Почему мой светодиод не сгорел?

47

У меня есть 15-летний ReplayTV DVR. Я использовал это, я не уверен, когда, но, вероятно, около десяти лет назад. Он включен почти все время, и у него есть синий индикатор питания на передней панели.

В FAQ по светодиодам говорится, что срок службы многих светодиодов составляет 50000 часов, что означает, что он должен работать только около 5,5 лет при использовании 24x7. Green Efficient Homes говорит, что «отдельный светодиод может прослужить 100 000 часов», что увеличивает срок его службы до 11 лет.

Похоже, что эти сайты посвящены светодиодным лампам, а не отдельным светодиодам, которые используются в качестве индикаторов на электронных устройствах.

Почему этот маленький парень смог так долго светить непрерывно?

Barmar
источник
44
У меня есть часы с 7-сегментным светодиодным дисплеем, который я сделал около 35 лет назад. С тех пор он постоянно используется и до сих пор работает нормально. Дисплей немного тусклее, чем раньше, но все же отлично читается, если на него не падает прямой солнечный свет.
Алефзеро
4
@Passerby Скорее всего, они делают ставку на то, что большинство клиентов не будут использовать продукт так долго или не сохранят информацию о гарантии. И большинство светодиодов используются в качестве компонентов производителями, а не отдельными потребителями.
Бармар
5
В дополнение ко всему, если бы телевизор включал этот светодиод, возможно, он был включен только в течение небольшой части этих 15 лет, даже если ваш человеческий глаз думал, что он все время видит свет.
Джей Коминек
1
Моим первым инстинктом было (как и многие другие заявляли по-разному), что световые индикаторы, часы и т. Д. Имеют светодиоды, которые работают «вечно» по разным причинам - например, не подвержены воздействию высоких уровней мощности / тепла, как светодиодные светильники не по своей природе подвержены сбоям, как лампы накаливания и люминесцентные лампы и т. д. А потом я вспомнил, что у меня две посудомоечные машины ~ 18 лет с неисправными светодиодными индикаторами на их панелях управления - органы управления по-прежнему работают нормально, но различные световые индикаторы, большинство из которых включены только во время цикла стирки. Все это может быть запланировано ...
Манассехкац-Восстановить Монику
3
@manassehkatz Ряд ответов и комментариев заставляет меня считать светодиоды «тараканами» в мире электроники. Они прослужат долго после того, как другие устройства изношены или вымерли.
Бармар

Ответы:

51

Правильно спроектированные, построенные и используемые современные светодиоды имеют невероятно долгий срок службы, а механизмы износа не являются катастрофическими по своей природе, поэтому вместо использования статистики MTTF лампы накаливания часто используется процент яркости (70%) для определения срока службы - это не так Это означает, что светодиод гаснет, это означает, что выходная мощность составляет всего 70% от того, что было, когда он был новым. Поскольку изменения происходят медленно, вы обычно этого не замечаете.

Для приложений с белым светом это имеет смысл, потому что через некоторое время свет работает, но может быть слишком тусклым, чтобы быть полезным в таких приложениях, как фонарик или лампа для чтения.

Лампы накаливания FWIW склонны к чему-то похожему в том, что нить будет медленно испаряться, оставляя темное покрытие на стеклянной оболочке, затемняя свет. Они способны немного компенсировать, потому что нить светится немного ярче из-за увеличенного сопротивления (пока не сломается).

ИРИО
источник
1
Я не говорю о светодиодах, которые являются частями ламп, которые заменяют лампы накаливания. Я говорю об отдельных светодиодах, используемых в качестве световых индикаторов.
Бармар
17
Это та же технология. «Белые» светодиоды, в отличие от RGB-типов, представляют собой синий / ближний ультрафиолетовый светодиод, который стимулирует излучение люминофора белым светом, и это единственное отличие (кроме материалов с гетеропереходом и т. д.). Если вы носите очки или знаете кого-то, спросите их об этом раздражающем эффекте голубой радуги, который они видят во всех твердотельных автомобильных фарах - это сам активный светодиод. Даже если это индикатор, есть точка среза, где он слишком тусклый, чтобы его было хорошо видно.
Иди
5
«Они способны компенсировать немного, потому что нить накаливания немного ярче из-за повышенного сопротивления» - поскольку лампы накаливания обычно питаются постоянным напряжением, увеличение сопротивления не приведет к тому, что лампа потребляет меньше энергии и, следовательно, Диммер?
Таннер Светт
2
Упс, я хотел сказать, локальное сопротивление "горячие точки". Есть несколько компромиссов в металлургии проволоки накала, которые со временем разрушают площадь поперечного сечения нити и нагревание до вольфрама до еще более высокой температуры в этом месте. Есть хорошая обзорная статья Мэтью Пита "Вольфрамовые лампы накаливания: пример из практики". Есть, конечно, куча научных работ, но все они находятся за платными системами. Если вы гуглите вышеуказанный заголовок, он должен появиться.
Иди
1
Как примечание: уличные фонари и другие «профессиональные» светильники часто имеют схемы для компенсации старения светодиодов. Они начинают работать с током, возможно, 70%, и увеличивают ток с течением времени, чтобы в течение многих лет излучать тот же свет. Я заменил внутреннюю часть потолочного освещения на кухне, потому что субъективно я нашел его менее ярким, чем при установке, и мне, возможно, придется сделать то же самое со светодиодами под шкафом. (Или я мог бы добавить источники света в верхней части верхней части шкафа, потому что текущие источники света находятся в центре, и недостаточно освещают весь стол
Ленн
24

Лучшее предположение, которое у меня есть для индикатора, срок службы светодиодов - более 5 000 000 часов.

Я не думаю, что кто-то удивится, если микроконтроллер продержится 10-15 лет. Скорее всего, можно ожидать, что так долго продлится. Подумайте, сколько pn-переходов может выйти из строя в микроконтроллере. Светодиод имеет только один pn переход. Светодиодный индикатор прослужит дольше, чем кто-либо может узнать.

Светодиодные индикаторы, вероятно, никогда не выйдут из строя в течение вашей жизни. Среднее время жизни человека сейчас составляет около 78 лет или 683 280 часов. Индикаторы могут длиться дольше, чем это.

Блок питания (самое слабое звено в большинстве продуктов) для питания светодиодов в DVR работает 15 лет (23 400 часов).

Надежность основана не только на светодиоде, но и на системе, в которой он используется.

введите описание изображения здесь

Светодиоды редко умирают. Светодиодные лампочки умирают из-за отказа водителя.
Оценка срока службы светодиодов основана на обслуживании люмена.


Общей спецификацией для мощных светодиодных светильников является обслуживание на 70% люмен (то есть выход при 70% его пиковой интенсивности) после 50 000 часов работы.

Наиболее заметным отраслевым стандартом является IES LM-80 (LM-80), который, по мнению Министерства энергетики США, является «одобренным методом измерения износа люмена твердотельных (светодиодных) источников света, матриц и модулей» ( США DOE).

Этот белый документ освещает подробно тему:
Оценка поведения светодиодных систем в течение всей жизни.

Я взял график оценки Lumileds за 149 000 часов (рис. 5) и экстраполировал его до 1 000 000 часов. Помните, что это мощный светодиод, испытанный при высокой температуре. Индикаторные светодиоды служат намного дольше.
введите описание изображения здесь

Основное правило: срок службы полупроводника уменьшается на 50% на каждые 10 ° С повышения температуры. При испытаниях LM-80 используется температура перехода более 130 ° C (указывается температура окружающей среды 120 ° C). И индикаторный светодиод работает при комнатной температуре. Так что для этого более чем в 5 раз больше для индикатора. Вот где я получаю мое лучшее предположение: 5 000 000 часов.


Это для освещения светодиодов. Индикаторные светодиоды всегда были известны своей высокой надежностью. AT & T был одним из первых, кто увидел это.

AT & T обнаружил, что их светодиодные индикаторы будут работать до 50 лет. Это 438 000 часов. 50000 часов относится к высокой мощности (высокой температуре), которая падает до 70%. Они прослужат намного дольше, чем 50000 до отказа. Lumileds проверил L70 до 148 000 часов с тестом 50000. Если бы они подошли к тому месту, где его уже не было видно, вероятно, было бы от 500 000 до 1 000 000 часов. Смотрите рисунок 5 в их белой книге. И это был высокомощный высокотемпературный Luxeon Rebel, протестированный при 85 ° C, 0,35 A (Tjunction ~ 98 ° C).

В 1960-х годах устаревший светодиод GaP 110 В прослужил более 438 000 часов. (50 лет)

В конце 1960-х годов AT & T Bell Laboratories сразу поняли, что существует множество возможных применений светодиодов. Индикаторные лампы. становились полезными в телефонном бизнесе. Все такие светильники, которые использовались в то время в США, работали на напряжении 110 В. Примером может служить телефон «Принцесса», который предназначался для использования в спальнях - циферблат загорался при поднятии телефона с подставки. «Принцесса» была престижным телефоном и последней модой в 1960-х годах, но должна была быть установлена ​​рядом с розеткой 110 В. Если перегорела лампочка, потребовался сервисный звонок в местную телефонную компанию. Если бы светодиоды заменяли лампочки на 110 В, телефонная линия могла бы питать светодиоды, и розетка на 110 В больше не понадобилась бы. Кроме того, GaP светодиоды имели ожидаемый срок службы более 50 лет при использовании в телефонах,


Светодиодный материал имеет значение.
Из книги Е. Фреда Шуберта "Светоизлучающие диоды"

Известно, что надежность устройств AlGaAs ниже, чем у устройств AlGaInP, которые не содержат AlGaAs. Слои AlGaAs с высоким содержанием алюминия подвержены окислению и коррозии, что снижает срок службы устройства.


Если 110 В GaP прослужил 50 лет, то светодиод 2 В должен работать намного дольше. По мере улучшения характеристик IV светодиодов срок службы также улучшился.

Низкие значения [V f ] постоянно коррелируют с высокой надежностью устройства

введите описание изображения здесь

Неправильно понятый
источник
Как я уже сказал в этом вопросе, светодиод горит почти постоянно с тех пор, как я приобрел его около десяти лет назад.
Бармар
Я попросил сделать точку, а не получить ответ. Плюс вы сказали: «Я привык, я не уверен, когда, но, вероятно, около десяти лет назад». Как часто это было в первые десять лет до того, как вы им владели? Опять риторический.
неправильно
6
Меня больше поразит надежность блока питания, питающего светодиод.
неправильно
2
Основываясь на моей долгой работе с эффективными светодиодными панелями, работающими на 10% от полной мощности, я заявил на собрании компании, что мы можем ожидать, что они прослужат, может быть, 200 лет. Это шокировало всех, кроме главного инженера. Ваш ответ наиболее близок к истине. +1
Sparky256
6
@ Sparky256 200 лет или 570 лет. Достаточно близко. Разница менее чем в 3 раза. Я все еще чувствую, что мой 570-летний предположение является консервативным. К моей следующей жизни мы будем знать лучше. Я собираюсь подождать хотя бы несколько сотен лет, прежде чем вернуться.
неправильно
14

Похоже, что эти сайты посвящены светодиодным лампам, а не отдельным светодиодам, которые используются в качестве индикаторов на электронных устройствах.

Это суть проблемы.

Первым компонентом, который выходит из строя в светодиодной лампочке, обычно является источник питания, а не сами светодиоды. Отказ источника питания может вызвать сбой светодиода - либо из-за слишком большой мощности, либо из-за чрезмерного нагрева - но сами светодиоды редко бывают неисправны. Поскольку светодиодные индикаторы не имеют собственного источника питания, на них не влияют эти проблемы. (Отказ источника питания в устройстве, которое содержит светодиоды, обычно объясняется отказом самого устройства, а не его светодиодов!)

Кроме того, светодиодные лампы являются более требовательным приложением, чем индикаторные светодиоды. Светодиоды в лампочке часто работают близко к максимальной проектной мощности при высоких температурах. Это приводит к тому, что они стареют быстрее, чем светодиодный индикатор, который обычно работает только при мощности, необходимой для его видимого освещения.

Индикаторные светодиоды обычно имеют полезный срок службы, измеряемый десятилетиями. Яркость светодиода может немного уменьшаться с возрастом, но он редко перегорает.

duskwuff
источник
Я предполагаю, что следствием моего вопроса является «почему светодиоды так долговечны?»
Бармар
3
@Barmar en.wikipedia.org/wiki/List_of_LED_failure_modes большинство режимов отказа, которые вызывают медленное затемнение светодиода, просто: медленный. большинство других вызвано однократным насилием, которое либо убивает светодиод сразу, либо он выживает.
Аарон
7
@ Бармар Почему бы им не быть? Физический процесс, посредством которого светодиоды излучают свет, по своей природе не повреждает.
сумерки
3
@ duskwuff Я думаю, что это главное, что OP используется для традиционных ламп накаливания, которые по своей природе повреждают (или, по крайней мере, невероятно хрупки при работе) и основывают все свои предположения на свете вокруг этого.
Trotski94
6

Возможно, светодиодный индикатор не работает при номинальной мощности.

Срок службы светодиода обычно указывается при номинальной мощности. Поскольку синие светодиоды являются довольно раздражающими световыми индикаторами, они часто уменьшаются до менее раздражающей яркости (например, номинальный указанный ток составляет 20 мА, фактический рабочий ток в конкретном устройстве составляет всего 3 мА). Это значительно увеличивает срок службы светодиода.

Это в дополнение к другим ответам. Светодиод будет более тусклым, чем когда он был новым, но он все еще полезен в качестве индикатора.

Klaws
источник
1
Этот ответ уже объясняет, как пониженный ток и температура продлевают срок службы светодиода, и упоминает, что светодиоды становятся тусклее с возрастом.
Дмитрий Григорьев
1
@ Дмитрий Григорьев: Ох. На самом деле. Я просмотрел его, а также полнотекстовый поиск по этой странице ... к сожалению, соответствующая часть этого ответа содержалась в графике. Спасибо за указание!
Klaws
2
На самом деле, это очень проницательное наблюдение. Синие светодиоды не нужны для индикации. «Указанный ток» (20 мА) настраивается маркетинговым / технологическим инжинирингом, чтобы соответствовать впечатляющему сроку службы 50 000 (и т. Д.). Таким образом, использование светодиода с 1/10 от номинального значения, вероятно, увеличит его срок службы, возможно, в 20 000 раз, учитывая, что все модели старения имеют экспоненциальное поведение.
Ale..chenski
1
Пропуск ниже (намного ниже) номинального тока также значительно снижает температуру матрицы, что добавило бы еще один большой фактор к MTBF. Я бы сказал, что этот ответ предлагает лучшее объяснение OP-вопроса (вместе с моим замечанием о факторе е ^ + 10).
Ale..chenski
4

Рейтинг только MTBF (среднее время между сбоями)

Светодиодный MTBF

Для любого компонента или системы MTBF - это среднее время между отказами. MTBF - это истекшее время, которое прогнозируется между внутренними отказами компонента или системы во время работы.

MTBF - это показатель, используемый в расчетах для надежности элементов оборудования. Чтобы иметь возможность рассчитать MTBF оборудования, необходимо знать MTBF отдельных компонентов, например, в этом случае светодиодный MTBF.

Частота отказов для компонента и MTBF связаны между собой. MTBF можно рассчитать как обратную величину частоты отказов, если предположить, что существует постоянная частота отказов, что не является необоснованным в качестве предположения первого порядка.

MTBF = часы работы / количество отказов

Показатели MTBF часто приводятся в паспортах производителей. Тем не менее, MTBF может быть значительно уменьшен эксплуатационными компонентами, близкими к их номинальным пределам. Агрессивные среды, такие как высокая температура и вибрация, также снижают MTBF.

Однако, когда они работают в своих пределах, светодиодные лампы имеют длительный срок службы и не очень часто выходят из строя.

Источник: https://www.radio-electronics.com/info/data/semicond/leds-light-emitting-diodes/lifespan-lifetime-expectancy-mtbf.php

Без выборки популяции и тестирования этого конкретного светодиода невозможно будет определить срок его службы. производитель может гарантировать только то, что он знает об этом светодиоде (возможно, проведя его через месяцы испытаний, измеряя ухудшение качества), а затем экстраполируя его в течение срока службы. Затем они гарантируют показатель MTBF, и если вы получите партию их светодиодов в среднем, они будут работать более x часов. Но они могут длиться дольше, показатель MTBF - только нижняя граница.

Скачок напряжения
источник
2
Этот ответ ссылается на страницу, на которой говорится о том, что определяет сбой, и ссылки означают время между сбоями, но не определяют сам сбой, что является важным отличием для этого вопроса. Типичный механизм «отказа» светодиода состоит не в том, чтобы полностью прекратить излучение света, а в том, чтобы уменьшить яркость сверх определенного процента от его первоначальной мощности.
Аарон
@ Аарон со световой индикацией, сбой, вероятно, будет определен как отказ от индикации или освещения вообще, а не 70%, который обычно используется в промышленности для определения MTBF
напряжения
именно поэтому я думаю, что важно упомянуть это различие. ОП спрашивал, почему светодиоды работали намного дольше, чем предполагалось в отрасли, и потому, что индустрия предлагала критерий отказа, отличный от его собственного.
Аарон
RE: «сбой, вероятно, будет определен как неспособность указать или вообще не загореться», поэтому 50 000 часов отстают от фактического ожидаемого срока службы. Я бы сказал, 10 кратких. Я ожидаю, что светодиодный индикатор будет работать более 500 000 часов.
неправильно
4

Оценки продолжительности жизни электронных компонентов - сложное дело. Как можно себе представить, производитель не может ждать 50 000 часов (или что-то вроде 2 290 000 000 часов для приемника RS232, см. Стр. 7 этого эссе ), чтобы собрать статистику отказов устройств, рынок не позволяет этого. Все оценки сделаны с использованием «ускоренных моделей» .

Идея состоит в том, чтобы установить партию устройств в экстремальных условиях (напряжение, ток, температура, факторы окружающей среды) до тех пор, пока некоторые устройства не выйдут из строя в течение разумного времени тестирования (дни или часы), предполагая, что механизмы отказа не изменятся. Затем, используя некоторые теоретические модели механизмов отказа и другие допущения, интенсивность отказов экстраполируется на нормальные условия работы. Обычно теоретические модели имеют экспоненциальный тип, поэтому небольшие ошибки при ускоренном тестировании могут привести к значительным различиям в оценках для хвостов этих экспоненциальных функций. Таким образом, модели обычно находятся на консервативной стороне, чтобы избежать обязательств из-за катастрофических преждевременных отказов.

Например, если ускоренная модель для светодиода действительно включала влажность воздуха и коэффициент ржавления / окисления, но Ваш светодиод всегда находился в комнатных условиях и в условиях сухого воздуха, он может работать намного-намного дольше, чем указанный производителем MTBF.

Ale..chenski
источник
Стандарт тестирования LM-80 использует 3 различных рабочих режима: 350, 700 и 1000 мА. При 55, 85 и 120 С. Таким образом, они тестируются при нормальных условиях эксплуатации в течение как минимум 6000 часов. За исключением 55 С на низком уровне для 1000 мА и вне нормальных условий. MTBF плохо подходит для светодиодов из-за снижения интенсивности с течением времени.
неправильно
3

Эти времена оцениваются как время жизни и могут быть очень консервативными. Так что вполне может быть, что большинство или (если вам повезет) некоторые из них могут выдержать фактор в разы больше, поэтому 15 лет звучат вполне разумно.

Мишель Кейзерс
источник
2

Если номинальный срок службы гарантирован, или даже полагается, то производитель может быть консервативным и / или ограничивать себя тем, что он знает как правду, а не как он ожидает, чтобы быть правдой. Возможно, придется защищаться в судебном процессе!

Синие светодиоды не стали широко доступны в качестве дешевых светодиодных индикаторов до конца 1990-х годов. В 2010 году производитель, возможно, не располагал более чем десятилетним опытом работы с устройствами, и поэтому было бы рискованно указывать ожидаемую продолжительность жизни более десяти лет, поскольку теоретические и лабораторные эксперименты с «ускоренным старением» не могут заменить два десятилетия фактическое использование в полевых условиях.

Есть основания надеяться, что накопители могут прослужить десять лет, светодиодные лампы - более двадцати, солнечные панели - более тридцати. Но опыт может одержать победу над надеждой, и в настоящее время существуют «известные неизвестные», касающиеся характеристик таких продуктов при длительном старении, которые могут быть известны только с течением времени.

nigel222
источник
0

Во-первых, как говорили другие, срок службы светодиода - это MTBF, во-вторых, некоторые производители стробируют фары с очень высокой скоростью, поэтому свет на самом деле выключается довольно долго, ваши глаза просто не могут его зарегистрировать. Это часто делается для уменьшения расхода батареи, но я полагаю, что также может быть использовано для увеличения срока службы.

awiebe
источник
Это на самом деле может быть более напряженным для светодиода, чем работа его при постоянном низком токе при равной яркости ...
rackandboneman
0

Они работают несколько светодиодов в течение 50000 часов, и ни один из них не сгорел. Так говорят на упаковке «Гарантировано не менее 50000 часов». Чтобы гарантировать срок службы светодиода в течение 20 лет, потребовалось бы запустить его в течение 20 лет, чтобы проверить его.

Кроме того, существует вероятность внешнего события, такого как статический разряд, вызывающего сбой светодиода. Эта довольно малая вероятность влияет на рейтинг 50 000 часов против 100 000 часов.

Рассел Хэнкинс
источник