Mit vegyünk figyelembe a LED-ek élettartamával kapcsolatban?

Sok tévhit kering a LED-ek élettartamáról, sokan örök életünek tekintik ezen félvezető alapú fényforrásokat. A helyzet azonban sokkal bonyolultabb mint elsőként gondolnánk.

Első lépésként tisztázni érdemes, hogy mit nevezünk az élettartam végének. Hagyományos izzólámpák esetén egyszerű a válasz, azt a pillanatot amikor az izzólámpa kiég, a volfram szál elszakad. LED-eknél a fényáram viszont folyamtosan csökken, így élettartam végének például azt az időpontot tekinthetjük amikor a LED fényárama a kezdeti érték 70%-ra csökken.

A LED-ek élettartama nem egy determinisztikus paraméter, amit egyetlen LED példány öregedése alapján lehetne megállapítani. A komoly, megbízható LED gyártók az IES LM80-as szabványnak megfelelő eljárással mindig nagyobb LED populációt öregítenek és vizsgálnak (100-as nagyságrendű mintaszám). Az élettartamnak a közelmúltig azt az időt tekintették, amikor a vizsgált LED populáció adott hányada esetében a fényáram a kezdeti érték 70%-ára csökken. Pl. ha a LED-ek felénél következik be a 70%-os értékre való csökkenés, akkor B50-L70 értelmű élettartamról van szó. A konkrét várható élettartam a LED üzemi áramától és üzemi hőmérsékletétől függ, ezért az élettartamot egy görbesereggel adják meg a gyártói termékadatlapok (B50-L70 diagramok, vagy általában: Bxx-Lyy diagramok – ilyen görbesereget mutat a mellékelt ábra). Természetesen az öregítés nem tarthat 50,000 órát, az ilyen vizsgálatok 6-8 ezer órásak; az ezen időtartam alatt bekövetkezett változások alapján becslik a gyártók a LED-ek várható élettartamát. Az élettartam becslés módszerét USA szabvány rögzíti: az IES TM21 szabvány szerint az IES LM80-as szabvány alapján öregített LED-ek mért paraméterváltozásai adják meg, hogy hogyan kell a vizsgált LED típus várható élettartamát megbecsülni.

A várható élettartam, p-n átmenet hőmérséklete és LED áram összefüggése.

 

Az élettartamot több tényező is befolyásolja. A LED-ek kezdetben mint kis kijelző fényforrások terjedtek el, általában 20 mA-es meghajtó árammal. Ezek között voltak olyanok, melyek tokozásához optikai sugárzásra érzékeny anyagokat használtak, ezek élettrtama rövid volt. A legtöbb – nevesebb gyártók által készített – kijelző LED élettartama valóban igen hosszú, eléri a százezer órát. Ezen diódák felvett teljesítménye 50 mW-80 mW közötti érték, ez még a hozzávezetések rossz hőátadása (nagy hőellenállása) esetén is az élettartam szempontjából elfogadható mértékű hőmérsletnövekedést eredményez a LED aktív felületén.

A nagyobb egységteljesítményű LED-eknél a nem kielégítő hűtés okozza a legtöbb meghibásodást. Fehér LED-ek esetén, ha a rövid hullámhusszúságú sugárzás hoszabb hullámhosszúra való konvertálását végző fényport (LED „kék” fényét „sárga” színű fénnyé konvertálja) közvetlenül a LED felületére, valamilyen műanyag mátrixba kevert formában viszik fel, akkor ez a fénypor keverék is öregedhet, más esetekben a LED kristályszerkezetében következhet be a hő hatására vissza nem fordítható változás (kontaktusok leválása, a kristályhibák elmozdulása - ún.diszlokáció vándorlás) stb. Mindez erősen függ a gyártási technológiától, így azonos induló fényhasznosítású és egységteljesítményű LED-ek esetén, azonos hűtési körülmények között is lehetnek gyártmányok, melyek csak néhány ezer órát működnek, s mások, melyek több tízezer órán át is használhatók.

Adott minőség esetén a felhasználás körülményei szabják meg az élettartamot: a LED-eket általában tág áramtartományban lehet használni, de azonosan jó hűtés esetén is rövidül az élettartam az áramerősség növelésével.

Fentiekre való tekintettel célszerű, ha a felhasználó tájékozódik, hogy a gyártó – valós mérési adatok alapján – milyen élettartamot garantál a termékre. Ezt követően meg kell határozni, hogy a tervezett felhasználási körülmények között milyen p-n átmenet hőmérséklet várható. Végül ellenőrzendő, hogy a LED és a környezet közötti hőellenállás a valóságban mekkora. Így pl. azt, hogy a LED milyen formában került rögzítésre a hőátadást szolgáló alaplemezre (forrasztás vagy hővezető paszta felhasználásával, utóbbi örgszik, hőellenállása nő).

Célszerű az újonnan kidolgozott vagy beszerzett LED-es fényforrást szakértő laboratóriumban beméretni, minőségét ellenőriztetni, mivel az elvégzendő mérésekhez megfelelő mérőberendezésekre és szakértelemre van szükség.