In che modo i LED si degradano lentamente durante l'uso normale?

A quanto ho capito, un LED ha normalmente una durata di circa 25 anni con un'uscita che decade in modo esponenziale in funzione del tempo e della corrente.

Cosa causa il degrado? Immagino che la corrente stia lentamente muovendo gli atomi nel reticolo, ma cosa succede esattamente?

Probabilmente questo articolo contiene tutto ciò che serve per capire perché i LED ad alta efficienza falliscono gradualmente:

Comprensione della causa dello sbiadimento nei LED ad alta luminosità (di Steven Keeping; contributo di prodotti elettronici; 21/02/2012).

I LED di segnalazione, d'altra parte, sono molto meno inclini a guasti, a causa della minore sollecitazione (minore potenza dissipata), ma il meccanismo dovrebbe essere lo stesso.

Seguono alcuni estratti di quell'articolo:

Principale causa di fallimento

Un LED è un dispositivo elettrico e come tale ci sono molti modi in cui può andare storto. [...] In pratica, tuttavia, i LED sono notevolmente affidabili e il "fallimento" è probabilmente il risultato dell'emissione luminosa che scende al di sotto di una soglia accettabile (in genere il 70 percento dell'uscita iniziale [...]. La causa principale di che lo sbiadimento (o "cedimento del lume") è innescato (per la maggior parte) dalle minime dislocazioni di filettatura introdotte nel chip durante la produzione di wafer.

Le dislocazioni di filettatura fungono da siti di nucleazione per lussazioni più grandi del cristallo. Questi si formano naturalmente a causa del riscaldamento durante il funzionamento, dell'espansione termica e del restringimento all'accensione e allo spegnimento del LED e di stress meccanici come le vibrazioni. Man mano che si verificano sempre più dislocazioni nel tempo, il numero di siti per la ricombinazione non radiativa aumenta e diminuisce l'efficienza quantistica. (Alcuni altri fattori, come la diffusione del metallo nel semiconduttore dai conduttori di collegamento, contribuiscono anche al cedimento del lume, ma le dislocazioni sono il meccanismo principale.)

[...]

Peggio ancora, le ricombinazioni non radiative che causano vibrazioni del reticolo cristallino aumentano la temperatura complessiva. In altre parole, con l'invecchiamento del chip, diventerà sempre più caldo per una determinata tensione diretta a causa di un aumento del numero di fononi, accelerando la formazione di lussazioni e l'eventuale morte del dispositivo.

Linea di fondo:

• La fabbricazione della giunzione PN non può essere perfetta e questo porta a imperfezioni nel reticolo cristallino.

• Queste imperfezioni presentano un diverso gap di banda, in modo che le ricombinazioni del buco elettronico in quei siti non contribuiscano all'emissione di luce (cioè fotoni), ma causino l'emissione di fononi (quanti vibrazionali).

• Le imperfezioni tendono ad agire come centri in cui il reticolo diventa sempre più "irregolare" (questo si chiama nucleazione ) a causa di vibrazioni, shock termici, ecc ...

• I fononi tendono ad aumentare quell'effetto di nucleazione, quindi il fenomeno ha un "feedback positivo" e tende a peggiorare con il tempo.

• Il rispetto delle specifiche del produttore aiuta a mantenere il problema sotto controllo.