КАК УВЕЛИЧИТЬ СРОК СЛУЖБЫ СВЕТОДИОДНЫХ ЛАМП ИЗ КИТАЯ

Деградация активной области светодиодов

Излучение света в светодиоде происходит в результате рекомбинации инжектированных носителей в активной области. Зарождение и рост дислокаций, также как преципитация узловых атомов, приводит к деградации внутренней части этой области. Эти процессы могут осуществиться только при наличии дефекта кристаллической структуры; высокая плотность инжектированного тока, разогрев из-за инжектированного тока и тока утечки, а также испускаемый свет ускоряют развитие дефекта. Выбор материала из которого изготовлен светодиод имеет значение, так как система AlGaAs/GaAs гораздо более чувствительна к этому механизму отказа, чем система InGaAs (P)/InP.

Система InGaN/GaN (для светодиодов голубого и зеленого излучения) нечувствительна к дефектам. В активных областях могут встречаться простые p-n-переходы, встроенные гетероструктуры и множественные квантовые ямы. На границах раздела таких структур неизбежны изменения химического состава или даже параметров решетки. При высоком уровне инжекции химические компоненты могут мигрировать путем электромиграции в другие области. Структурные изменения порождают кристаллические дефекты наподобие дислокаций и точечных дефектов, которые ведут себя как неизлучающие центры, препятствующие естественной излучающей рекомбинации и в результате генерирующие дополнительное тепло внутри активного слоя.

Срок службы светодиодной лампы

 Офисные Светильники

Одно из основных преимуществ диодных ламп — это ее долговечность. Производители выпускают светодиодные лампы, рассчитанные на работу в течении 20-50 тысяч часов. Если ежедневно использовать LED-лампу в течение 8 часов, то она прослужит около 15 лет. Но надо помнить, что долговечность светодиодной лампы — это не ее гарантийный срок службы. Два этих понятия не стоит путать.
Гарантийный срок эксплуатации светодиодных ламп разных производителей составляет 1-3 года. И это означает, что это то время, за которое LED-лампа потеряет только 30% своей яркости. Ведь показателем старения у светодиодных ламп служит такой параметр, как уменьшение светового потока. В нормативах указано, что через 20 тысяч часов уменьшение светового потока не должен превышать 30%. Это значит, что первые 4-5 года светодиодная лампа должна сохранить заявленную производителем яркость. Потом они постепенно теряют свою яркость. И происходит это настолько плавно, что в жизни, заметить это, невозможно.
Сравнение срока службы светодиодной лампы в сравнении с другими источниками света хорошо видно в таблице:

Метеорит72 - лучший интернет магазин светодиодного освещения! Товары высочайшего качества, безупречный сервис, широчайший ассортимент, отличные цены, гарантия. Посмотреть продукцию >>>

Электростатический разряд и электрическая перегрузка

Полупроводники чувствительны к дефектам, вызванным электростатическим разрядом (ЭСР). Видами отказа из-за ЭСР могут быть внезапный отказ, параметрические сдвиги или внутреннее повреждение, приводящее к деградации в процессе последующей эксплуатации. Согласно существующим нормативам, чувствительность светодиодов к ЭСР должна быть больше 100 В при тестировании на модели человеческого тела. Пробой из-за перегрузки и ЭСР являются существенной проблемой для светодиодов. Иногда разработчики используют диод Зинера или барьер Шотки для достижения определенного класса по ЭСР. Большинство коммерческих InGaN/GaN светодиодов формируется на сапфировых подложках, не имеющих электрической проводимости. Это приводит к появлению остаточного электрического заряда в приборе, что делает его более чувствительным к повреждениям, вызванным электростатическим разрядом и перегрузкой.

Деградация электродов

Деградация электродов в светодиодах в основном имеет место на электроде р-области (обычно прибор состоит из подложки n-типа, и электрод р-области формируется вблизи активной области прибора). Основная причина деградации электрода заключается в диффузии металла во внутреннюю область (так называемая периферийная диффузия) полупроводника. Диффузия усиливается с увеличением инжектированного тока и температуры.

К сожалению, выбрать подходящий материал для омического контакта к р-области светодиодов InGaN/GaN довольно сложно из-за большой ширины запрещенной зоны GaN р-типа. Электрод должен обладать меньшим коэффициентом взаимной диффузии составляющих, инженеры иногда применяют барьерный слоя для подавления эффектов электромиграции. Проблемы с токовым насыщением в мощных светодиодах более серьезны. Для решения этих проблем нужно оптимизировать конструкцию электрода светодиода и вертикальную составляющую электрического тока. Электроды из некоторых материалов, таких как прозрачный проводящий оксид индия-олова (ITO), или отражающих металлов (серебро) подвержены таким проблемам как электромиграция и термическая нестабильность.

Деградация рабочей кромки является серьезной проблемой для светодиодов на AlGaAs/GaAs, излучающих видимый свет, но нехарактерна для светодиодов диодов на InGaAsP. Окисление путем фотохимических реакций приводит к увеличенным значениям порогового тока и, соответственно, уменьшению времени жизни светодиода. Другим типом отказа рабочей кромки является так называемый катастрофический оптический дефект (КОД) — когда величина световой энергии превосходит определенный уровень и рабочая кромка начинает плавиться. Отказ оптоэлектронных приборов, в обычных условиях устойчивых к деградации рабочей кромки, может быть инициирован повреждениями при обработке, посторонними загрязнения и дефектами материала светодиода.

Увеличение срока службы светодиодных ламп

Рейтинг:   / 5

Подробности
Просмотров: 2811

Светодиоды были включены попарно-параллельно, в итоге — всего 18 пар. Драйвер (стабилизатор тока) для питания светодиодов выполнен в виде отдельного модуля на печатной плате, механически закреплённой внутри цокольной части лампы, не имеющей вентиляционных отверстий. При наиболее вероятном расположении лампы излучающей поверхностью вниз нагрев воздуха в цокольной части лампы максимален. Таким образом, драйвер находится в ещё более тяжёлых условиях, чем светодиоды. При этом для обеспечения электрической изоляции он помещён в термоусаживаемую трубку. Схема драйвера показана на рис. 3. В его состав входят два оксидных конденсатора. Судя по маркировке на корпусе, они рассчитаны на работу при температуре до +105 °С. Можно смело предположить, что их рабочая температура превышает это значение. Указанные обстоятельства позволяли сделать вывод о том, что в этой лампе как её драйвер, так и светодиоды работают в условии значительных температурных перегрузок

При составлении схемы драйвера особое внимание было уделено определению элементов схемы, задающих ток цепочки светодиодов. Типы и номиналы остальных элементов схемы не определялись

 Светодиодная лента  Офисные Светильники

Основа драйвера — специализированная микросхема ВР9833А производства компании Bright Power Semiconductor . Ток светодиодов задан с помощью датчика тока, который составлен из двух включённых параллельно резисторов Rcs1 и Rcs2 сопротивлениями 1,6 и 1,8 Ом. Было решено уменьшить ток через светодиоды. Естественно, при этом снижается и яркость лампы в целом. Задача заключалась в нахождении оптимального баланса между яркостью лампы и увеличением срока её службы. Следует отметить, что какого-либо точного критерия, позволяющего решить эту задачу, нет. Насколько это удалось автору, покажет время. Снизить ток через светодиоды можно, увеличив сопротивление датчика тока. Для этого надо перерезать печатный проводник, идущий от выходов CS (выводы 7 и 8) микросхемы DA1 к резисторам датчика тока Rcs1 и Rcs2, и установить дополнительный резистор Rд(на рис. 3 выделен цветом). Для измерения тока через светодиоды был временно и аналогично установлен резистор RT сопротивлением 1 Ом и мощностью 0,5 Вт. Этот резистор не влияет на ток в цепи светодиодов, потому что драйвер обеспечивает стабилизацию тока, текущего через неё, а не напряжение на ней. По завершении измерений резистор R, следует удалить, заменив его проволочной перемычкой. После подключения лампы к сети переменного тока 230 В были проведены измерения температуры теплоотво-да через 0,5, 1, 1,5 и 2 часа работы. Это было сделано для выбора оптимального номинала резистора датчика тока, а также определения динамики изменения температуры теплоотвода лампы. Полученные результаты приведены в таблице. www По результатам проведённых работ можно сделать следующие выводы:

Оставлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи

Термическая усталость и короткое замыкание

Разница в коэффициенте термического расширения у соединенных частей и припоя приводит к появлению механических напряжений на этапе изготовления, связанного с термоциклированием. Термическая усталость обычно наблюдается в приборах, изготовленных с использованием мягкого припоя, в то время как приборы, изготовленные с использованием твердого припоя, стабильны при циклической термической нагрузке. Благодаря относительно высокой смачиваемости, припой на основе олова может перелиться через край контактной площадки и сформировать закоротку. Отказы, связанные со сборкой в корпус, могут вызываться герметиком, электродными выводами и фосфором. Термические напряжения в герметике являются наиболее частой причиной отказа в светодиодах. Если — вследствие электрической перегрузки или высокой внешней температуры — температура корпуса достигает температуры перехода стеклянного наполнителя герметика (Tg), смола начинает быстро расширяться. Разница в коэффициенте термического расширения внутренних компонентов светодиода может привести к механическому повреждению. При очень низких температурах может произойти растрескивание эпоксидной композиции, из которой изготовлены линзы. Высокая температура, вызванная внутренним нагревом и неизлучающей рекомбинацией, и достигающая 150ºС, приводит к пожелтению эпоксидной композиции, что в результате меняет выходную оптическую мощность или цвет излучаемого света. Если индекс преломления герметика не соответствует индексу преломления полупроводникового материала, индуцированный свет остается в полупроводнике, в результате чего возникает дополнительный источник тепла. В результате перегрева эпоксидной композиции может происходить разрыв или отделение электродного вывода и снижение прочности соединения кристалла с подложкой. Эти проблемы в свою очередь могут привести к отслоению кристалла и эпоксидной композиции. Механические напряжения, вызванные свинцовыми проводниками являются еще одной причиной, в результате которой в приборе может появиться обрыв. Несоблюдение требований к давлению, положению и направлению в процессе пайки выводов может привести к появлению механических напряжений при нормальной рабочей температуре и изгибанию выводов в опасной близости от кристалла светодиода.

Большинство белых светодиодов используют желтый или красный/зеленый люминофор, которые подвержены термической деградации. Когда разработчики смешивают два или более различных люминофора, составляющие должны иметь сравнимое время жизни и характер деградации для обеспечения насыщенности цвета. Цветовая температура и чистота цвета люминофора также деградируют со временем.

Термическая деградация

Тепловая деградация из-за каверн в припое часто доминирует в светодиодах в первые 10000 часов работы. Количество тепла, выделяющееся при работе светодиодов, требует их монтажа на радиатор или теплопоглощающую подлодку, часто с помощью припоя. Если каверны в припое создают условия для недостаточного отвода тепла, возникающие горячие точки приводят тепловой деградации и отказу. Образование каверн в припое может происходить из-за нарушения условий обработки или диффузии металла на границе раздела (т.н. каверны по Киркендаллу). Также образование каверн может происходить из-за электромиграции. Когда в металле протекает достаточно большой ток, вакансии и ионы металлов мигрируют к противоположным полюсам, приводя к образованию каверн (вакансии), кристаллов, бугорков и вискеров. Рост вискеров, который может начаться под действием внутренних напряжений, температуры, влажности и особенностей материала, обычно происходит на границе между припоем и радиатором и может привести к КЗ.

Add a Comment

Ваш e-mail не будет опубликован.

Яндекс.Метрика