Lauko LED ekranai, kurių pranašumai yra energijos taupymas, ekologiškumas ir ilgaamžiškumas, parodė plačias plėtros perspektyvas šiuolaikinių ekranų srityje. Tačiau, kaip lauko įranga, LED ekranai neišvengiamai susiduria su įvairiais aplinkosaugos iššūkiais, tarp kurių ypač didelę įtaką jų veikimui ir eksploatavimo trukmei turi aukšta temperatūra.
I. Aukšta temperatūra, galinti visiškai sugadinti LED ekranus
Kai darbinė temperatūra viršija LED lusto apkrovos{0}}ribą, gali kilti rimtų problemų:
1. Staigus šviesos efektyvumo sumažėjimas: kai LED ekrano darbinė temperatūra viršija vardinę lusto apkrovos{1}}temperatūrą, jo šviesos efektyvumas greitai sumažės, todėl labai susilpnėja šviesa, o sunkiais atvejais – net visam laikui. Ši žala yra negrįžtama ir turės tiesioginės įtakos įprastam ekrano naudojimui.
2. Inkapsuliavimo medžiagų išsigimimas ir gedimas: daugumoje LED ekranų kapsuliavimui naudojama skaidri epoksidinė derva. Kai sandūros temperatūra viršija kietosios -fazės pereinamąją temperatūrą (dažniausiai 125 laipsniai), kapsulės medžiaga pereina iš kietos į guminę būseną, o šiluminio plėtimosi koeficientas smarkiai padidėja. Šis pakeitimas sukels kapsulės struktūros deformaciją, dėl kurios atsiras rimtų gedimų, pvz., trumpųjų jungimų, dėl kurių ekranas bus visiškai sugadintas.
II. Aukšta temperatūra žymiai sutrumpina LED ekrano tarnavimo laiką
LED ekrano eksploatavimo trukmė paprastai matuojama pagal šviesos slopinimo charakteristikas, o tai reiškia, kad ryškumas laikui bėgant palaipsniui mažėja, kol galiausiai išsijungia. Pramonė paprastai apibrėžia LED ekrano tarnavimo laiką kaip laiką, per kurį jo šviesos srautas sumažėja 30%.
Pagrindinės šviesos slūgimo dėl aukštos temperatūros priežastys:
1. Lustų medžiagos defektų difuzija: esant aukštai temperatūrai, nedideli LED lusto medžiagos defektai greitai išsiskleidžia ir kartojasi, galiausiai prasiskverbdami į šviesą-skleidžiančią sritį ir sudarydami daugybę ne-spinduliuojančių rekombinacijos centrų, smarkiai sumažindami LED ekrano šviesos efektyvumą. Tuo pačiu metu aukšta temperatūra pagreitina priemaišų sklaidą sąsajoje ir plokštėje, dar labiau pablogindama šviesos skilimo procesą.
2. Inkapsuliacinės medžiagos pablogėjimas: skaidri epoksidinė derva denatūruojasi ir pagelsta aukštoje temperatūroje, o tai smarkiai paveikia jos šviesos pralaidumą. Kuo aukštesnė darbinė temperatūra, tuo greitesnis degradacijos procesas, o tai yra reikšmingas veiksnys, lemiantis LED ekrano šviesos nykimą.
3. Fosforo našumo pablogėjimas: esant aukštai temperatūrai, fosforo šviesa smarkiai slūgsta, o tai taip pat yra viena iš pagrindinių lauko LED ekranų bendro šviesos smukimo priežasčių.
Verta paminėti, kad skirtingų gamintojų LED ekranų šviesos slopinimo charakteristikos skiriasi dėl medžiagų pasirinkimo ir gamybos procesų skirtumų. LED ekranų gamintojai pateikia standartines šviesos slopinimo kreives naudotojams. Svarbu pabrėžti, kad LED ekranų šviesos srauto mažėjimas dėl aukštos temperatūros yra negrįžtamas; šviesos srautas iki šio negrįžtamo nykimo yra vadinamas LED ekrano „pradiniu šviesos srautu“.
III. Aukšta temperatūra sumažina LED ekrano šviesos efektyvumą
Aukšta temperatūra sumažina LED ekranų šviesos efektyvumą keliais būdais:
1. Sumažėjęs elektronų mobilumas: kylant temperatūrai, didėja elektronų ir skylių koncentracija, mažėja juostos tarpas ir atitinkamai mažėja elektronų judrumas, tiesiogiai veikiantis šviesos diodo laidumą ir šviesos efektyvumą.
2. Sumažėjęs vidinis kvantinis efektyvumas: padidėjusi temperatūra sumažina elektronų-skylių rekombinacijos potencialo šulinyje tikimybę, padidindama ne-radiacinės rekombinacijos (šilumos susidarymo) tikimybę, taip sumažindama LED ekrano vidinį kvantinį efektyvumą.
3. Sumažėjęs bangos ilgio atitikimas: kylant temperatūrai, lusto mėlynos šviesos smailė pasislenka ilgesnių bangų ilgių link, todėl atsiranda nesutapimas tarp lusto emisijos bangos ilgio ir fosforo sužadinimo bangos ilgio, todėl sumažėja balto LED ekrano išorinės šviesos ištraukimo efektyvumas.
4. Sumažintas fosforo kvantinis efektyvumas: esant aukštai temperatūrai, fosforo kvantinis efektyvumas žymiai sumažėja, todėl šviesos intensyvumas ir LED ekranų skydelių išorinės šviesos ištraukimo efektyvumas mažėja.
5. Kapsuliavimo medžiagos našumo pokyčiai: Silikono veikimą labai veikia aplinkos temperatūra. Kylant temperatūrai, vidinis šiluminis įtempis silikone didėja, o lūžio rodiklis mažėja, dar labiau paveikdamas LED ekrano šviesos efektyvumą.
IV. Aukšta temperatūra turi įtakos LED ekrano bangos ilgiui (spalvai): LED ekranų bangos ilgio charakteristikos paprastai skirstomos į didžiausią bangos ilgį ir dominuojantį bangos ilgį. Didžiausias bangos ilgis yra bangos ilgis, kurio šviesos intensyvumas yra didžiausias, o dominuojantis bangos ilgis nustatomas pagal X ir Y spalvingumo koordinates ir atspindi žmogaus akies suvokiamą spalvą.
Aukštos temperatūros poveikio bangos ilgiui mechanizmas: LED ekrano liuminescencinės medžiagos juostos tarpas tiesiogiai lemia jo bangos ilgį arba spalvos charakteristikas. Kylant temperatūrai, medžiagos juostos tarpas mažėja, todėl spinduliavimo bangos ilgis pailgėja ir spalvos raudonasis poslinkis. Šis bangos ilgio pokytis tiesiogiai sukelia LED ekrano spalvos pasikeitimą, kurį suvokia žmogaus akis, o tai turi įtakos ekrano efekto nuoseklumui ir tikslumui.
V. Aukšta temperatūra riboja didžiausią LED ekranų įpurškimo srovę: be pirmiau minėtų efektų, aukštos temperatūros aplinkos taip pat riboja didžiausią LED ekranų įpurškimo srovę. Siekiant užtikrinti saugų LED lustų veikimą, pavaros srovė turi būti sureguliuota pagal faktinę darbinę temperatūrą. Tai tam tikru mastu riboja LED ekrano ryškumo reguliavimo diapazoną ir dinaminį veikimą.
Kaip rodo anksčiau pateikta analizė, aukšta{0}}temperatūros aplinka turi daugialypį ir didelį poveikį lauko LED ekranams, paveikdama pagrindinius našumo rodiklius, tokius kaip tarnavimo laikas, šviesos efektyvumas, ekrano efektas ir patikimumas. Todėl lauko LED ekranams pagrįsta temperatūros kontrolė yra ne tik pagrindinis reikalavimas norint užtikrinti normalų veikimą, bet ir pagrindinis veiksnys prailginant eksploatavimo laiką ir gerinant ekrano kokybę.
Praktikoje reikėtų visapusiškai atsižvelgti į LED ekrano darbo aplinkos temperatūrą ir imtis veiksmingų šilumos išsklaidymo priemonių, pvz., optimizuoti šilumos išsklaidymo struktūros dizainą, naudoti didelio{0}}efektyvumo šilumos išsklaidymo medžiagas ir įrengti išmaniąją temperatūros valdymo sistemą. Tai užtikrina, kad LED ekranas gali veikti stabiliai ir patikimai esant įvairioms aplinkos sąlygoms, suteikdamas vartotojams puikius ekrano efektus.
