Physik - Kaleidoskop

Leuchtdiode 280
Alterung
Als Lebensdauer (Licht-Degradation) einer LED wird die Zeit bezeichnet, nach der die Lichtausbeute auf die Hälfte
des Anfangswertes abgesunken ist. Leuchtdioden werden nach und nach schwächer, fallen aber in der Regel nicht
plötzlich aus. Die Lebensdauer hängt vom jeweiligen Halbleitermaterial und den Betriebsbedingungen (Wärme,
Strom) ab. Hohe Temperaturen (gewöhnlich durch hohe Ströme) verkürzen die Lebensdauer von LEDs drastisch.
Die angegebene Lebensdauer reicht von einigen tausend Stunden bei älteren 5-Watt-LEDs bis zu über
100.000 Stunden bei mit niedrigen Strömen betriebenen LEDs. Aktuelle Hochleistungs-LEDs werden, um eine
maximale Lichtausbeute zu erreichen, oft an Arbeitspunkten betrieben, bei denen ihre Lebensdauer bei 15.000 bis
30.000 Stunden liegt. Die von den Herstellern angegebene Leuchtdauer bezieht sich in der Regel auf die Anzahl der
Betriebsstunden, bis die Leuchte noch mit 70% der ursprünglichen Leuchtkraft arbeitet. Auch im Handel erhältliche
[3] [4] [5]
LED-Leuchtmittel in Glühlampenform erreichen über 25.000 Stunden bis hin zu 45.000 Stunden Lebenszeit.
Die Alterung von LEDs ist in erster Linie auf die Vergrößerung von Fehlstellen im Kristall durch thermische
Einflüsse zurückzuführen. Diese Bereiche nehmen nicht mehr an der Lichterzeugung teil. Es entstehen
strahlungslose Übergänge. Bei GaN-LEDs im blauen und Ultraviolett-Bereich ist auch eine Alterung der
Kunststoffgehäuse durch das kurzwellige Licht mit einhergehender Trübung feststellbar. Bei diesen und weißen
LEDs mit hoher Leistung wird deshalb der lichtdurchlässige Teil des Gehäuses manchmal aus Silikongummi
gefertigt, wodurch eine Lebensdauer von 100.000 Stunden erzielt wird, was etwa 11,5 Jahren Dauerbetrieb
entspricht.
Eine weitere Ursache kann eine Fehlfunktion auf Grund von Alterungsvorgängen in den verwendeten Materialien
sein. Zum Beispiel Ermüdungserscheinungen von Klebe- oder Bodenverbindungen.
Diese Fehlfunktionen werden unter dem Begriff Mortality (B) oder Totalausfall beschrieben. Steht im Datenblatt
einer LED B50 bei 100.000 Std., bedeutet dies, dass 50 % aller Testlampen nach 100.000 Std. durch Defekt
ausgefallen sind. Manchmal wird auch der B10-Wert, d. h. die Zeitdauer, nach der 10 % der Testlampen nicht mehr
funktionieren, angegeben.
Farben und Technologie
Durch die gezielte Auswahl der Halbleitermaterialien und der
Dotierung können die Eigenschaften des erzeugten Lichtes variiert
werden. Vor allem der Spektralbereich und die Effizienz lassen sich so
beeinflussen:
• Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs) – rot (665 nm) und infrarot bis
1000 nm Wellenlänge
• Galliumarsenidphosphid (GaAsP) und
Aluminiumindiumgalliumphosphid (AlInGaP) – rot, orange und
gelb
• Galliumphosphid (GaP) – grün
• Siliziumkarbid (SiC) – erste kommerzielle blaue LED; geringe Effizienz
• Zinkselenid (ZnSe) – blauer Emitter, der jedoch nie die kommerzielle Reife erreichte
• Indiumgalliumnitrid (InGaN)/Galliumnitrid (GaN) – Ultraviolett, Violett, blau und grün
Blaue LED aus InGaN
• Weiße LEDs sind meistens blaue LEDs mit einer davor befindlichen Fluoreszenz-Schicht, die als
Wellenlängen-Konverter wirkt (siehe Abschnitt Weiße LED)
Bei der Herstellung der LED-Halbleiter werden verschiedene Epitaxie-Verfahren eingesetzt. Die Halbleiter werden
zum Schutz in transparenten Kunststoff eingegossen.