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LED熒光光源壽命有多長(zhǎng)

隨著高功率LED燈的逐漸面世,給高教儀器、科研儀器的光源帶來(lái)了新的選擇。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荓ED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。

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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)在我們清楚的了解到降低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:

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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)備了我司最新研制的藍(lán)色單激發(fā)LED熒光模塊MF-B-LED的LED熒光光源。

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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):

時(shí)間

正向電壓(V)

環(huán)境溫度℃

21:00(剛啟動(dòng))

2.90

27

22:00

2.80

27

23:00

2.81

27

次日09:00

2.81

27

10:00

2.81

27

11:00

2.81

28


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)。