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、最大注入電流、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造成永久性破壞
由于LED多以透明環(huán)氧樹脂封裝，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，直到最后熄滅。通常定義LED光通量衰減30%的時(shí)間為其壽命。
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，電子遷移率將減小；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)最大的波長(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的最大注入電流
溫度升高，材料的禁帶寬度將減小，導(dǎo)致最大注入電流減小。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 。
大功率LED因發(fā)熱量大，導(dǎo)致其工作溫度偏高，性能急劇下降。因此在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)盡量避免在溫度偏高的環(huán)境中使用，充分發(fā)揮LED光源的性能優(yōu)勢(shì)和技術(shù)的優(yōu)越性，保障機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的高品質(zhì)、高精度的檢測(cè)環(huán)境。