Wie verschlechtern sich LEDs bei normalem Gebrauch langsam?

So wie ich es verstehe, hat eine LED normalerweise eine Lebensdauer von vielleicht 25 Jahren mit einer Leistung, die in Abhängigkeit von Zeit und Strom exponentiell abnimmt.

Was verursacht den Abbau? Ich vermute, dass der Strom Atome im Gitter langsam bewegt, aber was passiert genau?

Dieser Artikel enthält wahrscheinlich alles, was Sie brauchen, um zu verstehen, warum hocheffiziente LEDs nach und nach ausfallen:

Grundlegendes zum Einblenden von LEDs mit hoher Helligkeit (von Steven Keeping; Beitrag von Electronic Products; 21.02.2012).

LED-Anzeigen hingegen sind aufgrund geringerer Belastung (weniger Verlustleistung) weniger störanfällig, der Mechanismus sollte jedoch derselbe sein.

Einige Auszüge aus diesem Artikel folgen:

Hauptausfallursache

Eine LED ist ein elektrisches Gerät, und als solches gibt es viele Möglichkeiten, wie es schief gehen kann. In der Praxis sind LEDs jedoch bemerkenswert zuverlässig und ein „Ausfall“ ist höchstwahrscheinlich das Ergebnis einer Lichtausbeute, die unter einen akzeptablen Schwellenwert fällt (in der Regel 70 Prozent der [...] Ausgangsleistung) Dieses Verblassen (oder "Lumenversagen") wird (größtenteils) durch die winzigen Fadenversetzungen ausgelöst, die während der Waferherstellung in den Chip eingebracht werden.

Fadenversetzungen wirken als Keimbildungsstellen für größere Versetzungen des Kristalls. Diese entstehen auf natürliche Weise durch Erwärmung während des Betriebs, Wärmeausdehnung und Schrumpfung beim Ein- und Ausschalten der LED sowie durch mechanische Beanspruchungen wie Vibrationen. Da im Laufe der Zeit immer mehr Versetzungen auftreten, nimmt die Anzahl der Stellen für die nichtstrahlende Rekombination zu und die Quanteneffizienz ab. (Einige andere Faktoren, wie die Metalldiffusion in den Halbleiter von den Verbindungsleitungen, tragen ebenfalls zum Lumenversagen bei, aber Versetzungen sind der Hauptmechanismus.)

[...]

Schlimmer noch, die nicht strahlenden Rekombinationen, die Vibrationen des Kristallgitters verursachen, tragen zur Gesamttemperatur bei. Mit anderen Worten, wenn der Chip altert, wird er für eine gegebene Durchlassspannung aufgrund einer erhöhten Anzahl von Phononen heißer und heißer, was die Bildung von Versetzungen und den späteren Untergang des Bauelements beschleunigt.

Endeffekt:

• Die Herstellung des PN-Übergangs kann nicht perfekt sein, und dies führt zu Fehlern im Kristallgitter.

• Diese Unvollkommenheiten weisen eine andere Bandlücke auf, so dass die Rekombination von Elektronenlöchern an diesen Stellen nicht zur Emission von Licht (dh Photonen) beiträgt, sondern die Emission von Phononen (Schwingungsquanten) verursacht.

• Die Unvollkommenheiten wirken in der Regel als Zentren, in denen das Gitter aufgrund von Vibrationen, Wärmeschocks usw. immer mehr "unregelmäßig" wächst (dies wird als Keimbildung bezeichnet ).

• Phononen neigen dazu, diesen Keimbildungseffekt zu verstärken, so dass das Phänomen eine "positive Rückkopplung" aufweist und sich mit der Zeit tendenziell verschlechtert.

• Die Einhaltung der Herstellerspezifikationen hilft dabei, dieses Problem unter Kontrolle zu halten.