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Alterung und Lebensdauer der LED

Beim Langzeitverhalten von Lumineszenz- und Laserdioden spielen die zeitlichen Veränderungen ihrer Emissionseigenschaften die entscheidende Rolle. Im allgemeinen nimmt die Intensität der Emissionsstrahlung einer unter konstanten Bedingungen betriebenen Lumineszenzdiode kontinuierlich ab. Dieses Verhalten wird als Alterung oder Degradation bezeichnet und ist noch nicht restlos geklärt, hängt aber wohl mit der Wanderung bzw. Ausweitung von Störstellen im Kristall zusammen. Eine abrupte Abnahme der Emission, wie sie von Glühlampen her bekannt ist, wird bei Halbleiterlichtquellen nur bei der Laserdiode beobachtet, wenn infolge einer Kettenreaktion der Schwellenstrom so hoch wird, dass es zu einer Zerstörung der Diode kommt.

Die Alterung von Lumineszenzdioden, die bei niedriger Stromdichte betrieben werden, verursacht beim Anwender gewöhnlich keine gravierenden Probleme. Bei Standard-LED können Lebensdauern von 100000 Stunden (das entspricht 11½ Jahren ununterbrochener Leuchtdauer) erreicht werden, die höchsten angegebenen Werte liegen weit darüber (bei 109h). Die Lebensdauer hocheffizienter LED liegt niedriger, ca. bei 25000 bis 50000 Stunden.

Die LED-Lampe gehört heute schon zu den wirtschaftlichen Leuchtmitteln, da Service-Einsätze und Lampenaustausch nicht erforderlich sind.

Faktoren, die das Altern der LED beschleunigen

  • Um den Lichtstrom je LED zu erhöhen, kann der elektrische Strom erhöht werden. Da sich dann jedoch auch die Temperatur in der LED erhöht, verkürzt sich deren Lebensdauer. Besondere Bauformen der LED und der Platinen führen die Wärme effektiv von dem Chip ab und ermöglichen eine höhere Lichtausbeute, ohne die Lebensdauer stark zu verringern.
  • Durch hohe oder stark schwankende Umgebungstemperaturen wird die Lebensdauer verkürzt. Die thermische Belastung (auch beim Löten) ist gering zu halten.
  • Das Anlegen einer zu großen Spannung (in Durchlass- oder Sperrrichtung) zerstört die Diode. Ein Verpol- und Überlastschutz kann dies verhindern.
  • Die eingesetzten Halbleiter (hauptsächlich InGaN und AlInGaP) haben unterschiedliche Lebensdauern.
  • Die bei den meisten LED eingesetzten Kunststoffe der Linsen trüben sich mit der Zeit. Insbesondere die weißen und blauen LED lassen deswegen schneller in ihrer Leistung nach. Auch auf diesem Gebiet entwickelt sich die LED-Technologie weiter.

Als Betriebslebensdauer einer Lumineszenzdiode wird häufig die Zeitspanne bezeichnet, nach der bei konstant gehaltenem Durchlassstrom die Intensität der Emission auf die Hälfte des Anfangswertes abgesunken ist.

In vielen Einsatzbereichen bedeutet die Minderung des Lichtstromes um die Hälfte, dass geforderte Normen nicht eingehalten werden. Das muss von vornherein einkalkuliert oder eine geringere Lebensdauer angegeben werden.

Die Angaben zur Lebensdauer der LED sind kritisch zu hinterfragen.

Leuchtstofflampen
25000-50000 h

kompakte Leuchtstofflampen
ca. 8000 h

Glühlampen
1000-2000 h

 
© Hauke Haller 2000-2009