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LED荧光光源寿命有多长?

随着高功率LED灯的逐渐面世,给高教仪器、科研仪器的光源带来了新的选择。特别是在荧光观察应用领域,LED灯具有单色性好,无紫外线、红外线等辐射、色温稳定,使用寿命长,即开即用无等待时间,可连续调节亮度等特点,逐渐取代了传统的汞灯光源、氙灯、卤素灯等光源。但是LED灯也有缺点,他的缺点就是工作温度对LED的光电电参数影响非常大,然而LED灯工作产生的热量不能像传统照明灯那样通过紫外线或者红外线把热量导出去。所以评判一个性能优异的LED荧光光源,除了照度以外,还需要考虑它的散热体系的性能。

首先我们来了解一下LED工作温度到底对LED的性能有何影响?
注:这里我们所说的工作温度是指LED的PN结温度,简称结温。

LED荧光光源寿命有多长 -

1、对使用寿命的影响
LED不同其他光源,不会突然熄灭,而是发光效率逐渐衰弱的过程。目前评定LED寿命是通过判断LED的光衰,通常定义光通量衰减30%的时间作为LED的寿命。以下是LED的PN结温度对LED寿命的影响。

从图中可以看出,LED的光衰是和它的结温有关,结温越高越早出现光衰,也就是寿命越短。从图上可以看出,假如结温为105度,亮度降至70%的寿命只有一万多小时,95度就有2万小时,而结温降低到75度,寿命就有5万小时,65度时更可以延长至9万小时。所以延长寿命的关键就是要降低结温。不过这些数据只适合于Cree的LED。并不适合于其他公司的LED。

2、对发光波长的影响

LED工作的工作温度较高会影响LED的主波长向长波长漂移。 LED的主波长随温度关系可表示为λp(T′)=λ0(T0)+△Tj×0.1nm/℃ 由公式可知,每当PN结温升高10℃,则波长向长波漂移1nm,且发光的均匀性、一致性变差。波长变化,对荧光探针的激发效率就有很大的影响,不仅影响实验和诊断结果也增加了成本,荧光探针是很贵滴哦! 现在我们清楚的了解到降低LED的结温对LED荧光光源是多么的重要了,不管是光学参数稳定性还是使用寿命上都有重要的意义。那么如何去检测LED灯工作时的结温呢?要知道,LED的PN结是在LED内部的,总不能拿一个温度计或者热电偶放进PN结来测量它的温度吧。幸好,我们有一个间接测量温度的方法,那就是测量LED的工作时的正向电压来测量。这是利用了LED的伏安特性的温度特性。如图2:

LED荧光光源寿命有多长 -

图2

假定对LED以Io恒流供电,在结温为T1时,电压为V1,而当结温升高为T2时,整个伏安特性左移,电流Io不变,电压变为V2。这两个电压差被温度去除,就可以得到其温度系数,以mV/oC表示。对于普通硅二极管,这个温度系数大约为-2mV/oC。但是LED大多数不是用硅材料制成的,所以它的温度系数也要另外去测定。幸好各家LED厂家的数据表中大多给出了它的温度系数。例如XLamp7090XR-E大功率LED,其温度系数为-4mV/oC。要比普通硅二极管大2倍。

既然我们知道了方法,那就让我们一起实验一下吧!我们以CREE公司的一颗大功率蓝色LED灯为例(哈哈!我司的LED荧光模块就是用的这个LED灯)。来说明如何具体测算LED的结温,从而判断LED荧光光源的优劣。首先我们需要准备设备:万用表一只,若干导线,一款以恒流驱动的LED光源。 这里我准备了我司最新研制的蓝色单激发LED荧光模块MF-B-LED的LED荧光光源。

LED荧光光源寿命有多长 -

我已经从LED两端引出了两条导线,正极和万用表的红色触笔连接,负极和万用表的黑色触笔连接,档位调节到量程为20V的直流电压档。接上电源,轻按一下开关,趁LED还没有热起来之前,马上读出电压表的读数,也就是V1值。然后间隔1h读一次读数。直到读出的电压不变为止(连续几次读数一样),这时整个光源已经达到了热平衡。表1是测量的数据:

时间

正向电压(V)

环境温度℃

21:00(刚启动)

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,我们已知这款LED灯珠的温度系数是-3.3mV/℃
那么PN的温升?Tj=-0.09*1000/-3.3=27.3℃。
那么环境温度为27℃。所以PN结的温度Tj=27.3+27=54.3℃。
由图一可以推算出,这款LED荧光光源的使用寿命可以达到100000小时以上。
主波长偏移量△λp( T′)=△Tj×0.1nm/℃=27.3*0.1=2.7nm
大家都学会了吗?如何去预测LED荧光光源的寿命,如何去判定LED荧光光源的光学参数。

出自: LED荧光光源寿命有多长? http://www.ygxwj.com/news/1234/