Переломов І.А., студент; Чурсінов В.І. доц., к.т.н. - СВІТЛОДІОДИ. ДЕГРАДАЦІЯ КРИСТАЛА СВІТЛОДІОДА

Аннотация

Переломов І.А., студент; Чурсінов В.І. доц., к.т.н. Свытлодыоди. деградація кристала світлодіода. В данной работе было описано достоинства и недостатки светодиодов, деградация кристала, и оценена экономическая эффективность использования светодиодов по сравнению с другими лампами(клл, лампами накаливания).

Світлодіоди – це сучасна, вже перевірена технологія виробництва освітлювальних приладів і вони більш ефективні ніж лампи розжарювання по таких характеристиках, як енергоефективність, якість світла, рентабельність і екологічність.

Достоїнства:

Вживання електроенергії в 10 разів менше ніж в лампи розжарювання;
Великий термін служби від 30тис до100тис годинника;
Маленька поверхня, що світить, дозволяє ефективніше використовувати оптику;
Відносно не погана світлопередача 75-85;
Можливість використання при зменшенні світлового потоку що дозволяє замінювати світлодіоди в зручне для споживача часу;
Робота світлодіодів без ІК випромінювання;
Світлодіоди працюють без пульсацій що дозволяє уникнути стробоскопічного ефекту в робочих приміщеннях з рухомими деталями;
Стійкість до вібрацій низьких температур;
Технологія виробництва LRGB дозволяє отримати велику кількість кольорів не використовуючи світлофільтри;

Використання цифрових контролерів дозволяє ефективніо і гнучко управляти роботою світлодіода;
Світлодіодні лампи є без інерційними (включення світлодіода і набір максимальної потужності майже моментальне);
Відсутність шкідливих речовин в світлодіодах що дозволяє не витрачати засобу на утилізацію;
Кількість комутацій безмежна;
Задовольняє всім стандартам на освітлювальні прилади;

Недоліки:

Джерела світла, побудовані на базі світлодіодів, мають кут розсіювання від 15 до 120 градусів. Це передбачає їх використання безпосередньо над робочими місцями;
Використання дорогих джерел живлення і охолоджувальної апаратури, при великих перепадах напруги джерела живлення виходять з ладу;
Світлодіоди гріються, що вимагає додаткової апаратури для охолодження, при поганому відведенні тепла відбувається деградація світлодіода;
Велика ціна;

Направлене світло (недолік можна ліквідовувати при наборі декількох світлодіодів під різним кутом, але це приводить до множинних тіней).

Рисунок 1 – Конструкція світло діода

Освітлювальний світлодіод, представлений SMD - світлодіодом поверхневого монтажу з високою яскравістю і високою потужністю, – це надійний і потужний пристрій, який здатний забезпечувати належний рівень освітлення, володіє світловим потоком, який рівний або перевершує світловий потік традиційного джерела світла, такого як компактні люмінесцентні лампи.

Всі світлодіоди, які використовуються для освітлення, мають однакові базові конструкції.

Вони складаються з:

Напівпровідникового чіпа або кристала;
Підкладки, на яку вони встановлюються;
Контактів для електричних підключень;
Сполучних провідників, які потрібні для приєднання контакту до кристала, тепловідводу, лінзи і корпусу.

В наслідок цього, використання потужних світлодіодів пов'язане з потенційною можливістю надмірного збільшення температури переходу, від якої безпосередньо залежать надійність і світлові характеристики світлодіодів. Якщо дотримувати рекомендації теплових режимів від виробників, світлодіод працюватиме заявлений час виробником. Порушення ж теплового режиму (звичайно це робота з температурою переходу більше 120...125°С) може привести до зниження терміну служби до 10 разів. Крім того, підвищення температури переходу призводить до зниження яскравості свічення і зсуву робочої довжини хвилі світлодіода. Він приводить до руйнування кристалічної решітки, в ній з'являються дефекти. Ці області просто гріються і не випромінюють світло. Також це відбувається із-за електричної міграції матеріалу, з якого зроблені електроди, приварені до кристала. У кристал проникають атоми металів, з яких зроблені електроди, і порушують кристалічну структуру.

При деградації кристала зростає струм витоку, тобто значна частина струму починає проходити не через ті ділянки кристала, які випромінюють світло. В результаті зменшується напруга на електродах світлодіода, а значить, зменшується потужність. Деградація кристала проявляє себе також зниженням напруги на світлодіоді. Ця особи-вість використовується для автоматичного відключення світлодіода, що вийшов з ладу.

Слід розрізняти максимальну робочу температуру світлодіода і максимально допустиму температуру p-n-переходу. Термін служби світлодіода визначається температурою p-n-переходу. Але оскільки цю температуру можна виміряти лише в лабораторних умовах із застосуванням складних і дорогих методів, при проектуванні використовуються математичні методи, що дозволяють пов'язати її з температурою в тих або інших точках корпусу світлодіода.

Швидкість деградації світлодіода значно збільшується при підвищенні сили струму зверху номінального значення, а також при підвищенні температури. Також виникнення дефектів в кристалічній решітці може походити від дії статичної електрики, тому рекомендується здійснювати монтаж світлодіодів з дотриманням стандартних заходів по захисту від статичної електрики.

Отже відведення тепла від кристала світлодіода є одним з основними вимогами при проектуванні і виробництві світлодіодних світильників.

Для освітлення великих площ доцільно використовувати світлодіодні прожектори унаслідок великої економії світлодіодною лампою в порівнянні з іншими лампами електроенергії. Також у випадку якщо це вуличне освітлення не вимагає одноманітної освітленості світлодіодні лампи є одним з кращих способів освітлення оскільки вони мають якісну світлопередачу 75-85 що не змінює сприйняття людиною кольорів. Хороша терпимість до температурних зміни дозволяє їх використовувати у вуличному освітленні без збитку для світлопередачі.

Моментальний набір потужності дозволяє використовувати світлодіоди у випадку де потрібна моментальна світловидатність без прогрівання лампи (в разі спалаху.). Також використання світлодіодів економічно вигідно в порівнянні з іншими джерелами світла у випадку де використання світильника не тривале але велика кількість комутацій.