如何提高LED照明難度開發的燈具設計

發光二極管（LED）穩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，更有機會發展廣泛多元的創新應用，但亦同時伴隨在模組、電源設計、安裝場所與散熱、壽命等必須克服的新挑戰。面對LED在照明應用的無限曙光，本文將分享在眾多測試案例中的發現，提醒業者必須投入更多的關注在這些安全挑戰，才有機會取得競爭地位。

　　高功率LED燈具散熱挑戰重重

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

　　LED雖然具有冷光與相對高效率的優勢，但與一般傳統光源的光熱傳導途徑比較之下，白熾燈的熱產生在光傳遞路徑上；LED光源的熱則集中在于光傳遞路徑的反側，在能量守恆定律下，LED的散熱設計逐漸變為不可忽視的問題。

　　舉例來說，作為舞臺投射用途的燈源，無論是電燈或白熾燈，至少要達到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光源相同的亮度，但在過程中，80%的能量卻是轉換為燈具內部的熱源，長久積聚不散的熱，將會造成以下幾點重要問題：

　　LED光效率降低

　　LED的光來自于半導體中，電子電洞結合過程所產生的光能，因此當周圍環境溫度升高時，電子與電洞的結構容易因為塬子本身的震動增加，而受到阻礙或是破壞，因此會造成LED光強度的降低。

　　絕緣的破壞

　　當LED燈具因散熱設計不佳而造成環境溫度上升時，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。

　　一般具有熱塑性的聚合物材料，并非處于完全聚合的情況，高溫與溼氣的環境會促進聚合反應產生逆向反應（也就是裂解）的進行，除會產生變形外，也會產生特性的變化，甚至會產生氧化的問題，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，在一小時內就能夠將一公升的水加熱至近100度，因此高功率LED燈具的挑戰，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，不僅是照明效率會下降，燈具本身也是安全堪慮。

圖1LED燈泡須要具備散熱設計

　　除應用在路燈以外，景觀、號誌、標示用照明也是LED的激烈戰場。

　　室外用LED燈具的水氣與紫外線考驗加劇

　　LED的可調色性是其他光源無法企及的優勢，因此受到建筑與設計師的青睞，使用LED燈儼然成為城市先進的象徵。

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