LED 未來市場發展
LED上一波由手機所帶來的成長趨緩,經歷一陣低成長期後又見突破性的成長潛力,在技術的發展下與節能的趨勢,LED逐漸應用於背光源與照明,也使得LED產業重拾高成長且產值不斷的提高,詳見下圖一、二、三。
圖一 全球LED產值(資料來源:拓璞、大華投顧整理)
圖二 各類LED應用成長(資料來源:大和證券)
圖三 全球照明市場之應用(資料來源:康和證券)
LED散熱需求
LED雖然
屬於發光效率較高的產品(目前量產產品已可達100 lm/w),但就輸入功率而言,約僅有20%~30%會轉換成光,其餘70%~80%則轉變成為熱。由下圖一可知,就發光效率與溫度呈反向關係(不同色光衰減程度不一)。下圖二則顯示出,當操作溫度和LED平均壽命亦呈負向關係且輻度驚人,由63度C->74度C,竟導致平均壽命減少75%。
屬於發光效率較高的產品(目前量產產品已可達100 lm/w),但就輸入功率而言,約僅有20%~30%會轉換成光,其餘70%~80%則轉變成為熱。由下圖一可知,就發光效率與溫度呈反向關係(不同色光衰減程度不一)。下圖二則顯示出,當操作溫度和LED平均壽命亦呈負向關係且輻度驚人,由63度C->74度C,竟導致平均壽命減少75%。
總結上述兩點,在LED之功率不斷提高之同時,其衍生出的熱能管理問題必是未來LED產業發展之關鍵所在。
圖四 LED在各溫度下的效率與壽命之關係
LED散熱途徑
依據不同的封裝技術,其散熱方法亦有所不同,而LED各種散熱途徑方法約略可以下圖三示意之:
圖五 LED散熱途徑示意圖
散熱途徑說明:
1. 從空氣中散熱
2. 熱能直接由System circuit board導出
3. 經由金線將熱能導出
4. 若為共晶及Flip chip製程,熱能將經由通孔至系統電路板而導出,而速率取決於整個發光燈具或系統之設計。
然而,現階段的整個系統之散熱瓶頸,多數發生在將熱量從LED晶粒傳導至基板(晶粒基板)再到系統電路板為主。此部分的可能散熱途徑:其一為直接藉由晶粒基板散熱至系統電路板(如2所示),在此散熱途徑裡,其LED晶粒基板材料的散熱能力即相當重要。另一方面,LED所產生的熱亦會經由電極金屬導線而至系統電路板,一般而言,利用金線方式做電極接合下,散熱受金屬線本身較細長之幾何形狀而受限(如3所示);因此,近來即有共晶(Eutectic) 或覆晶(Flip chip)接合方式,此設計大幅減少導線長度,並大幅增加導線截面積,如此一來,藉由LED電極導線至系統電路板之散熱效率將有效提昇(如4)
(資料來源:璦司柏)
國際大廠LED產品發展趨勢
目前LED產品發展的趨勢,可從LED封裝大廠與照明廠近期所發表的LED產品功率和尺寸觀察得知,高功率、
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