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LED 簡介與 LED 散熱結構設計開發. 指導教授:劉雲輝老師 班級:夜自控四乙 學 號 : 99912145 姓名:王彥 博. 前言. 溫室效應. 手機背光、閃光燈、 GPS 、車用燈光、 NB 背光、路燈、建築燈光、大型看板。. 行動通訊. 消費性電子. 照明. LED 應用. LED 應用. 車用. 大型看板. PC 及 NB. 照明產業演進. 何謂 LED. - PowerPoint PPT Presentation
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指導教授:劉雲輝老師班級:夜自控四乙學號: 99912145
姓名:王彥博
LED簡介與 LED散熱結構設計開發
1
前言
2
溫室效應
3
照明
行動通訊
LED應用
LED應用
消費性電子
車用 大型看板
PC及NB
手機背光、閃光燈、 GPS 、車用燈光、 NB背光、路燈、建築燈光、大型看板。
4
照明產業演進
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何謂發光二極體:英文: Light-Emitting Diode ,簡稱 LED 是一種半導體元件。一種當電通過本身時即會發光的設計,此現象在物理學上稱為電致發光或場致發光,是一種混合著數種化學反應而產生的冷發光,其與白熾燈泡的熱發光有所不同。
何謂 LED
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LED原理LED 發光的基本原理 利用 P 型材質(電洞)及 N 型材質(電子),通入順向電壓,電子由 N 區流向 P 區,電洞則由 P 區流向 N 區,電子與電洞於 PN 相互結合而產生光。
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LED構造及材料
高功率LED
低功率 LED( 砲彈型 )
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LED發熱原因
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與傳統光源一樣,半導體發光二極體( LED )在工作期間也會產生熱量,其多少取決於整體的發光效率。在外加電能量作用下,電子和空穴的輻射複合發生電致發光,在 P-N 結附近輻射出來的光還需經過晶片( chip )本身的半導體介質和封裝介質才能抵達外界(空氣)。綜合電流注入效率、輻射發光量子效率、晶片外部光取出效率等,最終大概只有 30-40 %的輸入電能轉化為光能,其餘 60-70 %的能量主要以非輻射複合發生的點陣振動的形式轉化熱能。
LED散熱結構設計開發 - 研究目地
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LED 壽命與效能受到溫度影響極大,每 10 度升溫就會使壽命減半。目前 LED 的製造材料尚無突破性的發展,因此無法從原料端克服升溫問題,因此,如何透過散熱模組等之設計來降低溫度,提高效能,就成為關鍵所在。
本研究對 LED 鋁合金擠型散熱模組作為研究標的,進行分析與設計,同時實際擠製設計之散熱模組,並與市售模組進行功能比較。結果發現,本研究設計之散熱模組可有效提高散熱能力,降低 LED 之溫度,同時提升其使用壽命。
LED散熱結構 - 產品實測
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LED溫度對壽命與光衰之影響
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積熱對 LED性能影響
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耗能越多 22 %
其它
0 %特殊燈能外型
25 %
特殊光色4 %
避免紫外光 22 %
維護成本 26 %
高演色性 6 %
低發熱量6 %
LED散熱模組示意圖
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ORIGINAL
TYPE-2 TYPE-3
TYPE-1
LED散熱模組差異比較
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LED散熱模組 FEM分析
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ORIGINAL
TYPE-1
TYPE-2 TYPE-3
擠壓比定義與說明
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型材變形不充分 ,密度與表面質量不好
模具變形太劇烈 , 擠壓困難 ,型材尺寸難以保證 , 甚至造成堵模
(a) 擠壓比過小 (b) 擠壓比適中 (c) 擠壓比過大
LED散熱模組擠壓比決
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封閉性與開放性擠品之差異
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封閉性 開放性
擠製實物測試與比較
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(左: Original ,中: TYPE-1 ,右: TYPE-3)
實驗示意圖
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(左: Original ,右: TYPE-3)
散熱模組 LED燈炮溫度比較表
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結果與討論
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1. 改善散熱模組,例如散熱表面積、散熱質量、材質…等,都可以獲得效果。本研究以增加散熱表面積為標的,確實提升了模組散熱的效能,降低 LED 燈炮之溫度。2. 承上,由於模組散熱性能提升,使使用壽命亦隨之提升。3. 本研究開發之散熱模組在擠型上的難度較原設計為高,但吾人過模具之設計亦可改善其效益,維持模具設計製造以及擠製成本合理性,同時亦確保擠品在尺寸精度與直度上達到原本的要求。4. 本研究因為成本因素,無法擴大測試範疇,增加取樣數目,且電路板線路通過的孔加工上亦是差異較大之處,唯此項可透過正常的封裝程序克服之,而測試取樣上則可由製造商在實際生產時進行。5. 未來研究可嘗試由新的散熱原理 / 設計或是材料替換等層面思考,應可更進一步提升散熱模組的效能。
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*參考文獻* http://zh.wikipedia.org/wiki/LED
* http://www.led-shop.com.tw/page44.htm
* http://www.ledinside.com.tw/knowledge/20120801-22324.html
* http://www.365-city.com/hot1410.html
* http://scimonth.blogspot.tw/2014/03/blog-post_9580.html
* http://shs.ntu.edu.tw/shs/?tag=%E9%9B%BB%E5%AD%90%E6%96%87%E5%BA%AB%E5%85%A8%E7%90%83%E6%9A%96%E5%8C%96%E5%B0%88%E9%A1%8C
* http://www.cnopt.com/article/201003/032QP62010.html
* http://www.ledinside.com.tw/knowledge/20071224-2938.html
* [1] 李積彬,伍曉宇,毛大恆,馬健哲,〝鋁型材擠壓模具 3D 設計 CAD/CAM 實用技術〞,冶金工業出版社‧中國, 2003.DEFORM Users Manual 2000,Scientific Forming Technologies Corporation,Columbus, Ohio.
* [2] ASM Specialty handbook, “Aluminum and AluminumAlloys,” 1993.
* [3] K. Laue, H. Stenger, “Extrusion.”
* 鍛造 第十九卷第四期 技術文章 LED 散熱結構設計開發 Design and Development of LED Heat Sink Structure 蔡秉訓 Ping-Hsun Tsai
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