如何提高LED照明難度開發(fā)的燈具設(shè)計(jì)

發(fā)光二極管（LED）穩(wěn)坐次世代光源主流寶座已無庸置疑，LED在照明除能取代原有照明光源，更有機(jī)會(huì)發(fā)展廣泛多元的創(chuàng)新應(yīng)用，但亦同時(shí)伴隨在模組、電源設(shè)計(jì)、安裝場所與散熱、壽命等必須克服的新挑戰(zhàn)。面對LED在照明應(yīng)用的無限曙光，本文將分享在眾多測試案例中的發(fā)現(xiàn)，提醒業(yè)者必須投入更多的關(guān)注在這些安全挑戰(zhàn)，才有機(jī)會(huì)取得競爭地位。

　　高功率LED燈具散熱挑戰(zhàn)重重

　　隨著LED封裝技術(shù)改進(jìn)，LED業(yè)者亟欲突破亮度障礙，取代高亮度的高強(qiáng)度放電燈源（HID）或白熾燈。

　　LED雖然具有冷光與相對高效率的優(yōu)勢，但與一般傳統(tǒng)光源的光熱傳導(dǎo)途徑比較之下，白熾燈的熱產(chǎn)生在光傳遞路徑上；LED光源的熱則集中在于光傳遞路徑的反側(cè)，在能量守恆定律下，LED的散熱設(shè)計(jì)逐漸變?yōu)椴豢珊鲆暤膯栴}。

　　舉例來說，作為舞臺(tái)投射用途的燈源，無論是電燈或白熾燈，至少要達(dá)到200瓦以上，換言之，LED光源雖然僅須約60%的耗電量就能夠得到與傳統(tǒng)光源相同的亮度，但在過程中，80%的能量卻是轉(zhuǎn)換為燈具內(nèi)部的熱源，長久積聚不散的熱，將會(huì)造成以下幾點(diǎn)重要問題：

　　LED光效率降低

　　LED的光來自于半導(dǎo)體中，電子電洞結(jié)合過程所產(chǎn)生的光能，因此當(dāng)周圍環(huán)境溫度升高時(shí)，電子與電洞的結(jié)構(gòu)容易因?yàn)檐颖旧淼恼饎?dòng)增加，而受到阻礙或是破壞，因此會(huì)造成LED光強(qiáng)度的降低。

　　絕緣的破壞

　　當(dāng)LED燈具因散熱設(shè)計(jì)不佳而造成環(huán)境溫度上升時(shí)，作為安全最后一道防線的絕緣聚合物材料，亦受到熱劣化的挑戰(zhàn)。

　　一般具有熱塑性的聚合物材料，并非處于完全聚合的情況，高溫與溼氣的環(huán)境會(huì)促進(jìn)聚合反應(yīng)產(chǎn)生逆向反應(yīng)（也就是裂解）的進(jìn)行，除會(huì)產(chǎn)生變形外，也會(huì)產(chǎn)生特性的變化，甚至?xí)a(chǎn)生氧化的問題，絕緣特性也因此受到破壞。

　　以上例來說，在無散熱的情況下，100瓦的熱積聚，在一小時(shí)內(nèi)就能夠?qū)⒁还乃訜嶂两?00度，因此高功率LED燈具的挑戰(zhàn)，不僅在于將熱由LED光源移出，也必須要從燈具移出（圖1），否則長期使用后，不僅是照明效率會(huì)下降，燈具本身也是安全堪慮。

圖1LED燈泡須要具備散熱設(shè)計(jì)

　　除應(yīng)用在路燈以外，景觀、號(hào)誌、標(biāo)示用照明也是LED的激烈戰(zhàn)場。

　　室外用LED燈具的水氣與紫外線考驗(yàn)加劇

　　LED的可調(diào)色性是其他光源無法企及的優(yōu)勢，因此受到建筑與設(shè)計(jì)師的青睞，使用LED燈儼然成為城市先進(jìn)的象徵。

　　可程式化的顯示方式，除作為號(hào)誌燈的讀秒外，更是戶外資訊看板的不二選擇，儘管受到城市光害的質(zhì)疑，仍幾乎無所不在的應(yīng)用于大型LED顯示屏幕，雖然所費(fèi)不貲，尺寸卻是越來越大。放在室外的LED燈具，相對于室內(nèi)用燈具，散熱環(huán)境雖然相對較好，但是水氣與紫外線的影響卻是額外的考驗(yàn)。