實驗設備

在本實驗中使用四組不同的 LED 樣品配合熱電致冷器散熱系統來量測 LED 在不同耗電量時，熱電致冷器輸入不同電流所造成的溫度下降以及相對照度的提 升，比較 LED 配合熱電致冷器散熱系統的耗電量提升與相對照度的增加百分 比，評估使用熱電致冷器散熱系統於 LED 上之優缺點。

本實驗使用的四組 LED 樣品，分為 S1、S2、S3、S4，分別為相異之封裝結 構，並配合適當型號之熱電致冷器及散熱鰭片，以此比較不同封裝結構之 LED 對於使用熱電致冷器散熱系統的成效。

以下為四組樣品的簡介：

（1） S1：

S1 樣品是單顆 LED 的結構，如圖 4-1 所示，整個 LED 焊於一星狀 PCB 板 上，在 PCB 板上有電極來輸入電流，而 PCB 板與 LED 接觸面為絕緣層，有電 路分佈於其上，而另一面與熱電致冷器散熱系統的接觸面則為鋁材。

與 S1 配合之熱電致冷器型號為 TEC1-03103，相關規格如表 4-1 所示。使用 於此熱電致冷器之散熱鰭片型式如圖 4-2 所示。而 S1 與熱電致冷器散熱系統的 配置為 S1-熱電致冷器-散熱鰭片，如圖 4-3 所示。

在整個 LED-熱電致冷器散熱系統中，因為 S1 結構的關係，選取的 LED 測 溫點為 S1 的 PCB 板與空氣間的接觸面，如圖 4-4 所示。

（2） S2：

S2 樣品也是單顆 LED 的結構，如圖 4-5 所示，S2 與 S1 最大的不同在於 S2 沒有 PCB 板，而是直接從封裝內部拉出腳位當做電極。有別於 S1 透過 PCB 板 來與散熱器接合，S2 於封裝內部延伸出一圓形鋁板，略為突出於 LED 底部，以 之來跟散熱器做接觸面。

與 S2 配合之熱電致冷器型號為 TES1-00703，相關規格如表 4-1 所示。使用 於此熱電致冷器之散熱鰭片型式如圖 4-2 所示。而 S2 與熱電致冷器散熱系統的

配置為 S2-熱電致冷器-散熱鰭片，如圖 4-6 所示。

在整個 LED-熱電致冷器散熱系統中，因為 S2 結構的關係，選取的 LED 測 溫點為 S2 的發光表面，如圖 4-4 所示。

（3） S3：

S3 樣品與 S1 和 S2 不同，是完整的 LED 燈條，如圖 4-7 所示，共有 2 排 16 顆 LED，共 32 顆 LED 焊於 PCB 板上。PCB 板與 LED 接觸面為絕緣層，有電 路分佈於其上，而另一面與熱電致冷器散熱系統的接觸面則為鋁材。

與 S3 配合之熱電致冷器型號為 TEC1-12704，相關規格如表 4-1 所示，由於 LED 燈條尺寸的關係，在此使用了 8 個熱電致冷器來配置熱電致冷器散熱系統。

使用於此熱電致冷器之散熱鰭片型式如圖 4-8 所示。而 S3 與熱電致冷器散熱系 統的配置為 S3-熱電致冷器-散熱鰭片，如圖 4-9 所示。

在整個 LED-熱電致冷器散熱系統中，因為 S3 結構的關係，選取的 LED 測 溫點為 S3 的發光表面，如圖 4-4 所示。

（4） S4：

S4 樣品與 S3 相同，也是完整的 LED 燈條，如圖 4-10 所示，有一排共 16 顆 LED 焊於已挖空的 PCB 板上，PCB 板的表面為絕緣層，有電路分佈於其上。

S4 的 LED 封裝與 S2 類似，在 LED 封裝內直接延伸一圓形鋁板與散熱器接觸，

因此 S4 不需透過 PCB 板做為熱傳導的途徑。

與 S4 配合之熱電致冷器型號為 TEC1-01703，相關規格如表 4-1 所示，由於 LED 燈條尺寸的關係，有別於 S1、S2、S3 中 LED 直接接觸熱電致冷器，S4 另 外配置了一均溫鋁基板於 LED 燈條下，而在均溫鋁基板下再配置 16 個熱電致冷 器平均分佈於 16 顆 LED 的相對位置下來配置熱電致冷器散熱系統。使用於此熱 電致冷器之散熱鰭片型式如圖 4-11 所示。而 S4 與熱電致冷器散熱系統的配置為 S4-均溫鋁基板-熱電致冷器-散熱鰭片，如圖 4-12 所示。

在整個 LED-熱電致冷器散熱系統中，因為 S4 結構的關係，選取的 LED 測 溫點為 S4 與均溫鋁基板之間，的如圖 4-4 所示。

以上四組 LED-熱電致冷器散熱系統即為本實驗的主要部分。為了量得 LED 之亮度變化，在實驗中以照度計與 LED 相隔一固定距離來量得相對照度。另外 在量測照度的過程中，為避面外界光源影響 LED 照度之變化，LED 發光面至照 度計以不會反光的黑紙所包圍，如圖 4-13 所示。

本實驗使用 GW 公司型號 GPC-3030D 的直流電源供應器提供 LED 與熱電 致冷器電能，並且利用 UNI-T 公司型號 UT60E 的三用電表量測電壓與電流值。

在量測照度方面，使用 The Art of Measurement 公司型號 LX-101 的照度計做相對 照度的量測。溫度量測部分則利用 OMEGA 公司 J-TYPE 熱偶線，配合 Yokogawa 公司型號 MX110 的資料擷取器，讀取各熱電偶線溫度值。並以 Yokogawa 公司 型號 MX100 資料擷取卡，將熱偶線所量得的溫度值讀入個人電腦進行分析。

（a）S1 正面圖

（b）S1 背面圖

圖 4-1 S1 結構圖

表 4-1 熱電致冷器規格表

Part No. Dimension LxWxH(mm)

Couples Imax(A) Vmax(V) Qc max(W) △T max(℃)

TEC1 03103

20x20x4.7 31 3.3 3.50 7.2 67.0

TES1 00703

8x8x3.6 7 3.0 0.85 1.4 67.0

TEC1 01703

15x15x4.7 17 3.4 2.00 3.9 67.0

TEC1 12704

40x40x4.7 127 3.9 15.40 33.4 67.0

圖 4-2 S1、S2 散熱鰭片圖

圖 4-3 S1 與熱電致冷器散熱系統配置圖

（a）S1

（b）S2

（c）S3

（d）S4

圖 4-4 S1、S2、S3、S4 測溫點示意圖

發光面

發光面

發光面

發光面 絕緣層

鋁層

鋁層

絕緣層 鋁層

鋁層 測溫點

測溫點

測溫點

測溫點

（a）S2 正面圖

（b）S2 背面圖

圖 4-5 S2 結構圖

圖 4-6 S2 與熱電致冷器散熱系統配置圖

圖 4-7 S3 結構圖

圖 4-8 S3 散熱鰭片圖

圖 4-9 S3 與熱電致冷器散熱系統配置圖

圖 4-10 S4 結構圖

圖 4-11 S4 散熱鰭片圖

（a）配置示意圖

（b）配置圖

圖 4-12 S4 與熱電致冷器散熱系統配置圖 散熱鰭片

均溫鋁基板

熱電致冷器

LED

圖 4-13 LED 照度量測系統配置示意圖

散熱鰭片

熱電致冷器 LED

照度計 黑紙