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研究生:黃正宏
研究生(外文):Zheng-Hong Huang
論文名稱:高功率LED熱逸散因子之實驗量測研究
論文名稱(外文):Experimental Investigation of Heat Dissipation Factors for High-Power LEDs
指導教授:周榮源周榮源引用關係
指導教授(外文):Rong-Yuan Jou Ph.D.
學位類別:碩士
校院名稱:國立虎尾科技大學
系所名稱:機械設計工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:68
中文關鍵詞:熱逸散因子高功率LED量測方法光通量
外文關鍵詞:Heat dissipation factorsHigh-power LEDLight intensityExperimental measure
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散熱問題一直以來都是高功率LED使用上需要被克服的一大議題。高功率LED在提供較高的光通量同時,亦會產生大量的熱能,其接點溫度的提高,使LED光通量大幅降低,亦會影響LED的可靠性與使用壽命。
熱逸散因子Kh,被定義為輸入電功率所產生的熱能。若能精確的獲得Kh值,將有助於定義與分析LED於照明中的熱特性。在本研究中,提出一實驗量測方法量測熱逸散因子。改變LED輸入功率,利用儀器擷取並記錄實驗中暫態過程到穩態的變化。實驗結果顯示,兩種不同品牌之LED其熱逸散因子不相同,其光通量亦受到熱逸散因子的影響。利用此一簡單量測方法得到熱逸散因子可計算出理論光通量,與由正向電流模型和接點溫度模型計算出之光通量相較,其誤差值低於10%。由此可知熱逸散因子將有助於設計與探討LED之光、電、熱之耦合特性。

Heat generations were inevitable transport phenomenon of high-power LED lighting. While high-power LEDs in operation can produce high luminance, but they also generate significant heat at the same time. The optical output of the LED is sharply degraded with the increase in junction temperature because the high temperature significantly influences the reliability and durability of the LED.
The heat dissipation factor, Kh, for a lighting device is defined as heat dissipation from the lighting to total electrical input power of the lighting. It will be beneficial and critical to modeling and simulate thermal designs of lighting if the Kh factor of the specific LEDs is precisely obtained. In this study, a methodology is proposed and experiments are conducted to find the LEDs heat dissipation factors. Experiment procedures are changing the input powers to LEDs, and then gathering information by related instruments for the whole transient to steady states. Experimental results showed that, for two different brands of LEDs under test, different values of heat dissipation factor were found, and the optical outputs of luminous flux were affected by the value of heat dissipation factor. By using the simple method to measure the heat dissipation factor, the theoretice luminous flux can be evaluated; and comparing it to the luminous flux evaluated by the method of using a forward current model and a junction temperature model, the absolute error between these two results is less than 10%. It is expectable that the measured Kh factor will be helpful to thermal designs and characterizations of optical-thermal interdependence of LED lightings.


摘要......................................................i
ABSTRACT.................................................ii
誌謝.....................................................iv
目錄......................................................v
表目錄...................................................ix
圖目錄....................................................x
符號說明...............................................xiii
第一章 緒論...............................................1
1.1前言...................................................1
1.2 研究動機與目的........................................2
1.3文獻回顧...............................................2
1.4本文架構...............................................3
第二章 量測原理與特性.....................................5
2.1 LED光學、電學和熱特性[13].............................5
2.1.1 LED光學特性.........................................5
2.1.2 LED電學特性.........................................9
2.1.3 LED熱特性..........................................11
2.2 熱逸散因子之總光通量.................................11
2.3 熱能與電能影響之總光通量.............................14
2.4系統效應量測方法......................................15
第三章 實驗設備與量測步驟................................17
3.1實驗模型..............................................17
3.1.1實驗模型主要結構....................................17
3.1.2非導電流體..........................................19
3.2實驗架構..............................................21
3.3 實驗設備.............................................22
3.3.1 熱傳導係數量測儀...................................22
3.3.2 黏度計.............................................22
3.3.3 數據擷取系統.......................................22
3.3.4 直流電源供應器.....................................23
3.3.5 功率計.............................................23
3.3.6光譜儀..............................................23
3.3.7光量子讀出..........................................23
3.4 實驗量測方法.........................................23
3.4.1 熱電耦線溫度量測...................................23
3.4.1.1 熱電耦線校正原理.................................24
3.4.1.2 校正方法與步驟...................................25
3.4.2 光學量測...........................................26
3.4.2.1 光譜儀量測之步驟.................................27
3.4.2.2 光譜儀校正方法與步驟.............................27
3.5 實驗步驟.............................................28
3.6 實驗不確度評估.......................................29
第四章 結果與討論........................................32
4.1給定不同功率之實驗溫度變化............................32
4.2給定不同功率之實驗熱逸散因子變化......................36
4.3給定不同功率之實驗光量子變化..........................39
4.4給定不同瓦數之光通量變化..............................41
4.5結果比較..............................................44
第五章 結論..............................................46
未來展望.................................................47
參考文獻.................................................48
附錄.....................................................51
附錄A 儀器規格...........................................51
附錄B 熱電耦線校正結果...................................63
EXTENDED ABSTRACT........................................65
作 者 簡 歷..............................................68


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