高功率LED燈：利用太空科技為世界開啟節能照明新時代

作者：葉忠福2025.01.12

中華創新發明學會 理事 / 創新發明 專欄作家

高功率LED燈的突破性發展

    隨著全球節能減碳政策的推行，LED（發光二極體）技術成為照明產業的重要發展方向。然而，在高功率LED燈的研發過程中，散熱問題一直是無法克服的技術瓶頸，限制了其應用範圍與效率提升。台灣大學機械工程系新能源研究中心黃秉鈞教授，憑藉其對熱傳技術的深厚研究，成功運用太空科技「迴路熱管（Loop Heat Pipe, LHP）」解決LED燈的散熱問題，成為全球首位研發成功高功率LED燈的科學家。黃教授的研究不僅為LED照明技術帶來突破，也促使各大廠商投入資源，推動現今LED燈的全面性商品化。

高功率LED燈的發展挑戰

    LED燈具因其高效能、長壽命及環保特性，逐漸取代傳統白熾燈與螢光燈。但在發展過程中，多為「室內用小功率」的燈具，而「戶外用高功率」LED燈遇到了關鍵性挑戰，主要問題在於：

1.  散熱問題：小功率LED本身發熱量小，但高功率LED因輸入能量大，若無法有效散熱，LED晶片溫度上升將導致光效下降，甚至影響使用壽命。

2.  光衰現象：LED在高溫運行時，光通量會隨時間減少，影響照明效果與壽命。

這些挑戰使得LED技術雖然具有節能潛力，但在「戶外高亮度照明」（如街燈、廣場燈）上的應用，仍然受到極大限制。

黃秉鈞教授的突破：運用「迴路熱管」技術解決散熱問題，面對高功率LED燈的散熱瓶頸，黃秉鈞教授在新能源技術研究中，發現太空科技「迴路熱管（LHP）」可以有效解決這一問題。LHP技術最初應用於衛星散熱，能夠在無重力或微重力環境下高效傳遞熱能，適用於高功率發熱元件。

什麼是迴路熱管（LHP）？

迴路熱管（LHP）是一種衛星用太空科技高效的被動熱傳技術，其工作原理如下：

1.  毛細結構驅動熱傳遞：LHP利用內部毛細結構，讓冷卻液體在高溫區域蒸發並吸收熱能，傳導至遠端冷卻後再凝結回流，形成迴路式熱傳導系統。

2.     長距離熱傳導能力：LHP能夠將熱能從LED晶片迅速傳導至遠端散熱裝置，使高功率LED燈的散熱能力大幅提升。

台大校園的高功率LED燈示範成功

    2006年黃秉鈞教授帶領研究團隊，在台大校園內的水杉道進行了一場歷史性的示範。在長達200米的道路上安裝高功率LED街燈，首次成功驗證LHP散熱技術應用於LED照明的可行性。

這次示範的重要性包括：

1.     全球首次高功率LED戶外照明應用：當時的LED照明主要用於小型燈具與室內環境，而此次實驗首次證明LED燈可以穩定運行於戶外高亮度需求的場景。

2.     展現LED燈具的節能優勢：相較於傳統高壓鈉燈(水銀燈)，LED燈能夠在提供相同亮度的情況下降低約70%的能耗，展現了未來照明技術的潛力。

3.     促使產業界投入研發：水杉道示範成功後，各大LED廠商開始加速高功率LED燈的研發與量產，使LED照明技術進入商業化發展階段。

高功率LED燈對全球照明產業的影響

    黃秉鈞教授的研究成果，為全球高功率LED燈的應用開啟了新時代，帶來了以下重大影響：

1. 促進LED技術的普及與商品化：

    2006年之後，LED照明市場開始蓬勃發展，各大企業如億光(Everlight)、飛利浦（Philips）、歐司朗（Osram）、奇異(GE)紛紛投入高功率LED技術研發，並推出更高效、更耐用的LED燈具。今日，LED燈的普及化且售價親民，已成為全球最主要的照明產品，並逐步取代傳統燈具。

2. 改善公共照明與安全：

    高功率LED燈的廣泛應用，使得城市街道、公園、高速公路等公共場所的照明效果大幅提升，不僅減少光衰與維護成本，還提高了夜間行車與行人安全。

3. 推動智能照明技術發展：

    現今的高功率LED燈已不僅僅是照明設備，更與智慧科技結合，發展出可調光、感應控制及IoT（物聯網）應用，提高能源利用效率，成為智慧城市發展的重要基石。

結語

   這個故事說明了台灣科技創新對世界的重要貢獻，黃秉鈞教授透過「迴路熱管（LHP）」一個20萬美元單價的衛星用太空科技，經技術的創新研發，使它變成一個5美元單價的元件，得以導入民生商品使用，這項高科技的創新應用成功克服了高功率LED燈的散熱問題，為全球LED照明技術開啟新局面。

    2006年更率先在台大校園成功示範，不僅證明了高功率LED燈的可行性，更帶動了全球廠商投入研發，使LED照明技術成為今日全球照明市場的主流。這是重要的照明科技創新，而且在各國政府不需補助的情況下，使產業界自主發展成功的革命性商品。

    台灣的科研能力在這項突破中展現了世界級的實力，黃秉鈞教授的研究不僅推動了照明科技的進步，也讓全球節能減碳目標向前邁進一大步。這項成就不僅是台灣之光，更是世界科技史上重要的里程碑。