Comment les LED se dégradent-elles lentement en utilisation normale?

Si je comprends bien, une LED a normalement une durée de vie de peut-être 25 ans avec une sortie qui décroît de façon exponentielle en fonction du temps et du courant.

Qu'est-ce qui cause la dégradation? Je suppose que le courant déplace lentement les atomes dans le réseau, mais que se passe-t-il exactement?

Cet article contient probablement tout ce dont vous avez besoin pour comprendre pourquoi les LED à haute efficacité échouent progressivement:

Comprendre la cause de la décoloration des LED haute luminosité (par Steven Keeping; contribution de produits électroniques; 2012-02-21).

Les LED d'indication, en revanche, sont beaucoup moins sujettes à l'échec, en raison d'une moindre contrainte (puissance dissipée moins), mais le mécanisme devrait être le même.

Voici quelques extraits de cet article:

Cause principale d'échec

Une LED est un appareil électrique, et en tant que tel, il peut y avoir de nombreuses façons de mal tourner. [...] Dans la pratique, cependant, les LED sont remarquablement fiables et les «pannes» sont très probablement le résultat d'un flux lumineux tombant en dessous d'un seuil acceptable (généralement 70 pour cent du flux initial [...]. La principale cause de cette décoloration (ou «défaillance de la lumière») est déclenchée (pour la plupart) par les dislocations de filetage infimes introduites sur la puce lors de la fabrication de la plaquette.

Les dislocations filetées agissent comme des sites de nucléation pour les dislocations plus importantes du cristal. Ceux-ci se forment naturellement en raison du chauffage pendant le fonctionnement, de l'expansion thermique et du retrait lorsque la LED est allumée et éteinte, et des contraintes mécaniques telles que les vibrations. Comme de plus en plus de dislocations se produisent au fil du temps, le nombre de sites de recombinaison non radiative augmente et l'efficacité quantique diminue. (Certains autres facteurs, tels que la diffusion de métal dans le semi-conducteur à partir des fils de connexion, contribuent également à la défaillance de la lumière, mais les dislocations sont le principal mécanisme.)

[...]

Pire encore, les recombinaisons non radiatives qui provoquent des vibrations du réseau cristallin ajoutent à la température globale. En d'autres termes, à mesure que la puce vieillit, elle fonctionnera de plus en plus chaud pour une tension directe donnée en raison d'un nombre accru de phonons, accélérant la formation de dislocations et la disparition éventuelle de l'appareil.

Conclusion:

• La fabrication de la jonction PN ne peut pas être parfaite et cela conduit à des imperfections dans le réseau cristallin.

• Ces imperfections arborent une bande interdite différente, de sorte que les recombinaisons électron-trou sur ces sites ne contribuent pas à l'émission de lumière (c'est-à-dire les photons), mais provoquent l'émission de phonons (quanta vibrationnels).

• Les imperfections tendent à agir comme des centres où le réseau devient de plus en plus "irrégulier" (c'est ce qu'on appelle la nucléation ) à cause des vibrations, des chocs thermiques, etc ...

• Les phonons ont tendance à augmenter cet effet de nucléation, de sorte que le phénomène a une «rétroaction positive» et a tendance à s'aggraver avec le temps.

• Le respect des spécifications du fabricant aide à garder ce problème sous contrôle.