Les pantalles LED a l'aire lliure, amb els seus avantatges d'estalvi d'energia, respecte al medi ambient i llarga vida útil, han mostrat àmplies perspectives de desenvolupament en el camp de les visualitzacions modernes. Tanmateix, com a equipament a l'aire lliure, les pantalles LED s'enfronten inevitablement a diversos reptes ambientals, entre els quals les altes temperatures tenen un impacte especialment significatiu en el seu rendiment i vida útil.
I. Temperatures elevades que provoquen danys complets a les pantalles LED
Quan la temperatura de funcionament supera el límit de càrrega-del xip LED, es produiran una sèrie de problemes greus:
1. Disminució brusca de l'eficiència lluminosa: un cop la temperatura de funcionament d'una pantalla LED supera la temperatura nominal de càrrega-del xip, la seva eficiència lluminosa disminuirà ràpidament, provocant una atenuació de la llum important i, en casos greus, fins i tot danys permanents. Aquest dany és irreversible i afectarà directament l'ús normal de la pantalla.
2. Degeneració i fracàs dels materials d'encapsulació: la majoria de pantalles LED utilitzen resina epoxi transparent per a l'encapsulació. Quan la temperatura de la unió supera la temperatura de transició de fase sòlida-(normalment 125 graus), el material d'encapsulació experimenta una transició de fase, canviant d'un estat sòlid a un estat de goma, i el coeficient d'expansió tèrmica augmenta bruscament. Aquest canvi provocarà una deformació de l'estructura d'encapsulació, donant lloc a errors greus com curtcircuits, que acabaran provocant el dany total de la pantalla.
II. Les altes temperatures escurcen significativament la vida útil de la pantalla LED
La vida útil d'una pantalla LED es mesura normalment per les seves característiques de decadència de la llum, el que significa que la brillantor disminueix gradualment amb el temps fins que finalment s'apaga. La indústria generalment defineix la vida útil d'una pantalla LED com el temps que triga a que el seu flux lluminós disminueixi un 30%.
Les principals causes de la decadència de la llum causada per les altes temperatures són:
1. Difusió dels defectes del material del xip: a altes temperatures, els petits defectes del material del xip LED es difonen i es repliquen ràpidament, infiltrant-se finalment a l'àrea-emissora de llum i formant nombrosos centres de recombinació no-radiatius, reduint molt l'eficiència lluminosa de la pantalla LED. Simultàniament, les altes temperatures acceleren la difusió d'impureses a la interfície i la placa de circuit, agreujant encara més el procés de desintegració de la llum.
2. Degradació del rendiment del material d'encapsulació: la resina epoxi transparent pateix una desnaturalització i un groc a altes temperatures, afectant greument la seva transmitància de la llum. Com més alta sigui la temperatura de funcionament, més ràpid serà aquest procés de degradació, un factor important que contribueix a la decadència de la llum de la pantalla LED.
3. Deteriorament del rendiment del fòsfor: els fòsfors presenten una important decadència de la llum a altes temperatures, que també és una de les principals raons de la decadència de la llum global de les pantalles LED exteriors.
Val la pena assenyalar que diferents marques de pantalles LED presenten diferents característiques de decadència de la llum a causa de les diferències en la selecció de materials i els processos de fabricació. Els fabricants de pantalles LED proporcionen corbes estàndard de decadència de la llum per a la referència de l'usuari. És important destacar que la decadència del flux de llum de les pantalles LED causada per altes temperatures és irreversible; el flux de llum abans que es produeixi aquesta decadència irreversible s'anomena "flux de llum inicial" de la pantalla LED.
III. Les altes temperatures redueixen l'eficiència lluminosa de la pantalla LED
Les altes temperatures redueixen l'eficiència lluminosa de les pantalles LED de diverses maneres:
1. Disminució de la mobilitat electrònica: a mesura que augmenta la temperatura, augmenta la concentració d'electrons i forats, disminueix la bretxa de banda i la mobilitat d'electrons disminueix en conseqüència, afectant directament la conductivitat i l'eficiència lluminosa del LED.
2. Reducció de l'eficiència quàntica interna: l'augment de la temperatura redueix la probabilitat de recombinació del-forat d'electrons al pou potencial, augmentant la probabilitat de recombinació no-radiativa (generació de calor), reduint així l'eficiència quàntica interna de la pantalla LED.
3. Disminució de la concordança de la longitud d'ona: l'augment de la temperatura fa que el pic de llum blava del xip es desplaci cap a longituds d'ona més llargues, donant lloc a un desajust entre la longitud d'ona d'emissió del xip i la longitud d'ona d'excitació de fòsfor, reduint l'eficiència d'extracció de llum externa de la pantalla LED blanca.
4. Reducció de l'eficiència quàntica dels fòsfors: a altes temperatures, l'eficiència quàntica dels fòsfors disminueix significativament, donant lloc a una intensitat lluminosa més feble i una disminució de l'eficiència d'extracció de llum externa dels panells de visualització LED.
5. Canvis en el rendiment del material d'encapsulació: el rendiment de la silicona es veu afectat significativament per la temperatura ambient. A mesura que augmenta la temperatura, l'estrès tèrmic intern de la silicona augmenta i l'índex de refracció disminueix, afectant encara més l'eficàcia lluminosa de la pantalla LED.
IV. L'alta temperatura afecta la longitud d'ona de la pantalla LED (color): les característiques de longitud d'ona de les pantalles LED es divideixen generalment en longitud d'ona màxima i longitud d'ona dominant. La longitud d'ona màxima és la longitud d'ona amb la intensitat de llum més alta, mentre que la longitud d'ona dominant està determinada per les coordenades de cromaticitat X i Y i reflecteix el color percebut per l'ull humà.
Mecanisme de l'impacte de l'alta temperatura en la longitud d'ona: la distància de banda del material luminiscent de la pantalla LED determina directament les seves característiques de longitud d'ona o color. A mesura que augmenta la temperatura, la banda intercalada del material disminueix, donant lloc a una longitud d'ona d'emissió més llarga i a un fenomen de desplaçament al vermell del color. Aquest canvi de longitud d'ona provoca directament un canvi en el color de la pantalla LED percebut per l'ull humà, afectant la consistència i la precisió de l'efecte de visualització.
V. Límits d'alta temperatura Corrent màxim d'injecció de les pantalles LED: a més dels efectes anteriors, els entorns d'alta-temperatura també limiten el corrent d'injecció màxim de les pantalles LED. Per garantir el funcionament segur dels xips LED, el corrent de la unitat s'ha d'ajustar segons la temperatura de funcionament real. Això, fins a cert punt, limita el rang d'ajust de la brillantor i el rendiment dinàmic de la pantalla LED.
Com mostra l'anàlisi anterior, els entorns d'alta-temperatura tenen efectes múltiples i greus en les pantalles LED exteriors, que afecten indicadors clau de rendiment com ara la vida útil, l'eficiència lluminosa, l'efecte de la pantalla i la fiabilitat. Per tant, per a les pantalles LED exteriors, un control raonable de la temperatura no només és un requisit bàsic per garantir un funcionament normal, sinó també un factor clau per allargar la vida útil i millorar la qualitat de la pantalla.
En aplicacions pràctiques, s'ha de tenir en compte la temperatura de l'entorn de funcionament de la pantalla LED i s'han de prendre mesures efectives de dissipació de calor, com ara optimitzar el disseny de l'estructura de dissipació de calor, utilitzar materials de dissipació de calor d'alta -eficiència i equipar-lo amb un sistema de control de temperatura intel·ligent. Això garanteix que la pantalla LED pugui funcionar de manera estable i fiable en diverses condicions ambientals, proporcionant als usuaris efectes de visualització excel·lents.
