Външните LED дисплеи, с техните предимства на енергоспестяване, екологичност и дълъг живот, показаха широки перспективи за развитие в областта на съвременните дисплеи. Въпреки това, като външно оборудване, LED дисплеите неизбежно са изправени пред различни екологични предизвикателства, сред които високите температури оказват особено значително влияние върху тяхната производителност и продължителност на живота.
I. Високи температури, водещи до пълна повреда на LED дисплеите
Когато работната температура надхвърли границата-на товароносимост на LED чипа, ще възникнат редица сериозни проблеми:
1. Рязък спад в светлинната ефективност: След като работната температура на LED дисплей превиши номиналната{1}}температура на натоварване на чипа, неговата светлинна ефективност бързо ще намалее, причинявайки значително отслабване на светлината, а в тежки случаи дори трайна повреда. Тази повреда е необратима и ще повлияе пряко на нормалната употреба на дисплея.
2. Дегенерация и повреда на капсулиращите материали: Повечето LED дисплеи използват прозрачна епоксидна смола за капсулиране. Когато температурата на свързване превиши температурата на твърд-фазов преход (обикновено 125 градуса), капсулиращият материал претърпява фазов преход, преминавайки от твърдо в гумено състояние и коефициентът на топлинно разширение се увеличава рязко. Тази промяна ще причини деформация на структурата на капсулиране, което ще доведе до сериозни повреди като късо съединение, което в крайна сметка ще доведе до пълна повреда на дисплея.
II. Високите температури значително съкращават живота на LED дисплея
Продължителността на живота на един LED дисплей обикновено се измерва чрез неговите характеристики на затихване на светлината, което означава, че яркостта постепенно намалява с течение на времето, докато накрая се изключи. Индустрията обикновено определя продължителността на живота на един LED дисплей като времето, необходимо на неговия светлинен поток да намалее с 30%.
Основните причини за затихване на светлината, причинено от високи температури, са:
1. Дифузия на дефекти в материала на чипа: При високи температури малките дефекти в материала на LED чипа бързо дифундират и се възпроизвеждат, като в крайна сметка проникват в зоната, излъчваща-светлина, и образуват многобройни центрове за не-радиационна рекомбинация, което значително намалява светлинната ефективност на LED дисплея. Едновременно с това високите температури ускоряват дифузията на примеси в интерфейса и печатната платка, като допълнително изострят процеса на разпадане на светлината.
2. Влошаване на характеристиките на капсулиращия материал: Прозрачната епоксидна смола претърпява денатурация и пожълтяване при високи температури, което сериозно засяга нейната пропускливост на светлина. Колкото по-висока е работната температура, толкова по-бърз е този процес на разграждане, значителен фактор, допринасящ за затихването на светлината на LED дисплея.
3. Влошаване на ефективността на фосфора: Фосфорите показват значително затихване на светлината при високи температури, което също е една от основните причини за цялостното затихване на светлината на външните LED дисплеи.
Струва си да се отбележи, че различните марки LED дисплеи показват различни характеристики на затихване на светлината поради разликите в избора на материал и производствените процеси. Производителите на LED дисплеи предоставят стандартни криви на затихване на светлината за справка от потребителя. Важно е да се подчертае, че намаляването на светлинния поток на LED дисплеите, причинено от високи температури, е необратимо; светлинният поток преди това необратимо затихване се нарича "първоначален светлинен поток" на LED дисплея.
III. Високите температури намаляват светлинната ефективност на LED дисплея
Високите температури намаляват светлинната ефективност на LED дисплеите по няколко начина:
1. Намалена мобилност на електрони: С повишаване на температурата концентрацията на електрони и дупки се увеличава, ширината на лентата намалява и мобилността на електроните съответно намалява, което пряко влияе върху проводимостта и светлинната ефективност на светодиода.
2. Намалена вътрешна квантова ефективност: Повишената температура намалява вероятността за рекомбинация на електрон-дупка в потенциалната яма, увеличавайки вероятността за не-радиационна рекомбинация (генериране на топлина), като по този начин намалява вътрешната квантова ефективност на LED дисплея.
3. Намалено съответствие на дължината на вълната: Повишаването на температурата кара пика на синята светлина на чипа да се измести към по-дълги дължини на вълната, което води до несъответствие между дължината на вълната на излъчване на чипа и дължината на вълната на възбуждане на фосфора, намалявайки ефективността на извличане на външна светлина на белия LED дисплей.
4. Намалена квантова ефективност на фосфора: При високи температури, квантовата ефективност на фосфора намалява значително, което води до по-слаб светлинен интензитет и спад в ефективността на извличане на външна светлина на LED дисплеите.
5. Промени в производителността на материала за капсулиране: Ефективността на силикона се влияе значително от температурата на околната среда. С повишаването на температурата вътрешното термично напрежение в силикона се увеличава и индексът на пречупване намалява, което допълнително влияе върху светлинната ефективност на LED дисплея.
IV. Високата температура влияе върху дължината на вълната на LED дисплея (цвят): Характеристиките на дължината на вълната на LED дисплеите обикновено се разделят на пикова дължина на вълната и доминираща дължина на вълната. Пиковата дължина на вълната е дължината на вълната с най-висок интензитет на светлината, докато доминиращата дължина на вълната се определя от координатите на цветността X и Y и отразява цвета, възприет от човешкото око.
Механизъм на въздействието на високата температура върху дължината на вълната: Ширината на лентата на луминесцентния материал на LED дисплея директно определя неговата дължина на вълната или цветовите характеристики. С повишаването на температурата ширината на лентата на материала намалява, което води до по-голяма дължина на вълната на излъчване и феномен на червено отместване в цвета. Тази промяна на дължината на вълната директно причинява промяна в цвета на LED дисплея, възприеман от човешкото око, засягайки последователността и точността на ефекта на дисплея.
V. Ограничения при висока температура Максимален ток на инжектиране на LED дисплеи: В допълнение към горните ефекти, среди с висока-температура също ограничават максималния ток на инжектиране на LED дисплеи. За да се гарантира безопасната работа на LED чиповете, задвижващият ток трябва да се регулира според действителната работна температура. Това до известна степен ограничава обхвата на регулиране на яркостта и динамичната производителност на екрана на LED дисплея.
Както показва анализът по-горе, високо{0}}температурните среди имат многостранно и сериозно въздействие върху външните LED дисплеи, засягайки ключови показатели за ефективност като продължителност на живота, светлинна ефективност, ефект на дисплея и надеждност. Следователно, за външни LED дисплеи разумният контрол на температурата е не само основно изискване за осигуряване на нормална работа, но и ключов фактор за удължаване на живота и подобряване на качеството на дисплея.
При практически приложения температурата на работната среда на екрана на LED дисплея трябва да бъде напълно взета под внимание и трябва да се вземат ефективни мерки за разсейване на топлината, като например оптимизиране на дизайна на структурата за разсейване на топлината, използване на високо-ефективни материали за разсейване на топлината и оборудването му с интелигентна система за контрол на температурата. Това гарантира, че екранът на LED дисплея може да работи стабилно и надеждно при различни условия на околната среда, предоставяйки на потребителите отлични ефекти на дисплея.
