Как и почему светодиод теряет яркость: правда о деградации LED, которую нужно знать каждому
В профессиональном дискурсе под термином «деградация светодиода» обычно понимают прогрессирующее снижение светового потока, вызванное недостаточным теплоотводом от полупроводникового кристалла. В более широком смысле это понятие охватывает преждевременное наступление непригодности источника света, а также изменение исходной цветовой температуры, влияющее на качество светового сигнала.
Стоит подчеркнуть, что, несмотря на внешнюю схожесть последствий, причин у деградации множество: от технологических дефектов и неправильного монтажа до естественных процессов старения материалов. Все они приводят к единому симптоматическому результату — недопустимому снижению яркости или полной потере свечения при подаче питания.
В областях, где критична цветопередача и стабильность светового потока — медицинские учреждения, выставочные пространства, музеи — деградация светодиодов превращается в серьёзную техническую и эксплуатационную проблему. Рассмотрим основные причины, лежащие в её основе.
Итак, процесс старения полупроводникового источника света принято называть деградацией. В первую очередь это проявляется в уменьшении светового потока — объективном показателе эффективности преобразования электрической энергии в видимое излучение.
Кроме уменьшения интенсивности света, ключевыми признаками служат так называемый цветовой сдвиг — отклонение цветовой температуры от исходного значения — и ухудшение индексa цветопередачи. В конечной стадии возможен полный выход светодиода из строя. Перечисленные проявления могут возникать под воздействием разнородных факторов.
Одной из частых причин ранней деградации кристалла является низкокачественная сборка. В погоне за минимизацией себестоимости производитель может отклоняться от допустимых стандартов, применяя недостаточные корпуса и экономию на конструктивных элементах.
Современные мощные светодиодные чипы требуют корпусов с большей площадью для эффективного рассеивания тепла, чем те, которые применялись для ранних маломощных образцов.
Альтернативно, дефекты на уровне фабричной технологии изготовления чипа — нарушения материаловедения или процессов пайки и пассивации — ведут к ускоренной деградации, сокращая реальный срок службы устройства по сравнению с заявленным производителем.
Неправильный монтаж формирует эксплуатационные условия, несовместимые с рабочими характеристиками кристалла. Отсутствие алюминиевого профиля или других тепловых интерфейсов — грубое нарушение проектных требований, приводящее к недостаточному отводу тепла.
Установка современного мощного чипа в старый корпус, рассчитанный на малую мощность, гарантированно вызывает перегрев и сокращение срока службы.
Механические повреждения, прямое воздействие солнечного излучения или перегрев при неопытной пайке также неизменно ускоряют деградацию. Все эти нарушения сводятся к одной сущности — ухудшению теплового режима кристалла.
Указанные факторы объединяет общая причинно-следственная связь: они затрудняют отвод тепла, вызывая повышение температуры кристалла свыше допустимых пределов, что приводит к превышению тока через pn-переход и, в итоге, к его разрушению.
Надо отметить, что даже при корректной эксплуатации деградации не избежать: светодиоды подвержены естественному старению материалов. Белые светодиоды особенно склонны к изменениям цвета. Базовая эмиссия у таких чипов имеет синий спектральный компонент, который уравновешивается слоем люминофора.
Со временем люминофор деградирует: его слой может разрушаться, что приводит к смещению цветовой температуры в сторону холодного голубого оттенка.
Альтернативная производственная схема даёт иной механизм деградации: высокая температура провоцирует образование воздушных прослоек между люминесцентным покрытием и кристаллом, что вызывает желтение цвета из‑за расслоения структуры.
Обе описанные формы — естественные виды старения материалов, и добросовестный производитель учитывает их при разработке спецификаций и проведении испытаний на долговечность.
Важно помнить: паспортные характеристики долговечности формируются в лабораторных условиях, где строго контролируются режимы питания, отведение тепла и уровень влажности. В реальных эксплуатационных условиях эти параметры нередко ухудшаются, что приводит к сокращению реального срока службы.