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LED 簡介與 LED 散熱結構設計開發

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.

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LED 簡介與 LED 散熱結構設計開發

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Presentation Transcript

  1. 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

  2. 前言

  3. 溫室效應

  4. 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。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

  5. 照明產業演進

  6. 何謂LED 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。

  7. 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。

  8. 低功率LED(砲彈型) LED構造及材料 高功率LED

  9. 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。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發熱原因

  10. 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。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散熱結構設計開發-研究目地

  11. LED散熱結構-產品實測

  12. LED溫度對壽命與光衰之影響

  13. 其它 0％ 特殊燈能外型 25％ 耗能越多 22％ 積熱對LED性能影響 特殊光色 4％ 維護成本 26％ 高演色性 6％ 避免紫外光 22％ 低發熱量 6％

  14. TYPE-1 ORIGINAL LED散熱模組示意圖 TYPE-2 TYPE-3

  15. LED散熱模組差異比較

  16. ORIGINAL TYPE-1 LED散熱模組FEM分析 TYPE-2 TYPE-3

  17. (b)擠壓比適中 (c)擠壓比過大 (a)擠壓比過小 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 型材變形不充分,密度與表面質量不好 擠壓比定義與說明

  18. LED散熱模組擠壓比決

  19. 封閉性 開放性 封閉性與開放性擠品之差異

  20. (左：Original，中：TYPE-1，右：TYPE-3) 擠製實物測試與比較

  21. (左：Original，右：TYPE-3) 實驗示意圖

  22. 散熱模組LED燈炮溫度比較表

  23. 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。 結果與討論

  24. 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-HsunTsai 參考文獻

  25. 謝 謝 聆 聽

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