Nếu nhiệt độ quá cao có thể dẫn đến sự hư hại hoàn toàn của màn hình LED. Tuổi thọ của màn hình LED được thể hiện qua hiện tượng suy giảm ánh sáng (quang suy) — tức là sau một thời gian sử dụng, độ sáng sẽ giảm dần cho đến khi không còn phát sáng nữa. Thông thường, tuổi thọ của màn hình LED được định nghĩa là thời gian mà quang thông suy giảm 30%.
Nguyên nhân gây ra hiện tượng quang suy của màn hình LED bao gồm:
- Khi nhiệt độ cao, lớp nhựa epoxy trong suốt sẽ bị ngả vàng và biến tính, làm giảm khả năng truyền ánh sáng; nhiệt độ càng cao thì quá trình này diễn ra càng nhanh.
- Bột huỳnh quang cũng bị suy giảm mạnh dưới nhiệt độ cao, làm ảnh hưởng đến hiệu quả phát sáng của màn hình.
- Khi nhiệt độ tăng, hiệu suất lượng tử của bột huỳnh quang giảm, ánh sáng phát ra ít hơn, và hiệu suất chiết xuất ánh sáng bên ngoài của màn hình LED cũng giảm.
Ngoài ra, hiệu suất của keo silicone cũng bị ảnh hưởng lớn bởi nhiệt độ môi trường. Khi nhiệt độ tăng, ứng suất nhiệt bên trong silicone tăng, làm giảm chỉ số khúc xạ của keo, từ đó ảnh hưởng đến hiệu suất phát sáng của màn hình LED.
Nhiệt độ tăng cũng làm giảm hiệu quả phát quang của chip LED, do các yếu tố sau:
- Nhiệt độ tăng khiến nồng độ electron và lỗ trống tăng, bề rộng vùng cấm giảm, và độ linh động của electron bị giảm.
- Xác suất tái hợp bức xạ giữa electron và lỗ trống trong vùng thế giảm đi, gây ra tái hợp không bức xạ, từ đó làm giảm hiệu suất lượng tử bên trong của màn hình LED.
- Nhiệt độ tăng khiến bước sóng đỉnh của ánh sáng xanh từ chip bị lệch về phía bước sóng dài, làm cho bước sóng phát xạ không còn phù hợp với bước sóng kích thích của bột huỳnh quang, từ đó làm giảm hiệu suất chiết xuất ánh sáng của LED ánh sáng trắng
Nhiệt độ tăng sẽ làm giảm hiệu suất phát sáng của màn hình LED
Khi nhiệt độ tăng, nồng độ electron và lỗ trống tăng lên, bề rộng vùng cấm giảm, và độ linh động của electron cũng giảm; nhiệt độ tăng cũng làm giảm xác suất tái hợp bức xạ giữa electron và lỗ trống trong vùng thế, gây ra hiện tượng tái hợp không bức xạ (phát sinh nhiệt), từ đó làm giảm hiệu suất lượng tử bên trong của màn hình LED.
Nhiệt độ tăng còn khiến bước sóng đỉnh của ánh sáng xanh từ chip LED dịch chuyển về phía bước sóng dài hơn, dẫn đến việc bước sóng phát xạ của chip không còn phù hợp với bước sóng kích thích của bột huỳnh quang, từ đó làm giảm hiệu suất chiết xuất ánh sáng bên ngoài của màn hình LED ánh sáng trắng.
Cùng với sự gia tăng nhiệt độ, hiệu suất lượng tử của bột huỳnh quang cũng giảm, ánh sáng phát ra ít đi, khiến hiệu suất chiết xuất ánh sáng bên ngoài của màn hình LED giảm theo.
Hiệu suất của keo silicone cũng bị ảnh hưởng đáng kể bởi nhiệt độ môi trường. Khi nhiệt độ tăng, ứng suất nhiệt bên trong silicone tăng lên, làm giảm chỉ số khúc xạ của silicone, từ đó ảnh hưởng đến hiệu quả phát sáng của màn hình LED.
Tóm lại, khi nhiệt độ tăng cao, hiệu suất phát sáng của màn hình LED sẽ suy giảm nhanh chóng
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến bước sóng phát sáng (màu ánh sáng) của màn hình LED
Bước sóng phát sáng của màn hình LED thường được chia thành bước sóng đỉnh (peak wavelength) và bước sóng chủ đạo (dominant wavelength).
- Bước sóng đỉnh là bước sóng tại đó cường độ ánh sáng đạt mức cao nhất.
- Bước sóng chủ đạo được xác định dựa trên tọa độ màu X và Y trong hệ màu sắc, phản ánh màu sắc mà mắt người cảm nhận được.
Rõ ràng, sự thay đổi bước sóng phát sáng của màn hình LED do nhiệt độ mối nối (nhiệt độ tại chip LED) gây ra sẽ trực tiếp ảnh hưởng đến cảm nhận màu sắc của mắt người đối với ánh sáng phát ra từ màn hình LED.
Đối với một thiết bị LED, giá trị bề rộng vùng cấm (bandgap) của vật liệu tại vùng phát sáng sẽ quyết định bước sóng hoặc màu ánh sáng mà thiết bị phát ra.
Khi nhiệt độ tăng, vùng cấm của vật liệu sẽ bị thu hẹp, dẫn đến bước sóng phát ra dài hơn, gây ra hiện tượng dịch đỏ (red shift) — tức là ánh sáng chuyển về phía màu đỏ trong quang phổ.
Nhiệt độ quá cao sẽ giới hạn dòng điện phun tối đa của màn hình LED
Khi lựa chọn màn hình LED, cần chú ý đến thương hiệu chip LED, nhà sản xuất đóng gói, IC điều khiển, bộ nguồn chuyển mạch... Chất lượng thương hiệu ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm của màn hình LED. Những sản phẩm từ thương hiệu uy tín thường phát sinh ít nhiệt hơn, giúp kiểm soát nhiệt độ màn hình LED tốt hơn, từ đó kéo dài tuổi thọ thiết bị.
Làm thế nào để nâng cao khả năng tản nhiệt cho màn hình LED là yếu tố then chốt để đảm bảo vận hành ổn định và kéo dài tuổi thọ. Các phương pháp tản nhiệt chính của màn hình LED bao gồm:
1. Tản nhiệt tự nhiên:
Đây là phương pháp đơn giản và có chi phí thấp nhất. Chủ yếu dựa vào diện tích tản nhiệt của màn hình và đối lưu không khí để phát tán nhiệt lượng.
Tuy nhiên, do đặc điểm mật độ điểm ảnh cao và độ sáng lớn của màn hình LED, phương pháp này thường không đáp ứng đủ yêu cầu tản nhiệt trong nhiều ứng dụng thực tế.
2. Tản nhiệt bằng quạt:
Phương pháp này sử dụng quạt được lắp bên trong hoặc bên ngoài màn hình để tạo luồng khí cưỡng bức, giúp tăng tốc quá trình tản nhiệt.
Hiệu quả tản nhiệt tốt hơn tản nhiệt tự nhiên, nhưng có nhược điểm là phát ra tiếng ồn, tiêu tốn thêm điện năng, và cần bảo trì định kỳ.
Các khuyến nghị cụ thể:
- Bổ sung quạt tản nhiệt bên trong hoặc bên ngoài màn hình LED để tăng cường đối lưu không khí, nâng cao hiệu quả làm mát.
- Khi lắp đặt màn hình LED, cần bố trí hợp lý, đảm bảo môi trường thông thoáng xung quanh, tránh đặt gần các nguồn nhiệt khác, và giữ khoảng cách không gian phù hợp để hỗ trợ tản nhiệt hiệu quả.