核心提示: 自1962年美国通用电气公司开发出全球第一种可实际应用的红光LED开始,至今LED已全面迈入全彩时代。LED的发光原理简单来说是由含电洞的P型半导体与含电子的N型半导体结合成之P-N二极管,在P-N二极管两端加上顺向偏压,当电流通过时,电子与电洞流至接合面接合时会因放出能量而发光 (可参考下图)。
于散热鳍片,将弱化散热能力,相较之下部分业者选择将散热鳍片设计与灯具发光面同向(向下散热),彻底避免了落尘堆积的问题,市面上由鑫源盛科技所生产的多款LED路灯(例如:S02 Orra Series、S06 Fudo Series)即采用向下自然散热设计方式。
4. 回路热管散热:
此种散热方法是透过循环式的热管进行散热,回路管的两端为系统电路板(热源处)和散热器,回路管的内部则充填着工作流体,并配有蒸发器,其工作原理为:当系统电路板传来热能时,热源处的工作流体吸收热量后,经蒸发器转变为气体,利用气体移动快速的特性,热源处的热量可快速传导到灯壳或散热器,因此回路热管散热仅解决热传导问题,无法有效达到“散热”功能。
表2 灯具散热系统介绍
在灯具设计上,散热鳍片和外灯壳因暴露于空气中,为避免氧化多经过阳极处理,近年有厂商推出软陶瓷散热漆用于取代阳极处理程序,并宣称其热阻值接近金属,能达到加速导热的效能,然其成效未知,尚待业界同仁的使用与经验分享。
截至目前为止,上述探讨的都是热传导和热对流两种方式,目前有厂商宣称其陶瓷散热基板可利用远红外线型式将热辐射散出,进行远距离传热,并宣称可用于取代LED芯片基板后端的导热金属(散热鳍片、金属灯壳),达到成功散热和减轻灯具重量的成效,此技术之散热效能若真如厂商所言,也将为LED灯具的散热设计带来重大的进展。
结论
部分市售LED灯具的散热设计容易忽略掉一些细节,例如忽视热传导的均温性,即散热鳍片的温度分布严重不均匀,导致其中一部分的鳍片对散热作用有限,甚至没有发挥散热效果。有些设计错误则会带来危险性,尤其是LED路灯通常装设于8-12米的杆高,如果散热器重心设计不佳,可能导致重量与风阻过大,危险性增加,当遇到台风或地震将有可能导致严重意外。
鑫源盛科技管新宁副董事长曾经说过:“做为一个高科技节能照明产业的从业人员必须认清,良好的LED灯具散热(包含热传导、均温性、热交换等)必需以复杂的热传学基础硬理论为依归,必须正视LED路灯的性能,必须要有科学的数据及理论做支撑、完善的系统设计方法为方针、良好的制程为基础,最后再以第三公正单位的检测报告为依据,这样才不会一再发生光衰退货阻碍产业发展的恶性循环”。
LED照明市场成长非常迅速,预计在2015年将达到200亿美元的市场规模,此外,由于日本电价高且受到311福岛地震的影响,更加加速LED灯具的需求骤增。台湾的LED产业链完善,整体产能亦高居亚洲第二。因此,如何在争取市场的同时审慎评估自身产品的质量、研发和制程能力,做好LED灯具的散热设计经得起时间和环境考验,这些都是业者必须严格自我规范的重点。
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