Effetti della temperatura operativa sulla vita e la luminosità dei LED

Effetti della temperatura operativa sulla vita e la luminosità dei LED

Per la tecnologia LED, dal chip LED ai prodotti correlati come lampade, moduli e apparecchi a LED, l'alta temperatura di funzionamento può provocare guasti meccanici e un significativo calo delle prestazioni.

Come un LED si comporta quando è sottoposto a temperature operative più elevate è direttamente correlato alla sua qualità. I LED di alta qualità (come Nichia o Cree) funzioneranno entro i parametri anche ad alte temperature, mentre i LED di bassa qualità si romperanno, cambieranno il loro colore, perderanno luminosità o una combinazione di questi. 

Per la tecnologia LED, dobbiamo evitare di operare a temperature oltre quelle specificate dal produttore. In caso contrario, si verifica almeno una delle seguenti situazioni:
  1. fallimento completo del LED
  2. la resa luminosa diminuisce in modo permanente (Lumen Degradation) anche se il problema dell'alta temperatura viene risolto
  3. l'uscita della luce è diminuita temporaneamente mentre il LED funziona ad alta temperatura
  4. la temperatura di colore del LED bianco cambia

Come spiegato di seguito:

1. Guasto completo del LED

La maggior parte dei materiali che compongono un LED non resistono alle alte temperature e quando l'"anello più debole" raggiunge il punto di rottura, il LED si guasta. Poi si può anche vedere visivamente, in molti casi, sotto un LED a 4 chip con tutti permanentemente danneggiati.

2. La resa luminosa dei LED è diminuita in modo permanente (Lumen Degradation)

Prima che l'"anello più debole" all'interno di un LED raggiunga il punto di rottura (come sopra) esso, e gli altri materiali, subiranno dei cambiamenti graduali e permanenti. Questi abbasseranno l'emissione di luce del LED, in modo permanente.

Le lampade o gli apparecchi a LED devono essere sostituiti quando il loro rendimento luminoso si è degradato di una certa quantità, di solito quando la perdita è del 30% del rendimento luminoso iniziale. Un'affermazione equivalente è "l'uscita luminosa è al 70% del valore iniziale" e ha l'acronimo "L70". Questo è ciò che significa effettivamente la durata del LED, e non il momento in cui il LED fallisce completamente.

Nell'immagine qui sotto, il LED a sinistra ha 35.000 ore di vita e quello a destra (Nichia) 100.000 ore di vita, entrambi ad una temperatura di 85 °C.

La velocità con cui i materiali all'interno di un LED si degradano al punto da doverlo sostituire (durata L70, perdita di luce del 30%) dipende molto dalla temperatura di funzionamento, dalla qualità dei materiali e dal design del pacchetto LED. I LED potrebbero perdere il 30% della luce in poche migliaia di ore o in oltre 200.000 ore, come mostrano i due grafici.

 

La durata dei LED può essere di appena 2000 ore in alcuni casi.

3. L'emissione di luce diminuisce temporaneamente mentre il LED funziona ad alta temperatura

La temperatura non ha solo un'influenza a lungo termine sulla durata del LED, ma anche immediata sulle sue prestazioni.

Non esiste una perdita di prestazioni standard, la qualità dei materiali e del design del pacchetto LED la determinano, con differenze sostanziali da una marca di LED all'altra.

Per esempio a 75°C le prestazioni di un LED possono essere del 5%-70% inferiori a quelle che ci aspetteremmo da esso (ciò che è scritto nel datasheet).

4. La temperatura di colore del LED bianco cambia

Oltre alla durata e alle prestazioni, la temperatura influenza anche il colore della luce bianca (temperatura di colore). Materiali di scarsa qualità o design carente possono cambiare in modo tale quando esposti ad alte temperature che la luce bianca di un LED può diventare quasi blu, permanentemente.

 

Un esempio che mostra gli effetti 2, 3 e 4:

Con quanto sopra in mente abbiamo selezionato i LED Nichia 757G come LED di scelta per la maggior parte dei nostri Lumistrips. Il design proprietario Nichia del 757G ha la migliore resistenza alle alte temperature sul mercato e quindi le migliori prestazioni nella maggior parte delle applicazioni.

 

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