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机器视觉LED光源也会受温度影响

http://www.yxc-automation.com  发表时间: 2016-04-21  来源: 青岛永鑫诚

​ 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。

机器视觉LED光源也会受温度影响

  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。

 

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