CTO技術觀－陽傑科技指導教授黃秉鈞克服散熱問題點亮照明路

簡評:來看看競爭者的技術進展.

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曹其瑋／DigiTimes.com

LED未來將有長期需求是確定的方向，一般認為近3年的時間，主要成長動能來自LCD背光源的需求，2009∼2010年起，則可望興起一波一般照明需求的成長。

一般照明是LED產業業者十分看好的終極應用，屆時需求將十分可觀，不過以現階段LED所能達到的效率來看，落實應該還有相當的一段時間，在一般照明之前，特殊照明的使用便會一件一件的發生，包括建築照明和飛機燈逐漸有市場，路燈、礦工燈、隧道燈等，將會在未來慢慢看到。
為什麼一般照明的市場還要等好幾年？LED價格太高、效率不夠、衰減問題、壽命問題都令人質疑，而且LED用作照明的方式正處於新生兒的階段，系統技術更是不成熟；此外，由於沒有人使用過，因此也沒人能夠證明LED照明能像現在既有燈泡或燈管，持續使用好幾年，也增加一個新技術推展到市場的困難度。
LED上游業者認為，路燈會是今年愈來愈熱的領域，中國大陸由於電力缺乏，尤其有廣大的需求，2007年很有機會是LED路燈元年；因此本期「CTO技術觀」專訪現在台灣廠商中，在LED路燈領域腳步較快的陽傑科技指導教授黃秉鈞；台灣已有部分廠商提供原型產品或小量出貨，陽傑也已進入量產階段，陽傑董事長林美東表示，中國大陸有10幾個城市都表達高度興趣，中國大陸可望是市場最早崛起的地區。
黃秉鈞教授擅長的是散熱處理技術，LED系統技術開發上，散熱往往是最難突破的關鍵點，舉個現在當紅的LCD背光源應用為例，廠商多半就是認為LED效率還不夠，致使顆數太多，散熱問題難以突破，導致商品化困難。

事實上，大家對LED質疑的光衰減、壽命問題，就是因為散熱處理不佳所造成的；黃秉鈞引進LHP散熱技術，並以16個月的實際操作，證明因有效散熱，致使衰減問題幾乎沒有發生，因而推估使用可達5萬小時。
使用壽命問題解決，符合市場期待之一，接下來就是最令人關切的價格問題，黃秉鈞對此也精算過，即便一支LED路燈的價格至少要3萬元，相較現行的高壓鈉燈的8,000∼9,000元高得多，然而由LED省電至少3成的後續電費成本估算，使用3年後兩者成本便相等，後續使用LED燈較高壓鈉燈省下更多的電費，使得兩者成本愈拉愈遠。
事實上，前一波油價飆漲，已經提醒世人，因為新興國家的大量需求，能源危機隨時有可能再度引爆，節能和綠色產業已是未來長期明星，投入也是對地球的一大貢獻。基於此立場，也促使投資陽傑的江陵集團董事長林美東對於黃秉鈞教授的節能研發長期支持。
陽傑科技的成立
市場上對陽傑的名字很陌生，公司的規模也不大，除了LED界以外恐怕鮮有人知；它是台大新能源中心育成的第一家公司，2005年由江陵機電獨立出來，LED路燈系統是公司投入開發的第一項產品。
黃秉鈞為何會開發起都沒有人做過的LED路燈呢？他在台大機械系教書30年，散熱和能源是長期的研究領域，1999年時注意到太空技術領域有一項新技術迴路熱管LHP由俄羅斯科學院提出來，但是價格高達15萬美元，他認為該技術一來應該可以商品化應用到各種需要散熱的領域，二來價格實在不需要這麼貴，量產之後應該可以降至10美元，加上他本身和烏克蘭關係就很好，遂進行技術合作移轉。

圖說：LHP是內含液體的封閉循環管，首先在熱源處因高溫而使液體生成水蒸氣，隨後流經冷凝管，水蒸氣因而凝結為水，凝結後的液體又經由毛細現象作用再流回熱源端，液體就是如此週而復始地在LHP中進行降溫。至於毛細現象，主要是因管內有含微氣孔的物質作用而發生。（資料來源：黃秉鈞教授）

2003年商品化技術成熟了，應用面成為一個問題，便積極尋找應用領域，包括LED散熱和太陽能傳熱都成為後續研發方向。不過2004∼2005年，以當時的LED上游端技術來說，還未能達到省電的目的，但是在系統開發的研究中，已經可以發現散熱會是技術瓶頸。
直至今日，在LED各項應用的技術開發中，都可以發現散熱始終是業者最頭痛的問題。所以似乎可以簡單來說，LHP技術的確發揮功效，陽傑也找到適合的應用方向。
2005年底，黃秉鈞結合燈具光學、再照明工程光學等不同領域的技術，開發出高亮度LED路燈系統，並且把自家外面路燈換成LED燈，進行實際測試。

圖說：黃秉鈞教授在溫州街自宅外實地實測自己開發的LED路燈，16個月以來，光衰問題沒有發生，因而推估使用壽命可達5萬小時。（資料來源：黃秉鈞教授）

LED燈較高壓鈉燈省電3∼5成
與現行路燈相較，LED路燈究竟有沒有足夠的優勢，吸引人進行汰換？以黃秉鈞在2006年底技術最新進展來看，使用的是Cree的晶粒，億光和光寶的高亮度LED封裝，發光效率可以超過72 lm/W。LED燈具全光束，在150W之下亮度可以超過8,000流明；150W為符合國際規範的標準。

圖說：黃秉鈞教授在全新的LED路燈領域開墾，技術發展已經符合國際規範。（資料來源：黃秉鈞教授）

現在的高壓鈉燈其實太亮了，路燈比家裡的燈還要亮，有一張流傳甚廣的夜晚地球圖片，可以看到因路燈而光芒四射好像繁星點點，其實規範標準只需要150W的電力，但傳統照明廠商提供到400W，非常費電。
如果以鈉燈400瓦的亮度來看，LED燈必須300瓦，也超出標準規範甚多。而且這種鈉燈1年光衰高達6成；相對而言，LED 10年光衰3成，差別甚大。
LED燈的省電功效明顯，依黃秉鈞的最新估算，若是比較射達目標路面的每單位光束耗電量，若同為新品，高壓鈉燈為0.035W/lm，而LED為0.023W/lm，省電35.4％。
若同為壽命期性能的比較，同樣以射達目標路面的每單位光束耗電量來看，高壓鈉燈為0.071W/lm，LED為0.033W/lm，省電更高達53.5％。
很多人會認為一支LED較現行路燈貴太多，但若把眼光放長遠，考量電費支出，長期來看LED較省電。
若以一盞LED路燈3萬元的成本價來看，較高壓鈉燈8,000∼9,000元似乎貴得多，但若考量後續電費支出的差別，大約3年後兩者總體費用相同，這還不計維修費用；因此使用3年以上，LED燈就顯得更為划算。
傳統散熱技術較LHP重5∼10倍
現在一般使用的LED路燈散熱技術，多為導熱板方式，是一片5mm厚的銅板，實際上算是均溫板，把熱源均溫掉；也有加裝散熱片來散熱，但是重量甚重，大約是LHP技術的5∼10倍。
重量在路燈系統上甚為重要，因為路燈高有9米，若太重危險性就增加，尤其遇到颱風、地震都可能產生意外。LHP重0.1公斤，陽傑開發出的系統，100W路燈重6公斤，150W路燈則重8公斤。
使用傳統散熱技術不僅太重，而且因為為銅材質，太硬無法摺；路燈系統必須做外觀設計，影響就很大，則又是另外一個問題。
現在許多廠商對陽傑開發出的散熱方式表示高度興趣，希望能提供散熱模組，不過路燈系統牽涉到燈具造型，千變萬化，沒有辦法以模組來提供；未來進入一般照明領域，造型較為固定時，或許會朝散熱模組來開發。