A fehér LED-ek degradációjának problémája
Az elmúlt évtizedben a LED-ek a következő évtizedek során a hagyományos világítás LED-es világítással (led-világítás) történő teljes cseréje globális szinten. Ennek a folyamatnak a vége és élei nem láthatók, és az egyetlen tényező, amely korlátozza a LED világításra való átállását, a probléma ára. Jelenleg a LED működése és az általa kibocsátott fényáram. Ebben a tekintetben feltették a kérdést: hogyan, valójában növelni kell a LED-ek hatékonyságát és csökkenteniük kell költségeiket? A fénykibocsátás hatékonyságának növelése többféleképpen valósulhat meg: az anyagok minőségének javítása, a csip szerkezetének és kialakulásának javítása, a felület textúrálása, az aljzat tulajdonságainak javítása stb.
A fényáram csökkenése a LED-chipen áthaladó áramsűrűség növelésével érhető el. Ha a kvantumhozam függése az előremenő áramra nagyon lineáris a telítettség nélküli áram egy bizonyos értékére, akkor az ugyanazon a chipmérettel rendelkező emitterből származó fényáram magasabb áramerősség esetén magasabb lehet. Ennek megfelelően a dollár / lumen aránya kisebb lesz. A fénydióda-chipen áthaladó maximális áramerősség a következő két tényezőtől függ:
1. Toc, amelyen a chip képes jelentős lebomlás nélkül dolgozni;
2. Az áram, amelynél a LED-chip (lumen / watt) hatékonysága nem esik túl sokat.
A közelmúltban a LED-ek 20A / cm2 áramsűrűséggel működtek. Most néhány nagy teljesítményű LED (Power LED) 70-100 A / cm2-en működik. A nagyteljesítményű LED-ek hosszú távú működésének biztosítása érdekében jelentős lebomlás nélkül meg kell választani egy olyan LED-chipet, amely a legjobb hőleadással rendelkezik, és megfelelő házat alakít ki. Az AlGaInP és az AlGaInN chipeket arzén-galliummal és zafír szubsztrátumokkal tenyésztik. Ezek az alapanyagok nem jó hővezető anyagok. A GaAs és Al2O3 hõvezetõképessége 44W / (m-K) és 35W / (m-K). A hatékonyabb hőelvonás és az átmeneti hőmérséklet csökkentése érdekében három különböző megközelítés létezik:
Az aljzat vastagságának csökkentése
A flip chip, amely lehetővé teszi a fénykibocsátó pn csomópont közelében a hűtőbordát.
Az eredeti szubsztrátum eltávolítása, amelyet a LED heterostruktúrák növekedésére használnak, majd - az epitaxiális rétegek mozgása az elektromos és hővezető alapon.
Az első megközelítés a legegyszerűbb, de az 50 nm-nél vékonyabb aljzat készítése meglehetősen problémás. A második megközelítést már használta a Matsushita és a Lumileds, hogy javítsa mind a kimeneti hatékonyságot, mind a hőelvezetést a GaN LED-ekben. Számos vállalat is kifejlesztett egy flip chip technológiát az AlGaInP LED-ek számára, hogy növelje a hatékonyságot és a működési jellemzőket nagy áramerősség mellett. Azonban a flip chip folyamat meglehetősen bonyolult és drága.
Számos vállalat, köztük az Osram, a Nichia, a Sanken, a VPEC, az AET Optotech, az Arima és az Epistar bejelentette a vékonyréteg-transzfer technológia sikeres fejlesztését harmadik megközelítés alkalmazásával. Ez a megközelítés a leginkább költséghatékony módja a nagy teljesítményű LED-chipek gyártásának.
Kínai diszperzió. A LED-ek gyártói ezt alkalmazhatják a hatékonyság növelésére és a LED-ek csökkentésére. Számos fogyasztó a LED chipek kevesebb eszközökkel csökkenti a költségek LED fény.
Milyen árammal működik a működőképes LED, melyik a maximális fénykibocsátás? Nehéz válaszolni egyértelműen.
A hosszú élettartamot, megbízhatóságot és hatékonyságot biztosító kulcsfontosságú hozzájárulást biztosít a fényes LED-ek csomagolása. Elméletileg, miután megoldotta a hő eltávolítását a magból, lehetséges, hogy a chip nagyobb áramlatokkal működjön, ezáltal magasabb kvantumhozamot biztosítva. Az illetékes lencse kialakítása csökkenti a belső felszívódást és visszaverődést, jelentősen növelve az optikai hatékonyságot. És a raktározási tartalékok nagyok. Például az 5 mm-es LED optikai rendszer hatékonysága nem haladja meg a 30% -ot.
De a nyereségért kapzsiság, valamint az uralkodó árszint diktálta a piaci viselkedést. A kínai LED-gyártók nagy serege gyorsan alkalmazta a túlhúzható LED-ek fenti elveit, 0,04-0,03 dollár / lumen értéket adva. Annak érdekében, hogy megértsük, mennyire megfelel az ár a bejelentett jellemzőknek, több száz fehér LED-et teszteltünk különböző ázsiai gyártókból.
A fehér LED-ek túlnyomó többsége irreverzibilis lebomláson ment keresztül: a fényáram a kezdeti érték 50% -ára csökkent 1-2 hónapon belül (700-1500 óra); Számos esetben a foszfor lebomlása és a LED-ek kapcsolódó elszíneződése is előfordult.
Megvizsgáltuk az ilyen súlyos lebomlás okait:
Az előremenő áram nagysága
A LED-ekhez használt házakat viszonylag régóta fejlesztették ki, és rendkívül automatizált összeszerelési folyamatokkal biztosítják az alkatrészek minimális végső költségeit. De egy ilyen csomagot nem arra tervezték, hogy világos LED-eket telepítsen. A kristály ülőfelületének mérete nem haladja meg a 12 millimétert, a kristály ültetése csak a klasszikus séma szerint lehetséges, és a ház kialakítása nem biztosítja a szükséges hőelvonást. Az epoxigyanta LED-re erősen beburkolva a kvantum-hozam gyors lebomlik. Úgy tűnik, hogy a hővezető csomagolóanyagok használata nem szerepel az ázsiai termelők körében, mivel ez végső termékek költségének növekedéséhez vezet.
A használt chipek minősége
Feltártuk a gyárakat, amelyek LED-es mintát adtak a felhasznált kristály eredetének és típusának. A LED-szerkezetek minden szállítója számára a LED-gyártók túlnyomó többsége az azonos technológiával gyártott és jól ismert struktúrájú kristályokat használta - a Nichia prototípusát átlátszó p-kontaktussal.
A mai napig ez a legolcsóbb technológia, amely a kvantumhozam hatékonyságát nyújtja, és már széles körben használják a mobil eszközökben. Az ilyen típusú kristályok forró környezetben rosszul viselkednek, és a megvilágításra szánt különálló komponensekben való alkalmazása rendkívül nemkívánatos. Ráadásul jellemzőik, hogy nagyon kevéssé (ha nem azt mondják, hogy nincsenek közösek) a Nichia-kristályokhoz, minden valószínűség szerint a tökéletlen berendezés miatt és a termesztés technológiai folyamatának be nem tartása miatt.
A technológia megsértése a LED összeállításakor
Nem lehet egyértelműen különbséget tenni egy vagy más okból, ami a tulajdonságok lebomlásához, a LED-ek lebomlásához és meghibásodásához vezet.
Közötti tisztességtelen verseny kínai és más ázsiai gyártók vezetett, mi van: a fényes fehér fénykibocsátó diódák (fehér HB LED) szerelt a legolcsóbb kristályok a piacon elérhető, kevéssé ismert gyártók, más célokra prima Neny, apróra vágva, és ki vannak téve a bomlás, Termikusan a használt technika jellemzői és a technikai folyamat minőségére tekintettel. Az ilyen kristályokat a házba szerelték, több mint mérsékelt termikus, optikai és egyéb tulajdonságaik tekintetében. És kezdetben ezek a LED-ek alkalmasnak minősített, mint a kiindulási fényerő (fényáram / axiális erő a fény), a feszültségesést találkozásánál, a szín koordináták és más paramétereket megfelelnek meghatározott jellemzőknek a gyártó előírásai szerint.
Számos importőr, akik nem rendelkeznek a teljes körű tesztelés feltételeivel, szerződéseket kötöttek az ilyen alkatrészek forgalmazására vonatkozóan, és ez kizárólag alacsony vételáron alapul.
A valóságban az ilyen komponensek élettartama nem haladja meg a több száz órát, amit a vizsgálatok során megerősítettek.
Ázsiai LED-ek rosszak?