降低節點溫度提高演色性

　　實際照明使用上是沒有人去看Tj=25℃下的瞬間流明效率，封裝的研發創新過程中，更要去注意溫度與光輸出的變異，而此變異也會明顯影響實際使用情況下的色溫差異及些微的演色性變異（圖7），如燈泡類、嵌入式下照燈具等，LED周圍環境都相當輕易達到60～80℃，換言之，不是最佳化的照明系統設計，極為可能讓LED節點（Junction）溫度達到120～150℃，實際熱效應造成光輸出的減低（Hot-cold Factor）會超過15%以上。為改善此弊病，整個照明系統的每一介面熱阻必須努力調降，以達到降低節點溫度目的，減少色溫偏差（圖8）。

　　圖8　LED周圍溫度與相對光束特性變化圖

　　創新模組設計須考量三大議題

　　完成最佳晶片封裝元件，就光特性而言已決定一大半，模組設計上所須考慮的重要議題則是熱處理（Thermal Management）、電源控制和電路設計及二次光學機構設計，而此叁項的設計不佳，則輕易的就能在模組系統中損失50%以上的光輸出效率，就算達到每瓦150流明，在組成系統之后，就會發現終端產品只在60～70流明。

　　現將透過不同方式解決上述叁個問題：其一為採用高導熱材作，如模組電路機板、在低導熱材機板上增加與空氣接觸面積、將LED元件（熱源）分散放置或將發熱電子元件分離或遠離LED光源，避免使用任何低導熱絕緣層來增加LED熱傳導過程中的阻力（熱阻）。其次為電路板面採高反射率絕緣漆來增加向下光的反射，以高效率的定電流控制元件減少電源消耗，同時採溫度控制機制調節定電流輸出，作為一種保護機制，以及採高壓交直流轉換電路降低變壓損耗。此外，採耐久高透光性或高反射性材料做二次光學透鏡或反射光學件，以專業光學模擬軟體計算設計模擬最佳出光效率。

　　創新照明系統設計須兼顧開創/不可取代/市場性

　　在此結合光機電熱的系統中，除選對或設計最佳LED元件，搭配最佳模組熱管理及電路設計，加上使用二次光學，始完成最接近消費者的產品設計。當然產品設計并非在此階段才開始，而是在本文最早依據市場使用需求立論基礎而來。所有系統設計的環節，皆是為了最終產品目的。在創新LED照明框架下，終端產品本身必須具開創性、不可取代性及市場性。

　　圖9由圓形單片組成光源體組合的鏤空立體燈具，雖然是歐司朗光電半導體（OSRAM Opto Semiconductors）以有機發光二極體（OLED）設計而成的概念，但此概念在目前是可以商業化且充分兼顧LED照明功能的優越性，以及對熱對流和熱傳導的設計考量。至于日本Panasonic電工所設計的薄型下照燈（圖10），亦具備一般傳統光源所無法的取代性，超薄的尺寸透露輕巧的視覺感受，若採用AC LED更可將厚度再薄型化，當然熱處理上必須考慮散熱面積、表面材質的應用處理，加上空氣對流設計，藉以降低空氣接觸面的熱阻，加速散熱效果。

　　圖9　歐司朗OLED概念照明

　　資料來源：Panasonic電工

　　圖10　Panasonic電工開發的薄型下照燈

　　至于戶外照明、建筑照明、特殊照明如養殖農業、醫療等其他LED照明應用創新設計在基本上在光源封裝上要研發創新的部分差異不大，而是在模組設計、電源電路控制及光學機構設計，各有其使用環境限制、功能表現及波長獨特性，仍需LED研發人員努力去開創。