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，無紫外線、紅外線等輻射、色溫穩(wěn)定，使用壽命長，即開即用無等待時間，可連續(xù)調(diào)節(jié)亮度等特點，逐漸取代了傳統(tǒng)的汞燈光源、氙燈、鹵素?zé)舻裙庠?。但是LED燈也有缺點，他的缺點就是工作溫度對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)照明燈那樣通過紫外線或者紅外線把熱量導(dǎo)出去。所以評判一個性能優(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。
首先我們來了解一下LED工作溫度到底對LED的性能有何影響？
注：這里我們所說的工作溫度是指LED的PN結(jié)溫度，簡稱結(jié)溫。
1、 對使用壽命的影響
LED不同其他光源，不會突然熄滅，而是發(fā)光效率逐漸衰弱的過程。目前評定LED壽命是通過判斷LED的光衰，通常定義光通量衰減30%的時間作為LED的壽命。以下是LED的PN結(jié)溫度對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%的壽命只有一萬多小時，95度就有2萬小時，而結(jié)溫降低到75度，壽命就有5萬小時，65度時更可以延長至9萬小時。所以延長壽命的關(guān)鍵就是要降低結(jié)溫。不過這些數(shù)據(jù)只適合于Cree的LED。并不適合于其他公司的LED。
2、 對發(fā)光波長的影響
LED工作的工作溫度較高會影響LED的主波長向長波長漂移。 LED的主波長隨溫度關(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℃，則波長向長波漂移1nm，且發(fā)光的均勻性、一致性變差。波長變化，對熒光探針的激發(fā)效率就有很大的影響，不僅影響實驗和診斷結(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LED燈工作時的結(jié)溫呢？要知道，LED的PN結(jié)是在LED內(nèi)部的，總不能拿一個溫度計或者熱電偶放進PN結(jié)來測量它的溫度吧。幸好，我們有一個間接測量溫度的方法，那就是測量LED的工作時的正向電壓來測量。這是利用了LED的伏安特性的溫度特性。如圖2：
圖2
假定對LED以Io恒流供電，在結(jié)溫為T1時，電壓為V1，而當(dāng)結(jié)溫升高為T2時，整個伏安特性左移，電流Io不變，電壓變?yōu)閂2。這兩個電壓差被溫度去除，就可以得到其溫度系數(shù)，以mV/oC表示。對于普通硅二極管，這個溫度系數(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，那就讓我們一起實驗一下吧！我們以CREE公司的一顆大功率藍色LED燈為例（哈哈！我司的LED熒光模塊就是用的這個LED燈）。來說明如何具體測算LED的結(jié)溫，從而判斷LED熒光光源的優(yōu)劣。首先我們需要準備設(shè)備：萬用表一只，若干導(dǎo)線，一款以恒流驅(qū)動的LED光源。 這里我準備了我司最新研制的藍色單激發(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，正極和萬用表的紅色觸筆連接，負極和萬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，輕按一下開關(guān)，趁LED還沒有熱起來之前，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），這時整個光源已經(jīng)達到了熱平衡。表1是測量的數(shù)據(jù)：
|
時間 |
正向電壓（V） |
環(huán)境溫度℃ |
|
21：00（剛啟動） |
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到100000小時以上。
主波長偏移量△λp（ T′）=△Tj×0.1nm/℃=27.3*0.1=2.7nm
大家都學(xué)會了嗎？如何去預(yù)測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)。
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