Alterung von Leuchtdioden

Die Lebensdauer einer LED kann nach [Reisch] berechnet werden. Dabei ist $\Phi(t)$ der Lichtstrom in Abhängigkeit vom Lichtstrom zum Neuzustand, MTBF^3.86 die Zeit, nach der der Lichtstrom auf die Hälfte des Ursprungslichtstromes gefallen ist.

$$\Phi_v(t) = \Phi_v(0)\mbox{e}^{-\beta t}$$ (3.70)

$$\mbox{MTBF} = \frac{\ln 2}{\beta}$$ (3.71)

$$\beta = \beta_0 I \mbox{e}^{-W_A/kT}$$ (3.72)

$$\kappa = \frac{\mbox{d}\Phi_e}{\mbox{d}I}$$ (3.73)

mit der Betriebstemperatur $T$ und dem Flußstrom $I$ und der Modulationssteilheit $\kappa$. Die ausgesandte Strahlleistung ist $\Phi_e$, $W_A$ liegt zwischen 0,5...0,8eV.

Das führt dazu, daß bei Stromerhöhung die Lebensdauer zuerst linear abnimmt. Da die Stromerhöhung meist auch zu einer Temperaturerhöhung führt sinkt die Lebensdauer stärker als linear mit der Stromzunahme.

Leuchtdioden altern meist nicht so schnell wie Glühlampen. Bei LEDs ohne Phosphorbeschichtung beträgt die MTBF in der Regel bis zu 100000h. Bei weißen LEDs, die aus phosphorüberzogenen blauen LEDs bestehen, sind Zeiten von 6000h bekannt. Untersuchungen des LRC haben ca. 5000...9000h bei Nennstrom und ca. 2000h bei 2,5-fachen Nennstrom ergeben. Je höher die Umgebungstemperatur, desto kürzer ist die MTBF bzw. desto geringer der zulässige Strom bei gleicher MTBF.^3.87 Einige Hersteller liefern LEDs speziell für die Lichterzeugung im Straßenverkehr, z.B. Autorücklichter, die gezielt mit höheren Strömen betrieben nur noch 1000h erreichen (z.B. die HPWL-BD01 von Agilent). Damit ist die MTBF meist größer, als während eines Auto- oder Fahrradlebens erforderlich.

An der Abschwächung des Lichtstromes haben zu unterschiedlichen Teilen mehrere Effekte Anteil:

• Trübung des LED-Gehäuses (Epoxidharz) durch UV-Bestrahlung (vom Chip und Sonnenlicht).

• Umdotierung des LED-Chips durch die hohen Stromdichten.

• Bei weißen LED erfolgt eine Degradierung des Phosphors, u.a. durch die UV-Strahlung.

Wie stark die Effekte sind ist noch Thema der aktuellen Forschung (nein, nicht meiner:=)^3.88. Auch werden meist keine Aussagen über den zeitlichen Verlauf (progressiv, linear, degressiv) gemacht. Nähere Informationen sollten z.B. beim Lighting Research Centers (LRC) des Rensselaer Polytechnic Institute http://www.lrc.rpu.edu zu finden sein.