Одним из аргументов продавцов светодиодной продукции является срок службы светодиодов. Приводятся весьма внушительные числа, однако способ их определения не сообщается. Как результат – недоверие потребителя. В конце концов, для оценки экономического эффекта использования светодиодов необходимо понимание того, сколько времени на самом деле будет работать устройство. Постараемся разобраться в этом вопросе.
Для начала поймем, что срок службы привычной лампы накаливания составляет, примерно, 1 000 часов. Это определяется законами физики. Та же физика определяет срок жизни люминесцентных ламп примерно в 5 000 часов.
Производители светодиодной продукции декларируют сроки в 50 000 – 100 000 часов. (Надо отметить, что есть производители, ограничивающиеся более скромными сроками: 35 000 часов.)
Насколько можно доверять этим данным?
Обычно под сроком службы понимается время наработки устройством до отказа. Причем – не обязательно полной неработоспособности устройства: это может быть и снижение показателей устройства ниже заявленного уровня. При определении срока службы светодиодного устройства принимается следующий параметр: падение светового потока ниже определенного значения. Как правило – это снижение светового потока на 30% от первоначального (иногда – на 50%, но мы этот вариант не рассматриваем).
Эти параметры, чаще всего, не указаны в технической и сопроводительной документации, что может ввести в заблуждение потребителя.
Даже если ситуация с порогом уменьшения светового потока LED-устройства ясна, это вовсе не означает, что Вы получили исчерпывающую информацию об истинном сроке службы светодиодов. Наиболее распространенный срок жизни LED, который заявляется в рекламных материалах – 50 000 часов, то есть без малого 6 лет при непрерывной работе. Если несколько лет назад это были теоретические выкладки, то сейчас уже наработан реальный опыт. И, например, один из ключевых изготовителей светодиодов OSRAMуже весьма уверенно заявляет цифру в 100 000 часов.
Современные методы позволяют с высокой точностью прогнозировать срок службы устройства. Однако практика может расходиться с теорией. Дело в том, что срок службы светодиода определяется комбинацией следующих факторов:
деградация кристалла;
старение люминофора;
механические повреждения (как результат избыточного нагрева, деформации и т.д.);
изменение светопропускаемости (помутнение) оптики.
Для начала вспомним, что светодиод белого свечения – это кристалл синего излучения, покрытый соответствующим люминофором. Именно комбинация спектров этих компонентов воспринимается нами как белый свет.
Деградация кристалла приводит к уменьшению излучаемого им света. В основе этого – рост количества дефектов кристаллической решетки. При этом дефектные области, перестав излучать свет, продолжают потреблять энергию и выделять ее в виде тепла.
Кроме того, диффузию материала подложки в кристалл – под действием электричества – никто не отменял. Это - еще одна причина повреждения кристаллической структуры светодиода.
В результате деградации кристалла происходит следующее: ток начинает течь через те участки, которые не излучают свет, и, как следствие, уменьшаются напряжение, выделяемое на светодиоде, и мощность.
Скорость деградации кристалла очень сильно зависит от тока, пропускаемого через светодиод, и от температуры кристалла. При номинальных значениях этих параметров срок службы светодиодов достигает расчетных значений. Превышение хотя бы одного из них существенно ускоряет деградацию кристалла.
Кстати, превышение максимального тока дает еще и увеличение светового потока, что позволяет недобросовестным производителям предлагать продукцию с уникальными характеристиками по сравнительно низкой цене. А то, что светодиоды в их изделиях «умрут» достаточно быстро – так это проблема покупателя.
Скорость старения люминофора зависит, в первую очередь, от его рабочей температуры. А поскольку люминофор наносится, как правило, на кристалл, то - от температуры, до которой он – кристалл – нагревается в процессе работы.
Таким образом, скорость старения люминофора напрямую зависит от качества теплоотведения от кристалла светодиода.
Старение люминофора приводит как к снижению яркости свечения, так и к смещению излучения светодиода в синюю часть спектра.
В основе механических повреждений лежат, как правило, низкое качество технологического процесса и/или его несоблюдение, механические воздействия в процессе эксплуатации прибора.
Проявления: разрыв паяных и иных соединений, ведущие к обрыву цепи, нарушению механического контакта кристалла с теплоотводящей подложкой (повышение температуры кристалла и… см. выше).
Для защиты от деформаций, возникающих в процессе эксплуатации, многие производители стали заливать кристаллы силиконом. Его упругость позволяет равномерно распределить нагрузки на всю конструкцию и существенно снизить вероятность механического повреждения изделия, соединения кристалла и проводников.
Оптика светодиодов, в том числе и первичная, изготавливается из полимеров: силикона, пластмасс.
Изменение ее оптических свойств связано с несколькими факторами:
воздействие ультрафиолета;
воздействие высокой температуры;
Воздействие ультрафиолета актуально только для светодиодов белого свечения, выполненных на базе ультрафиолетовых кристаллов, покрытых трехцветным люминофорам. Такие светодиоды, на данный момент, мало распространены. Воздействие внешнего ультрафиолета, при качественном проектировании светильника, незначительно.
Воздействие высокой температуры кристалла является основной причиной помутнения первичной оптики светодиода. Как видим, температура кристалла оказывает воздействие на несколько факторов, определяющих срок жизни светодиода.
Многие модели светодиодов вообще не имеют первичной оптики, что позволяет увеличить срок их жизни.
