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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:施坤隆
研究生(外文):KUN-LUNG SHIH
論文名稱:高功率發光二極體散熱分析
論文名稱(外文):Thermal Analysis of High Power LEDs
指導教授:趙隆山
指導教授(外文):Long-Sun Chao
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:工程科學系專班
學門:工程學門
學類:綜合工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:74
中文關鍵詞:高功率發光二極體發光效率接面溫度
外文關鍵詞:Junction temperatureHigh power LEDIllumination efficiency
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近年來各國提倡節能減碳,高功率發光二極體前景備受矚目,具有體積小、演色性佳、反應速快、低耗電量、壽命長、無汞含量等優點;已經應用於背光模組、路燈及車燈等產品替代傳統光源。
產業界不斷研發如何增加LED的亮度,一種是增加LED的發光效率,就是提升LED的內部量子效率與取光效率這些可藉由薄膜品質改善或晶粒設計來達成;另一種是提高輸入功率來提升高亮度輸出,大部份將晶粒面積增大製作成單晶或多晶單顆LED,但是熱源也相對增加;如果接面溫度所產生熱無法有效導出,將降低LED的內部量子轉換效率而會影響LED發光效率及使用壽命。
由於溫度會影響發光二極體的發光效率,本文藉由實驗,探討LED構裝後在不同環境溫度(20℃、25℃、30℃、40℃、50℃、60℃)下對不同瓦數(1W、3W、5W)單顆LED元件以及LED陣列搭配散熱模組之溫度分佈及使用積分球光譜儀量測單顆LED元件將環境溫度控制在25±1℃範圍內,改變電流時,接面溫度升高對發光效率、光通量、主波長、峰波長及電氣特性等變化。
Recently, many countries advocate energy saving and carbon reduction. Accordingly, the prospects of high power LED become the focus of attention. The advantages of LED are small volume, good color rendering index, fast response, low power consumption, no mercury content, etc. LED is used to replace the traditional light source and has already been applied to the fields of back-lighting modules, street lamps and car lights etc.
The industry continuously does research and development to increase LED brightness. One way to improve LED luminous efficiency is to increase its internal quantum and light extraction efficiencies by improving the film quality or designing the better die. The other way is to elevate the input power. Most of people increase the area of die to make single crystal or polycrystalline LED, but this can also raises the dissipated heat. If the heat cannot be transferred out effectively, the internal quantum exchange efficiency of LED decreases, which affects its brightness and life.
The temperature affects the luminous efficiency of LED. In this thesis, the performances of packaged LED are analyzed experimentally for different ambient temperatures (20�aC, 25�aC, 30�aC, 40�aC, 50�aC, 60�aC), different watts (1W, 3W, 5W) per an LED and the LED array collocated with heat sink module. In the experiments, the temperatures are first measured and then the thermal analysis is made. The integrating sphere spectrometer is applied with the environment temperature controlled within 1 �aC from 25 �aC. The increase of input electric current leads to the rise of the junction temperature. Accordingly, from the experimentally measured data, the effects of the temperature rise on the luminous efficiency, luminous flux, dominant wavelength, peak wavelength and electrical characteristics are investigated.
摘要 I
Abstract II
誌謝 IV
目錄 V
表目錄 VII
圖目錄 VIII
符號說明 IX
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究目的與動機 1
1-3 文獻回顧 2
1-4 LED 現階段熱管理技術 4
1–5 本論文架構 5
第二章 統整理論 6
2-1 LED 原理 6
2-2 白光LED原理 6
2-2-1 R.G.B LED混色成白光 6
2-2-2 藍色LED 激發多色螢光粉 7
2-2-3 藍光LED+YAG螢光粉 7
2-2-4 UV LED+RGB螢光粉 8
2-3 LED發光效率與特性 8
2-4 LED 之熱傳路徑 8
2-4.1 熱傳導 9
2-4.2 熱對流 9
2-4.4 LED接面溫度 11
2-4.5 溫度差與亮度、波長之關係 12
2-5 光學名詞 13
2-5-1 實驗所使用到光學名詞 13
2-5-2 LED的效率特徵參數計算 15
2-6 高功率LED構裝製程 16
2-6-1 發光二極體構裝製程 16
2-6-2 發光二極體後段構裝結構與製程的不同分類: 19
第三章 實驗設備與方法 20
3-1 實驗方法 20
3-2 實驗設備 20
3-2-1電源供應器 20
3-2-2 熱電偶(Thermocouple) 21
3-2-3 溫度擷取系統 21
3-2-4 照度計 22
3-2-5 風速計 22
3-2-6 恆溫箱 22
3-2-7 積分球光譜儀、光電特性量測系統 22
3-2-8 1Kw功率脈衝電源量測電表 23
3-3 實驗模型與散熱裝置 23
3-3.1 LED模組 23
3-3.2 散熱模組 23
3-3.3 散熱膏 24
3-3.4 風扇 24
3-3.5 LED散熱模組 24
第四章 結果與討論 25
4-1 LED特性實驗 25
4-2 接面溫度對LED特性影響 26
4-3 環境溫度對LED特性影響 26
4-4 電氣對LED特性影響 27
4-5 散熱設計對LED特性影響 28
4-6 LED接面溫度與波長關係 28
第五章 結論與建議 29
5-1 結論 29
5-2 未來研究方向建議 30
參考文獻 31
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