¿Por qué mi LED no se ha apagado ahora?

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Tengo un DVR ReplayTV de 15 años. Lo usé, no estoy seguro de cuándo, pero probablemente hace aproximadamente una década. Está encendido casi todo el tiempo y tiene un LED de alimentación azul en el frente.

Las preguntas frecuentes de LED dicen que muchos LED tienen una vida útil nominal de 50,000 horas, lo que implica que solo debería durar aproximadamente 5.5 años cuando se usa 24x7. Green Efficient Homes dice que "un LED individual bien puede durar 100,000 horas", por lo que eso aumenta hasta 11 años.

Estos sitios parecen ser sobre bombillas LED, no los LED individuales que se utilizan como indicadores en dispositivos electrónicos.

¿Por qué este pequeño individuo ha podido seguir brillando continuamente durante tanto tiempo?

Barmar
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FWIW Tengo un reloj con una pantalla LED de 7 segmentos que construí yo mismo hace unos 35 años. Ha estado en uso constante desde entonces, y aún funciona bien. La pantalla es un poco más tenue de lo que solía ser, pero sigue siendo perfectamente legible a menos que la luz solar directa brille sobre ella.
alephzero
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@Passerby Es más probable que apuesten a que la mayoría de los clientes no usarán el producto durante tanto tiempo o no guardarán la información de la garantía. Y la mayoría de los LED son utilizados como componentes por los fabricantes, no por los consumidores individuales.
Barmar
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Además de todo lo demás, si el TV PWM tiene ese LED, podría haber estado encendido solo por una pequeña fracción de esos 15 años, incluso si su globo ocular humano pensara que estaba viendo la luz todo el tiempo.
Jay Kominek el
1
Mi primer instinto fue (como muchos otros han dicho de varias maneras) que las luces indicadoras, los relojes, etc. tienen LED que duran "para siempre" por una variedad de razones, por ejemplo, no están sujetas a altos niveles de potencia / calor como los accesorios de iluminación LED, no es inherentemente propenso a fallar como fallan las bombillas incandescentes y fluorescentes, etc. Y luego recordé que tengo dos lavavajillas de ~ 18 años con indicadores LED defectuosos en sus paneles de control; los controles aún funcionan bien pero varias luces indicadoras, la mayoría de las cuales solo están encendidos durante el ciclo de lavado, han fallado. Todo lo cual puede ser planeado ...
manassehkatz-Reinstate Monica
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@manassehkatz Una serie de respuestas y comentarios me llevaron a considerar que los LED son las "cucarachas" del mundo de la electrónica. Durarán mucho después de que otros dispositivos se hayan desgastado o se hayan extinguido.
Barmar

Respuestas:

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Diseñados, construidos y utilizados adecuadamente, los LED de hoy en día tienen una vida increíblemente larga y los mecanismos de desgaste no son catastróficos por naturaleza, por lo que en lugar de utilizar estadísticas MTTF de lámparas incandescentes, a menudo se usa un porcentaje de luminosidad (70%) para definir la vida útil. Esto significa que el LED se quema, significa que la luz apagada es solo el 70% de lo que era cuando era nuevo. Debido a que el cambio es lento, normalmente no lo notas.

Para aplicaciones de luz blanca, esto tiene sentido porque después de un período de tiempo la luz funciona pero puede ser demasiado tenue para ser útil en la aplicación, como una linterna o una lámpara de lectura.

Las lámparas incandescentes FWIW son propensas a algo similar, ya que el filamento se evaporaría lentamente dejando una capa oscura en la carcasa de vidrio, atenuando la luz. Son capaces de compensar un poco porque el filamento brilla un poco más debido a la mayor resistencia (hasta que se rompe).

isdi
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1
No estoy hablando de LED que son partes de bombillas que reemplazan las bombillas incandescentes. Estoy hablando de LED individuales utilizados como luces indicadoras.
Barmar
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Es la misma tecnología. Los LED "blancos" en comparación con los tipos RGB son un LED azul / casi UV que estimula un fósforo para emitir luz blanca, esa es la única diferencia (aparte de los materiales de heterounión, etc.). Si usa anteojos o conoce a alguien, pregúnteles sobre el molesto efecto del arco iris azul que ven en todos los faros de estado sólido del automóvil: ese es el LED activo en sí. Incluso si es un indicador, hay un punto de corte en el que es demasiado tenue para ser visto bien.
isdi
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"Son capaces de compensar un poco porque el filamento se ilumina un poco más debido a la mayor resistencia". Dado que las lámparas incandescentes generalmente funcionan con un voltaje constante, la resistencia aumentada no daría como resultado que la lámpara consuma menos energía y, por lo tanto, ¿regulador de intensidad?
Tanner Swett
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Vaya, quise decir resistencia localizada "puntos calientes". Hay varias compensaciones en la metalurgia de alambre de filamento que con el tiempo erosionan el área de la sección transversal del filamento y se calientan hasta convertirse en tungsteno a una temperatura aún más alta en ese punto. Hay un buen artículo de revisión de Mathew Peet "Lámparas de filamento de tungsteno: un estudio de caso". Por supuesto, hay un montón de trabajos académicos, pero todos están detrás de los muros de pago. Si buscas en Google el título anterior, debería aparecer.
isdi
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Como nota al margen, las luces de la calle y otras luces "profesionales" a menudo tienen circuitos para compensar el envejecimiento de los LED. Comienzan con una corriente de 70% y aumentan la corriente con el tiempo para producir la misma salida de luz durante muchos años. He reemplazado el interior de la luz del techo en la cocina porque subjetivamente la encontré menos brillante que en la instalación, y podría tener que hacer lo mismo con los LED debajo del gabinete. (O podría agregar luces en el frente de la parte inferior del gabinete superior, porque las luces actuales están en el centro y no iluminan toda la mesa lo suficiente
Lenne
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La mejor estimación que tengo para un indicador LED La vida útil es de más de 5,000,000 horas.

No creo que nadie se sorprenda si un microcontrolador duró 10-15 años. Es más probable que uno ESPERE que uno dure tanto. Piense en cuántas uniones pn podrían fallar en un microcontrolador. Un LED tiene solo una unión pn. Un LED indicador durará más de lo que cualquiera puede vivir para descubrirlo.

Los LED indicadores probablemente nunca fallarían en su vida. El tiempo promedio de vida humana es ahora de unos 78 años o 683,280 horas. Los LED indicadores pueden durar más que eso.

La fuente de alimentación (el enlace más débil en la mayoría de los productos) que alimenta el LED en el DVR ha durado 15 años (23,400 horas).

La fiabilidad se basa no solo en el LED, sino también en el sistema en el que se utiliza el LED.

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Los LED rara vez mueren. Las bombillas LED se mueren porque el controlador falló.
La calificación de la vida útil de un LED se basa en el mantenimiento de la luz.


Una especificación común para los LED de iluminación de alta potencia es para el mantenimiento del 70% de la luz (es decir, salida al 70% de su intensidad máxima) después de 50,000 horas de operación.

El estándar de la industria más notable es el IES LM-80 (LM-80), que según el Departamento de Energía de los EE. UU. Es un "método aprobado para medir la depreciación del lumen de fuentes de luz de estado sólido (LED), conjuntos y módulos" ( EE. UU.).

Este informe técnico de Lumiled cubre el tema en detalle:
Evaluación del comportamiento de por vida de los sistemas LED

Tomé el gráfico estimado de 149,000 horas de Lumileds (Fig. 5) y lo extrapolé a 1,000,000 horas. Teniendo en cuenta que este es un LED de alta potencia probado a alta temperatura. Los LED indicadores duran mucho más.
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La regla general es que la vida de un semiconductor se reduce en un 50% por cada aumento de temperatura de 10 ° C. En la prueba LM-80 se utiliza una temperatura de unión de más de 130 ° C (se especifica una temperatura ambiente de 120 ° C). Y el indicador LED funciona a temperatura ambiente. Entonces, por más de 5 veces más para un indicador. Aquí es donde obtengo mi mejor estimación que tengo es de 5,000,000 horas.


Eso es para encender LEDs. Los LED indicadores siempre han sido conocidos por su alta confiabilidad. AT&T fue uno de los primeros en ver esto.

AT&T ha descubierto que sus LED indicadores de teléfono durarían hasta 50 años. Eso es 438,000 horas. 50,000 horas se aplican a alta potencia (alta temperatura) que caen al 70%. Duran mucho más de 50,000 antes del fracaso. Lumileds ha probado L70 a 148,000 horas con una prueba de 50,000. Si fueran al punto donde ya no se podía ver, probablemente serían entre 500,000 y 1,000,000 horas. Ver figura 5 en su libro blanco. Y esa fue una alta temperatura de alta potencia Luxeon Rebel probado a 85 ° C, 0.35A (Tjunction ≅98 ° C).

1960 un LED GaP de 110V anticuado duraría más de 438,000 horas. (50 años)

A fines de la década de 1960, AT&T Bell Laboratories se dio cuenta de inmediato de que había muchas aplicaciones posibles para los LED. Lámparas indicadoras. se estaban volviendo útiles en el negocio telefónico. Todas esas luces utilizadas en ese momento en los EE. UU. Funcionaban con 110 V. Un ejemplo es el teléfono "Princess", que estaba destinado a ser utilizado en las habitaciones: el dial se iluminaba cuando el teléfono se levantaba de su base. El "Princess" era un teléfono prestigioso y la última moda en la década de 1960, pero tuvo que instalarse cerca de una toma de corriente de 110 V. Se necesitaba una llamada de servicio a la compañía telefónica local si la bombilla se quemaba. Si los LED reemplazaran las bombillas de 110 V, la línea telefónica podría alimentar los LED y ya no sería necesaria una salida de 110 V. Además, los LED GaP tenían una vida útil esperada superior a 50 años cuando se usaban en teléfonos,


El material LED marca la diferencia.
Del libro Diodos emisores de luz de E. Fred Schubert

Se sabe que la confiabilidad de los dispositivos AlGaAs es menor que la de los dispositivos AlGaInP que no contienen AlGaAs. Las capas de AlGaAs de alto contenido de Al están sujetas a oxidación y corrosión, lo que reduce la vida útil del dispositivo.


Si un GaP de 110 V duró 50 años, un LED de 2 V debería durar mucho más. Como las características IV del LED han mejorado, la vida útil también ha mejorado.

Los valores bajos de [V f ] están constantemente correlacionados con la alta confiabilidad del dispositivo

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Incomprendido
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Como dije en la pregunta, el LED ha estado encendido casi constantemente desde que lo compré hace una década.
Barmar
Pedí hacer un punto en lugar de obtener una respuesta. Además, usted dijo: "Lo usé, no estoy seguro de cuándo, pero probablemente hace una década". ¿Con qué frecuencia fue en los primeros diez años antes de que lo poseyeras? De nuevo retórica.
Mal entendido el
66
Me impresionaría más la fiabilidad de la fuente de alimentación que alimenta el LED.
Mal entendido el
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En base a mi largo tiempo trabajando con paneles LED eficientes que funcionan con el 10% de la potencia total, en una reunión de la empresa dije que podríamos esperar que duren unos 200 años. Esto sorprendió a todos, excepto al ingeniero jefe. Tu respuesta es más cercana a la verdad. +1
Sparky256
66
@ Sparky256 200 años o 570 años. Suficientemente cerca. Menos de 3x de diferencia. Todavía siento que mi estimación de 570 años es conservadora. En mi próxima vida lo sabremos mejor. Voy a esperar al menos unos cientos de años antes de volver.
Mal entendido el
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Estos sitios parecen ser sobre bombillas LED, no los LED individuales que se utilizan como indicadores en dispositivos electrónicos.

Esto es la esencia del problema.

El primer componente que falla en una bombilla LED es generalmente la fuente de alimentación, no los LED en sí. La falla de la fuente de alimentación puede inducir una falla en el LED, ya sea al suministrar demasiada energía o al generar un calor excesivo, pero los LED en sí mismos rara vez tienen la culpa. Dado que los LED indicadores no contienen su propia fuente de alimentación, estos problemas no los afectan. (¡Una falla de la fuente de alimentación en un dispositivo que contiene LED generalmente se atribuye al fallo del dispositivo en sí, no a sus LED!)

Además, las bombillas LED son una aplicación mucho más exigente que los LED indicadores. Los LED en una bombilla a menudo se ejecutan cerca de su potencia de diseño máxima, a altas temperaturas. Esto hace que envejezcan más rápidamente que un LED indicador, que generalmente solo funciona con la potencia requerida para que se ilumine visiblemente.

Los LED indicadores suelen tener una vida útil útil medida en décadas. El brillo del LED puede disminuir ligeramente a medida que envejece, pero es raro que uno se "queme".

al anochecer
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Supongo que el corolario de mi pregunta es "¿por qué los LED son tan duraderos?"
Barmar
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@Barmar en.wikipedia.org/wiki/List_of_LED_failure_modes La mayoría de los modos de falla que causan una atenuación lenta del LED son solo eso: lento. La mayoría de los otros son causados ​​por un abuso que mata el LED de inmediato o sobrevive.
Aaron
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@Barmar ¿Por qué no deberían estarlo? El proceso físico por el cual los LED emiten luz no es inherentemente dañino.
duskwuff
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@duskwuff Creo que ese es el punto principal aquí, OP está acostumbrado a las bombillas tradicionales basadas en filamentos que son inherentemente dañinas (o al menos increíblemente frágiles cuando funcionan) y ha basado todas sus suposiciones en luces alrededor de esto.
Trotski94
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Es muy probable que el LED indicador no funcione a potencia nominal.

La vida útil de un LED generalmente se especifica a potencia nominal. Como los LED azules son luces indicadoras bastante molestas, a menudo se atenúan a un brillo menos molesto (por ejemplo, la corriente nominal especificada es de 20 mA, la corriente de funcionamiento real en un dispositivo específico es de solo 3 mA). Esto aumenta significativamente la vida útil del LED.

Eso se suma a las otras respuestas. El LED estará más tenue ahora que cuando era nuevo, pero sigue siendo útil como luz indicadora.

Klaws
fuente
1
Esta respuesta ya explica cómo la corriente y la temperatura reducidas extienden la vida útil de un LED y menciona que los LED se atenúan a medida que envejecen.
Dmitry Grigoryev
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@Dmitry Grigoryev: Oh. En efecto. Lo hojeé, y también es una búsqueda de texto completo en esta página ... desafortunadamente, la parte relevante de esa respuesta estaba contenida en un gráfico. Gracias por señalar!
Klaws
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En realidad, esta es una observación muy astuta. Los LED azules son brillantes innecesarios para fines de indicación. La "corriente especificada" (20 mA) se ajusta mediante ingeniería de marketing / proceso para cumplir con la impresionante vida útil de 50,000 (etc.). Por lo tanto, ejecutar el LED a 1/10 del valor nominal probablemente aumentará su vida útil en quizás 20,000X, dado que todos los modelos antiguos tienen un comportamiento exponencial.
Ale..chenski
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Correr por debajo (muy por debajo) de la corriente nominal también disminuye enormemente la temperatura de la matriz, lo que agregaría otro factor importante al MTBF. Yo diría que esta respuesta ofrece la mejor explicación a la pregunta OP (junto con mi comentario sobre el factor e ^ + 10).
Ale..chenski
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La calificación es solo un MTBF (tiempo medio entre fallas)

LED MTBF

Para cualquier componente o sistema, el MTBF es el tiempo medio entre fallas. El MTBF es el tiempo transcurrido que se predice entre fallas inherentes de un componente o sistema durante la operación.

El MTBF es una cifra utilizada en los cálculos para la confiabilidad de los elementos del equipo. Para poder calcular el MTBF del equipo, es necesario conocer el MTBF de los componentes individuales, por ejemplo, el LED MTBF en este caso.

La tasa de falla de un componente y el MTBF están vinculados. El MTBF se puede calcular como el inverso de la tasa de falla si se supone que hay una tasa de falla constante, lo cual no es irrazonable como una suposición de primer orden.

MTBF = Horas de operación / Número de fallas

Las cifras de MTBF a menudo se citan en las hojas de datos de los fabricantes. Sin embargo, el MTBF puede reducirse considerablemente al operar componentes cercanos a sus límites nominales. Los ambientes hostiles como la alta temperatura y la vibración también reducen el MTBF.

Sin embargo, cuando se ejecutan dentro de sus límites, las lámparas LED tienen una larga vida útil y no fallan con mucha frecuencia.

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

Sin una muestra de población y pruebas de ese LED específico, será imposible saber cuál es la vida útil de ese LED. el fabricante solo puede garantizar a través de lo que saben sobre ese LED (probablemente ejecutándolo durante meses de pruebas, midiendo la degradación) y luego extrapolando eso a lo largo de la vida útil. Luego garantizan una cifra MTBF y si obtiene un lote de sus LED en promedio, durarán más de x cantidad de horas. Pero podrían durar más, la cifra de MTBF es solo un límite inferior.

Pico de voltaje
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Esta respuesta enlaza con una página que habla sobre lo que define una falla y hace referencia al tiempo medio entre fallas, pero no define la falla en sí misma, lo cual es una distinción importante para esta pregunta. El mecanismo típico de "falla" de un LED no es dejar de emitir luz por completo, sino atenuarse más allá de un porcentaje definido de su salida original.
Aaron
@Aaron con una luz indicadora, una falla probablemente se definiría como la falta de indicación o luz, no el 70% que se usa comúnmente en la industria para definir MTBF
Pico de voltaje
Por eso creo que es importante mencionar esa distinción. El OP preguntaba por qué el LED duró mucho más de lo que sugería la vida útil de la industria, y es porque el criterio de falla sugerido por la industria es diferente al suyo.
Aaron
RE: "una falla probablemente se definiría como una falla en indicar o encenderse en absoluto", por lo que 50,000 horas están muy por debajo de la vida útil real esperada. Yo diría que 10 veces más corto. Esperaría que un LED indicador dure más de 500,000 horas.
Mal entendido el
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Las estimaciones de la esperanza de vida de los componentes electrónicos es un negocio complicado. Como uno puede imaginar, el fabricante no puede esperar 50,000 horas (o algo así como 2,290,000,000 horas para un receptor RS232, vea la página 7 de este ensayo ) para recopilar estadísticas de fallas de dispositivos, el mercado no lo permite. Todas las estimaciones se realizan utilizando "modelos acelerados" .

La idea es establecer un lote de dispositivos en condiciones extremas (voltaje, corriente, temperatura, factores ambientales) hasta que algunos dispositivos fallen en un tiempo de prueba razonable (días u horas), suponiendo que no haya cambios en los mecanismos de falla. Luego, usando algunos modelos teóricos de mecanismos de falla y otras asunciones, la tasa de falla se extrapola a las condiciones normales de operación. Por lo general, los modelos teóricos son de tipo exponencial, por lo que pequeños errores durante las pruebas aceleradas pueden dar lugar a grandes diferencias en las estimaciones de colas de estas funciones exponenciales. Por lo tanto, los modelos suelen ser conservadores, para evitar responsabilidades por fallas prematuras catastróficas.

Por ejemplo, si el modelo acelerado para un LED incluye la humedad del aire y el factor de oxidación / oxidación, pero su LED siempre estuvo en condiciones de ambiente y de aire seco, puede durar mucho más tiempo que el MTBF especificado por el fabricante.

Ale..chenski
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El estándar de prueba LM-80 utiliza 3 condiciones de operación diferentes 350, 700 y 1000 mA. A 55, 85 y 120 C. Por lo tanto, se prueban en condiciones normales de funcionamiento durante un mínimo de 6,000 horas. Excepto que 55 C es demasiado bajo para 1000 mA y fuera de las condiciones normales. El MTBF no se aplica bien a los LED debido a la reducción de intensidad con el tiempo.
Mal entendido el
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Esos tiempos están clasificados como vidas y pueden ser muy conservadores. Por lo tanto, podría ser que la mayoría o (en caso de que tenga suerte) algunos de ellos puedan manejar un factor veces más, por lo que 15 años no parece irrazonable.

Michel Keijzers
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Si la vida útil nominal se garantiza, o incluso se confía en ella, entonces el fabricante puede ser conservador y / o limitarse a lo que sabe que es cierto, en lugar de lo que espera que sea cierto. ¡Puede que tenga que defenderse en una demanda!

Los LED azules no estuvieron ampliamente disponibles como LED indicadores baratos hasta fines de la década de 1990. En 2010, un fabricante podría no haber tenido más de una década de experiencia en los dispositivos, y por lo tanto sería arriesgado establecer una esperanza de vida de más de diez años porque la teoría y la experimentación de laboratorio de "envejecimiento acelerado" no pueden sustituir a dos décadas de uso real en el campo.

Hay razones para esperar que las unidades de disco puedan durar diez años en servicio, las bombillas LED más de veinte, los paneles solares más de treinta. Pero la experiencia puede triunfar sobre la esperanza, y actualmente hay "incógnitas conocidas" sobre las características de envejecimiento a largo plazo de tales productos que solo el paso del tiempo puede dar a conocer.

nigel222
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Primero, como los otros han dicho que la vida útil del LED es un MTBF, segundo, algunos fabricantes encienden luces estroboscópicas a muy alta velocidad, por lo que la luz está apagada una buena cantidad de tiempo, sus ojos simplemente no pueden registrarla. Esto a menudo se hace para disminuir el consumo de batería, pero supongo que también podría usarse para aumentar la vida útil.

Awiebe
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En realidad, esto podría ser más estresante para el LED de ejecutarlo a una corriente constante baja en igual brillo ...
rackandboneman
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Funcionan con un montón de LED durante 50,000 horas y ninguno de ellos se quema. Entonces dicen en el paquete "Garantizado por al menos 50,000 horas". Garantizar un LED durante 20 años requeriría que lo ejecuten durante 20 años para probarlo.

Además, existe la probabilidad de que un evento externo, como una descarga estática, provoque una falla del LED. Esta probabilidad bastante pequeña influye en la calificación de 50,000 horas vs 100,000 horas.

Russell Hankins
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