Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Ändern LEDs bei Alterung ihr elektrisches Verhalten?


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von Third E. (third-eye)


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Hallo,

dass LEDs altern, ist ja bekannt. Bei selbem Betriebsstrom sinkt die 
optische Leistung. Ich habe aber noch nie irgendwo gelesen, dass sich 
die elektrischen Daten ändern.
Das impliziert, dass sich gealterte LED's bei selbem Betriebsstrom 
stärker aufheizen als sie das im Neuzustand getan haben.
Beispiel: Eine LED hat einen Wirkungsgrad von 10% im Neuzustand. D.h. 
90% der zugeführten elektrischen Energie wird als Wärme abgegeben.
Wenn jetzt sich jetzt die optische Abstrahlleistung wegen Alterung auf 
die Hälfte reduziert hat, ist der Wirkungsgrad nur noch 5%. D.h. 95% der 
elektrisch zugeführten Energie wird zur Erwärmung beitragen. Bei selber 
Umgebungstemperatur und demselben thermischem Widerstand wird die LED 
wärmer.
Ist dem so?

Grüße,
Third Eye

von Jochen A. (lok01)


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Hallo .

Also 30 % Wirkungsgrad sind schon aktuell.

von Horst O. (obelix2007)


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Third E. schrieb:
> LED hat einen Wirkungsgrad von 10%

... wenn LED's einen solch niedrigen Wirkungsgrad hätten, wäre wohl kaum 
so überzeugend ihr Siegeszug über die Glühlampe erfolgt?

Gruß Horst

von Harald W. (wilhelms)


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Horst O. schrieb:
> Third E. schrieb:
>> LED hat einen Wirkungsgrad von 10%
>
> ... wenn LED's einen solch niedrigen Wirkungsgrad hätten, wäre wohl kaum
> so überzeugend ihr Siegeszug über die Glühlampe erfolgt?

Ja, 10% ist m.W. der typische Wirkungsgrad von (Halogen-)Glühlampen.
Bei der Einführung von LED-Lampen wurde der oftmals nicht erreicht,
sondern ein höherer Wirkungsgrad wurde erlogen.

von Martin S. (sirnails)


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Third E. schrieb:
> Das impliziert, dass sich gealterte LED's bei selbem Betriebsstrom
> stärker aufheizen als sie das im Neuzustand getan haben.

Naja, wenn die LED vorher 30% hatte, und nach x Stunden 30% eingebüßt 
hat, dann sind es noch 70% von den 30% oder aber 9% weniger optische 
Leistungsabgabe und somit das Äquivalent an höherer Wärmeentwicklung.

Bei den 20% Tolerierung von LED fallen doch 9% gar nicht wirklich auf. 
Bzw. anders gesagt: Niemand, der bei Verstand ist, würde die Kühlung 
einer LED auf die "Typical values" auslegen. Außer natürlich, das 
Produkt muss billig billig billig sein. Aber da ignoriert man das 
Problem halt einfach und die LED stirbt halt schneller.

von Sebastian W. (wangnick)


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Third E. schrieb:
> Bei selbem Betriebsstrom sinkt die
> optische Leistung. Ich habe aber noch nie irgendwo gelesen, dass sich
> die elektrischen Daten ändern.

Wikipedia: "Die Alterung von LEDs ist in erster Linie auf die 
Vergrößerung der Fehlstellen im Kristall durch thermische Einflüsse 
zurückzuführen. Diese Bereiche nehmen nicht mehr an der Lichterzeugung 
teil. Es entstehen strahlungslose Übergänge." und "Indirekte Halbleiter 
sind daher als Leuchtdiode nicht geeignet. Es dominieren 
nicht-strahlende Übergänge wie die Rekombination über Störstellen 
(Shockley-Read-Hall-Rekombination). Entsprechend leuchtet zum Beispiel 
eine normale Gleichrichterdiode nicht."

Strahlungslose Übergange verstehe ich als Laie so, dass dort auch keine 
Wärmestrahlung entsteht sondern ungehindert Strom fliesst. Insofern 
sollten sich die elektrischen Daten eigentlich ändern, also z.B. die 
Flussspannung sinken ?

LG, Sebastian

von H. H. (Gast)


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Sebastian W. schrieb:
> dass dort auch keine
> Wärmestrahlung entsteht

Sondern einfach Wärme.


> sondern ungehindert Strom fliesst.

Die LED transmutiert nicht zum Supraleiter.

von Harald W. (wilhelms)


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Sebastian W. schrieb:

> Strahlungslose Übergange verstehe ich als Laie so, dass dort auch keine
> Wärmestrahlung entsteht sondern ungehindert Strom fliesst.

Wenn sich irgendein Gegenstand erwärmt, egal wodurch, gibt es
auch immer Wärmestrahlung.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Third E. schrieb:
> Wenn jetzt sich jetzt die optische Abstrahlleistung wegen Alterung auf
> die Hälfte reduziert hat
Wenn man weiße LEDs betrachtet, deren empfundene Helligkeit nach der 
Empfindlichkeit des menschlichen Auges bewertet wird, dann passiert die 
messtechnische und empfundene Änderung der Helligkeit auch dadurch, dass 
sich das Licht mehr in Richtung "blau" verschiebt, wo die Helligkeit 
weniger stark bewertet wird. Oder andersrum: die LED leuchtet zwar noch 
immer gleich hell, aber in einem Bereich, wo das Auge weniger 
empfindlich ist und die Helligkeit nicht so hoch gewertet wird:
- https://www.professional-system.de/basics/led-und-lebensdauer/
- 
https://www.elektronikpraxis.de/beschleunigtes-altern-von-leds-wissenschaftlich-untersucht-a-534634/

von Monk (Gast)


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Third E. schrieb:
> Ist dem so?

Klinkt logisch.

Allerdings ist es die Temperatur, die sich ändert, nicht die 
elektrischen Daten. Inwiefern diese von der Temperatur abhängen, müstte 
im Datenblatt stehen (falls der Hersteller so freundlich war).

Unabhängig vom thermischen Effekt würde mich allerdings aus Neugier 
interessieren, ob sich noch andere Daten der LED ändern.

von Günter N. (gnatz)


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Sebastian W. schrieb:
> Wikipedia: "Die Alterung von LEDs ist in erster Linie auf die
> Vergrößerung der Fehlstellen im Kristall durch thermische Einflüsse
> zurückzuführen. Diese Bereiche nehmen nicht mehr an der Lichterzeugung
> teil. Es entstehen strahlungslose Übergänge."

Fehlstellen lassen sich im Kristall nie vermeiden, so ist zumindest an 
den Rändern die Kristallstruktur gestört. Von den Störstellen wandern 
durch thermische Belastung Störungen weiter in den Kristall und erzeugen 
die strahlungslosen Übergänge. Da diese keine Strahlung abgeben, wird 
die zugeführte Energie in Wärme gewandelt, der Wirkungsgrad der LED 
sinkt so mit der Zeit. Dass durch die Wärme eine geringe Menge 
Infrarotstrahlung wie bei jedem Körper entsteht, gleicht den Verlust 
nicht aus. Multiplexbetrieb erzeugt im Kristall eine thermische 
Wechsellast und kann das Fortschreiten der Störungen beschleunigen (je 
nach Frequenz und Tastverhältnis).

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Es gibt parallel dazu auch messbare Änderung an der U-I-Kennlinie im 
Randbereich. Der Sperrstrom nimmt zu und auch der Kriechstrom in 
Durchlassrichtung beim Anlegen von 1V (deutlich niedriger als die 
minimale Leuchtspannung).

von Ralf K. (kurtx)


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Wenn die elektrische Eingangsleistung nicht in Licht umgewandelt wird,
wird sie wohl in Wärme umgewandelt werden:
Brummen, Pfeifen, Waggons ziehen, HF-erzeugen, ... tun die meist nicht.
Bleibt nur Wärme übrig, Akustische  Mechanische  HF - Umwandlung ist 
unwahrscheinlich.

Wenn eine LED mit > 30% Wirkungsgrad für sichtbares Licht auf den 
relativen optischen Lebensende-Wirkungsgrad von > 70 % abgefallen ist, 
hat sie noch
> 21% Wirkungsgrad somit < 10% mehr Wärmeabgabe.

Man kann die Dinger aber auch nach Lebensdauer auswechseln und das wäre 
immer noch das zeitlich zig-fache von Glüh- und Entladungslicht. Bei 
zig-facher Energieeinsparung.

LED-Licht ist nicht makellos, aber BESSER.

von Gerald B. (gerald_b)


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Die 2 auf den ersten Blick unvereinbaren Aussagen, das keine Strahlung 
entsteht, sondern nur Wärme, können sehrwohl beide wahr sein.
Eine LED (IR-LEDs mit eingeschlossen) erzeugen eine sehr schmalbandige 
Strahlung hauptsächlich einer Wellenlänge.
In thermischer Strahler (Glühlampe, Heizwiderstand) erzeugt ein sehr 
breitbandiges Spektrum, weil der physikalische Mechanismus in beiden 
Fällen hinter der Strahlungserzeugung jeweils ein anderer ist.

von Holger B. (dreieck)


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Ahoj,

Dieter D. schrieb:
> Es gibt parallel dazu auch messbare Änderung an der U-I-Kennlinie im
> Randbereich. Der Sperrstrom nimmt zu und auch der Kriechstrom in
> Durchlassrichtung beim Anlegen von 1V (deutlich niedriger als die
> minimale Leuchtspannung).

ich habe ein paar weiße LEDs, die "was abbekommen haben", und 
entsprechend einen Kriechstrom haben -- multimeter misst bei einer ~600 
Ohm Polungsunabhängig, bei einer anderen ~1300 kOhm, bei einer weiteren 
~40 Ohm.

Wenn diese so wegen Überlastung über die Zeit gealterten LEDs nun 
innerhalb der Parameter betrieben werden, ändert die "Voralterung" dann 
das weitere Alterungsverhalten (gehen sie nun schneller ganz kaputt, 
abgesehen von dem Effekt dass die Degradation an sich schon weiter 
fortgeschritten ist), oder schreitet der Alterungsprozess dann "normal" 
fort wie bei einer nicht-gequälte LED?

von Sherlock 🕵🏽‍♂️ (rubbel-die-katz)


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Die Alterung hängt hauptsächlich von der Temperatur ab. Wenn die LED 
jetzt wärmer wird, dann altert sie auch schneller.

von Holger B. (dreieck)


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Sherlock 🕵🏽‍♂️ schrieb:
> Die Alterung hängt hauptsächlich von der Temperatur ab. Wenn die LED
> jetzt wärmer wird, dann altert sie auch schneller.

Wenn sie also jetzt gut behandelt wird, dann altert die schon 
geschädigte LED mit dem parasitären Parallelwiderstand nicht schneller 
als wenn sie ungeschädigt sei?

von Sherlock 🕵🏽‍♂️ (rubbel-die-katz)


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Holger B. schrieb:
> Wenn sie also jetzt gut behandelt wird

Wenn du damit eine gute Kühlung meinst  welche die Temperatur gegenüber 
vorher absenkt, dann: ja, wahrscheinlich

: Bearbeitet durch User
von Holger B. (dreieck)


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Sherlock 🕵🏽‍♂️ schrieb:
> Holger B. schrieb:
>> Wenn sie also jetzt gut behandelt wird
>
> Wenn du damit eine gute Kühlung meinst  welche die Temperatur gegenüber
> vorher absenkt, dann: ja, wahrscheinlich

Ich meine vor allem entsprechend weniger Strom, so dass weniger Leistung 
überhaupt umgesetzt wird. Bei dann ausreichender Kühlung.

Danke für den heuristischen Hinweis!

von Holger B. (dreieck)


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Übrigens auch interessant:

Ich habe hier weiße LEDs in Reihenschaltung, von denen manche 
unterschiedlich stark schon "angeschlagen" sind.

Betrieben ist das mit einer einstellbaren Konstantstromquelle (die 
mindestens als Schaltnetzteil ausgeführt ist, kommerzielles Modul).

Es gibt von den geschädigten LEDs welche, die bei niedriger Dimmung 
"flackern", und zwar manchmal wirklich zwischen aus und 
so-hell-wie-die-anderen, während die anderen kontinuierlich leuchten. Es 
lässt sich auch noch weiter runterdimmen; die "flackernden" LEDs gehen 
dann aus.

Was könnten die Gründe für das Flackern sein?
(Hier reine Neugierde an der Sache!)

Ein Oszilloskop zum Messen habe ich leider nicht verfügbar.

von Dieter (degen)


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Third E. schrieb:
> Das impliziert, dass sich gealterte LED's bei selbem Betriebsstrom
> stärker aufheizen als sie das im Neuzustand getan haben.

Woher stammt diese Information?

Könnte es doch sein, daß der Wirkungsgrad allgemein nachläßt, oder?

Beitrag #7845050 wurde vom Autor gelöscht.
von Dieter (degen)


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von Joachim B. (jar)


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Sherlock 🕵🏽‍♂️ schrieb:
> Die Alterung hängt hauptsächlich von der Temperatur ab.

du hattest hier schon geantwortet:

Monk schrieb:
> Allerdings ist es die Temperatur, die sich ändert, nicht die
> elektrischen Daten.

Zwei Benutzeraccounts in einem Thread sind lt. Forenregeln verboten.
https://www.mikrocontroller.net/articles/Hilfe:Forum_Nutzungsbedingungen#Benutzeraccounts

Benutzeraccounts
    Die Teilnahme an einer Diskussion unter verschiedenen Namen/Accounts 
ist nicht erlaubt und führt zur Löschung der betreffenden Beiträge sowie 
Sperrung der beteiligten Accounts.

von Gerhard H. (ghf)


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Das bisschen Licht, das abgestrahlt wurde und nicht mehr
abgestahlt wird dürfte das Kraut wohl nicht fett machen
bzgl. der Chiptemperatur. Die Frage ist, ob die degenerierten
Stellen in der Sperrschicht überhaupt noch Strom leiten
(oder richtig gut?). Dann würde die Mehrwärme entweder
garnicht auftreten oder vom Vorwiderstand verheizt.

Was aber bekannt ist:  Die erzeugte Rauschspannung einer LED
nimmt gegen das Ende der Lebensdauer zu. Das ist deutlich
genug um Voraussagen machen zu können.

Wenn man eine rauscharme Referenzspannung braucht und mit
dem TK leben kann, dann sind einige, vor allem rote, LEDs
schwer zu schlagen. Von denen, die ich vermessen habe, war
die HLMP-6600 mit Abstand die beste. (HP->Avago->Broadcomm)
Optisch ist sie nicht gerade die hellste Kerze auf dem Kuchen.

Gerhard H    DK4XP

: Bearbeitet durch User
von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Joachim B. schrieb:
> Die Teilnahme an einer Diskussion unter verschiedenen Namen/Accounts ist
> nicht erlaubt
Naja, lassen wir die Kirche mal im Dorf.

Denn wenn man nach der Ursache für diese Regel forscht, dann kommt man 
schnell drauf, dass ehemals *unangemeldete" User problemlos in jedem 
Post mit einem anderen Namen herumtrollen konnten und das auch je nach 
gespaltener Persönlichkeit gerne ausnutzten.

Ich erkenne nicht, dass das hier eine solche Vorgehensweise vorliegt.

von Joachim B. (jar)


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Lothar M. schrieb:
> Ich erkenne nicht, dass das hier eine solche Vorgehensweise vorliegt.

ich erkenne nur daß ein User unter mindestens 4-5 mit mir jetzt 
bekannten Benutzernamen hier immer trollt (auch mal mit dem 
Benutzernamen "NICHT Joachim B.")
ich erkenne nur daß ein User unter mindestens 4-5 mit mir jetzt 
bekannten Benutzernamen hier seit 3 Jahren mindestens 60.000 Beiträge 
hat, davon auch viele die unpassend sind weg von der Frage und oft immer 
frei von Sachverstand.

Aber OK ich kenne deine Meinung zu diesem Benutzer.

von Rolf (rolf22)


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Sebastian W. schrieb:
> "Diese Bereiche nehmen nicht mehr an der Lichterzeugung
> teil. Es entstehen strahlungslose Übergänge."

> Strahlungslose Übergange verstehe ich als Laie so, dass dort auch keine
> Wärmestrahlung entsteht sondern ungehindert Strom fliesst.

Man muss nicht Fachmann sein, um bei dem von dir Zitierten (s. o.) zu 
erkennen, dass sich der zweite Satz auf den ersten bezieht, mit 
"strahlungslos" also Lichtstrahlung gemeint ist.  Schiefturmstadt ...

: Bearbeitet durch User
von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Dieter schrieb:
> Könnte es doch sein, daß der Wirkungsgrad allgemein nachläßt, oder?

Das mit dem stärker Aufheizen ist oft so nur die halbe Realität. 
Vielmehr ergibt sich im Chip eine ungleichmäßigere Verteilung der 
Temperatur, welche einen Einfluss auf die Alterung hat. Dazu müßte ein 
Chip unter dem Mikroskop die Leuchtverteilung, Leuchtfarbe und 
IR-Strahlung über die gesamte Fläche vermessen werden und später 
wiederholt werden, um das zu sehen.

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Lothar M. schrieb:
> Naja, lassen wir die Kirche mal im Dorf.

Genau und lassen weg, dass da zwei Jahre dazwischen lagen.

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Holger B. schrieb:
> "flackern"

Es finden Änderungen durch die Diffusion in den komplizierten Schichten 
der LED statt. In Verbindung mit der Wärme- & Lichtstrahlung gibt es 
kleine Unjunktion-Effekte, die das Flackern im Grenzbereich triggern.

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