LED固態(tài)光源

現(xiàn)在大街上隨處可見(jiàn)的LED顯示屏，還有裝飾用的LED彩燈以及LED車(chē)燈，處處可見(jiàn)LED燈的身影，LED已經(jīng)融入到生活中的每一個(gè)角落。LED照明應(yīng)用，為達(dá)到接近原有替代光源的亮度要求，通常會(huì)采取以「量」取勝的設(shè)計(jì)方式，即在單位面積設(shè)計(jì)大量的LED發(fā)光元件，或是採(cǎi)取提升單一元件的發(fā)光效率進(jìn)行設(shè)計(jì)。

但如此一來(lái)，即造成面狀或點(diǎn)狀的元件溫度亟需處理，而採(cǎi)取的散熱手段可用主動(dòng)或被動(dòng)設(shè)計(jì)進(jìn)行，尤其以主動(dòng)式散熱的設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，如何達(dá)到最佳化散熱設(shè)計(jì)去避免LED元件光衰影響壽命，是開(kāi)發(fā)高亮度LED照明的重要關(guān)鍵。

LED(LightEmittingDiode)固態(tài)照明，是近年來(lái)被認(rèn)為極具潛力的未來(lái)產(chǎn)業(yè)，因?yàn)橄M(fèi)者與業(yè)者均期待，可以利用LED固態(tài)照明去解決大量能源浪費(fèi)在無(wú)效率的光源照明問(wèn)題，正因?yàn)長(zhǎng)ED具備體積小、發(fā)光效率高、省電等優(yōu)勢(shì)，因此，多數(shù)人也對(duì)LED固態(tài)照明的未來(lái)發(fā)展寄予厚望。為L(zhǎng)ED固態(tài)照明與傳統(tǒng)光源的發(fā)光技術(shù)不同，所以更有環(huán)保、節(jié)能方面的多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，先觀察常見(jiàn)的日常照明光源，不外乎白熾燈與螢光燈，白熾燈基本上在發(fā)光效率表現(xiàn)即趨于劣勢(shì)，即便具備低成本與使用習(xí)慣已建立等優(yōu)勢(shì)，但在環(huán)保觀念抬頭的社會(huì)氛圍之下，已經(jīng)成為不環(huán)保、無(wú)效率的照明產(chǎn)品。在螢光燈方面，雖然採(cǎi)高頻氣體放電的光電技術(shù)去達(dá)到省電效益，但實(shí)際上螢光燈管製程無(wú)法避免對(duì)環(huán)境有害的汞，在環(huán)保訴求上也不是最佳的光源選擇。

回到LED固態(tài)光源的發(fā)展上，早期LED多用于指示性光源，即信號(hào)燈、指示燈之類(lèi)的中/低亮度、低功率驅(qū)動(dòng)的光源應(yīng)用，因此無(wú)散熱方面的考量，一方面是指示用光源僅用以辨認(rèn)目前裝置的使用現(xiàn)況、開(kāi)關(guān)狀態(tài)提示，并非針對(duì)照明用途，因?yàn)轵?qū)動(dòng)功率不高自然也無(wú)明顯待解決的散熱問(wèn)題。但問(wèn)題來(lái)了，高亮度LED的使用目的，多半是為了針對(duì)替代性環(huán)保光源而進(jìn)行開(kāi)發(fā)，如此設(shè)計(jì)方式會(huì)造成諸多影響。

當(dāng)LED固態(tài)光源朝日常的照明應(yīng)用方向思考時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)亮度不夠的問(wèn)題，必須在LED元件上嘗試?yán)锰岣吖β试黾影l(fā)光效率、或是利用更多數(shù)量高亮度LED進(jìn)行模組化設(shè)計(jì)，讓光源具備照明應(yīng)用「高亮度」的要求。

發(fā)揮高效能、環(huán)保的照明效益散熱設(shè)計(jì)是一大關(guān)鍵

LED元件的核心設(shè)計(jì)，即是由一片LED晶粒利用加諸電壓使其產(chǎn)生發(fā)光結(jié)果，而與一般硅晶片類(lèi)似，LED晶片也會(huì)因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間使用而產(chǎn)生光衰現(xiàn)象，多數(shù)設(shè)計(jì)方案為了提升元件發(fā)光亮度，多利用增加晶體的偏壓，即提升加諸于LED的電能功率，讓晶片能夠激發(fā)出更高的亮度，如此一來(lái)，加強(qiáng)LED功率也會(huì)使得晶體的光衰問(wèn)題、壽命問(wèn)題加速出現(xiàn)，甚至元件本身因強(qiáng)化亮度而產(chǎn)生的高溫，也會(huì)造成產(chǎn)品壽命的縮短。

當(dāng)單顆LED晶粒隨著亮度提升，單顆LED功耗瓦數(shù)也會(huì)由0.1W提高至1、3、甚至5W以上，而多數(shù)的LED光源模組實(shí)測(cè)分析，也會(huì)出現(xiàn)封裝模組的熱阻抗因增加發(fā)光效能而提升，一般會(huì)由250K/W至350K/W上下持續(xù)增加幅度。

而檢視測(cè)試結(jié)果會(huì)發(fā)現(xiàn)，LED也會(huì)有隨著「功率」增加、「使用壽命」減少的現(xiàn)象，會(huì)讓塬本可能具有20，000小時(shí)使用壽命的LED光源元件，因?yàn)樯嵊绊?，而降低到僅剩1，000小時(shí)的使用壽命。

尤其是當(dāng)元件在攝氏50度的運(yùn)作溫度下，均能維持最佳的20，000小時(shí)壽命，但當(dāng)LED元件運(yùn)行于攝氏 70度的環(huán)境，平均壽命則降至10，000小時(shí)，若持續(xù)在攝氏100度環(huán)境下運(yùn)行，壽命會(huì)僅剩5，000小時(shí)。相信在未來(lái)的科學(xué)技術(shù)更加發(fā)達(dá)的時(shí)候，LED會(huì)以更加多種類(lèi)的方式為我們的生活帶來(lái)更大的方便，這就需要我們的科研人員更加努力學(xué)習(xí)知識(shí)，這樣才能為科技的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。