LED熒光光源的壽命預(yù)測(cè)及其光學(xué)參數(shù)判定

隨著高功率LED燈的逐漸面世，高教儀器、科研儀器的光源多了很多新的選擇。特別是在熒光觀察應(yīng)用領(lǐng)域，LED燈具有單色性好，無(wú)紫外線、紅外線等輻射、色溫穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)，即開(kāi)即用無(wú)等待時(shí)間，可連續(xù)調(diào)節(jié)亮度等特點(diǎn)，逐漸取代了傳統(tǒng)的汞燈光源、氙燈、鹵素?zé)舻裙庠础５�是LED燈也有缺點(diǎn)，他的缺點(diǎn)就是工作溫度對(duì)LED的光電電參數(shù)影響非常大，然而LED燈工作產(chǎn)生的熱量不能像傳統(tǒng)照明燈那樣通過(guò)紫外線或者紅外線把熱量導(dǎo)出去。所以評(píng)判一個(gè)性能優(yōu)異的LED熒光光源，除了照度以外，還需要考慮它的散熱體系的性能。
 

    首先我們來(lái)了解一下LED工作溫度到底對(duì)LED的性能有何影響？
    注：這里我們所說(shuō)的工作溫度是指LED的PN結(jié)溫度，簡(jiǎn)稱(chēng)結(jié)溫。
 

圖1
 

       1、 對(duì)使用壽命的影響

        LED不同其他光源，不會(huì)突然熄滅，而是發(fā)光效率逐漸衰弱的過(guò)程。目前評(píng)定LED壽命是通過(guò)判斷LED的光衰，通常定義光通量衰減30%的時(shí)間作為L(zhǎng)ED的壽命。以下是LED的PN結(jié)溫度對(duì)LED壽命的影響。

    從圖中可以看出，LED的光衰是和它的結(jié)溫有關(guān)，結(jié)溫越高越早出現(xiàn)光衰，也就是壽命越短。從圖上可以看出，假如結(jié)溫為105度，亮度降至70%的壽命只有一萬(wàn)多小時(shí)，95度就有2萬(wàn)小時(shí)，而結(jié)溫降低到75度，壽命就有5萬(wàn)小時(shí)，65度時(shí)更可以延長(zhǎng)至9萬(wàn)小時(shí)。所以延長(zhǎng)壽命的關(guān)鍵就是要降低結(jié)溫。不過(guò)這些數(shù)據(jù)只適合于Cree的LED，并不適合于其他公司的LED。
 

       2、 對(duì)發(fā)光波長(zhǎng)的影響

       LED工作的工作溫度較高會(huì)影響LED的主波長(zhǎng)向長(zhǎng)波長(zhǎng)漂移。 LED的主波長(zhǎng)隨溫度關(guān)系可表示為λp（T′）=λ0（T0）+△Tj×0.1nm/℃ 。由公式可知，每當(dāng)PN結(jié)溫升高10℃，則波長(zhǎng)向長(zhǎng)波漂移1nm，且發(fā)光的均勻性、一致性變差。波長(zhǎng)變化，對(duì)熒光探針的激發(fā)效率就有很大的影響，不僅影響實(shí)驗(yàn)和診斷結(jié)果，也增加了成本，熒光探針是很貴滴哦！ 現(xiàn)在我們清楚地了解到降低LED的結(jié)溫對(duì)LED熒光光源是多么的重要了，不管是光學(xué)參數(shù)穩(wěn)定性還是使用壽命上都有重要的意義。那么如何去檢測(cè)LED燈工作時(shí)的結(jié)溫呢？要知道，LED的PN結(jié)是在LED內(nèi)部的，總不能拿一個(gè)溫度計(jì)或者熱電偶放進(jìn)PN結(jié)來(lái)測(cè)量它的溫度吧。幸好，我們有一個(gè)間接測(cè)量溫度的方法，那就是測(cè)量LED的工作時(shí)的正向電壓來(lái)測(cè)量。這是利用了LED的伏安特性的溫度特性。如圖2：

    假定對(duì)LED以Io恒流供電，在結(jié)溫為T(mén)1時(shí)，電壓為V1，而當(dāng)結(jié)溫升高為T(mén)2時(shí)，整個(gè)伏安特性左移，電流Io不變，電壓變?yōu)閂2。這兩個(gè)電壓差被溫度去除，就可以得到其溫度系數(shù)，以mV/oC表示。對(duì)于普通硅二極管，這個(gè)溫度系數(shù)大約為-2mV/oC。但是LED大多數(shù)不是用硅材料制成的，所以它的溫度系數(shù)也要另外去測(cè)定。幸好各家LED廠家的數(shù)據(jù)表中大多給出了它的溫度系數(shù)。例如XLamp7090XR-E大功率LED，其溫度系數(shù)為-4mV/oC。要比普通硅二極管大2倍。

圖2

    假定對(duì)LED以Io恒流供電，在結(jié)溫為T(mén)1時(shí)，電壓為V1，而當(dāng)結(jié)溫升高為T(mén)2時(shí)，整個(gè)伏安特性左移，電流Io不變，電壓變?yōu)閂2。這兩個(gè)電壓差被溫度去除，就可以得到其溫度系數(shù)，以mV/oC表示。對(duì)于普通硅二極管，這個(gè)溫度系數(shù)大約為-2mV/oC。但是LED大多數(shù)不是用硅材料制成的，所以它的溫度系數(shù)也要另外去測(cè)定。幸好各家LED廠家的數(shù)據(jù)表中大多給出了它的溫度系數(shù)。例如XLamp7090XR-E大功率LED，其溫度系數(shù)為-4mV/oC。要比普通硅二極管大2倍。

    既然我們知道了方法，那就讓我們一起實(shí)驗(yàn)一下吧！我們以CREE公司的一顆大功率藍(lán)色LED燈為例（哈哈！我司的LED熒光模塊就是用的這個(gè)LED燈）。來(lái)說(shuō)明如何具體測(cè)算LED的結(jié)溫，從而判斷LED熒光光源的優(yōu)劣。首先我們需要準(zhǔn)備設(shè)備：萬(wàn)用表一只，若干導(dǎo)線，一款以恒流驅(qū)動(dòng)的LED光源。 這里我準(zhǔn)備了我司研制的藍(lán)色單激發(fā)LED熒光模塊MF-B-LED的LED熒光光源。
 

    我已經(jīng)從LED兩端引出了兩條導(dǎo)線，正極和萬(wàn)用表的紅色觸筆連接，負(fù)極和萬(wàn)用表的黑色觸筆連接，檔位調(diào)節(jié)到量程為20V的直流電壓檔。接上電源，輕按一下開(kāi)關(guān)，趁LED還沒(méi)有熱起來(lái)之前，馬上讀出電壓表的讀數(shù)，也就是V1值。然后間隔1h讀一次讀數(shù)。直到讀出的電壓不變?yōu)橹梗ㄟB續(xù)幾次讀數(shù)一樣），這時(shí)整個(gè)光源已經(jīng)達(dá)到了熱平衡。表1是測(cè)量的數(shù)據(jù)：
 

由上表可以看出：

V1=2.90V ，V2=2.81V。
V=V2-V1=-0.09V,我們已知這款LED燈珠的溫度系數(shù)是-3.3mV/℃
那么PN的溫升?Tj=-0.09*1000/-3.3=27.3℃。
那么環(huán)境溫度為27℃。所以PN結(jié)的溫度Tj=27.3+27=54.3℃。
由圖一可以推算出，這款LED熒光光源的使用壽命可以達(dá)到100000小時(shí)以上。
主波長(zhǎng)偏移量△λp（ T′）=△Tj×0.1nm/℃=27.3*0.1=2.7nm
大家都學(xué)會(huì)了嗎？如何去預(yù)測(cè)LED熒光光源的壽命，如何去判定LED熒光光源的光學(xué)參數(shù)。

來(lái)源：https://www.mshot.com/article/480.html