溫度對(duì)機(jī)器視覺(jué)LED光源的影響簡(jiǎn)析
溫度對(duì)機(jī)器視覺(jué)LED光源的影響簡(jiǎn)析
LED光源,以其節(jié)能、環(huán)保、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)廣泛用于機(jī)器視覺(jué)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(huì)在一定程度上受到影響。
LED(Light Emitting Diode:發(fā)光二極管)對(duì)溫度極為敏感,結(jié)溫升高會(huì)影響LED的壽命、光效、光色(波長(zhǎng))、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(duì)溫度升高對(duì)LED各光電參數(shù)及可靠性的影響做以簡(jiǎn)要分析。
一、溫度過(guò)高會(huì)對(duì)LED造成性破壞
由于LED多以透明環(huán)氧樹(shù)脂封裝,若結(jié)溫超過(guò)固相轉(zhuǎn)變溫度(通常為125℃),封裝材料會(huì)向橡膠狀轉(zhuǎn)變并且熱膨脹系數(shù)驟升,從而導(dǎo)致LED開(kāi)路和失效。而且LED工作溫度超過(guò)芯片的承載溫度將會(huì)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(huì)縮短LED的壽命
LED的壽命表現(xiàn)為它的光衰,也就是時(shí)間長(zhǎng)了,亮度就越來(lái)越低,直到后熄滅。通常定義LED光通量衰減30%的時(shí)間為其壽命?! ?/span>
三、溫度升高會(huì)降低LED的發(fā)光效率 溫度升高,電子與空穴的濃度會(huì)增加,禁帶寬度會(huì)減小,電子遷移率將減??;溫度升高,勢(shì)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(zhǎng)波方向偏移,使芯片的發(fā)射波長(zhǎng)和熒光粉的激發(fā)波長(zhǎng)不匹配,也會(huì)造成白光LED 外部光提取效率的降低;同時(shí)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(duì)LED發(fā)光波長(zhǎng)(光色)的影響
LED的發(fā)光波長(zhǎng)一般可分成峰值波長(zhǎng)與主波長(zhǎng)。峰值波長(zhǎng)即光強(qiáng)大的波長(zhǎng),而主波長(zhǎng)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(zhǎng)的變化將直接造成人眼對(duì)LED發(fā)光顏色的不同感受。對(duì)于一個(gè)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(zhǎng)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(zhǎng)變長(zhǎng),顏色發(fā)生紅移。
五、溫度對(duì)LED正向電壓的影響
正向電壓是判定LED性能的一個(gè)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(duì)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(guò)高會(huì)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(huì)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(huì)改變LED出光光線的空間分布,即配光曲線。溫度過(guò)高,藍(lán)光波峰長(zhǎng)移,熒光粉波峰變平坦而劣化,會(huì)導(dǎo)致LED色溫偏高、顯色性變差 。
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