов обращайтесь в отдел электронных компонентов научно-производственной фирмы VD MAIS – официального дистрибьютора продукции CREE в Украине.