溫度對機(jī)器視覺LED光源的影響簡析

LED光源，以其節(jié)能、環(huán)保、使用壽命長等優(yōu)點廣泛用于機(jī)器視覺領(lǐng)域中。在具體應(yīng)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(fā)光二極管)對溫度極為敏感，結(jié)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、大注入電流、光度、色度、電氣參數(shù)以及可靠性等。下面對溫度升高對LED各光電參數(shù)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(huán)氧樹脂封裝，若結(jié)溫超過固相轉(zhuǎn)變溫度(通常為125℃)，封裝材料會向橡膠狀轉(zhuǎn)變并且熱膨脹系數(shù)驟升，從而導(dǎo)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(fā)光效率快速降低，產(chǎn)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(xiàn)為它的光衰，也就是時間長了，亮度就越來越低，直到后熄滅。通常定義LED光通量衰減30%的時間為其壽命?！　?/span>
    三、溫度升高會降低LED的發(fā)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?。粶囟壬?，勢阱中電子與空穴的輻射復(fù)合幾率降低，造成非輻射復(fù)合(產(chǎn)生熱量)，從而降低LED的內(nèi)量子效率；溫度升高導(dǎo)致芯片的藍(lán)光波峰向長波方向偏移，使芯片的發(fā)射波長和熒光粉的激發(fā)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(huán)境溫度影響較大。隨著溫度升高，硅膠內(nèi)部的熱應(yīng)力加大，導(dǎo)致硅膠的折射率降低，從而影響LED光效。
    四、溫度對LED發(fā)光波長(光色)的影響
    LED的發(fā)光波長一般可分成峰值波長與主波長。峰值波長即光強(qiáng)大的波長，而主波長可由X、Y色度坐標(biāo)決定，反映了人眼所感知的顏色。顯然，結(jié)溫所引致 的LED發(fā)光波長的變化將直接造成人眼對LED發(fā)光顏色的不同感受。對于一個LED器件，發(fā)光區(qū)材料的禁帶寬度值直接決定了器件發(fā)光的波長或顏色。溫度升高，材料的禁帶寬度將減小，導(dǎo)致器件發(fā)光波長變長，顏色發(fā)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(dǎo)體材料的特性、芯片尺寸以及器件的成結(jié)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的大注入電流
    溫度升高，材料的禁帶寬度將減小，導(dǎo)致大注入電流減小。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(lán)光波峰長移，熒光粉波峰變平坦而劣化，會導(dǎo)致LED色溫偏高、顯色性變差 。