LED固態(tài)光源

現(xiàn)在大街上隨處可見的LED顯示屏，還有裝飾用的LED彩燈以及LED車燈，處處可見LED燈的身影，LED已經(jīng)融入到生活中的每一個角落。LED照明應用，為達到接近原有替代光源的亮度要求，通常會采取以「量」取勝的設計方式，即在單位面積設計大量的LED發(fā)光元件，或是採取提升單一元件的發(fā)光效率進行設計。

但如此一來，即造成面狀或點狀的元件溫度亟需處理，而採取的散熱手段可用主動或被動設計進行，尤其以主動式散熱的設計更為復雜，如何達到最佳化散熱設計去避免LED元件光衰影響壽命，是開發(fā)高亮度LED照明的重要關鍵。

LED(LightEmittingDiode)固態(tài)照明，是近年來被認為極具潛力的未來產(chǎn)業(yè)，因為消費者與業(yè)者均期待，可以利用LED固態(tài)照明去解決大量能源浪費在無效率的光源照明問題，正因為LED具備體積小、發(fā)光效率高、省電等優(yōu)勢，因此，多數(shù)人也對LED固態(tài)照明的未來發(fā)展寄予厚望。為LED固態(tài)照明與傳統(tǒng)光源的發(fā)光技術不同，所以更有環(huán)保、節(jié)能方面的多項優(yōu)勢，先觀察常見的日常照明光源，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，即便具備低成本與使用習慣已建立等優(yōu)勢，但在環(huán)保觀念抬頭的社會氛圍之下，已經(jīng)成為不環(huán)保、無效率的照明產(chǎn)品。在螢光燈方面，雖然採高頻氣體放電的光電技術去達到省電效益，但實際上螢光燈管製程無法避免對環(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，即信號燈、指示燈之類的中/低亮度、低功率驅動的光源應用，因此無散熱方面的考量，一方面是指示用光源僅用以辨認目前裝置的使用現(xiàn)況、開關狀態(tài)提示，并非針對照明用途，因為驅動功率不高自然也無明顯待解決的散熱問題。但問題來了，高亮度LED的使用目的，多半是為了針對替代性環(huán)保光源而進行開發(fā)，如此設計方式會造成諸多影響。

當LED固態(tài)光源朝日常的照明應用方向思考時，就會出現(xiàn)亮度不夠的問題，必須在LED元件上嘗試利用提高功率增加發(fā)光效率、或是利用更多數(shù)量高亮度LED進行模組化設計，讓光源具備照明應用「高亮度」的要求。

發(fā)揮高效能、環(huán)保的照明效益散熱設計是一大關鍵

LED元件的核心設計，即是由一片LED晶粒利用加諸電壓使其產(chǎn)生發(fā)光結果，而與一般硅晶片類似，LED晶片也會因為長時間使用而產(chǎn)生光衰現(xiàn)象，多數(shù)設計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，加強LED功率也會使得晶體的光衰問題、壽命問題加速出現(xiàn)，甚至元件本身因強化亮度而產(chǎn)生的高溫，也會造成產(chǎn)品壽命的縮短。

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

而檢視測試結果會發(fā)現(xiàn)，LED也會有隨著「功率」增加、「使用壽命」減少的現(xiàn)象，會讓塬本可能具有20，000小時使用壽命的LED光源元件，因為散熱影響，而降低到僅剩1，000小時的使用壽命。

尤其是當元件在攝氏50度的運作溫度下，均能維持最佳的20，000小時壽命，但當LED元件運行于攝氏 70度的環(huán)境，平均壽命則降至10，000小時，若持續(xù)在攝氏100度環(huán)境下運行，壽命會僅剩5，000小時。相信在未來的科學技術更加發(fā)達的時候，LED會以更加多種類的方式為我們的生活帶來更大的方便，這就需要我們的科研人員更加努力學習知識，這樣才能為科技的發(fā)展貢獻自己的力量。