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中大領先國際 超精確量測白光LED發熱技術

2019-03-28 16:48經濟日報 曹松清

中央大學光電系教授楊宗勳指導學生進行白光LED光譜分析。 中央大學/提供
中央大學光電系教授楊宗勳指導學生進行白光LED光譜分析。 中央大學/提供
中央大學光電系與光電中心之固態照明團隊,發展出一套超精確的白光LED發熱溫度的量測技術,為國際首創,對於掌握白光LED的性能有極佳的效益,並已於2018年刊登於NATURE出版社的著名期刊:科學報告(Scientific Reports)。

白光LED因其具有體積小與節能的二大優勢,目前幾乎已涵蓋所有的照明應用。在實用上,白光LED在操作時產生會產生一定的熱量,造成晶片溫度的上升,不但其使用壽命可能因而減短,其色彩的表現上也會受到影響,因此,如何掌握實用上的溫度是工程師設計上的一個重點。

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然而,目前白光LED的溫度皆是由封裝上的金屬節點的溫度換算而來,要隨時追蹤其溫度,不但得置入溫度感測器,其所獲得的溫度無法精確地反映出實際上的溫度。若是要以非接觸的方法來量測,最常見的是以紅外線熱像儀來觀察其表面的溫度,但是這種方法在白光LED的封裝上加有透鏡時,會完全失效。

中央大學光電系/光電中心的固態照明研究團隊歷經數年的研究,首先發現白光LED的高溫熱點可能在螢光粉層,而不是在LED晶片,因此嘗試藉由螢光粉的發光光譜來與其溫度作對應。主要的研究人員楊宗勳教授表示,團隊發現螢光粉的發光光譜與其溫度有極大的關聯性,但是如何在螢光粉多重能階躍遷機制中抽出與發光光譜具有良好對應的關聯特性,相當困難。

楊宗勳進一步表示,團隊利用非線性數據分析方法,將光譜與個別能階躍遷進行對應,雖然相當成功,但是卻無法進一步獲得在溫度變異上的良好對應性。在歷經一年的錯誤嘗試後,終於發現在較長波長的發光光譜行為較為單純,其變異不受其它光譜的重疊干擾,在溫度上具有極佳的對應。

約經過二年的研究後,研究團隊取得關鍵的對應參數,並獲得極為優異的研究成果。更令人振奮的是,只要螢光粉的種類固定,不管使用的藍光晶片的波長為何,其對應性都是一致的。這項研究的成功,代表白光LED的發熱溫度可以透過非接觸的方式在遠處進行量測,而且其精確度極高,是白光LED在實用上的一項重大的技術突破。

中央大學固態照明研究群的召集人,也是本項研究的負責人孫慶成表示,這項技術的發展具有廣泛性的應用,可以用於高階照明應用的固態光源的溫度監測,亦可用於高級光源或是燈具在開發時的溫度量測,將可使工程師能確實獲得精確的LED內部溫度,進而設計與製作具有高信賴度的LED燈具,對於白光LED的應用與掌握具有重大的意義。

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