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台灣LED大廠晶電副董事長黃兆年(Epistar),日前在LEDforum 2009市場趨勢與創新應用研討上表示,由於LED具有高效能以及較長壽命的優點,因此在照明產業中扮演相當重要的角色,未來LED會衍生出更多新的應用,並且利用新的封裝技術以及晶片來降低生產成本,並且提升發光效率。
黃兆年認為,因為節能與減少有害廢棄物,照明用發光二極體已經廣泛地受到重視且被視為成為未來照明工業的主角之一。 為了達成取代傳統光源的目標,仍須開發更創新的技術以滿足使用者既有需求。晶電期望透過新技術的導入可加速固態照明市場的發展及應用程度,進而達成減少全球總碳排放量之正面效益。
照明級LED的要求
專長是負責氮化物磊晶與晶粒製程之工程開發與生產製造的黃兆年指出,以住宅照明需要的照明領域來看,60瓦白炙燈泡的色溫是3,000K,演色性接近100。21瓦的螢光燈如果色溫是3,000K,演色性約為83。MR16規格的鹵素燈以50瓦產品為例,色溫同樣是3,000K,演色性接近100。在這種條件下,LED照明如果要取代這三種光源,需要的LED元件也要有類似的色溫、演色性水準,卻又不能降低發光效率太多,這對廠商來說是個挑戰。
黃兆年表示,照明級LED重視的有發光流明效率、光品質。在發光效率中的重要因素有LED光源本身的發光效率、電路效率、燈具與光學效率、散熱管理等等。光品質方面則是CRT/CCT、光形、信賴性與持續性。
目前LED產業界在LED元件的發光效率已經大幅提昇,以LED燈具的結構來看,通電之後,在電源驅動方面的效率是90%,電子電路效率95%、LED的內部量子井(IQE)效率為90%、LEE效率為90%等等,能源之星的規範也提到LED的螢光粉轉換效率73%,若加讓散熱效率90%、散熱效率95%、燈具與光學效率92%,這樣全部扣下來,LED燈具的實際輸出就大幅減少了,廠商除了提昇LED元件的發光效率外,LED燈具的結構各環節必須十分注意才能有好規格的LED燈具產出。
LED照明的三種創新方法
黃兆年以晶電本身的經驗和技術指出,LED照明的創新方法有兩種,其一是晶電已經推出產品的AC LED,透過特殊的製程讓多顆LED晶粒組成AC LED,可透過AC交流電直接驅動,而不需要外接的直流交流轉換裝置。這種晶片的大小和組成晶粒的數量能夠被客製化,以符合實際的需求,目前已經可以達到 56-65 lm/w的發光效率,可以應用的產品範圍有4瓦的AC LED蠟燭燈(取代40瓦的白炙燈泡)、5瓦的AC LED燈泡(取代60瓦的白炙燈泡)、15瓦的AC LED燈泡(取代50瓦的PAR 38燈泡),這些都是業界可以參考應用的產品範疇。
其二是HV LED,這是一種新的製程,在單機晶片上置入LED矩陣,能夠具備可調整的電壓、電流的功能,可彈性化設計。這種 HV LED的優點是讓LED光源因為單一晶片的緣故能有單一輸出的光源效果,同時減少打線的數量,並減少在單一晶片上的驅動電流,可改善光學設計,簡化LED封裝過程,並藉由這種更好的電流分散技術,提供比AC LED更高的發光效率。連帶著,降低成本、減少電源轉換的損失,屬於另一種創新的LED照明解決方案。
第三種創新的照明級LED技術是混合白光LED,這種LED的CRI演色性與發光效率都有顯著的提昇,是採用藍光GV LED,搭配特殊螢光粉,再加上紅光LED而成的新式混合白光LED。
他強調,把這幾種LED技術做CCT、CRI與發光效率的比較,可以發現藍光LED加上黃色螢光粉的冷白LED和暖白LED的演色性分別是70、48,低於藍光LED加上黃色、紅色螢光粉演色性的89,也低於混合白光LED的演色性85。
他預期未來幾年的LED發光效率會越來越好,同時白光AC LED晶粒發光效率65 lm/W已經達成。採用混合白光LED技術,一種新的高效率暖白LED已經實現,CRI可達90,同時發光效率已達106.8 lm/W。