Afișajele LED de exterior, cu avantajele lor de economisire a energiei, ecologice și durată lungă de viață, au arătat perspective largi de dezvoltare în domeniul display-urilor moderne. Cu toate acestea, ca echipamente de exterior, afișajele LED se confruntă inevitabil cu diverse provocări de mediu, printre care temperaturile ridicate au un impact deosebit de semnificativ asupra performanței și duratei lor de viață.
I. Temperaturi ridicate care duc la deteriorarea completă a afișajelor LED
Când temperatura de funcționare depășește limita de sarcină-a cipul LED, vor apărea o serie de probleme grave:
1. Scădere bruscă a eficienței luminoase: odată ce temperatura de funcționare a unui afișaj cu LED depășește temperatura nominală de încărcare-a cipulului, eficiența sa luminoasă va scădea rapid, provocând o atenuare semnificativă a luminii și, în cazuri grave, chiar daune permanente. Această deteriorare este ireversibilă și va afecta direct utilizarea normală a afișajului.
2. Degenerarea și eșecul materialelor de încapsulare: Majoritatea afișajelor LED folosesc rășină epoxidice transparentă pentru încapsulare. Când temperatura joncțiunii depășește temperatura de tranziție a fazei solide-(de obicei 125 de grade ), materialul de încapsulare suferă o tranziție de fază, trecând de la o stare solidă la una cauciucoasă, iar coeficientul de dilatare termică crește brusc. Această modificare va cauza deformarea structurii de încapsulare, ducând la defecțiuni grave, cum ar fi scurtcircuite, ducând în cele din urmă la deteriorarea completă a afișajului.
II. Temperaturile ridicate scurtează semnificativ durata de viață a afișajului LED
Durata de viață a unui afișaj LED este de obicei măsurată prin caracteristicile sale de degradare a luminii, ceea ce înseamnă că luminozitatea scade treptat în timp, până când se oprește în cele din urmă. Industria definește, în general, durata de viață a unui afișaj LED ca fiind timpul necesar pentru ca fluxul său luminos să scadă cu 30%.
Principalele motive pentru degradarea luminii cauzate de temperaturile ridicate sunt:
1. Difuzia defectelor materialelor cipului: la temperaturi ridicate, defectele minuscule ale materialului cipului LED se difuzează și se reproduc rapid, infiltrăndu-se în cele din urmă în zona de-emițătoare de lumină și formând numeroase centre de recombinare ne-radiative, reducând sever eficiența luminoasă a afișajului LED. Simultan, temperaturile ridicate accelerează difuzia impurităților în interfață și placa de circuite, exacerbând și mai mult procesul de degradare a luminii.
2. Degradarea performanței materialului de încapsulare: Rășina epoxidică transparentă suferă denaturare și îngălbenire la temperaturi ridicate, afectând grav transmisia luminii. Cu cât temperatura de funcționare este mai mare, cu atât este mai rapid acest proces de degradare, un factor semnificativ care contribuie la decăderea luminii afișajului LED.
3. Deteriorarea performanței fosforului: Fosforii prezintă o degradare semnificativă a luminii la temperaturi ridicate, care este, de asemenea, unul dintre principalele motive pentru degradarea generală a luminii a afișajelor LED de exterior.
Este demn de remarcat faptul că diferitele mărci de afișaje cu LED-uri prezintă caracteristici variate de degradare a luminii datorită diferențelor în selecția materialelor și procesele de fabricație. Producătorii de afișaje cu LED oferă curbe standard de degradare a luminii pentru referință de utilizator. Este important de subliniat faptul că decăderea fluxului luminos al afișajelor LED cauzată de temperaturile ridicate este ireversibilă; fluxul de lumină înainte de producerea acestei decăderi ireversibile se numește „flux inițial de lumină” al afișajului LED.
III. Temperaturile ridicate reduc eficiența luminoasă a afișajului LED
Temperaturile ridicate reduc eficiența luminoasă a afișajelor LED în mai multe moduri:
1. Scăderea mobilității electronilor: Pe măsură ce temperatura crește, crește concentrația de electroni și găuri, banda interzisă scade, iar mobilitatea electronilor scade în consecință, afectând direct conductivitatea și eficiența luminoasă a LED-ului.
2. Eficiență cuantică internă redusă: creșterea temperaturii reduce probabilitatea recombinării-găurilor de electroni în puțul de potențial, crescând probabilitatea recombinării non-radiative (generare de căldură), reducând astfel eficiența cuantică internă a afișajului LED.
3. Potrivire scăzută a lungimii de undă: Creșterea temperaturii face ca vârful luminii albastre al cipului să se deplaseze către lungimi de undă mai lungi, rezultând o nepotrivire între lungimea de undă de emisie a cipului și lungimea de undă de excitație a fosforului, reducând eficiența extracției luminii externe a afișajului LED alb.
4. Eficiență cuantică redusă a fosforilor: La temperaturi ridicate, eficiența cuantică a fosforilor scade semnificativ, rezultând o intensitate luminoasă mai slabă și o scădere a eficienței de extracție a luminii externe a panourilor cu afișaj LED.
5. Schimbări în performanța materialului de încapsulare: Performanța siliconului este afectată semnificativ de temperatura ambiantă. Pe măsură ce temperatura crește, stresul termic intern din silicon crește, iar indicele de refracție scade, afectând și mai mult eficacitatea luminoasă a afișajului LED.
IV. Temperatura ridicată afectează lungimea de undă a afișajului LED (culoare): caracteristicile lungimii de undă ale afișajelor LED sunt, în general, împărțite în lungime de undă de vârf și lungime de undă dominantă. Lungimea de undă de vârf este lungimea de undă cu cea mai mare intensitate a luminii, în timp ce lungimea de undă dominantă este determinată de coordonatele cromatice X și Y și reflectă culoarea percepută de ochiul uman.
Mecanismul impactului temperaturii ridicate asupra lungimii de undă: banda interzisă a materialului luminiscent al afișajului LED determină în mod direct lungimea de undă sau caracteristicile de culoare. Pe măsură ce temperatura crește, banda interzisă a materialului scade, ceea ce duce la o lungime de undă de emisie mai mare și la un fenomen de deplasare spre roșu în culoare. Această modificare a lungimii de undă determină în mod direct o schimbare a culorii afișajului LED perceput de ochiul uman, afectând consistența și acuratețea efectului de afișare.
V. Limite de temperatură ridicată Curentul maxim de injecție al afișajelor LED: în plus față de efectele de mai sus, mediile cu temperatură ridicată limitează și curentul maxim de injecție al afișajelor LED. Pentru a asigura funcționarea în siguranță a cipurilor LED, curentul de acționare trebuie ajustat în funcție de temperatura reală de funcționare. Acest lucru, într-o oarecare măsură, limitează domeniul de reglare a luminozității și performanța dinamică a ecranului cu LED.
După cum arată analiza de mai sus, mediile cu temperatură ridicată-au efecte multiple și severe asupra afișajelor LED de exterior, afectând indicatori cheie de performanță, cum ar fi durata de viață, eficiența luminoasă, efectul de afișare și fiabilitatea. Prin urmare, pentru afișajele LED de exterior, controlul rezonabil al temperaturii nu este doar o cerință de bază pentru asigurarea funcționării normale, ci și un factor cheie în extinderea duratei de viață și îmbunătățirea calității afișajului.
În aplicațiile practice, temperatura mediului de operare a ecranului cu LED-uri trebuie luată în considerare pe deplin și trebuie luate măsuri eficiente de disipare a căldurii, cum ar fi optimizarea designului structurii de disipare a căldurii, utilizarea materialelor de disipare a căldurii cu eficiență ridicată-și echiparea cu un sistem inteligent de control al temperaturii. Acest lucru asigură că ecranul LED poate funcționa stabil și fiabil în diferite condiții de mediu, oferind utilizatorilor efecte de afișare excelente.
