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温度对机器视觉LED光源的影响简析

作者：机器视觉商城作者单位：机器视觉商城 2011年6月17日

    LED光源，以其节能、环保、使用寿命长等优点广泛用于机器视觉领域中。在具体应用中由于受到各种因素的影响，LED光源的可靠性也会在一定程度上受到影响。
    LED(Light Emitting Diode：发光二极管)对温度极为敏感，结温升高会影响LED的寿命、光效、光色(波长)、色温、光形(配光)以及正向电压、最大注入电流、光度、色度、电气参数以及可靠性等。下面对温度升高对LED各光电参数及可靠性的影响做以简要分析。
    一、温度过高会对LED造成永久性破坏　　
    由于LED多以透明环氧树脂封装，若结温超过固相转变温度(通常为125℃)，封装材料会向橡胶状转变并且热膨胀系数骤升，从而导致LED开路和失效。而且LED工作温度超过芯片的承载温度将会使LED的发光效率快速降低，产生明显的光衰，并造成损坏。
    二、温度升高会缩短LED的寿命　　
    LED的寿命表现为它的光衰，也就是时间长了，亮度就越来越低，直到最后熄灭。通常定义LED光通量衰减30%的时间为其寿命。　　
    三、温度升高会降低LED的发光效率　　温度升高，电子与空穴的浓度会增加，禁带宽度会减小，电子迁移率将减小；温度升高，势阱中电子与空穴的辐射复合几率降低，造成非辐射复合(产生热量)，从而降低LED的内量子效率；温度升高导致芯片的蓝光波峰向长波方向偏移，使芯片的发射波长和荧光粉的激发波长不匹配，也会造成白光LED 外部光提取效率的降低；同时随着温度上升，荧光粉量子效率降低，出光减少，LED 的外部光提取效率降低；而且硅胶性能受环境温度影响较大。随着温度升高，硅胶内部的热应力加大，导致硅胶的折射率降低，从而影响LED光效。
    四、温度对LED发光波长(光色)的影响
    LED的发光波长一般可分成峰值波长与主波长。峰值波长即光强最大的波长，而主波长可由X、Y色度坐标决定，反映了人眼所感知的颜色。显然，结温所引致的LED发光波长的变化将直接造成人眼对LED发光颜色的不同感受。对于一个LED器件，发光区材料的禁带宽度值直接决定了器件发光的波长或颜色。温度升高，材料的禁带宽度将减小，导致器件发光波长变长，颜色发生红移。
    五、温度对LED正向电压的影响
    正向电压是判定LED性能的一个重要参量，其大小取决于半导体材料的特性、芯片尺寸以及器件的成结与电极制作工艺。相对于20mA的正向电流通常InGaAlP LED的正向电压在1.8～2.2V之间，InGaN LED的正向电压处在3.0～3.5V之间。
    　　六、温度过高会限制LED的最大注入电流
    温度升高，材料的禁带宽度将减小，导致最大注入电流减小。另外，温度还会影响LED的配光曲线、色温及显色性。温度影响透光材料折射率，会改变LED出光光线的空间分布，即配光曲线。温度过高，蓝光波峰长移，荧光粉波峰变平坦而劣化，会导致LED色温偏高、显色性变差。
    大功率LED因发热量大，导致其工作温度偏高，性能急剧下降。因此在实际应用中应尽量避免在温度偏高的环境中使用，充分发挥LED光源的性能优势和技术的优越性，保障机器视觉系统的高品质、高精度的检测环境。详细资料请参阅http://www.china-vision.com.cn/category/16.html http://www.china-vision.com.cn

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