¿Cómo se degradan lentamente los LED en condiciones normales de uso?

Question

Según tengo entendido, un LED suele tener una vida útil de unos 25 años con un rendimiento que decae exponencialmente en función del tiempo y la corriente.

¿Cuál es la causa de la degradación? Supongo que la corriente desplaza lentamente los átomos en la red, pero ¿qué ocurre exactamente?

Answer 1

Probablemente este artículo contenga todo lo que necesitas para entender por qué los LED de alta eficiencia fallan gradualmente:

Comprender la causa del desvanecimiento de los LED de alto brillo (Por Steven Keeping; Contribución de Electronic Products; 2012-02-21).

En cambio, los LED indicadores son mucho menos propensos a fallar, debido a un menor esfuerzo (menos potencia disipada), pero el mecanismo debería ser el mismo.

A continuación, algunos extractos de ese artículo:

Causa principal del fracaso

Un LED es un dispositivo eléctrico y, como tal, puede fallar de muchas maneras. [...] En la práctica, sin embargo, los LED son notablemente fiables y lo más probable es que el "fallo" sea el resultado de que la salida de luz caiga por debajo de un umbral aceptable (normalmente el 70 por ciento de la salida inicial [...]. La causa principal de ese desvanecimiento (o "fallo de lumen") es provocado (en su mayor parte) por las diminutas dislocaciones de roscado introducidas en el chip durante la fabricación de las obleas.

Las dislocaciones enroscadas actúan como lugares de nucleación de dislocaciones mayores del cristal. Éstas se forman de forma natural debido al calentamiento durante el funcionamiento, a la expansión y contracción térmicas cuando el LED se enciende y se apaga, y a tensiones mecánicas como la vibración. A medida que se producen más y más dislocaciones con el tiempo, aumenta el número de lugares para la recombinación no radiativa y disminuye la eficiencia cuántica. (Algunos otros factores, como la difusión de metal en el semiconductor desde los cables de conexión, también contribuyen al fallo del lumen, pero las dislocaciones son el mecanismo principal).

[...]

Peor aún, las recombinaciones no radiativas que provocan vibraciones de la red cristalina aumentan la temperatura global. En otras palabras, a medida que el chip envejece, se calentará más y más para un voltaje de avance dado, debido a un mayor número de fonones, lo que acelerará la formación de dislocaciones y la eventual desaparición del dispositivo.

Conclusión:

• La fabricación de la unión PN no puede ser perfecta, lo que provoca imperfecciones en la red cristalina.

• Estas imperfecciones presentan una brecha de banda diferente, de modo que las recombinaciones electrón-hueco en esos sitios no contribuyen a la emisión de luz (es decir, fotones), sino que provocan la emisión de fonones (cuantos vibratorios).

• Las imperfecciones tienden a actuar como centros donde el entramado se hace cada vez más "irregular" (esto se denomina nucleación ) debido a vibraciones, choques térmicos, etc...

• Los fonones tienden a aumentar ese efecto de nucleación, por lo que el fenómeno tiene "retroalimentación positiva", y tiende a empeorar con el tiempo.

• Cumplir las especificaciones del fabricante ayuda a mantener el problema bajo control.