Фильтр поиска
Цена:
от: до:
Название:
Артикул:
Текст:
Выберите категорию:
Производитель:
Новинка:
Спецпредложение:
Результатов на странице:

Новости

19.11.2017

Комплексное управление освещением

Complex_SR_preview

Новинка! Контроллер и сенсорный пульт управления серии SR

подробнее...

05.11.2017

Новый год уже через полтора месяца!!!

neon-night_preview

Удивлены? А мы уже готовы!

подробнее...

28.10.2017

Линии света нового поколения

S2_preview

Новые алюминиевые профили с экраном

подробнее...

21.10.2017

Незабываемый праздник света

arlight_heart_preview

Яркая праздничная иллюминация в оригинальном исполнении

подробнее...

14.10.2017

Новинки от компании Feron

Feron_catalogue_2018_1_cover_cr

Новые каталоги продукции Feron 2018 уже в нашем магазине!

подробнее...

Принимаем:

visa_mastercard 

yandex

 

 

 

Главная / Информация / Статьи / Светодиодное освещение: проблема деградации светодиодов

Светодиодное освещение: проблема деградации светодиодов

« Назад

Светодиодное освещение: проблема деградации светодиодов 13.02.2012 02:28

Методики подъема эффективности - "разгон" светодиода

За последнее десятилетие светодиоды перестали восприниматься просто как электронные компоненты. Они переросли в отдельный значимый продукт. Сохранив свои индикаторные функции, новейшие сверхяркие светодиоды активно начали заменять привычные всем лампочки накаливания и люминесцентные лампы. И, хотя лампочка Ильича все еще дарит свет (и тепло, так как 96 процентов затрачиваемой энергии идет на тепловые потери), в перспективах рынка освещения на ближайшие годы  однозначно наблюдаются тенденции по полному вытеснению традиционных ныне средств освещения светодиодными приборами. Причем происходит это в масштабах всей планеты. 

Процесс, как говорится, пошел. Однако есть один фактор, существенно тормозящий научно технический прогресс - цена светодиодных ламп для конечного потребителя. Народными такие лампы пока назвать трудно. На сегодняшний день светодиоды могут подняться до планки в 0.1 - 0.05 доллар за один выдаваемый люмен. А это на два порядка выше аналогичного показателя обычных ламп. Производители светодиодов уже поняли, что в настоящий момент основным ценообразующим фактором является не функциональность светодиода, а излучаемый им световой поток. В связи с этим, производители поставили перед собой задачу: увеличить эффективность светодиодов и уменьшить их стоимость.

Увеличение эффективности излучения света можно достичь несколькими различными способами. Например, улучшением качества используемых материалов, усовершенствованием структуры светодиодного чипа, технологии его формирования, улучшением свойств подложки и т. д.

Понижения стоимости света можно достичь, увеличив плотность проходящего через светодиодный чип тока. Так, если зависимость квантового выхода, получаемого от прямого тока, линейна (до определенного значения силы тока), то поток света, излучаемый эмиттером с одинаковым размером чипа, может быть выше в разы, при использовании более высоких токов. Соответственно, и отношение доллар/люмен будет меньше. Необходимо только учесть, что максимальный ток, который можно пропустить через светодиодный чип, будет зависеть от следующих факторов:

- ток не должен превышать значений, приводящих к существенной деградации светодиодов, входящих в состав светодиодного чипа;

- ток не должен приводить к понижению эффективности светодиодного чипа (люмен/ватт).

Еще не так давно светодиоды работали с плотностью тока порядка 20А/см2. Сейчас же некоторые мощные светодиоды (Power LEDs) функционируют при значениях в 70-100А/см2. Для того чтобы обеспечить продолжительную работу таких мощных светодиодов без их существенной деградации, требуется светодиодный чип с наилучшими свойствами по отводу тепла. Также необходимо разработать соответствующий корпус. Например, AlGaInP и AlGaInN чипы созданы на арсенид-галлиевых и сапфировых подложках. Данные подложки являются не очень хорошими теплопроводящими материалами. А теплопроводность GaAs и Al2O3 составляет 44Вт/(м-К) и 35Вт/(м-К) соответственно. Для максимально эффективного отвода тепла и снижения температуры есть три альтернативы:

- уменьшение толщины подложки;

- использование технологии обратного монтажа, позволяющей разместить испускающий свет p-n переход предельно близко к теплоотводу;

- удаление начальной подложки, которая используется с целью роста светодиодных гетероструктур, с последующим перемещением эпитаксиальных слоев на электропроводное и теплопроводное основание.

Самым простым является первый вариант. Однако сейчас весьма проблематично произвести подложку тоньше 50нм.

Второй вариант уже использовался компаниями Matsushita и Lumileds для отвода тепла и увеличения эффективности в GaN светодиодах. Некоторые другие компании также разработали и использовали технологию обратного монтажа для AlGaInP светодиодов,  в целях увеличения их эффективности на высоких токах. Однако, применение технологии обратного монтажа - достаточно дорогостоящее занятие.

Третий подход на сегодняшний день является, пожалуй, самым эффективным по стоимости изготовления светодиодных сборок высокой мощности. Многие крупные производители светодиодов и сборок, включая компании Osram, Nichia, Sanken, VPEC, AET Optotech, уже объявили об успешных разработках в этом направлении.

 "Разгон": китайский вариант

Рассмотренные выше варианты увеличения эффективности и снижения стоимости относятся только к производителям светодиодов и светодиодных чипов. Что касается многочисленных потребителей светодиодных чипов, использующих их в качестве готовых компонентов в своих разработках, то они имеют намного меньше возможностей по снижению стоимости светодиодных приборов.

Пока что трудно однозначно ответить на вопросы о том, при каких максимальных токах способен работать светодиодный кристалл и какой предельный выход света он сможет обеспечить. Однако очевидно, что ключевым фактором, обеспечивающим длительный срок службы, надежность и эффективность является правильный корпус, в котором располагаются мощные светодиоды. В теории, заставить светодиодный чип работать на более высоких токах можно, если решить проблему отвода тепла из активной зоны. Тем самым обеспечив более высокий квантовый выход.

Качественно спроектированная и изготовленная линза позволит понизить внутреннее поглощение и отражение, тем самым значительно повысив оптическую эффективность.

Резервы для повышения эффективности есть. К примеру, эффективность оптической системы многих 5мм светодиодов не превышает 30 процентов. Есть, что улучшать. Но, жажда наживы и сложившийся уровень цен на рынке, ведут к иному развитию.

Несметная армия китайских производителей применила принцип "разгона" светодиодов по току. Совершив количественный скачок, и очень быстро достигнув цены в 0,04-0,03 доллара за люмен. Для того чтобы понять, насколько цена соответствует заявленным характеристикам, были протестированы сотни образцов белых светодиодов от различных азиатских производителей.

Результаты тестов оказались неутешительными. Подавляющее большинство светодиодов подверглось необратимой деградации. Их световой поток уменьшился в два раза от первоначального значения в течение одного-двух месяцев. В некоторых случаях дополнительно наблюдалась деградация фосфора и, как следствие, изменение цвета светодиодов. Причины такой сильной деградации следующие:

 

1. Величина прямого тока.

Заявленные азиатскими производителями 50-100 тысяч часов работы рассчитаны, исходя из условий работы при токе в 3-5мА. Но в их приборах светодиоды работают при токе в 20мА. Очень часто в осветительных приборах используют чипы, предназначенные для подсветки мобильных телефонов. Данный подход весьма практичен и не дорог. Но справедливо относится к недобросовестной конкуренции.

2. Тепловыделение.

Используемые в светодиодах корпуса были разработаны давно. Они обеспечивают минимальную стоимость, благодаря использованию автоматизированных процессов сборки. Однако они не были рассчитаны на установку мощных светодиодов. Размер посадочного места остался прежним. Соответственно, посадка кристалла допустима только по классической схеме. Что не обеспечивает необходимый отвод тепла. Плотно заделанный в эпоксидную смолу светодиодный чип подвержен быстрой деградации. Применение же теплопроводных материалов не пользуется популярностью среди азиатских производителей, поскольку неизбежно приводит к увеличению стоимости продукта.

3. Качество чипов.

Если поднять вопрос о происхождении используемых кристаллов, то, при всем разнообразии поставщиков, большинство производителей использовало кристаллы, изготовленные по типовой технологии, разработанной фирмой Nichia - прозрачного p-контакта.

Надо признать, что на сегодняшний день - это самая дешевая технология, обеспечивающая хорошую эффективность квантового выхода. В мобильных устройствах она давно уже нашла очень широкое применение. Но, кристаллы этого типа очень плохо ведут себя при применении в условиях горячего окружения. Их использование в осветительных приборах нежелательно, так как они изначально предназначались для других целей. Более того, характеристики используемых кристаллов значительно ниже, чем у Nichia. Скорее всего, из-за несовершенства оборудования и нарушений технологических процессов при их выращивании.

В последние годы десятки малоизвестных азиатских производителей обзавелись установками по выращиванию кристаллов (реакторы МОС-гидридной эпитаксии). Но процесс выращивания полупроводников требует глубокого понимания происходящих процессов и применения правильных технологий. А просто установка оборудования не является гарантией качественного производства.

4. Нарушение технологии сборки.

Трудно выделить одну конкретную причину, приводящую к деградации, ухудшению свойств или полному отказу светодиодов, так как при нарушении любого этапа технологии сборки светодиодов возможны отклонения технических характеристик.

Резюме

Недобросовестная конкуренция среди азиатских производителей (китайских,  в частности) привела к тому, что конечному потребителю вместо мощных и ярких белых светодиодов (White HB LEDs) преподносят самые дешевые из доступных кристаллов, от никому неизвестных или малоизвестных производителей,  и предназначенных совсем для других целей. Из-за чего они подвержены быстрой деградации (тепловой и электрической). При этом кристаллы установлены в такие корпуса, которые еще более усугубляют качество продукта из-за своих низких тепловых, оптических и некоторых других свойств. Самый неприятный момент, что изначально эти светодиоды можно признать абсолютно годными, так как их начальные характеристики (яркость, падение напряжения на переходе, цветопередача и другие) соответствуют заявленным в спецификации производителя.

Импортеры, не имеющих мощностей для проведения полноценного тестирования, заключают договора, обращая внимание только на один параметр - низкую закупочную цену. В результате, срок службы этих компонентов составляет всего нескольких сотен часов (что выясняется в процессе проведения испытаний).

Неужели все азиатские светодиоды плохие?

Конечно же, нет.

В качестве примера можно назвать такие компании как Harvatek, Cotco, Everlight.

Рынок светодиодной продукции динамично меняется. В том числе и в лучшую сторону. Поэтому есть потребность в отслеживании технических новинок и передовых разработок технологических лидеров в этой отрасли. Необходимо также принимать правильные решения при использовании уже существующих светодиодов. Не стоит, к примеру, делать новогоднее елочное украшение из светодиодов фирмы Cree. Также не стоит применять компоненты "noname" в серьезной аппаратуре. Время идет вперед, и твердотельный свет неотвратимо делается все более и более доступным. То, что сегодня считается новейшей и чудовищно дорогой разработкой, уже завтра может стать товаром широкого потребления. 



Подписка на рассылку
"Новости интернет-магазина LedStore.ru":

E-mail:

Яндекс цитирования Товары@Mail.ru Платежная система IntellectMoney