Срок службы белых светодиодов

См.также: Максимально достижимый уровень световой эффективности белого источника света.

Одним из основных достоинств светодиодов, по заявлению производителей, является их потенциально очень долгая жизнь. Действительно ли она продолжается 50000 часов или даже 100 тысяч часов? В этом информационном бюллетене рассматриваются деградация яркости, измерение срока службы светодиода, и особенности, которые необходимо учесть при оценке светодиодной продукции.

Деградация светового потока.

Все электрические источники света показывают снижение количества света, который они излучают с течением времени, процесс, известный как деградация яркости. Нити ламп накаливания со временем испаряются и частицы вольфрама оседают на поверхности стекла. Это обычно приводит к 10-15% снижению яркости по сравнению с начальным световым потоком через примерно 1000 часов работы лампы накаливания. В люминесцентных лампах, фотохимические процессы деградации люминофора и накопление  поглощающих свет отложений приводит также к снижению яркости. Компактные люминесцентные лампы в целом теряют не более 20% от начальной яркости при достижении 10 тысяч часов наработки. Высококачественные линейные люминесцентные лампы (T8 и T5) с использованием редкоземельных люминофоров теряет лишь около 5% от начальной светимости к 20000 часам работы. Основной причиной снижения яркости светодиодов считается высокая температура перехода полупроводникового чипа.

Типичные значения стабильности светового потока для различных источников света †

Светодиоды не излучают тепло в виде инфракрасного излучения (ИК), так что тепло должно быть удалено из устройства за счет теплопроводности или конвекции. Без достаточного теплоотвода или вентиляции, температура в устройстве будет расти, что приводит к снижению светового потока. Хотя последствия краткосрочного воздействия высоких температур могут не быть необратимыми, непрерывная высокая рабочая температура будет вызывать постоянное снижение светового потока. Светодиоды могут продолжать работать даже после того, как их световой поток сократится до очень низкого уровня. Это становится важным фактором в определении эффективного срока службы светодиодов.

Определение срока полезного использования светодиода

Для обеспечения соответствующей измерения срока полезного использования светодиода, необходимо выбрать уровень допустимого снижения яркости. В какой момент уровень яркости перестает удовлетворять потребностям? Ответ может отличаться в зависимости от применения изделия. Для общего применения, такого как общее освещение в офисе, исследования показали, что большинство не будут замечать сокращения освещенности на примерно 30%, особенно если снижение происходит постепенно‡. Поэтому уровень в 70% от первоначального значения освещенности может быть принят как соответствующий предел срока полезного использования для общего освещения. На основании этого исследования, Альянс твердотельных систем освещения и технологии (ASSIST), группа во главе с Lighting Research Center (LRC), рекомендует при определении срока полезного использования принять точку, в которой световой поток сократится до 70% от начальной яркости (сокращенно L70) для общего освещения, и 50% (L50) для светодиодов, используемых для декоративных целей. Для некоторых приложений может оказаться необходимым и уровень выше 70%.

Измерение срока службы источника света

Срок службы традиционных источников света, определяется с помощью отработанных процедур тестирования. Например, компактные люминесцентные лампы тестируются в соответствии с LM-65, опубликованным Светотехническим обществом Северной Америки (IESNA). Статистически достоверные образцы ламп проверяются при температуре окружающей среды 25° по Цельсию в цикле 3-х часовой работы и 20 минут отдыха. Точка, в которой половина ламп в выборке вышли из строя - это номинальная средняя продолжительность жизни для этой лампы. Для 10 тысяч часов работы ламп, этот процесс занимает около 15 месяцев. Полное тестирование работоспособности для светодиодов является нецелесообразным в связи с продолжительным сроком службы. Включение и выключение не является определяющим фактором в определении срока жизни светодиодов, поэтому нет необходимости использовать методику циклического включения-выключения. Но даже в режиме круглосуточной работы, тестирование светодиода для 50000 часов займет 5,7 лет. Поскольку технология продолжает развиваться и эволюционировать так быстро, что продукты устаревают к времени окончания тестирования, IESNA разработала процедуру (IES LM-80) для измерения светового потока для светодиодных устройств (например, единичных светодиодов, массивов, модулей), однако этот метод не распространяется на светодиодные светильники или сменные элементы светодиодной лампы. LM-80 также не предоставляет руководство для оценки или экстраполяции светового потока за пределами 6000 часов измерений, установленного в методе тестирования. Для поддержки долгоживущих светодиодных изделий, IESNA в настоящее время разрабатывает метод сравнительной оценки (IES TM-21) для оценки светового потока и срока службы светодиодов за пределами 6000 часов. ТМ-21 будет использовать данные LM-80, собранные на нескольких рабочих температурах. Учитывая потенциально долгий срок службы и непрактичность полного тестирования, оценка времени жизни светодиодов, вероятно, будет основана на экстраполяции ограниченных по времени тестовых данных. Поэтому, важно на этой ранней стадии технологии, быть консервативным в проектных решениях, базирующихся на ожидаемом сроке полезного использования.

Характеристики срока службы светодиода

Как прогнозы срока службы для сегодняшних белых светодиодов сравнимы с традиционными источниками света?

Источник света	Типичный диапазон срока службы*, часов	Срок полезного использования (L70)
Лампа накаливания	750-2,000
Галогенная лампа накаливания	3,000-4,000
Компактные люминесцентные (CCL)	8,000-10,000
Металлогалогенная	7,500-20,000
Линейные люминесцентные	20,000-30,000
Мощные белые светодиоды		35,000-50,000**

* Источник: данные производителя ламп.
** В зависимости от управляющего тока, рабочей температуры, и т.д. Некоторые производители указывают срок полезного использования (L70), превышающий 100 000 часов.

Электрический и тепловой дизайн светодиодной системы или прибора определяет, как долго светодиоды будут работать, и сколько света они будут излучать. Питание светодиода более высоким, чем номинальный, ток увеличивает относительный выход света, но снижает срок полезного использования. Работа светодиода при более высоких, чем расчетная температура, будет также значительно снижать срок службы. Большинство производителей мощных белых светодиодов дают оценку срока службы около 30000 часов в пределах 70% уровня начального светового потока, при условии работы на 350 миллиампер (мА) постоянного тока и поддержания температуры перехода не выше 90°C. Тем не менее, тепловая надежность светодиодов продолжает улучшаться, обеспечивает более высокие рабочие токи и высокие рабочие температуры. Например, последние белые светодиоды высокой мощности претендуют на время жизни в 50,000 часов L70, при питании в 700 миллиампер (мА) постоянного тока или выше, и даже при температуре переходе выше 100°C.

† По материалам Буллоу, JD. 2003 год. Ответы по освещению: Системы светодиодного освещения. Трой, Нью Йорк, Национальная Информационная Программа Продукция для Освещения, Научно-Исследовательский Центр Освещения, Политехнический институт Rensselaer.
‡ Rea MS (ed.). 2000. IESNA Справочник по Освещению: Справочник применения, 9-е изд. Нью-Йорк: Светотехническое общество Северной Америки. Knau H. 2000. Пороговые значения для обнаружения медленно изменяющейся яркости. J Opt Soc Am A 17(8): 1382-1387.

По состоянию на 2011 год, анализ бюллетеней Департамента Энергетики США.
Подборка и перевод - Ланской А.О., ноябрь 2011

Назад к каталогу статей >>>