LED光源,以其節能、環保、使用壽命長等優點廣泛用于機器視覺領域中。在具體應用中由于受到各種因素的影響,LED光源的可靠性也會在一定程度上受到影響。
LED(Light Emitting Diode:發光二極管)對溫度極為敏感,結溫升高會影響LED的壽命、光效、光色(波長)、色溫、光形(配光)以及正向電壓、zui大注入電流、光度、色度、電氣參數以及可靠性等。下面對溫度升高對LED各光電參數及可靠性的影響做以簡要分析。
一、溫度過高會對LED造成*性破壞
由于LED多以透明環氧樹脂封裝,若結溫超過固相轉變溫度(通常為125℃),封裝材料會向橡膠狀轉變并且熱膨脹系數驟升,從而導致LED開路和失效。而且LED工作溫度超過芯片的承載溫度將會使LED的發光效率快速降低,產生明顯的光衰,并造成損壞。
二、溫度升高會縮短LED的壽命
LED的壽命表現為它的光衰,也就是時間長了,亮度就越來越低,直到zui后熄滅。通常定義LED光通量衰減30%的時間為其壽命。
三、溫度升高會降低LED的發光效率
溫度升高,電子與空穴的濃度會增加,禁帶寬度會減小,電子遷移率將減小;溫度升高,勢阱中電子與空穴的輻射復合幾率降低,造成非輻射復合(產生熱量),從而降低LED的內量子效率;溫度升高導致芯片的藍光波峰向長波方向偏移,使芯片的發射波長和熒光粉的激發波長不匹配,也會造成白光LED 外部光提取效率的降低;同時隨著溫度上升,熒光粉量子效率降低,出光減少,LED 的外部光提取效率降低;而且硅膠性能受環境溫度影響較大。隨著溫度升高,硅膠內部的熱應力加大,導致硅膠的折射率降低,從而影響LED光效。
四、溫度對LED發光波長(光色)的影響
LED的發光波長一般可分成峰值波長與主波長。峰值波長即光強zui大的波長,而主波長可由X、Y色度坐標決定,反映了人眼所感知的顏色。顯然,結溫所引致 的LED發光波長的變化將直接造成人眼對LED發光顏色的不同感受。對于一個LED器件,發光區材料的禁帶寬度值直接決定了器件發光的波長或顏色。溫度升高,材料的禁帶寬度將減小,導致器件發光波長變長,顏色發生紅移。
五、溫度對LED正向電壓的影響
正向電壓是判定LED性能的一個重要參量,其大小取決于半導體材料的特性、芯片尺寸以及器件的成結與電極制作工藝。相對于20mA的正向電流通 常InGaAlP LED的正向電壓在1.8~2.2V之間,InGaN LED的正向電壓處在3.0~3.5V之間。
六、溫度過高會限制LED的zui大注入電流
溫度升高,材料的禁帶寬度將減小,導致zui大注入電流減小。另外,溫度還會影響LED的配光曲線、色溫及顯色性。溫度影響透光材料折射率,會改變LED出光光線的空間分布,即配光曲線。溫度過高,藍光波峰長移,熒光粉波峰變平坦而劣化,會導致LED色溫偏高、顯色性變差 。
大功率LED因發熱量大,導致其工作溫度偏高,性能急劇下降。因此在實際應用中應盡量避免在溫度偏高的環境中使用,充分發揮LED光源的性能優勢和技術的*性,保障機器視覺系統的高品質、高精度的檢測環境。
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