Який середній термін служби світлодіодів?
Валити всі типи світлодіодів в одну купу і розглядати їх однаково не можна. Термін служби безпосередньо залежить від типу світлодіода, що подається на нього струму, охолодження кристала (chip) світлодіода, складу і якості кристала, компонування і збірки в цілому.
Вважається, що світлодіоди виключно довговічні. Але це не зовсім так. Чим більший струм пропускається через світлодіод в процесі його служби, тим вище його температура і тим швидше настає старіння. Тому термін служби у потужних світлодіодів коротше, ніж у малопотужних сигнальних. Старіння виражається в першу чергу в зменшенні яскравості. Коли яскравість знижується на 30% або наполовину, світлодіод треба міняти.
Очевидно, наприклад, що в світлодіодах потужністю від 1 Вт (робочий струм 0,350 А) і більш потужних, тепловиділення набагато рясніше, ніж в світлодіодах типу «5 мм». світлодіодах, розрахованих на струм 0,02 А. По світловіддачі 1 шт. світлодіод потужністю 1 Вт замінює близько 50 світлодіодів типу «5 мм». але і гріється сильніше. Тому світлодіодні збірки з потужними світлодіодами вимагають пасивного охолодження (монтаж на MCPCB плату і радіатор).
За нашими тестами середній термін служби:
5 мм.-LED і SMD-LED (вироблені кращими брендами):
• білий до 50000 ч. З падінням світового потоку до 35% протягом перших 15000 ч.
• синій, зелений до 70000 ч. З падінням світового потоку до 15% протягом перших 25000 ч.
• червоний, жовтий до 90000 ч. З падінням світового потоку незначно.
HI-POWER LED від 1 Вт і вище (вироблені кращими брендами):
• білий до 80000 ч. З падінням світового потоку до 15% протягом перших 10000 ч.
• синій, зелений до 80000 ч.
• червоний, жовтий до 80000 ч.
Чому у білих світлодіодів термін служби менше?
На жаль, структур, випромінюючих білий світ, ніхто ще не придумав. Основою LED білого кольору світіння є структура InGaN, що випромінює на довжині хвилі 470nm (синій колір) і нанесений зверху на неї люмінофор (спеціальний склад), що випромінює в широкому діапазоні видимого спектру і має максимум в його жовтий частини. Людське око комбінацію такого роду сприймає як білий колір. Люмінофор погіршує теплові характеристики світлодіода, тому термін служби скорочується. Зараз світові виробники винаходять нові і нові варіанти ефективного нанесення люмінофора.
Більшість надяскравих світлодіодів служать в районі 50000 - 80000 годин. Багато це чи мало?
24 години в день 5.7 років
18 годин в день 7.4 років
12 годин на день 11.4 років
8 годин на день 17.1 років
Гріються чи світлодіоди?
Багато хто вважає, що світлодіоди практично не гріються. Так чому світлодіодним приладів потрібен тепловідвід і що буде якщо тепловідведення немає?
Cветодіоди продукують тепло в напівпровідниковому переході. І чим потужніший LED тим більше тепла. Звичайно індикаторні світлодіоди наприклад датчики автосигналізацій сильно не гріються. Але з надяскравих LED вони мають мало спільного. Якщо потужні світлодіоди об'єднані в якусь збірку, та ще й встановлені в герметичний корпус, то нагрів стає значним.
І якщо не відбувається відвід тепла, напівпровідниковий перехід перегрівається, чому змінюються характеристики кристала, і через деякий час світлодіод може вийти з ладу. Так що дуже важливо строго контролювати кількість тепла і забезпечувати ефективний тепловідвід. Теплові характеристики наших приладів прораховуються вже на стадії проектування, що виключає будь-які проблеми в експлуатації.
Як реагує світлодіод на підвищення температури?
Говорячи про температуру світлодіода, необхідно розрізняти температуру на поверхні кристала і в області p-n-переходу. Від першої залежить термін служби, від другої - світловий вихід. В цілому з підвищенням температури p-n-переходу яскравість світлодіода падає, тому що зменшується внутрішній квантовий вихід через вплив коливань кристалічної решітки. Тому так важливий хороший тепловідвід.
Падіння яскравості з підвищенням температури не однаково у світлодіодів різних кольорів. Воно більше у AlGalnP- і AeGaAs-світлодіодів, тобто у червоних і жовтих, і менше у InGaN, тобто у зелених, синіх і білих.
Чим відрізняється повноколірний RGB світлодіод від одноколірного?
У кольоровому светодиоде на одній підкладці встановлені незалежні кристали трьох кольорів світіння (R + G + B), а монохромний світлодіод містить кристал (и) якого-небудь одного кольору світіння.
Як регулювати яскравість світлодіода?
Яскравість світлодіодів дуже добре піддається регулюванню, але не за рахунок зниження напруги живлення - цього-то якраз робити не можна, - а так званим методом широтно-імпульсної модуляції (ШІМ), для чого необхідний спеціальний керуючий блок (реально він може бути поєднаний з блоком харчування і конвертором, а також з контролером управління кольором RGB-матриці).
Метод ШІМ полягає в тому, що на світлодіод подається не постійний, а імпульсно-модульований струм, причому частота сигналу повинна складати від сотень до тисяч герц, а ширина імпульсів і пауз між ними може змінюватися. Середня яскравість світлодіода стає керованою, в той же час світлодіод не гасне.
Що таке квантовий вихід світлодіода?
Квантовий вихід - це число, що випромінювали квантів світла на одну рекомбинированного електронно-дірковий пару. Розрізняють внутрішній і зовнішній квантовий вихід. Внутрішній - в самому p-n-переході, зовнішній - для приладу в цілому (адже світло може губитися «по дорозі» - поглинатися, розсіюватися). Внутрішній квантовий вихід для хороших кристалів з хорошим тепло-відведенням досягає майже 100%, рекорд зовнішнього квантового виходу для червоних світлодіодів складає 55%, а ддя синіх - 35% .Внешній квантовий вихід - одна з основних характеристик ефективності світлодіода.
Які на сьогоднішній день існують технології виготовлення світлодіодів?
Що стосується вирощування кристалів, то основна технологія - металоорганічна епітаксії. Для цього процесу необхідні особливо чисті гази. У сучасних установках передбачені автоматизація і контроль складу газів, їх роздільні потоки, точне регулювання температури газів і підкладок. Товщини вирощуваних верств вимірюються і контролюються в межах від десятків ангстрем до декількох мікрон. Різні верстви необхідно легувати домішками, донорами або акцепторами, щоб створити p-n-перехід з великою концентрацією електронів в n-області і дірок - в р-області.
За один процес, який триває кілька годин, можна виростити структури на 6-12 підкладках діаметром 50-75 мм. Дуже важливо забезпечити і проконтролювати однорідність структур на поверхні підкладок. Вартість установок для епітаксійного росту напівпровідникових нітридів, розроблених в Європі (фірми Aixtron і Thomas Swan) і США (Emcore), досягає 1,5-2 млн доларів. Досвід різних фірм показав, що навчитися отримувати на такій установці конкурентоспроможні структури з необхідними параметрами можна за час від одного року до трьох років. Це - технологія, що вимагає високої виробничої культури.
Важливим етапом технології є планарная обробка плівок: їх травлення, створення контактів до n- і р-верствам, покриття металевими плівками для контактних висновків. Плівку, вирощену на одній підкладці, можна розрізати на кілька тисяч чіпів розмірами від 0,24x0,24 до 1x1 мм 2.
Наступним кроком є створення світлодіодів з цих чіпів. Необхідно змонтувати кристал в корпусі, зробити контактні висновки, виготовити оптичні покриття, що просвітлюють поверхню для виведення випромінювання або відображають його. Якщо це білий світлодіод, то потрібно рівномірно нанести люмінофор. Треба забезпечити тепловідвід від кристала і корпуса, зробити пластиковий купол, що фокусує випромінювання в потрібний тілесний кут. Близько половини вартості світлодіода визначається цими етапами високої технології.
Необхідність підвищення потужності для збільшення світлового потоку призвела до того, що традиційна форма корпусного світлодіода перестала задовольняти виробників через недостатнє тепловідведення. Треба було максимально наблизити чіп до теплопроводящей поверхні. У зв'язку з цим на зміну традиційної технології і кілька більш досконалої SMD-технології (surface montage details - поверхневий монтаж деталей) приходить найбільш передова технологія СОВ (chip on board). Світлодіод, виготовлений за технологією СОВ, схематично зображено на малюнку.
Світлодіоди, виконані по SMD- і СОВ-технології, монтуються (приклеюються) безпосередньо на загальну підкладку, яка може виконувати роль радіатора - в цьому випадку вона робиться з металу. Так створюються світлодіодні модулі, які можуть мати лінійну, прямокутну або круглу форму, бути жорсткими або гнучкими, коротше, покликані задовольнити будь-яку примху дизайнера. З'являються і світлодіодні лампи з таким же цоколем, як у низьковольтних галогенних, покликані їм на заміну. А для потужних світильників і прожекторів виготовляються світлодіодні збірки на масивному радіаторі.
Раніше в світлодіодних збірках було дуже багато світлодіодів. Зараз, у міру збільшення потужності, світлодіодів стає менше, зате оптична система, що направляє світловий потік в потрібний тілесний кут, грає все більшу роль.
Де на сьогоднішній день застосовуються світлодіоди і які їхні перспективи?
Світлодіодне освітлення доцільно застосовувати в тих випадках, де потрібна висока надійність, де обслуговування світловий установки занадто дорого і вимагає спецтехніки або робіт альпіністів, де потрібно застосовувати цветодінаміческіх рішення, де потрібно енергоефективне рішення, наприклад при харчуванні від різноманітних генераторів.
Зворотний бік медалі: світлодіодні світильники ідеально підійдуть для неяскравого, але ефектною підсвічування. Цей конкретний приклад по мірі споживання електроенергії на 90% економічніше найменших 15 Вт галогенних лампочок.
У доступному для огляду майбутньому швидше за все світлодіоди витіснять лампи в черговому висвітленні місць громадського користування - під'їздах житлових будинків, світлових покажчиках і т.д. А також на транспорті - в літаках, поїздах, автомобілях. А потім, у міру розвитку технології і здешевлення виробництва, справа дійде до нічного освітлення автомобільних доріг і вулиць. Все це дасть суттєву економію енергоресурсів в національних масштабах.
Які світові компанії виробляють світлодіоди?
Список провідних виробників в світі:
- «CREE» (США);
- «Osram» (Німеччина);
- «Lumieleds Luxeon» (США);
- «Seoul Semiconductor» (Ю. Корея);
- «Prolight Opto» (Тайвань);
- «Nincha» (Японія);
- «Edixeon» (Тайвань);
- «LedEngin» (США);
- «Світлана-Оптоелектроніка» (Росія);
- НВО «Росатом» (Росія).
Щорічно, світловий потік самого продуктивного світлодіода кожного зі світових брендів зростає стабільно на 20-30%. Вартість 100 лм світлового потоку падає на 10-15% в рік, а звідси і стабільне щорічне падіння цін на світлодіодні освітлювальні прилади.
Ціна світлодіодного приладу, безумовно, залежить від вартості самих світлодіодів. Світлодіоди при серійному виробництві світлотехнічних виробів складають найбільшу рядок в бюджеті виготовлення світлодіодних приладів.
При використанні матеріалів сайту -