دلایل خرابی و ساز و کارهای جایگزین لامپ های LED

چکیده 

کلمات کلیدی

1. مقدمه 

2. جزئیات آزمایشگاهی

جدول 1. دماهای کاری در نواحی مختلف لامپ برای هر تولیدکننده در مدت زمان فشار در دمای اتاق (RT) و دمای بالا (HT) 

3. سینتیک تخریب

شکل 1. کاهش توان نوری خروجی لامپهای مورد آزمایش در دمای اتاق 

شکل 2. کاهش توان نوری خروجی لامپهای مورد آزمایش در دمای بالا

4. تیره شدن لامپ ساطع

شکل 3. ترموگرام IR در لامپ RT در حین فشار

شکل 4. فوتوگراف لامپ ساطع کهنهنشده و کهنه شده (2500 ساعت) برای تولیدکنندهی D. تیره شدن بعد از اینکه فشار به وضوح قابل دید است.

5. تغییرات کروماتیک

شکل 5. فوتوگراف لامپ ساطع کهنهنشده و کهنه (2500 ساعت) برای تولیدکنندهی D. مقادیر مختلف تیره شدن با بضی شبز رنگ (تیرهگی کم) و با بیضی قرمز رنگ (تیرهگی بالا) نشان داده شدهاند. 

شکل 6. نور انتقال یافته در دو ناحیه از لامپ با سطوح مختلف تیره شدن. منبع نور: لامپ کالیبراسیون رادیومتری

6. عملکرد محرک

شکل 7. تغییر طیف انتقالیافتهی نرمالیزه شده در مقایسه با دو ناحیهی لامپ با سطوح مختلف تیره شدن. منبع نور: لامپ کالیبراسیون رادیومتری

شکل 8. تغییرات طیفی در زمان فشار. کاهش اوج زرد مسئول تغییرات ویژگیهای کروماتیک است در حالیکه خروجی تراشهی LED (اوج در 455 نانومتر) پایدار می ماند

شکل 9. تغییر دمای رنگی مربوطه در حین فرسوده شدن. لامپهایی که در دمای بالا تحت فشار قرار میگیرند تحت تاثیر تخریب شدیدتر قرار دارند

شکل 10. ارتباط بین کاهش توان نوری خروجی و کاهش مصرف توان خروجی در یکی از لامپهای مورد آزمایش

7. نتیجه گیریهای

شکل 11. فوتوگرافی محرک LED خراب شده

این مقاله یکی از اولین مطالعات در مورد تخریب لامپ های جایگزین را بر اساس دیودهای ساطع کننده ی نوری GaN سفید توضیح می دهد. نتایج حاکی از این هستند که طول عمر لامپ های LED بجای تخریب تراشه های LED اساسا به دوام محرک و اجزای نوری بستگی دارد که خروجی ثابتی در طول زمان فشار دارد. با مقایسه ی لامپ های تولیدی توسط چهار تولیدکننده ی مختلف که در دمای اتاق و دمای بالا قرار گرفته اند، دریافتیم که (1) قرار گرفتن بلند مدت باعث تغییر ویژگی های کروماتیک (رنگی) لامپ ها می گردد که به تخریب فسفر یا رفلکتور LED مرکزی نسبت داده می شود؛ (2) در طول مدت زمان فرسودگی محرک LED ممکن است بتدریج خراب شود و یا بطور فاجعه-آمیز باعث کاهش توان نوری خروجی یا خرابی کامل گردد؛ (3) مدیریت مناسب حرارتی و پراکندگی گرمایی باعث کاهش ضریب تخریب می گردد؛ (4) اندازه گیری های قابلیت انتقال طیفی و بررسی بینایی حاکی از تخریب اجزای نوری پراکنشی است که ناشی از طول موج کوتاه طیف انتشار LED است.

LEDهای سفید بر مبنای تراشه های GaN و تبدیل فسفر زرد دستگاه-های کارایی هستند که ثابت شده است قابلیت اطمینان و دوام آن ها ده ها هزار ساعت است [1، 2]. برای بهره بردن از این کارایی، چند کشور و انجمن در حال ارتقای ساخت لامپ های LED جایگزین هستند که می توان در سوکت پیچی معمولی ادیسون جایگذاری کرد که جدیدترین نمونه ی آن رقابت «L Prize» بود که در سال 2008 توسط وزارت انرژی ایالات متحده با جایزهی 10 ملیون دلاری انجام شد [3]. لامپ های جایگزین در حال حاضر در فروشگاه ها عرضه می شوند. با توجه به هزینه ی اولیه ی بالاتر، حصول اطمینان از ثابت باقی ماندن ویژگی های کروماتیک و شدت آن ها در طول عمر کاربرد آن ها برای بهره بردن از توان مصرفی کم و طول عمر بیش تر آن ها در مقایسه با لامپ های آفتابی و فلورسنت مهم است [4]. هرچند مقالات متعددی به بررسی تخریب LEDهای تراشه تحت فشار با دمای بالا [5، 6]، جریان بالا [7، 9]، و بایاس معکوس [7-13] پرداخته اند، تا به حال هیچ مقاله ای تخریب بلند مدت کل لامپ ها را توضیح نداده است. این مقاله یکی از اولین مطالعات روی ساز و کارهای تخریب لامپ های موجود به لحاظ تجاری را ارائه می دهد؛ نتایج این امکان را برای ما فراهم می کند تا بخش های بسیار مهم کل سیستم را مشخص کنیم و حالت های خرابی را به ساز و کارهای خرابی خاص مرتبط سازیم. دریافتیم که (1) دمای کاری باعث تسریع فرآیندهای تخریب می شود که به (2) تیره شدن لامپ ساطع پلاستیکی، به (3) تغییر در ویژگی-های کروماتیک فسفر داخلی و یا رفلکتور و به (4) تخریب محرک LED مربوط هستند.