ایل ای ڈی ڈیوائس مینوفیکچرنگ ٹیکنالوجی میں مسلسل بہتری کے ساتھ، اس کی چمکیلی کارکردگی، چمک اور طاقت میں نمایاں بہتری آئی ہے۔ تاہم، LEDs کی فوٹو الیکٹرک تبدیلی کی کارکردگی اب بھی تقریباً 20% ہے، بقیہ برقی توانائی حرارت کی توانائی میں تبدیل ہو رہی ہے، جس کی وجہ سے اجزاء کا درجہ حرارت بڑھتا ہے اور چمکیلی کارکردگی کم ہوتی ہے۔ جزو کے ایک لازمی حصے کے طور پر، encapsulation مواد اعلی درجہ حرارت کے لئے بھی زیادہ حساس ہے. لہذا، encapsulation مواد کی وجہ سے ناکامی پورے LED ماڈیول کی عمر کو متاثر کرنے والی اہم وجوہات میں سے ایک ہے۔
یہ مقالہ عام سلیکون اور فاسفر انکیپسولیشن مواد کا استعمال کرتے ہوئے ایل ای ڈی ماڈیولز پر مرکوز ہے۔ نمائندہ نمونے منتخب کیے گئے تھے اور اعلی-درجہ حرارت کے حالات میں عمر بڑھنے کے ٹیسٹ کیے گئے تھے۔ مقصد انکیپسولیشن مواد کے ناکامی کے رویے کا تجزیہ کرنا اور ان کی ناکامی کے طریقہ کار کو تلاش کرنا ہے۔ آن لائن نمونوں کی روشنی کی پیمائش کرکے، اعلی-درجہ حرارت کے حالات میں LED نمونوں کی وشوسنییتا پر انکیپسولیشن مواد کے ناکامی کے قانون کا اثر حاصل کیا گیا۔
1. تجربہ ایک عام اعلی-الیکٹرانک پروڈکٹ کے طور پر، LEDs کی عمر کمرے کے درجہ حرارت پر کئی سال ہو سکتی ہے۔ روایتی حالات میں جانچ کرنا بہت وقت-اور مہنگا ہوگا۔ Arrhenius ماڈل کے مطابق، LED ماڈیولز کی عمر بڑھتے ہوئے درجہ حرارت کے ساتھ کم ہو جاتی ہے۔ لہذا، محیطی درجہ حرارت میں اضافہ ایل ای ڈی ماڈیولز کی ناکامی کو تیز کر سکتا ہے۔ اس تجربے میں منتخب کردہ LED نمونوں کے متعلقہ کارکردگی کے پیرامیٹرز اور پچھلے ٹیسٹوں کے نتائج کی بنیاد پر، ایک مستقل-درجہ حرارت زیادہ-درجہ حرارت بڑھاپے کا ٹیسٹ 125 ڈگری پر کیا گیا تھا۔ ایل ای ڈی کی ناکامی کے اہم مظاہر میں شامل ہیں: روشنی میں 30 فیصد کمی، ٹمٹماہٹ، اور مکمل ایل ای ڈی کی ناکامی (یعنی مکمل بجھ جانا)۔ لہذا، اعلی-درجہ حرارت کے حالات میں ایل ای ڈی ماڈیولز کی ناکامی کے رویے کو دریافت کرنے کے لیے، وقت کے ساتھ ساتھ ایل ای ڈی روشنی کی تبدیلی کے پیٹرن کو سمجھنا ضروری ہے۔ روایتی آف لائن جانچ کے طریقوں میں جانچ کے لیے نمونے کو ہٹانے کی ضرورت ہوتی ہے، جو تجربے میں خلل ڈالتا ہے اور ڈیٹا کی درستگی کو نمایاں طور پر متاثر کرتا ہے۔ لہذا، یہ کاغذ حقیقی وقت میں وقت کے ساتھ روشنی کی تبدیلی کی نگرانی کے لیے ایک آن لائن پیمائش کا طریقہ اپناتا ہے۔
1.1 تجرباتی طریقہ کار
تجرباتی طریقہ کار کو شکل 1 میں دکھایا گیا ہے۔ نمونے کو جانچ کے دوران طاقت کے لیے ٹیسٹ چیمبر میں رکھا گیا ہے۔ اس کا الیومیننس سگنل آپٹیکل فائبر کے ذریعے ایک الیومیننس میٹر میں منتقل ہوتا ہے۔ الیومیننس میٹر روشنی کے سگنل کو برقی سگنل میں تبدیل کرتا ہے اور اسے حصول کے آلے میں منتقل کرتا ہے۔ حاصل کردہ ڈیٹا کو سیمپلنگ سافٹ ویئر کا استعمال کرتے ہوئے کمپیوٹر میں جمع کیا جاتا ہے۔ یہ نظام تجربہ میں مداخلت کیے بغیر حقیقی وقت میں ماڈیول کی روشنی میں تبدیلیوں کا پتہ لگا سکتا ہے۔ لہذا، تجرباتی اعداد و شمار کی درستگی مداخلت شدہ جانچ کے طریقوں سے زیادہ ہے۔
اعداد و شمار 1 - اعلی-درجہ حرارت کی بڑھتی ہوئی شرائط کے تحت ایل ای ڈی ماڈیول پیکیجنگ مواد کی ناکامی پر مطالعہ
ڈیٹا کے حصول کے آلات میں ایک مکمل ڈیجیٹل ملٹی-چینل الیومیننس میٹر اور معاون سافٹ ویئر، آپٹیکل فائبر، اور آپٹیکل فائبر کلیمپس شامل تھے۔ بجلی کی فراہمی ایک مستقل کرنٹ ذریعہ تھی، جو LED نمونوں کو 350mA کرنٹ فراہم کرتی تھی۔ استعمال ہونے والا اعلی-درجہ حرارت عمر رسیدہ ٹیسٹ چیمبر تھا Ruikai Instruments RK-TH-408UF ہائی اور کم درجہ حرارت سائیکلنگ ٹیسٹ چیمبر، جس کا درجہ حرارت 125 ڈگری پر کنٹرول کیا جاتا ہے۔
1.2 ٹیسٹ کے نمونے
چار قسم کے ٹیسٹ نمونے تھے، جیسا کہ شکل 2 میں دکھایا گیا ہے۔ بائیں سے دائیں، وہ یہ ہیں: ایک نیلے رنگ کا ایل ای ڈی خالص چپ نمونہ (اس کے بعد خالص چپ نمونہ کہا جاتا ہے)، سلیکون کے ساتھ ایک نیلی ایل ای ڈی چپ (اس کے بعد اسے سلیکون نمونہ کہا جاتا ہے)، ایک سفید ایل ای ڈی نمونہ جس میں فاسفور اور سلیکون کا نمونہ ہے، اور ایک سفید ایل ای ڈی کا نمونہ۔ فاسفر کے ساتھ سفید ایل ای ڈی نمونہ (اس کے بعد فاسفر نمونہ کہا جاتا ہے)۔ یہ نمونے تمام ایل ای ڈی ماڈیولز ہیں جن میں نیلم سبسٹریٹ کے طور پر ہے، جو سلیکون یا فاسفر کا استعمال کرتے ہوئے کنڈکٹیو سبسٹریٹ پر محیط ہے۔
اعداد و شمار 1 - اعلی درجہ حرارت کی عمر کے حالات کے تحت ایل ای ڈی ماڈیول پیکیجنگ مواد کی ناکامی پر مطالعہ
2. نتائج اور بحث
2.1 روشنی کی نگرانی
تجربے کے دوران کوئی ٹمٹماہٹ یا مردہ ایل ای ڈی نہیں دیکھی گئی۔ لہذا، ایل ای ڈی کے نمونے میں 30 فیصد سے زیادہ روشنی کی کمی کو ناکامی سمجھا جاتا تھا۔ چار قسم کے نمونوں کا بیک وقت 125 ڈگری پر تجربہ کیا گیا، ہر قسم کے لیے پانچ نمونے منتخب کیے گئے۔ ہر قسم کے لیے پانچ نمونوں کی روشنی کا اوسط لیا گیا اور پھر اسے نارمل کیا گیا، جیسا کہ شکل 3 میں دکھایا گیا ہے۔ اعداد و شمار سے پتہ چلتا ہے کہ تقریباً 120 گھنٹے کی جانچ کے بعد، خالص چپ نمونے کی روشنی میں تقریباً 8% کی کمی واقع ہوئی، جبکہ دیگر تین نمونوں کی روشنی میں کمی 30% سے تجاوز کر گئی۔ ایل ای ڈی کی ناکامی کو جانچنے کے معیار کے مطابق، سلیکون کا نمونہ، فاسفر سلیکون کا نمونہ، اور فاسفر کا نمونہ ناکام ہوا۔
شکل 1 - الیومینیشن وکر
2.2 ظاہری شکل میں تبدیلیاں
تجربے کے بعد نمونوں کی ظاہری شکل دیکھی گئی۔ تجربے کے بعد نمونوں کی ظاہری شکل کو شکل 4 میں دکھایا گیا ہے۔
تصویر 1 (ساتھ والی تصویر کے ساتھ)
پوسٹ-تجربہ
تصویر چار نمونوں میں مختلف ظاہری تبدیلیوں کو ظاہر کرتی ہے: خالص چپ کے نمونے میں بہت کم تبدیلی دکھائی گئی، صرف بیرونی ترین ایپوکسی رال لینس کی معمولی خرابی کے ساتھ؛ سلیکون کے نمونے نے درمیان میں کاربنائزیشن اور بلبلوں کو ظاہر کیا۔ فاسفور سلیکون کے نمونے میں واضح بلبلے اور درمیان میں کچھ کم واضح کاربنائزیشن دکھائی دی؛ اور فاسفر کے نمونے کے ایپوکسی رال لینس نے واضح اخترتی ظاہر کی۔
2.3 نتائج کا تجزیہ
تجربے سے پہلے، ٹیسٹ کے نمونوں کا معائنہ کیا گیا اور وہ کاربنائزیشن اور بلبلوں سے پاک پائے گئے، اور چپ اور لینس صاف اور غیر ملکی مادے سے پاک تھے۔ 125 ڈگری پر ایک اعلی-درجہ حرارت کی عمر بڑھنے کے ٹیسٹ کے بعد، سلیکون کے نمونے میں کاربنائزیشن اور بلبلے نمودار ہوئے، اور نمونے کے ایپوکسی رال لینس بغیر سلیکون کے بگڑے۔ خالص چپ کا نمونہ، جس میں سلیکون یا فاسفر کا استعمال نہیں کیا گیا، کم سے کم تبدیلی اور کم سے کم روشنی کی کشندگی ظاہر کی۔ عمر کے 120 گھنٹے کے بعد، روشنی کی کشندگی 10٪ سے کم تھی۔ ناکامی کے فیصلے کے معیار کے مطابق، اس قسم کا نمونہ ابھی تک ناکام نہیں ہوا ہے۔ صرف سلیکون کا استعمال کرتے ہوئے سلیکون کے نمونے اور صرف فاسفر کا استعمال کرتے ہوئے فاسفر کے نمونے تقریباً 36 گھنٹے کی جانچ کے بعد ناکام ہو گئے۔ فرق مندرجہ ذیل میں ہے: ناکامی سے پہلے، سلیکون کے نمونے کی روشنی کشی کی شرح فاسفر کے نمونے سے کم تھی۔ تاہم، ناکامی کے بعد، سلیکون کے نمونے کی روشنی کے زوال کی شرح میں نمایاں طور پر تیزی آئی، جس کے نتیجے میں فاسفر کے نمونے کے مقابلے میں 120 گھنٹے کے بعد روشنی کا زوال بہت زیادہ ہوا۔ فاسفر-سلیکون اور فاسفر دونوں کا استعمال کرتے ہوئے سلیکون کے نمونے تقریباً 12 گھنٹے کے بعد ناکام ہو گئے، 120 گھنٹے کے بعد روشنی کی کمی 90% تک پہنچ گئی۔ خلاصہ میں، مندرجہ ذیل نتائج اخذ کیے جا سکتے ہیں:
① خالص چپ کے نمونوں کی عمر سب سے لمبی تھی۔ ایک ممکنہ وجہ یہ ہے کہ چپ کے نمونوں میں سلیکون یا فاسفر فلنگ کے بغیر نیلم کا سبسٹریٹ استعمال کیا گیا، یعنی ان میں ایپوکسی رال لینس کے علاوہ کوئی انکیپسولیشن مواد نہیں تھا۔ اس لیے، ٹیسٹنگ کے اسی وقت اور درجہ حرارت کے حالات کے تحت، انکیپسولیشن مواد سے بھرے سلیکون کے نمونے، فاسفر کے نمونے، اور فاسفور-سلیکون کے نمونے سبھی ناکام ہو گئے، جبکہ چپ کے نمونوں کی روشنی، اگرچہ کم ہو رہی ہے، 30% تک نہیں پہنچی۔
② سلیکون اور فاسفر ماڈیول میں تیز روشنی کی کمی میں حصہ ڈالتے ہیں۔ سلیکون اعلی درجہ حرارت کے تحت کاربنائز کرتا ہے، گیس پیدا کرتا ہے، یہی وجہ ہے کہ جانچے گئے نمونوں میں نمایاں بلبلے نظر آتے ہیں۔ نیلی روشنی کے نمونوں میں، نمایاں کاربنائزیشن کا مشاہدہ کیا جاتا ہے کیونکہ نیلم کا سبسٹریٹ پوری چپ کو بے نقاب کرتا ہے، جس سے کاربنائزیشن براہ راست قابل مشاہدہ ہوتی ہے۔ تاہم، سفید روشنی کے نمونوں میں، چپ کی بیرونی پرت پر فاسفر کی کوٹنگ کاربنائزیشن کے عمل کو دھندلا دیتی ہے، جس کے نتیجے میں نمایاں بلبلے اور کم واضح کاربنائزیشن ہوتے ہیں۔ مزید برآں، فاسفور کوٹنگ ایل ای ڈی نمونے سے گرمی کی کھپت میں رکاوٹ بن سکتی ہے، جس سے درجہ حرارت میں اضافہ اور روشنی میں کمی واقع ہوتی ہے۔ لہذا، فاسفر کے نمونے میں روشنی کی کمی چپ کے نمونے کے مقابلے میں نمایاں طور پر زیادہ ہے۔
③ 125 ڈگری پر، ایپوکسی رال گرمی کی وجہ سے پھیلتی ہے۔ جب ٹیسٹ روک دیا جاتا ہے اور نمونوں کو کمرے کے درجہ حرارت پر ٹھنڈا کیا جاتا ہے، تو درجہ حرارت میں کمی کی وجہ سے ایپوکسی رال سکڑ جاتی ہے، جس سے ہٹائے گئے نمونوں پر لینس کی خرابی ہوتی ہے۔ لینس کی خرابی روشنی کی ترسیل کو کم کرتی ہے، لیکن یہ مہلک روشنی کی کشندگی کا سبب نہیں بنتی ہے۔
3. نتیجہ عام انکیپسولیشن مواد (جیسے سلیکون اور فاسفر) کا LED ماڈیولز کی وشوسنییتا پر اہم اثر پڑتا ہے۔ encapsulation مواد کے اثر و رسوخ کی تحقیقات کے لئے، 125 ڈگری کو محیطی درجہ حرارت کے طور پر منتخب کیا گیا تھا۔ ایک آن لائن پیمائش کا طریقہ استعمال کیا گیا جس کا استعمال ایک اعلی-درجہ حرارت ٹیسٹ چیمبر میں بیک وقت چار مختلف نمونوں پر درجہ حرارت کی بڑھتی ہوئی جانچ کے لیے کیا گیا۔ نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ 125 ڈگری پر، سلیکون اور فاسفر کے بغیر ایل ای ڈی ماڈیول سب سے طویل عمر اور زیادہ قابل اعتماد ہے۔ تاہم، سلیکون کی کاربنائزیشن اور اس کے نتیجے میں پیدا ہونے والی گیسوں کے ساتھ ساتھ فاسفر گرمی کی کھپت میں رکاوٹ ہے، روشنی کے زوال کو تیز کرتا ہے۔ سلیکون اور فاسفر دونوں کا بیک وقت استعمال کرنے سے روشنی کی تیز رفتار خرابی ہوگی، جس کے نتیجے میں ماڈیول کی خرابی ہوگی۔
