Пример выгорания светодиодов

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.

Обратите внимание

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: http://led-obzor.ru/primer-vyigoraniya-svetodiodov

Проблемы надежности светодиодов

Начало 21 века ознаменовалось стремительным развитием светотехники на основе полупроводниковых источников света, на которые сделана ставка в решении задач, поставленных в Федеральном законе №261-ФЗ «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности…».

Широкое внедрение новой техники и технологий в освещении стало причиной того, что на внутренний рынок РФ хлынул поток светодиодной продукции низкого качества. Все преимущественные характеристики светодиодных источников света, такие как срок службы 50 – 100 тыс.

часов, степень защиты 1Р – 65, высокое качество цветопередачи, которые рекламируются фирмами – производителями, в действительности оказываются значительно ниже заявленных (полезный срок службы светодиодов может достигать 5 – 10 тыс. часов).

В светодиодных излучающих системах спад светового потока происходит значительно быстрее, чем в люминесцентных лампах. Причиной этому является быстрая деградация излучающих первичных элементов, белого люминофора и полимерных материалов линз. Рассмотрим основные неисправности светодиодов.

Деградация кристалла.

Одна из причин деградации кристалла светодиода является рост дефектости кристаллической решетки. Причём области кристалла, где появляются дефекты, продолжают потреблять энергию и генерировать тепло без излучения.

Другой причиной деградации является электрическая миграция в кристалл материалов, из которых сделаны электроды.

В кристалл проникают атомы металлов, из которых сделаны электроды, и нарушают кристаллическую структуру, образуя каналы утечки, в результате чего многократно возрастает ток утечки.

Значительная часть тока начинает проходить через металлические включения кристалла, которые не излучают свет. В результате уменьшается напряжение на электродах светодиода и уменьшается световой поток.

Этот процесс протекает гораздо быстрее при высоких рабочих температурах и работе светодиодов на токах, превышающих номинальные значения. Зависимость показателей деградации кристаллов от выбранного значения рабочего тока представлена на рисунке 1.

Важно

Некоторые производители специально повышают рабочий ток светодиода («разгоняют») для получения большей яркости, но при этом не обеспечивают должный отвод тепла. Как следствие, срок службы кристалла значительно сокращается.

Например, зачастую азиатские производители в светодиодные световые приборы устанавливают кристаллы, предназначенные для подсветки экранов мобильных телефонов, рассчитанные на ток 3-5мА, а устанавливают рабочий ток 20 мА. Такие световые приборы отрабатывают не более 2000 часов.

Видимо, такой подход очень не дорог и весьма практичен, что позволяет быстро одержать победу в недобросовестной конкуренции. По мнению некоторых специалистов, к возникновению дефектов в кристаллической решетке может привести действие статического электричества.

Деградация люминофора.

Деградация люминофора является основной причиной снижения светового потока светодиодов.

Большинство люминофоров постепенно теряют свою эффективность, что может быть связанно как с изменением валентности активаторов за счёт окисления, так и деградацией кристаллической решётки, когда атомы диффундируют через материал и химически реагируют с окружающей средой.

Эти процессы протекают из-за большой удельной лучистой нагрузки и высоких температур, так как люминофор наносится непосредственно на кристалл, который нагревается и имеет большую плотность излучения.

Высокая температура люминофора может быть причиной безызлучательных переходов и обратимого снижения квантового выхода люминесценции и светового потока светодиода.

Совместное воздействие высокой удельной нагрузки оптического излучения и высокой температуры способны спровоцировать кооперативные процессы, приводящие к перестройке структуры излучающих центров и явиться причиной необратимого снижения квантового выхода люминесценции и старения светодиода. В результате деградации происходит не только снижение квантового выхода люминофора, но и изменение спектральных характеристик его свечения. Например, при старении люминофора заметно проявляется синий оттенок свечения светодиода, что связано как с изменением свойств самого люминофора, так и с тем, что в спектре начинает доминировать собственное излучение кристалла.

Совет

В связи с тем, что для определения фотостойкости светодиодных люминофоров не разработаны методы и ГОСТы контроля, целесообразно применять методику оценки показателей долговечности люминофоров люминесцентных ламп, рекомендуемую ГОСТ 6825-91.

Согласно этой методики, качество люминофорных покрытий определяется по данным стендовых испытаний контрольных ламп, изготовленных из текущих партий люминофоров. Лампы испытывают в номинальном режиме эксплуатации в течении не менее 100 часов, производя измерения светового потока ламп.

По данным измерений строят график спада светового потока, экстраполируя данные на весь срок службы, и определяют качество люминофорных покрытий. Низкая производительность, большие материальные и энергетические затраты этой методики обусловливают актуальность разработки ускоренного способа контроля.

Светотехническое производство нуждается в способах и средствах оперативного текущего контроля люминофоров на любой стадии изготовления источников света: от входного контроля поступающих в производство партий люминофора до промежуточных, на любой стадии изготовления, создающих предпосылки совершенствования технологии и повышения качества источников света и самих люминофоров.

Методологически проблема разработки эффективного способа контроля фотостойкости люминофорного покрытия предполагает решение двух основных задач:1. Выявление механизмов старения люминофорного слоя светодиодов в условиях совместного воздействия высокой удельной нагрузки оптического излучения и высокой температуры.2. Соблюдение условий автомодельности в способе экспресс – контроля.

Деградация первичной оптики.

Первичная оптика светодиодов чаще всего изготавливается из пластмассы или силикона.

В светодиодах белого свечения, построенных на базе ультрафиолетовых светодиодов, покрытых трехцветным люминофором, помутнение этих материалов может быть обусловлено действием большой удельной лучистой нагрузки и высоких температур, поэтому предложенную нами методику можно перенести на контроль деградации оптических материалов.

Длительное воздействие оптического излучения кристалла большой удельной нагрузки на органические и неорганические материалы сопровождается снижением прозрачности оптических элементов конструкции светодиодов, что, в конечном счете, приводит к снижению световой эффективности и световой отдачи светодиодных изделий.

(с)И. В. Васильев, А.Т. Овчаров, Т. Г. Коржнева

Источник: https://alternativenergy.ru/tehnologii/321-neispravnosti-svetodiodov.html

Выгорание OLED матриц: причины, последствия и способы предотвращения

Автор: adminkost2 / Опубликовано:11.10.2017 / Последнее обновление: 24.01.2018

Популярность OLED дисплеев, в сравнении с LCD, обусловлена массой преимуществ: 100 % сохранение контрастности и яркости под любым углом, натуральный чёрный цвет, насыщенная цветопередача, равномерная яркость и низкое потребление энергии.

Поэтому такие дисплеи чаще используют во флагманских смартфонах. Тогда как массовому распространению, в среднем или бюджетном сегменте, препятствует заметная разница в цене. Но главное, матрицы на основе OLED технологии подвержены к выгоранию пикселей.

Читайте также:  Выбираем галогеновые лампы

Давайте выясним, почему это происходит и как предотвратить этот неприятный процесс.

Почему происходит выгорание дисплея

Причина кроется в технологии исполнения матрицы. Каждый светодиод состоит их трех цветов: красного, зеленого и синего.

Свечение последнего заметно ниже первых двух, поэтому для достижения оптимального уровня цветопередачи, производители вынуждены подавать больше энергии на соответствующий субпиксель.

Как результат, свечение синего оттенка увеличивается, при этом срок службы снижается в 2-3 раза, в сравнении с красным и зеленым.

Под выгоранием понимают ослабевание свечения одного или нескольких цветов в светодиоде, в рассматриваемом случае – только синего. При этом пиксель не отключается, а продолжает работать, из-за чего постепенно баланс цветопередачи смещается в сторону красного или зеленого оттенка. Хорошо это заметно на месте навигационных кнопок и строки состояния, где указанная область выглядит светлее.  

Данный процесс неизбежен для всех типов OLED матриц, но выгорание наступает не сразу, а постепенно по всей площади или в конкретном участке.

Обратите внимание

В среднем срок службы синего пикселя 15 000 часов, тогда как зеленый и красный работают без проблем 40 000 часов и больше. Поэтому первые признаки выгорания появляются через 16-18 месяцев эксплуатации. При этом срок службы в некоторых матрицах сильно разнится.

Известны случаи, когда синий субпиксель отрабатывал 30 000 часов, а иногда прекращал работать раньше положенного срока.

Как предотвратить выгорание матрицы

В процессе эксплуатации, выгорание экрана вопрос времени, поэтому владельцу устройства по силам только отложить неизбежное на поздний срок.

Для этой цели рекомендуется периодически сдвигать картинку в сторону, что бы пиксели выгорали равномерно, а не в конкретных участках.

Поэтому следует чаще менять фоновые изображения и темы оформления, если таковые используются. Передвигать в другую область значки приложений, папки и виджеты.

Эффективно использовать темное оформление и соответствующие обои, так как в таком случае затрачивается меньше энергии. А если фон чёрный, питание на пиксель не подается вовсе, что существенно продлевает срок службы. Если использование темного/чёрного фона не представляется возможным, снижение яркости подсветки так же положительно отразится на продлении времени работы пикселей.

Ускоряет процесс выгорания дисплея – белый и синий фон. Поэтому лучше использовать другую цветовую гамму. Если в настройках экрана предусмотрен выбор цветопередачи, тогда следует отдать предпочтение «тёплому» варианту. Использование «ночного режима», где синий цвет приглушается, положительно сказывается не только на зрительном напряжении, но и сроке службы матрицы.

Что бы продлить срок службы синих субпикселей, в некоторых матрицах компания Samsung использует технологию PenTile. Размер синего диода выше в 1.5-2 раза, что позволяет снизить подачу энергии, тем самым повысить срок службы синего субикселя.  

Вывод

С учетом имеющихся недостатков, в ближайшей перспективе OLED матрицы потеснят LCD панели и займут доминирующее положение на рынке.

К тому же только технология с использованием органических светодиодов, позволит в будущем получить гибкие экраны.

А по мере роста интереса со стороны производителей электроники, получится отработать доступную схему изготовления и выработать более долговечные типы матрицы.

Важно

Что касается выгорания текущих OLED матриц, то чаще с данной проблемой первыми сталкиваются активные пользователи смартфонов. У экрана достаточный ресурс, что бы изначальная цветопередача сохранялась 1.5-2.5 года после покупки.

А к тому времени, когда появятся первые признаки выгорания, как правило, приобретается новый аппарат.

Если же цикл сменяемости больше – 3-5 лет, тогда следует активно придерживаться изложенных рекомендаций, способствующих продлению жизни пикселей.  

Статья была Вам полезна? Поставьте оценку – поддержите проект!

(1

Источник: https://androfon.ru/article/vygoranie-oled-matric-prichiny-posledstviya-i-sposoby-predotvrashcheniya

Деградация светодиодов по цвету

Одним из последствий преждевременного выхода из строя светодиодов является цветовой сдвиг (color shift).  Цветовой сдвиг проявляется в существенном изменении спектрального состава источника света, в результате чего изменяется цветовая температура и цветопередача.

Цветовой сдвиг может быть временным по причине определенных внешних условий, или постоянным, в результате физических изменений в светодиодных пакетах.

Постоянный и заметный сдвиг в цвете может считаться параметрическим отказом светодиода, так как светодиод больше не соответствует техническим характеристикам, гарантированным производителем.

Подавляющее большинство светодиодных осветительных приборов, доступных на рынке, используют светодиоды с фосфорным покрытием. Степень и направление сдвига цвета зависит от механизма деградации светодиода, который, в свою очередь, зависит от конкретного типа светодиодов.

Светодиоды, произведенные с помощью одного из способов нанесения люминофора на светодиод, показали свертывание люминофора относительно светодиодного чипа, вызывая сдвиг в сторону синего цвета — светодиод начинает светиться голубым цветом вместо белого.

При другом способе нанесения покрытия было отмечено, что светодиод деградирует с цветовым сдвигом в сторону желтого, поскольку высокие температуры вызывают воздушные зазоры, между люминесцентным покрытием и светодиодным чипом, происходит «расслаивание» светодиода.

деградация светодиодов — свертывание и отслоение люминофора

В технологии производства новейших поколений светодиодов проблемы свертывания и расщепления люминофора учтены, что значительно улучшает стабильность цвета. Однако, такие неисправности светодиода могут произойти в результате других факторов, таких как старение материалов оптики и драйвера. Таким образом, деградация светодиода может произойти еще в пределах номинального срока службы изделия.

Деградация светодиодов может явиться особенно существенной проблемой там, где точность цветопередачи имеет особое значение, например в медицинских учреждениях, в помещениях выставочных залов и музейных помещениях. А в этом видео можно увидеть как светодиоды потеряли яркость в результате деградации:

Причиной такой деградации (тусклый свет светодиодов) могли стать:

— некачественная сборка и/или компоненты светодиодной ленты;

— блок питания/драйвер, который не соответствует параметрам светодиодной ленты;

— перегрев светодиодной ленты, для которой необходим радиатор-  профиль для светодиодной ленты.

Источник: http://isvetodiod.ru/degradatsiya-svetodiodov-po-tsvetu/

Не ошибитесь с Светодиодными светильниками!

Осознаете ли Вы риски возникающие при покупки
светодиодных светильников?

Причины повышенных рисков:90% заказчиков не понимают как отличить качественные светильники80% освещения приобретается только исходя из цены оборудования30% переплачивают за “бренд” в 2-3 раза, получая обычные светильникиСледствия повышенных рисков:Светильники не служат и года при заявленных 50 000 часовПоставщик закрывает фирму или отказывается менять брак

Раздутая смета, переплата, необоснованные ценники

Основные компоненты светильника – блок питания и светодиоды

Качество продукции...Качество светильников определяет сколько они прослужит Вам верой и правдой, и покажет эффективным ли было это вложение.При всех заявлениях производителей про 50 000 как о ресурсе светильника, по факту это ресурс хороших светодиодов, ресурс же блока может быть от 10 000 часов до 30 000 часов, поэтому в этом случае лучше опираться на гарантийный срок…

90% выходов из строя светильников – Блоки питания…

Сейчас в светильниках используют блоки питания от разных производителей,

Топ-класс: Helvar, Tridonic, Meanwell – Европейские и Тайваньские (гарантия 3−5лет)

Средний класс: Аргос, Ирбис, Трион – Российские производители (гарантия 3 года)Дешевый сегмент: китайские noname блоки или изготавливаются под названием производителя светильников в Китае— гарантия 1−2 года.

Совет

Средний процент брака у производителей – 2% за срок гарантии, за счет использования неизвестных комплектующих в китайских блоках брак может вырасти до 30-50%.

Доверять рекомендую только Европейским и Российским блокам, Китайские блоки нас подводили, на объекте из 2400 светильников за год выгорало до 30%, это обратная сторона погони только за ценой светильника…

Выгорание светодиодов и падение светового потока…

Очень важно понимать какие светодиоды использует производитель:Топ-класс: Cree, Osram, Philips, NichiaСредний класс: Epistar, Samsung, Seoul, EdisonНизкий класс: noname китай Какова их эффективность:разброс идет от 80лм/вт до 150 лм/вт, чем выше, тем меньше светильник будет потреблять и лучше светить.

Обязательно уточняйте поставщик указывает световой поток светодиодов или светильника, к примеру в офисных светильниках при мощности 36вт и заявленном потоке 4300лм(120лм/вт), по факту светильник с рассеивателем теряет еще до 25% указанного светового потока за счет самого рассеивателя и фактический световой поток будет уже 3580лм.

Чтобы быть уверенным в световом потоке можно запросить ies файлы на светильники, исследования или datashit на светодиоды.Также очень важным параметром является теплоотвод от светодиодов, для офисных светильников это должен быть металлический корпус(до 60вт), для промышленных, уличных это алюминиевый корпус с радиаторами.

Корпус, ремонтопригодность, пылевлагозащита….

также При выборе светильников обращайте внимание на корпус светильника, на сколько аккуратно собраны светильники, как комплектующие располагаются в светильнике.

Немаловажным моментом является ремонтопригодность, разборная конструкция и наличие удобных крепление которое обеспечивает удобный монтаж,

Если в светильниках заявленна повышенная степень защиты корпуса от попадания влаги и пыли(IP40-IP54-IP65-IP67), то необходимо распросить поставщика за счет чего именно достигается такая степень защиты, зачастую это могут быть силиконовые или прорезиненные уплотнители, при высокой степени защиты возможно блок питания заливается компаундом и все соединения дополнительно заливаются герметиком.

Разница в цене на столько же большая как и в внешнем виде

Оправданность цены...Один из главных параметров при сравнении светильников это соотношение эффективности/цены. Не всегда самый дешевый светильник это самое выгодное приобретение, и наоборот брендовые светильники зачастую имею завышенную цену за счет раскрученного бренда и окупаемости дорогово оборудования на предприятии. Важно уметь определять золотую середину…

Получилось дешево, но служило не долго….

Приведу такой пример, заказчик хотел самые дешевые светильники для освещения офисных помещений(кризис – тотальная экономия), закупил их у китайских импортеров по 750р/шт, соответственно гарантию на такой продукт больше года никто не дает, зачастую все это везется из Китая и хорошо если гарантийных срок отслужит, по факту в течении года 30-40% светильников вышло из строя, заказчик терял имидж в глазах клиентов из за отсутствие освещения, брак менялся в течении 2-5 недель с момента отправки, притом светильники клиенту приходилось отправлять за свой счет…

Заложили в проект самые дорогие, на этом и порешили…

Обратная сторона первого примера ситуация когда на стадии проектирования “заинтересованные” проектанты закладывают за определенный % светильники известного дорого производителя, на этапе согласований у заказчика никто не рискует их менять чтобы не брать ответственность на себя или сказывается неинформированность о возможности замены, производится закупка с сметой увеличенной в 1.5-2.5 раза.
По факту заказчик приобретает хорошие светильники, но по космической цене…

Поставку произвели, но по гарантии обратится не к кому…

Случай из жизни когда компания приобрела светильники у компании “N” и через год обратилась по браку, юр. лицо которое осуществляло поставку уже закрыли и началась карусель общения, паспорт на светильники которые являлись гарантийным документом для замены брака клиент не сохранил, в сухом остатке много потраченных сил, чем закончилась история уже неизвестно…

Читайте также:  Характеристики светодиодов smd 3528, 5050, 5630, 5730

Пример того какие светильники не стоит покупать

Обратите внимание

Эти принципы позволяют нам выстраивать систему производства светильников и сотрудничества с другими производителями освещенияДалее Вы можете ознакомится с нашим ассортиментом:

Скачайте оптовый прайс-лист

Андрей Серебряков гл.энергетик фабрики “Сильва”

Олег Федяков ст. инженер сети “Перекресток”

Рассчитав проект, можно сократить количество необходимых светильников на 25-35% существенно сократив смету.
Все проекты разрабатываются исходя из нормативов по освещенности

Заказать проект бесплатно
Узнать остатки на складах

24/7

Принимаем заявки на почту и через форму обратной связи даже ночью, ответ будет готов уже с утра

7ч-22ч

Принимаем Ваши звонки и помогаем Вам, когда “другие” уже не могут

365дней

Мы отвечаем на запросы даже в выходные и праздники.
Email, Skype, Viber, Whats'up

Посмотрите как мы решаем Ваши “проблемы”
оперативно и качественно.
Оставьте заявку в форме и мы Вам перезвоним

info@lighten-led.ru

Источник: http://lighten-led.ru/danger

Неисправности светодиодов. Механизмы возникновения и методы анализа

См. также:                           Температурный режим белых светодиодов
Температурный режим светодиода. Теплоотвод на базе карбона
Светодиодная лампа с изолированным люминофором
Максимум световой эффективности белого источника света.

Светодиоды открывают путь к новым приложениям и рынкам в самых различных областях с широким спектром требований. Помимо других полезных характеристик твердотельные излучатели в основном отличаются высокой надежностью, а продолжительность срока их полезной эксплуатации может превышать 50 тысяч часов.

Низкое качество изготовления и неблагоприятные условия эксплуатации могут привести к значительному снижению надежности. Чтобы избежать сбоев или для достижения быстрого решения существующих проблем, требуется хорошее знание механизмов разрушения светодиодов и подходящих методов анализа этих процессов.

В настоящей статье приводится обзор современных методов анализа неисправностей светодиодов.

Светодиоды – основная функция и технологии

LED-чип, который выступает в качестве центрального элемента светодиода, представляет собой полупроводник, генерирующий свет при пропускании электрического тока через p-n переход в прямом направлении с последующей рекомбинацией электронов и дырок с излучением фотонов в следствие перехода электронов с одного энергетического уровня на другой. Активная зона представляет собой сложную структуру, состоящую из эпитаксиальных слоев. Для разных цветов используются разные комбинации материалов: InAlGaP – красный, InGaN – синий, GaAlAs – инфракрасный, AlGaN – ультрафиолетовый. Коэффициент эффективности генерации света по существу определяется материалом и качеством эпитаксиальных слоев.

Основными параметрами работы являются электрический ток и температура Tj внутри активного слоя, влияющие как на эффективность, так и на цвет. Эти параметры также в значительной степени определяют срок службы светодиода.

На рынке доступны светодиоды, созданные с помощью различных технологий. Основными и важными критериями являются надежная токовая цепь через провода в контуре PCB -> пайка -> клеевое соединение, достаточное охлаждение чипа посредством хорошего теплового контакта с корпусом или радиатором, а также эффективная передача света от светодиодного чипа на оптические элементы и области отражения.

В большинстве случаев светодиоды инкапсулируются при помощи прозрачного материала, такого как силикон или эпоксидная смола.

Для получения белых светодиодов в конструкцию добавляют люминофор, слоем которого покрывают синий светодиод.

Люминофор в результате фотолюминесценции преобразует часть света от синего светодиода в свет, который находится в относительно широкой спектральной полосе с максимумом в области желтого.

Рисунок 1: Схема корпуса светодиода на печатной плате с указанием основных компонентов.

Светодиод – механизмы возникновения неисправностей

Дефекты, возникающие в светодиоде, могут быть связаны с различными его элементами, основным из которых являются чип (центральный элемент), а также внутренняя и внешняя части корпуса. Из-за очень больших различий в технологии сборки и типах конструкций, а также различных приложений, можно наблюдать довольно широкий диапазон механизмов возникновения неисправностей.

Механизмы возникновения неисправностей: чип

В ходе нормальной эксплуатации световой выход светодиодов постепенно снижаются на протяжении всего срока их службы. Это в свою очередь означает, что их жизнь ограничена.

Снижение производительности вызвано ростом числа дефектов в эпитаксиальных слоях или на их границах, в результате чего увеличивается доля рекомбинации без излучения фотонов, и уменьшается световой выход.

Обычно снижение оптических характеристик на 30% или 50% определяется как дефект, в то время как ожидаемый срок эксплуатации находится в пределах от 20 тыс. до 100 тыс. часов.

Важно

Старение в связи с увеличением числа дефектов в значительной степени зависит от температуры перехода Tj (junction temperature) и тока. Поэтому для достижения ожидаемого срока службы необходим контроль этих параметров.

Ускоренное старение, то есть снижение эффективности светодиода за период, длительность которого ниже, чем ожидаемый срок полезной эксплуатации, вызывается неблагоприятными факторами, такими как низкое качество эпитаксиальных слоев, а также, зачастую, превышением температуры перехода до неприемлемого уровня из-за недостаточного отвода тепла. Кроме того, проникновение влаги и других загрязняющих веществ, скрытое повреждение от электростатических разрядов, а также нестабильное электропитание могут привести к ускоренной деградации эпитаксиальных слоев.

Рисунок 2: Коррозия поверхности под микроскопом
в отраженном свете (слева) и в проходящем свете (справа).

Катастрофический дефект, такой как внезапный отказ, может быть вызван электростатическим разрядом или электрическим перенапряжением из-за перегрузки, результатом чего будет серьезное повреждение эпитаксиальных слоев.

Механизмы возникновения неисправностей: внутреннее строение светодиода

Изменения в токовой цепи с соответствующим увеличением электрического сопротивления оказываются одной из наиболее частых причин разрушений, которые вызывают снижение интенсивности светового излучения, приводят к временной нестабильности функционирования или даже к полному отказу.

Также были обнаружены расслоения в переходах между чипом и контактирующими проводниками, которые соединяют его с подложкой.

Поскольку связи на площади поверхности раздела чипа и подложки существенно влияет на тепловыделение, нарушение целостности слоя на границе раздела (двух элементов) приводит к увеличению термического сопротивления и температуры чипа. Следовательно, это приводит к ускоренному старению светодиода.

Рисунок 3: Обрыв проводника внутри светодиода,
снимок при помощи рентгеновской микроскопии.

В процессе производства светодиодов необходимо принять во внимание множество источников неисправностей.

Процесс пайки оказался особенно критическим, потому что тепловая перегрузка может стать причиной появления трещин, механических разрушений или отслоений на границе чипа и подложки в связи с различными коэффициентами расширения материалов.

Углубленные испытания и стабильный контроль качества на производственных объектах изготовителей светодиодов, а также очень хороший контроль процесса пайки при сборке печатной платы являются основой для обеспечения длительного срока службы готовых устройств.

Совет

Прозрачные материалы для инкапсуляции, такие как силикон или эпоксидная смола, не позволяют добиться полной герметизации и, следовательно, не защищают от влажности или других вредных веществ.

Кроме того, механические нагрузки, например, при сгибе контактов светодиодов, или тепловые нагрузки, например в ходе процесса пайки, могут вызвать трещины или расслоение в инкапсулирующем соединении, что сделает возможным проникновение загрязняющих веществ внутрь, а также их попадание на чип или металлические контакты. При неблагоприятных условиях это может привести к модификации эпитаксиальных слоев или коррозии на поверхности раздела двух элементов. Еще одним фактором будут уже описанные последствия, связанные с разрушением электрических соединений в корпусе излучателя. Также возможно снижение производительности из-за повреждения отражающих поверхностей.

Другими типичными факторами, которые снижают полезный срок службы светодиодов, являются старение инкапсулирующих материалов под влиянием ультрафиолетового излучения, или деградации люминофора белых светодиодов, что также ведет к изменению их цвета (эффект известен как “пожелтение”). Причем этот эффект является более интенсивным, чем обычное старение чипа.

Механизмы возникновения неисправностей: корпуса приборов

При установке светодиодов в корпуса изделий, например, на печатные платы (Printed Circuit Board, PCB), появляются дополнительные источники неисправностей, такие как нарушения электрических соединений из-за неисправности контактов при плохой пайке.

Тепловой контакт и тепловыделение являются довольно критическими факторами, влияющими на деградацию, это особенно справедливо в случае светодиодов высокой мощности. Сборка должна обеспечивать и гарантировать стабильный тепловой контакт на протяжении всего срока полезной эксплуатации продукта.

Поскольку наличие влаги внутри светодиодов, особенно во время процесса пайки, может привести к так называемому “эффекту попкорна”, необходимо обеспечить для них соответствующее хранение.

В некоторых случаях светодиоды покрываются защитным лаком или внешним соединительным компаундом. Механические или термические воздействия, а также реакция с химическими и лакокрасочными материалами могут вызвать повреждения внутренних элементов светодиода.

Методы анализа

Светодиодам присущ широкий спектр механизмов разрушения, изучить которые можно с помощью различных методов анализа.

Целью анализа неисправностей является получение возможности определить проблемный элемент и выделить первопричину неисправности, а затем показать способ её избежать.

Из-за сложности, анализ неисправностей устанавливает высокие требования к технологическим ноу-хау и доступности методов для анализа.

Подход к поиску отклонений:

• Вопросы: В какой среде работал светодиод / модуль? Как долго? Какой режим работы использовался?

• Измерения: Кривые тока / напряжения, интенсивность света, длина волны / цвет, характеристики излучения;

• Неразрушающий анализ: Рентген, световая оптическая микроскопия, сканирующая акустическая микроскопия;

• Разрушающий анализ: Поперечные разрезы, вскрытие корпуса;

• Физический анализ: сфокусированный ионный пучок (СИП) (Focused ion beam; FIB) / растровая электронная микроскопия (РЭМ) (Raster Electron Microscopy; REM); анализ изменения сопротивления, индуцированного оптическим лучом (Optical Beam Induced Resistance Change; OBIRCH) / эмиссионная микроскопия; анализ удельной электропроводности, индуцированной электронной бомбардировкой (Electron-bombarded induced conductivity; EBIC); катодолюминесценция;

Для того чтобы ограничить объем измерений, имеет смысл в начале анализа неисправностей разработать эффективную стратегию, которая будет охватывать наиболее полный объем данных за период до начала наблюдений.

Визуальный осмотр при помощи оптической (световой) микроскопии

Визуальный осмотр дает информацию о внешнем строении, внешней целостности корпуса светодиода и доступных частях внутренней структуры.

Оптоэлектронные измерения

Основные оптоэлектронные параметры – мощность оптического излучения, спектр (цвет) и вольт-амперная характеристика (ВАХ).

Характеристики излучения в дальнем и ближнем поле показывают неоднородность светоизлучающей области. Измерение теплового сопротивления демонстрирует неисправности тепловых соединений.

Повышение напряжения в прямом направлении указывает на нарушение токовой цепи. Повышенный ток утечки в обратном смещении является признаком серьезного нарушения в эпитаксиальных слоях.

Это может быть вызвано, например, электростатическим разрядом.

Сравнение тонкой структуры в кривой ток / напряжение между утратившими работоспособность и рабочими светодиодами может помочь дифференцировать различные причины отклонений.

Рисунок 4: Вольтамперые характеристики дефектных светодиодов
по сравнению с рабочими (черная линия)

Другие процедуры неразрушающего контроля

Поскольку светодиоды, как правило, упакованы в пластиковые корпуса, разрушение токоподводящих проводников светодиодного чипа может быть обнаружено с помощью рентгеновского микроскопа. Сканирующая акустическая микроскопия также подходит для выявления расслоения в области раздела чипа и подложки.

Рисунок 5: Коррозия места соединения токоподводящего проводника с выводом и с чипом

Читайте также:  Стабилизатор тока на lm317 для светодиодов

Разрушающие физические методы контроля

Для локализации неисправностей внутри светодиода требуется прямой доступ к внутренним частям системы – чипу и всем частям кристаллодержателя. Поперечное сечение или удаления инкапсулирующих материалов с использованием химических растворителей являются адекватными методами обработки.

Рисунок 6: Отсоединение проводника от поверхности чипа (рентгеновская микроскопия)

После этого внутренние структуры становятся доступными для исследования при помощи оптического микроскопа с высоким разрешением или сканирующего электронного микроскопа, в результате чего на границах элементов могут быть обнаружены отклонения.

Изучение материалов при помощи рентгеноспектрального электронно-зондового микроанализа (energy-dispersive X-ray analysis; EDX) помогает определить наличие загрязнений в случае коррозионного воздействия и получить информацию по поводу возможных причин.

Рисунок 7: Микроскопия разреза показывает отсоединение чипа
от поверхности кристаллодержателя (справа – увеличено)

Анализ неисправностей на уровне кристалла

Для локализации неисправностей на уровне чипа доступны методы, которые показывают дефектные участки на его поверхности в форме темных пятен или темных линий.

Такие методы основаны на локализованной стимуляции светового излучения (катодолюминесценции) или тока посредством направления внешнего электромагнитного пучка (EBIC) или лазерного луча (OBIC) на чип.

Эмиссионная микроскопия предполагает использование очень чувствительного механизма обнаружения света, созданного током утечки.

Обратите внимание

Специальные методы, такие как просвечивающая электронная микроскопия (Transmission Electron Microscopy; ТЕА) и подготовка образцов с использованием сфокусированного ионного пучка, необходимы для более глубокого анализа нарушений в эпитаксиальных слоях системы.

Для оценки результатов требуется возможность сравнения с известными картами неисправностей и удачными моделями, потому что дефектные структуры в полупроводниках очень сильно зависят от используемой технологии.

Поэтому данные методы являются очень дорогими и используются только в особых случаях.

Выводы

В основном светодиоды отличаются очень высокой надежностью, но это зависит от применяемых при изготовлении технологий, технологий монтажа и основных эксплуатационных характеристик. В статье приведены типичные механизмы возникновения неисправностей, различные виды их анализа, которые позволяют найти способ избежать возникновения неисправностей в будущем.

Высокая осведомленность о типичных механизмах возникновения неисправностей поможет создавать высоконадежную светодиодную продукцию.

Чтобы получить нужные знания, необходимо перейти на систематический подход к локализации неисправностей, использовать подходящие процедуры и методы для анализа, применять правильный механизм для получения и интерпретации карт неисправностей светодиодов и, что важнее всего, предпринимать превентивные меры для того, чтобы избежать любых возможных проблем.

Источник: LED Failure Modes and Methods for Analysis. LED-Professional July/Aug 2010, Issue 20

Источник: http://led-displays.ru/neispravnosty_svetodiodov.html

Параметры светодиодов

Здравствуйте! Уже давно в нашу жизнь ворвались светодиоды. Они использовались и раньше, но были очень малой световой мощности и в основном применялись для индикации.

Сейчас же это довольно перспективная и широкая линейка продукции, позволяющая не только экономить на электричестве, но и очень сильно помогать в преображении дизайна.

В этой статье я расскажу о том, что такое светодиод и массу полезных советов, как продлить им жизнь, особенно, если вы сами что-то пытаетесь из них собрать.

Управление светодиодами

Ну что ж, начну потихоньку удивлять. Мы все привыкли к тому, что бóльшая часть электроприборов работает от напряжения. У светодиодов несколько другой принцип работы. Для них более важен ток, нежели напряжение.

А исходя из закона Ома, регулировать ток мы можем напряжением. И здесь мы подходим к одной важной вещи. Самый идеальный вариант для светодиода, когда мы стабилизируем не напряжение, а ток.

А тут мы подходим к такой важной вещи, как зависимость срока службы светодиода.

Срок службы светодиодов

А вся загвоздка в том, что небольшая перегрузка, как и недогрузка способны сильно сократить или увеличить, соответственно, срок службы светодиода. А чтобы понять эту особенность, надо рассмотреть конструкцию светодиода.

На картинке вы видите, что непосредственно элемент, который преобразует электрическую энергию в световую очень маленький по размерам. При этом надо понимать, что ток, совершающий работу, нагревает металл.

Собственно, свет, который мы видим, это и есть следствие разогрева металла до такой температуры, что метал начинает светиться. Стандартный срок службы светодиода от 30000 до 70000 часов (в зависимости от производителя и применяемых материалов).

Конструкция светодиодов рассчитана таким образом, что тепло, вырабатываемое им, успевает рассеяться. Ну а дальше простая логика. Если мы снижаем ток, т.е. недогружаем светодиод, температура кристалла ниже расчётной и срок службы увеличивается, но вместе с тем снижается и яркость.

И наоборот, если перегружаем светодиод, яркость свечения и износ кристалла увеличивается вследствие перегрева. И хотя яркость свечения увеличивается или уменьшается, говорить об ощутимой разнице не приходится. Можно сделать вывод, что немного недогрузив светодиод мы значительно увеличим срок службы при небольшой потере яркости.

Цвета светодиодов

В настоящее время цветовая гамма очень богатая, но при всем разнообразии, пока не удалось получить светодиод белого цвета.

И для получения белого цвета применяется ультрафиолетовый кристалл с люминофором или три кристалла (красный, зеленый и синий), сумма цветов которых, через специальную согласующую линзу даёт белый свет, или подобный результат дают различные комбинации цветных светодиодов с люминофором.

А это еще один момент, который объясняет сокращение срока службы — от увеличенного нагрева люминофор выгорает гораздо быстрее самого кристалла и у светодиода либо происходит смещение цветовой температуры или спектр смещается в ультрафиолетовый, плюс износ кристалла и, в результате, необратимое снижение яркости.

Вольт-амперная характеристика светодиодов

Конечно, для каждого типа светодиода своя характеристика, но в целом она более или менее для всех одинаковая.

Если внимательно посмотрите, то увидите, что свечение начинает появляться при напряжении примерно 2,4 вольта, оптимальный режим работы при напряжении 3,1-3,2 вольта, а при напряжении 3,3-3,4 вольта получаем перегрузку аж 50%!!! В то время, как при напряжении 2,7-2,8 вольта получаем недогрузку в 50%. Теперь произведем несложный расчет. Отправная точка рабочее напряжение 3,2 вольта. Вычитаем 2,7 вольта и получаем разницу 0,5 вольт (50% недогрузки) или добавляем 0,1-0,2 вольта и получаем перегрузку в 50%. Отсюда делаем вывод: если рабочее напряжение понизить на 0,1 вольта, яркость снизится ненамного, но срок службы увеличивается, а если увеличить на 0,1 вольта то получаем очень серьезную перегрузку и очень сильное сокращение срока службы.

Зависимость тока светодиода от нагрева

Ещё одна особенность светодиода заключается в следующем… Предположим, мы имеем светодиод рассчитанный на работу 3 вольта. Допустим, что у нас имеется стабилизированный источник напряжения на 3 вольта. Но беда в том, что сопротивление светодиода нелинейное, то есть, не поддаётся простому закону Ома.

А если ещё точнее, сопротивление светодиода зависит не только от приложенного напряжения, но и от температуры кристалла. И чем температура выше, тем меньше сопротивление светодиода, а чем оно меньше, тем больше ток.  А, как вы уже могли понять, именно величина тока влияет на срок службы светодиода.

Что ещё раз говорит о том, что для светодиода величина тока гораздо важнее, чем величина напряжения.

Инертность светодиодов

Светодиод практически не имеет инерции, то есть он мгновенно реагирует на изменение напряжения, мгновенно загорается и так же мгновенно гаснет. Это подводит нас к ещё одному выводу — даже быстрый импульс (скачок напряжения) способен очень сильно перегрузить светодиод и даже привести к перегоранию светодиода. Один такой импульс может стоить светодиоду нескольких лет «жизни».

Диммирование светодиодов

Казалось бы, что проще, снизить напряжение, за счёт чего уменьшится ток, что приведет к потере яркости, но так лучше не делать. Другими словами, вреда для светодиода в этом нет, но в таком методе очень трудно добиться стабильности на малых напряжениях.

Несмотря на внешнюю похожесть светодиодов, технологический процесс имеет свои погрешности. Вольт-амперная характеристика, которую вы видели выше стандартизирована (усреднена). Каждый светодиод имеет уникальную характеристику. Поэтому для диммирования светодиодов лучше применять ШИМ-контроллеры.

Вдаваться в подробности работы ШИМ-контроллера не буду. Достаточно лишь понять принцип. Постоянный ток преобразуется в пульсирующий с большой частотой.

Важно

Чем больше импульсов будет обрезано, тем меньше получит светодиод энергии, но импульсы, которые он будет получать, будут номинального напряжения, то есть в любом случае будут вызывать свечение светодиода. Я говорил, что светодиод ПРАКТИЧЕСКИ не имеет инерции, но она у него есть, просто значительно меньше, чем, к примеру, у лампы накаливания.

За счёт инерции (светодиод не успевает «раскалиться» до нужной температуры) и происходит регулировка яркости с помощью ШИМ-контроллера. А если совсем просто, то 100% импульсов дают 100% света. 50% импульсов дадут 50% света, но из-за высокой частоты мерцания мы увидим лишь что света стало меньше, сами пульсации глазу будут незаметны.

Обратное напряжение светодиода

Светодиод мало чем отличается от обычного диода, за исключением того, что светодиод ещё и светится. То есть, светодиод пропускает ток только в одном направлении. Но есть и обратная сторона медали, которую надо учитывать при работе светодиода на переменном напряжении.

На графике видно, что прохождение тока в прямом направлении более или менее плавное и больше напоминает параболу. Но при обратном напряжении ток растёт очень медленно, пока не достигает какого-то критического значения, а дальше происходит пробой p-n перехода и лавинообразное увеличение тока.

Как говорят медики в этом случае — пациент получает повреждения несовместимые с жизнью. Другими словами, светодиод может выдержать кратковременную перегрузку в прямом направлении, но тут же сгорит при перегрузке в обратном направлении.

Об этом параметре надо помнить, если использовать светодиод в переменном напряжении.

Подведём итоги

К светодиоду нельзя относиться, как к обычной лампочке. Яркость светодиода можно регулировать и довольно в широких пределах, но делать это лучше от минимума до нормы и забыть про регулировку за пределами нормы. Значительного увеличения яркости вы не получите, но срок службы снизится.

Питание светодиодов можно организовать стабилизированным напряжением или стабилизированным током. Стабилизация напряжения довольно грубый метод, поскольку не учитывает особенности светодиодов, у которых при нагреве уменьшается сопротивление и возрастает ток. Поэтому есть смысл предпочесть питание при помощи стабилизированного тока.

Это наиболее предпочтительная схема, поскольку в данном случае практически исключена возможность перегрузки светодиода. Ну и закончим на том, что светодиод лучше немного недогрузить с небольшой потерей яркости и значительно увеличить срок службы, чем наоборот. Причём, уменьшение на 0,1 вольта не страшно, гораздо страшнее увеличение на 0,1 вольта.

Совет

Но регулировать яркость лучше не банальным снижением напряжения, а применять ШИМ-контроллер.

Ну а на этом обзор особенностей работы светодиода я закончу. В следующих статьях будем знакомиться с различными схемами включения светодиодов и светодиодных лент.

С наилучшими пожеланиями, Я!

Источник: http://potomstvennyjmaster.100ms.ru/rubrik-site/sovetyi/parametryi-led.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector