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LED 散熱設計

 

何謂LED

    目前影響LED壽命及亮度,最大問題在 於散熱,主要發光都集中在小小的晶片中,如果LED溫度能控制在30度以下,則有30萬小時的壽命,(連續點亮34年多),但這局限於特殊實驗環境下,因此散熱問題對LED是很重要議題,散熱除了使用良好導熱材質外,還需考慮到表面積.空氣力學.及外在因素,熱它是一種能量,散熱需考慮熱傳方法,(熱從高溫處向低溫處轉移過程)而熱傳則有傳導.對流.輻射,三種方法,目前熱傳導效果最好材料是鑽石,而新興材料則是石墨稀更佳,

市面上有不少散熱發明.新式樣..等專利,但並未突破上述物理性之創新法.

LED原理

種類圖解

LED優點

LED選擇
光源概念
光源設計 金屬20度C傳導系數 非金屬物20度C傳導係數  
散熱設計

不袗

 10-30

羊毛 0.03

電路安全 鎳  

 50

木材 0.05-0.2
維修設計

 130

橡膠 0.1-0.2
美學設計 鋁 

 170-180

磚石 0.3-1

其它有關知識

銅 

 300-330

水泥 1-1.5
 

 360

大理石 2-3
 

 

 

      從上面圖表可知,目前散熱大部份使用鋁基板做為傳導散熱材料,一般說來許多商品號稱有10萬小時壽命,都有點誇大,它比較趨向於理論值,

      因為一個LED產品不只只有LED,還有其它電路或電阻.電容..等等,這些電子材料在市售品是不可能有此壽命的.另外LED晶片熱能也不太可能控制在常溫,目前在散熱以鋁為主,主要是其價格便宜,雖然有其它材料散熱佳,但其價格太貴,無法商品化,在散熱部份還需考慮到LED排列方式,及LED內部如何傳熱出來,目前雖然有部份 製程可降低LED溫度,但是也侷限於其制程偏貴,有待降低其成本才有機會商品化

 
 
   
   
   
 

LED散熱方法

 
 

      因為散熱的方法有傳導.對流.輻射三種方法,因此能解決就是以此三大項做為基礎衍生發展,在材料科學上歐美日是比較進步,雖然有許多材料與方法有良好散熱作用,或已用在航太空業上,但考量是否能量產化及成本,許多方法 因為成本問題,不適用於民生及一般工業用品,目前已有些奈米塗料可透過輻射導熱,但其材料及加工成本上需cost down,方有經濟效率,因此 當使用具有經濟效益的散熱法,才能夠商品化,以下簡單敘述散熱基本型態

 
 
 
 
 

傳導藉由某項物質(如鋁片.銅片.散熱膏..等),將熱傳 出去,由其散熱物與空氣之接觸來達到降溫方法,這是最傳統做法,然而此法需要散熱物增大其散熱面積,缺點是有可能會造成產品過大或重之疑慮.也有人使用熱導管,也有類似汽車散熱之液体導管,但這都不太會是民生用品能夠接受方法.

 
   
   
 

對流:常見的方法就是用風扇強制將熱排出,或是利用流體熱氣學,自然的將熱排到大氣中,除了有使用自然對流外,也有應用商使用風扇強制對流.

 
 

輻射:直接通過電磁波幅射而發散熱量,傳導速度取決於熱源的絕對溫度,溫度越高輻射越強,而目前用於LED散熱大都是將散熱材鍍上一層具有高輻射傳導之奈米材料為主,除可散熱,另外優點是可將產品重量減輕,缺點是目前價格偏高。

 
 
 
   
 

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