Способ прогнозирования срока службы светодиодного источника света в процессе эксплуатации

Авторы патента:

Терентьев Павел Валерьевич (RU)

Филатов Дмитрий Алексеевич (RU)

H01L33/00 - Полупроводниковые приборы по меньшей мере с одним потенциальным барьером или с поверхностным барьером, предназначенные для светового излучения, например инфракрасного; специальные способы или устройства для изготовления или обработки таких приборов или их частей; конструктивные элементы таких приборов (соединение световодов с оптоэлектронными элементами G02B 6/42; полупроводниковые лазеры H01S 5/00; электролюминесцентные источники H05B 33/00)

H01L21/67248 - Способы и устройства для изготовления или обработки полупроводниковых приборов или приборов на твердом теле или их частей (способы и устройства, специально предназначенные для изготовления и обработки приборов, относящихся к группам H01L 31/00- H01L 49/00, или их частей, см. эти группы; одноступенчатые способы изготовления, содержащиеся в других подклассах, см. соответствующие подклассы, например C23C,C30B; фотомеханическое изготовление текстурированных поверхностей или поверхностей с рисунком, материалы или оригиналы для этой цели; устройства, специально предназначенные для этой цели вообще G03F)[2]

H01L21/66 - испытания или измерения в процессе изготовления или обработки (после изготовления G01R 31/26)

G01R31/2635 - Устройства для определения электрических свойств; устройства для определения местоположения электрических повреждений; устройства для электрических испытаний, характеризующихся объектом, подлежащим испытанию, не предусмотренным в других подклассах (измерительные провода, измерительные зонды G01R 1/06; индикация электрических режимов в распределительных устройствах или в защитной аппаратуре H01H 71/04,H01H 73/12, H02B 11/10,H02H 3/04; испытание или измерение полупроводниковых или твердотельных приборов в процессе их изготовления H01L 21/66; испытание линий передачи энергии H04B 3/46)

G01R31/26 - испытание отдельных полупроводниковых приборов (измерение содержания примесей G01N)

G01K13/00 - Термометры специального назначения

Владельцы патента RU 2710603:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия" (ФГБОУ ВО НГСХА) (RU)

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для светодиодных систем освещения с регулируемым световым потоком. Заявлен способ прогнозирования срока службы светодиодного источника света в процессе эксплуатации. Способ включает измерение температуры нагрева светодиодного источника света и величины потребляемой мощности при изменении светового потока, построение функциональной зависимости температуры нагрева светодиодного источника света от величины потребляемой мощности, вычисление за расчетный период работы средней величины потребляемой мощности и на ее основе определение по функциональной зависимости средней температуры нагрева светодиодного источника света, вычисление в относительных единицах доли от максимального срока службы светодиодного источника света при температуре нагрева в установившемся режиме и при средней температуре нагрева в процессе эксплуатации, прогнозирование (определение) срока службы светодиодных источников света путем сравнения температуры нагрева в установившемся режиме и средней температуры нагрева в процессе эксплуатации. Технический результат - повышение точности прогнозирования срока службы светодиодного источника света с изменяющимся режимом работы в процессе эксплуатации. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для светодиодных систем освещения с регулируемым световым потоком.

Известен способ отбраковки (прогнозирования срока службы) мощных светодиодов на основе InGaN/GaN, включающий измерение значения спектральной плотности низкочастотного шума светодиодов при подаче напряжения в прямом направлении и плотности тока J из интервала 0.1<J<10 А/см, проведение процесса их старения, осуществляемого в течение времени не менее 50 часов при температуре T_J p-n-перехода из интервала T_J=50-150°С, температуре T_b окружающей среды из интервала T_b=25-120°С, плотности тока J через светодиод при напряжении в прямом направлении из интервала J=35-100 А/см, повторное измерение значения спектральной плотности низкочастотного шума светодиодов при упомянутых условиях и отбраковку светодиодов со сроком службы менее 50000 часов по превышению уровня спектральной плотности низкочастотного шума светодиодов после процесса старения более чем на порядок по сравнению с значением до процесса старения [патент RU 2523105, МПК H01L 33/30, 2010.01, опубл. 20.07.2014 Бюл. №20].

Известен способ определения срока службы (отбраковки) мощных синих светодиодов, предложенный фирмой Philips Lumileds (США) [статья Liftime Behav oire of LED Systems White Paper WP15, сайт http://www.philipslumileds.com]. В этом способе учтен вклад в срок службы катастрофических отказов и медленного развития старения до уровня эффективности (мощности) L₇₀. Способ содержит следующую последовательность операций: измерение внешней квантовой эффективности контрольной группы светодиодов (100 шт.) из каждой партии; проведение процесса старения светодиодов в течение 1000 часов в режиме, использующем комбинацию значений параметров T_J, T_b и I_F из соответствующих диапазонов: T_J=50-120°C, T_b=25-85°C, I_f=0.35-1A (соответствует плотности тока J=35-100 А/см); измерение эффективности (мощности) контрольных светодиодов; определение вероятности отказов из экспериментальных данных о числе отказов в контрольной группе из 100 светодиодов из каждой партии после старения в течение 1000 часов, с учетом количества вышедших из строя светодиодов до 1000 часов и минимального времени работы этих светодиодов; определение по полученным значениям вероятности отказа среднего значения срока службы светодиодов при фиксированных значениях T_J, T_b, J, из ранее рассчитанных зависимостей, связывающих вероятность отказов и срок службы светодиодов по уровню L₇₀. Расчетные зависимости учитывают оба явления (катастрофические отказы и медленное развитие старения). Если отказов за 1000 часов нет, то используется вероятность 0.5, отражающая средний уровень L₇₀.

Недостатком известных способов является то, что они могут быть использованы для источников света (ИС) с установившимся режимом работы (с постоянным световым потоком) и не корректны для ИС с изменяющимся режимом работы (с изменяющимся принудительно световым потоком) в процессе эксплуатации.

Задачей настоящего изобретения является прогнозирование срока службы светодиодного источника света с изменяющимся режимом работы (с изменяющимся принудительно световым потоком) в процессе эксплуатации.

Решение поставленной задачи позволяет планировать замену светодиодного источника света с изменяющимся режимом работы для снижения экономического ущерба от несвоевременной замены.

Поставленная задача решается выполнением способа, включающего измерение температуры нагрева светодиодного источника света и величины потребляемой мощности при изменении светового потока, построение функциональной зависимости температуры нагрева светодиодного источника света от величины потребляемой мощности, вычисление за расчетный период работы средней величины потребляемой мощности и на ее основе определение по функциональной зависимости средней температуры нагрева светодиодного источника света, вычисление в относительных единицах доли от максимального срока службы светодиодного источника света при температуре нагрева в установившемся режиме и при средней температуре нагрева в процессе эксплуатации, прогнозирование (определение) срока службы светодиодных источников света путем сравнения температуры нагрева в установившемся режиме и средней температуры нагрева в процессе эксплуатации.

До начала эксплуатации из партии источников света (ИС) создают представительную выборку и экспериментальным путем измеряют температуру нагрева светодиодного источника света и величину потребляемой мощности при изменении светового потока. Затем на основе полученных данных определяют функциональную зависимость температуры нагрева светодиодного источника света от величины потребляемой мощности при изменении светового потока.

В процессе эксплуатации среднюю величину потребляемой мощности Р_ср за расчетный период работы определяют по выражению:

где W_раб - потребленная электроэнергия светодиодными источниками света в процессе работы за расчетный период, кВт⋅ч; Т_раб - время работы светодиодными источниками света, час; N - количество светодиодных источников света, шт.

Зная величину потребляемой мощности, по функциональной зависимости, полученной до начала эксплуатации, определяют среднюю температуру нагрева светодиодного источника света в процессе эксплуатации t_ср.

Вычисляют в относительных единицах долю от максимального срока службы (при температуре нагрева светодиодного источника света 40°С) при температуре нагрева в установившемся режиме и при средней температуре нагрева в процессе эксплуатации по выражению:

где t - температура нагрева светодиодного источника света, °С.

Определяют (прогнозируют) срок службы светодиодных источников света в часах путем сравнения температуры нагрева в установившемся режиме и средней температуры нагрева в процессе эксплуатации по выражению:

где - прогнозируемый срок службы светодиодного источника света с изменяющимся принудительно световым потоком в процессе эксплуатации, часы; - срок службы светодиодного источника света в установившемся режиме (с постоянным световым потоком), часы; - доля от максимального срока службы светодиодного источника света при температуре нагрева в установившемся режиме, отн. ед.; - доля от максимального срока службы светодиодного источника света при средней температуре нагрева с изменяющимся принудительно световым потоком в процессе эксплуатации, отн. ед.

Способ иллюстрируется на фиг., где показана функциональная зависимость температуры нагрева светодиодного источника света от величины потребляемой мощности

Пример. Способ осуществляется при облучении салата в зимней теплице. Необходимо спрогнозировать срок службы светодиодных тепличных светильников единичной мощностью 100 Вт с регулируемым световым потоком со сроком службы в установившемся режиме 30000 часов. Общее количество светильников 120 шт. Время работы светильников 3 сезона (9000 часов). Потребленная электроэнергия за 3 сезона составила 93200 кВт⋅ч.

До начала эксплуатации определим функциональную зависимость температуры нагрева светодиодного источника света от величины потребляемой мощности при изменении светового потока. Полученная функциональная зависимость показана на фиг. Температура нагрева в установившемся режиме (потребляемая мощность равна номинальной) составляет 78°С.

По выражению (1) за расчетный период работы определим среднюю величину потребляемой мощности Р_ср по выражению:

что составляет 86% от номинальной мощности светодиодного источника света.

По функциональной зависимости, показанной на фиг., определим среднюю температуру нагрева светодиодного источника света в процессе эксплуатации t_ср.t_ср=65,8°С.

По выражению (2) вычислим в относительных единицах долю от максимального срока службы при температуре нагрева в установившемся режиме:

Т''=4,9358⋅e^-0,042*78=0,19 о.е.

По выражению (2) вычислим в относительных единицах долю от максимального срока службы при средней температуре нагрева в процессе эксплуатации по выражению:

Т''=4,9358⋅e^-0,042*65,8=0,31 о.е.

По выражению (3) спрогнозируем (определим) срок службы светодиодных источников света в часах путем сравнения температуры нагрева в установившемся режиме и средней температуры нагрева в процессе эксплуатации:

Вывод. При данном режиме работы необходимо произвести замену светодиодного источника света для снижения экономического ущерба от несвоевременной замены не позднее 48950 часов эксплуатации.

Способ прогнозирования срока службы светодиодного источника света в процессе эксплуатации, включающий измерение температуры нагрева светодиодного источника света и величины потребляемой мощности при изменении светового потока, построение функциональной зависимости температуры нагрева светодиодного источника света от величины потребляемой мощности, вычисление за расчетный период работы средней величины потребляемой мощности и на ее основе определение по функциональной зависимости средней температуры нагрева светодиодного источника света, вычисление в относительных единицах доли от максимального срока службы светодиодного источника света при температуре нагрева в установившемся режиме и при средней температуре нагрева в процессе эксплуатации, прогнозирование (определение) срока службы светодиодных источников света путем сравнения температуры нагрева в установившемся режиме и средней температуры нагрева в процессе эксплуатации по формуле:

Изобретение может быть использовано в системах очистки воды/воздуха/продуктов, системах химического анализа, медицине, УФ спектрометрии, системах скрытой помехоустойчивой оптической связи и др.

Основание, нитридный полупроводниковый излучающий ультрафиолетовое излучение элемент и способ производства основания // 2702948

Основание нитридного полупроводникового излучающего ультрафиолетовое излучение элемента, содержащее сапфировую подложку с одной из плоскости (0001) и плоскости, наклоненной на заданный угол относительно плоскости (0001), в качестве главной поверхности и слой AlN, сформированный непосредственно на главной поверхности сапфировой подложки и составленный из кристаллов AlN, имеющих ориентационную взаимосвязь эпитаксиальных кристаллов с главной поверхностью, причем средний диаметр частиц кристаллов AlN слоя AlN толщиной 20 нм от главной поверхности составляет 100 нм или менее.

Светодиод с термочувствительным ослаблением светимости по линии черного тела // 2702855

Изобретение относится к области осветительной техники и касается осветительного устройства. Устройство содержит источник света и светопреобразующий элемент, включающий в себя светопропускающую матрицу.

Способ синтеза слоистых гидроксинитратов гадолиния // 2700509

Изобретение относится к технологии получения ориентированных кристаллов слоистых гидроксисолей на основе гадолиния, которые могут быть использованы в производстве катализаторов, адсорбентов и анионно-обменных материалов, а также для формирования функциональных покрытий при создании различных гетероструктур и приборов для конверсии электромагнитного излучения, сенсоров и многоцветных светоизлучающих диодов (LEDs).

Светодиодный источник белого света с биологически адекватным спектром излучения // 2693632

Изобретение относится к электротехнике и электронной технике, более конкретно к источникам света на основе полупроводниковых светоизлучающих диодов (СИД), еще более конкретно к источникам белого света на основе СИД с конверсионными фотолюминофорами.

Осветительный узел с оптическим элементом для снижения изменения цвета в зависимости от угла // 2691281

Изобретение относится к области осветительной техники и касается осветительного узла. Осветительный узел включает в себя источник света, содержащий твердотельный излучатель, люминесцентный элемент и оптический элемент.

Способ производства панели светодиодного дисплея // 2691128

Изобретение относится к области формирования изображений и касается способа производства панели светодиодного дисплея. Панель дисплея содержит множество установленных на подложке монолитных блоков светодиодов и множество покрывающих светодиоды светопропускающих элементов, выполненных с возможностью увеличивать направленность излучаемого светодиодами света.

Светодиодный пиксельный элемент, светоизлучающий компонент, светоизлучающая панель и экран дисплея // 2690769

Изобретение относится к области светодиодных дисплеев. Технический результат направлен на расширение арсенала средств того же назначения.

Управление цветом люминесцентного световода // 2690174

Изобретение относится к области светотехники. Осветительное устройство (100) содержит множество источников (200) света, выполненных с возможностью выдавать свет (201) источника света, причем множество источников (200) света содержит по меньшей мере первый источник (210) света, выполненный с возможностью генерировать первый свет (211) источника света, и второй источник (220) света, выполненный с возможностью генерировать второй свет (221) источника света.

Светоизлучающее устройство // 2690165

Изобретение относится к области светотехники. Техническим результатом является улучшение теплоотвода и упрощение монтажа.

Способ создания двумерного ферромагнитного материала дисилицида гадолиния со структурой интеркалированных слоев силицена // 2710570

Изобретение относится к технологии создания двумерных магнитных материалов для сверхкомпактных спинтронных устройств. Способ получения дисилицида гадолиния GdSi2 со структурой интеркалированных слоев силицена методом молекулярно-лучевой эпитаксии заключается в осаждении атомарного потока гадолиния с давлением PGd (от 0,1 до менее 1)⋅10-8 Торр или PGd (от более 1 до 10)⋅10-8 Торр на предварительно очищенную поверхность подложки Si(111), нагретую до Ts=350 ÷ менее 400°С или Ts=более 400 ÷ 450°С, до формирования пленки дисилицида гадолиния толщиной не более 7 нм.

Прозрачный электрод с асимметричным пропусканием света и способ его изготовления // 2710481

Изобретение относится к области оптоэлектронной техники и может быть использовано для создания сенсорных экранов, солнечных батарей, конструкция которых включает элементы, одновременно прозрачные для света и проводящие электрический ток.

Способ изготовления полупроводникового прибора // 2709603

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления полевого транзистора. Согласно изобретению способ изготовления полупроводникового прибора реализуется следующим образом: на подложках кремния р-типа проводимости формируют инверсный карман имплантацией ионов фосфора с энергией 150 кэВ, дозой 2,0*1013 см-2, с разгонкой в окислительной среде в течение 15 мин при температуре 1150°С и образованием слоя диоксида кремния, затем в инертной среде - 45 мин и имплантацией бора через слой диоксида кремния с энергией 150 кэВ, дозой 1,5*1013 см-2, с последующей разгонкой при температуре 1150°С в инертной среде в течении 90 мин.

Применение по меньшей мере одного бинарного соединения элемента группы 15, 13/15 полупроводникового слоя и бинарных соединений элемента группы 15 // 2705365

Изобретение относится к применению по меньшей мере одного бинарного соединения элемента группы 15 в качестве эдукта в методике осаждения из паровой фазы. Бинарное соединение элемента группы 15 описывается общей формулой в которой R1 и R2 независимо друг от друга выбраны из группы, включающей алкильный радикал (С1-С10), R3=R4=Н и Е и Е' независимо друг от друга выбраны из группы, включающей N, Р, As и Bi, в которой Е=Е' или Е ≠ Е', и в котором гидразин и его производные исключены из указанного применения, и/или бинарное соединение элемента группы 15 описывается общей формулой в которой R5, R6 и R7 независимо друг от друга выбраны из группы, включающей Н, алкильный радикал (C1-С10), и Е и Е' независимо друг от друга выбраны из группы, включающей N, Р, As и Bi, в которой Е=Е' или Е ≠ Е'.

Способ изготовления рентгенолитографического шаблона // 2704673

Изобретение относится к способу изготовления рентгенолитографического шаблона, т.е. маски для рентгеновской литографии, рентгенолитографической маски, рентгеновского шаблона, для формирования резистивной маски или скрытого изображения в рентгеночувствительных материалах способом трафаретной рентгеновской литографии.

Способ выращивания в вертикальном реакторе многослойных наногетероэпитаксиальных структур с массивами идеальных квантовых точек // 2698669

Изобретение относится к нанотехнологии, а именно к способу выращивания многослойных наногетероэпитаксиальных структур с массивами идеальных квантовых точек (НГЭС ИКТ).

Распыляемая мишень // 2696910

Данное изобретение относится к мишени, в частности к распыляемой мишени, способу ее получения и способу вакуумного напыления с использованием упомянутой мишени. Мишень содержит пластину, состоящую из хрупкого материала, и монтажную пластину, которая скреплена по поверхности с пластиной мишени.

Устройство и способ обработки полупроводников // 2694171

Изобретение относится к области обработки поверхностей кремниевой полупроводниковой пластины полупроводника или подобных изделий, и, в частности, оно относится к устройству и способу обработки полупроводников.

Способ лазерной обработки неметаллических пластин // 2691923

Изобретение относится к области технологических процессов и может быть использовано для лазерного отжига пластин из полупроводниковых, керамических и стеклообразных материалов.

Способ лазерной обработки неметаллических пластин // 2685427

Способ повышения точности контроля качества стыковки // 2686882

Изобретение может быть использовано для гибридизации матричных фотоприемных устройств (МФПУ) методом перевернутого монтажа. Способ повышения точности контроля качества стыковки БИС считывания и матрицы фоточувствительных элементов (МФЧЭ) включает установку состыкованного модуля в держатель под небольшим углом к оптической оси объектива микроскопа так, чтобы в поле зрения микроскопа появились сфокусированные действительное изображение края МФЧЭ и мнимое изображение того же края МФЧЭ, зеркально отображенное от плоскости БИС считывания.