- LED 路燈光衰竭的成因探討
- LED 路燈光衰竭的解決建議
- 從基本材料上著手
- 熱阻要低要用對導熱膠
- 采用LED燈具軟陶瓷散熱漆作為外部保護
LED路燈嚴重光衰的問題,需要從LED散熱技術的根本來解決。
目前中國LED路燈成長率高于各國,據統計預測2010年仍將雄踞全球市場第一。去年中國科技部定案的“十城萬盞”半導體照明應用工程試點政策,雖說是透過中央政策創造出市場需求的經濟發展典范,但是就廠商實際接案的第一線響應卻不如預期。
政策與市場的落差,除了LED標準尚未全然規范可供廠商遵循外,另一個潛伏的技術問題就是“LED路燈嚴重光衰”,導致安裝不到一年的LED路燈無法通過使用單位認證驗收。前述的LED標準規范統一制定問題,已有可能在近期內擬訂定案,至于“LED路燈嚴重光衰”就需要從LED散熱技術的根本來解決。
LED路燈光衰竭的成因探討
溫度其實就是LED路燈光衰的關鍵問題,偏偏LED路燈就卡在這個環節。LED路燈由于發光功率大于家用燈具,因此廠商在散熱基板鰭片、散熱模塊的設計上費盡苦心,組裝完畢需在燈具散熱模塊外面,加烤漆保護以防氣候侵蝕。不料這個外部保護的噴漆卻把散熱模塊的熱度又封了回去,造成散熱不良導致 LED磊晶光衰。
LED磊晶發光熱能屬于小范圍的集中熱能,在高功率路燈的應用時,電力輸入功率也大,LED的接口溫度相當的高,在路燈長時間持續工作下,散熱模塊如不能有效散熱,就會影響LED使用壽命及發光表現,像目前的LED路燈嚴重光衰就是這些因素所造成。LED路燈是在戶外使用,有環境氣候的干擾因素,所以多半的廠商是將LED路燈散熱器外殼以陽極處理保護,或是加噴烤漆,以避免酸堿物質的侵蝕。陽極處理的壽命不長,時日稍久還是會氧化變色,如果要拆下重工,不但耗時耗工也會增加維護成本;烤漆保護成本較低,保護的功效也好,但是一般烤漆沒有散熱功能,漆體本身會形成阻隔作用,等于是加大LED路燈散熱器的熱阻抗,不但沒有幫助,反而因為把熱能封鎖在散熱器內,讓LED磊晶發光功率降低,最后就導致嚴重光衰。以上一直在LED燈具業界存在的嚴重困擾,幾乎是目前公共工程LED路燈無法順利通過采購單位驗收的主因。
LED路燈光衰竭的解決建議
要解決這些既存問題,建議路燈廠商廠商從基本材料上著手,從根本由內而外的解決高功率LED熱源問題。舉例來說在發光組件與鋁基板的黏合時,導熱膠就扮演關鍵角色,有些廠商以為導熱膠膜或導熱膠墊的導熱系數要好,膜厚要越厚越好,卻沒想熱阻問題。導熱系數再好,碰到膜厚的熱阻也沒用。更何況導熱膠膜或軟質導熱墊片,并不能真正的與基板密合,貼合面其實存在著許多孔隙。這些孔隙在電子顯微鏡下觀看,就像是空洞的氣穴,也就是另一種形式的熱阻質。在這么多干擾熱傳導的熱阻存在之下,散熱導熱的效率無形中就被降低了。
熱阻要低要用對導熱膠,推薦網印施工的軟陶瓷導熱膠。網印施工的軟陶瓷導熱膠不同于傳統的貼合式導熱膠膜,軟陶瓷導熱膠是軟質半液態,在網印機刮刀涂布于鋁基板時,導熱粒子會滲入基板表面的孔隙并予填補到滿。這樣就會形成一個完全平整沒有孔隙的平面,與LED磊晶載板黏合時會完全的密合。這樣一來就把熱阻減少到最低程度,熱度就能迅速的被傳導出去,自然就降低了 LED晶粒的環境溫度,也延長磊晶的壽命以及大幅延緩光衰的發生。此外由于網印施工的軟陶瓷導熱漆具有延展性,在高溫烘烤或回焊時,會隨著鋁基板的熱脹冷縮一起變化,應力非常小,不會造成鋁基板彎翹,更不會爆板。
在LED燈具的外部保護推薦采用LED燈具軟陶瓷散熱漆。這種噴涂式軟陶瓷散熱漆可直接噴涂于LED燈具外部,施工操作簡便,可適應各種形狀的散熱結構,也可調整成不同色彩,因應景觀設計的需求。噴涂式散熱漆內的軟陶瓷粒子,是經過奈米化處理,粒子細微不僅易于噴槍操作,也讓同一涂布面積上的導熱粒子又多又密集,讓溫度揮發透散的面積也變大,讓LED燈具的熱能迅速的傳導出去。軟陶瓷散熱漆屬于熱固型材料,符合RoHS環保安全規范,施工程序簡便也無需任何特殊機具,經過烘烤后熱固,可長時間承受LED的高溫不會有質變問題。在戶外使用的LED路燈、景觀燈、或是LED廣告廣告牌、也都會面臨風吹雨打、酸雨鳥糞、空氣粉塵、黑煙排放…等等的酸堿侵害。所以這種噴涂式軟陶瓷散熱漆一定要具備抗酸堿的特性,目前的抗酸堿值幅度在PH 3 ~ 11,可以有效保護LED戶外燈具外觀不被侵蝕。
LED燈具的成本結構隨著封裝技術、載板設計、散熱模塊結構的精進發展,質量不斷的提升,成本也隨著技術發展及市場需求而下降。但是投入在材料改進的廠商還不多,這主要是跟臺灣工商發展的歷程與習性相關。臺灣廠商長于制程與設計,在材料基礎研發上著墨較少。所以在解決技術問題或降低成本等議題上,比較偏向采購思維或是生管思維。但是美日廠商在第一時間點,會從應用材料上去思考,從創新的角度去降低成本,提升質量及增加獲利。
臺灣LED產業的產值高居全球前二名,在全球暖化節能減碳的共同議題下,實有機不可失的產業優勢。臺商如能掌握現階段的優質生產技術,先進的制程,再加以材料的研發改進,極有可能在繼計算機產業之后,成為LED應用領域的龍頭。時值2010年之始,在可預見的一、二年之內,將可看見LED燈具產業進入經濟規模,這也正是臺灣廠商要掌握住的關鍵契機。
