【導讀】美國能源署(DOE) 于2010年3月在Multi-Year Program Plan中推測2010年1千流明冷白光源價格將落在13美元，至2012年預估降至6美元，2015年預估降至2美元，屆時價格可媲美高強度氣體放電燈(HID)，甚至低于節(jié)能燈(Compact Fluorescent Lamp)。目前5W LED燈泡制造成本約為12~14美元，價格仍偏高，至2012年可降至7~9美元左右，預計

 美國能源署(DOE) 于2010年3月在Multi-Year Program Plan中推測2010年1千流明冷白光源價格將落在13美元，至2012年預估降至6美元，2015年預估降至2美元，屆時價格可媲美高強度氣體放電燈(HID)，甚至低于節(jié)能燈(Compact Fluorescent Lamp)。目前5W LED燈泡制造成本約為12~14美元，價格仍偏高，至2012年可降至7~9美元左右，預計有10%的滲透率，2015年預估降至7美元以下，預計會有50%的滲透率，屆時也將是LED照明的成熟時期。DOE同時推估2010年LED業(yè)界的冷白發(fā)光效率為134lm/W，但因燈具的出光、電路、散熱效率三者相乘后效率只有64%，LED燈具將只剩86lm/W。因此透過技術提升燈具的光電熱效率以及LED發(fā)光效率和散熱能力是臺灣LED照明業(yè)者目前積極發(fā)展的方向。

 

　?。⊿ource: US DOE SSL R&D， Multi-Year Program Plan， March 2010， table 4.4 & 4.5）

　　1. LED封裝

　?。?）高功率LED發(fā)光芯片

　　在照明級高功率LED發(fā)光芯片的開發(fā)方面，臺灣上游芯片廠在2010年已陸續(xù)從原有側(cè)光的藍寶石基板水平電極芯片，邁入金屬或其他不透光導電基板的垂直電極芯片，并透過制程增加萃光效率使出光效率提升。垂直電極芯片由于幾乎都由正面出光，在照明用LED封裝設計時可簡化結(jié)構(gòu)設計就達到良好出光效果，并兼具較佳的散熱、電流分布及低驅(qū)動電壓。由于專利設計回避的關系，目前也有廠商研發(fā)水平電極但是不透光基板的芯片，以期達到同樣的效果。除了發(fā)光芯片，目前各家也積極開發(fā)白光芯片POC(Phosphor On Chip)技術，在芯片等級就完成波長轉(zhuǎn)換使芯片本身就是白光且是點光源，使封裝在設計和表現(xiàn)方面都比傳統(tǒng)點膠的白光LED具有優(yōu)勢。但目前仍有制造的良率問題待克服。

　?。?）高功率LED散熱基板

　　臺灣下游LED散熱基板市場在2010年有多家廠商加入，以被動組件廠居多。高功率LED的封裝散熱基板除了傳統(tǒng)的金屬支架搭配塑料射出外，目前陶瓷基板也開始被廣泛使用。相較于金屬支架搭配塑料射出，陶瓷基板具有材料特性安定和長時間信賴性的特點，高功率操作更凸顯其優(yōu)勢。早期的陶瓷基板需高溫共燒且厚模印刷，在制造成本、良率和產(chǎn)品性價比方面都不具優(yōu)勢。目前的陶瓷基板采用黃光微影薄膜制程之直接鍍銅基板DPC(Direct Plating Copper)，具有低制造溫度與成本、高線路分辨率與對位精度以及較佳的尺寸安定性和散熱效果等特點，可說是目前最適合高功率且小尺寸LED發(fā)展的散熱基板。雖然目前價格上仍高出金屬支架數(shù)倍，但在各家競相投入的態(tài)勢下，降價的速度也會加快腳步。

　?。?）AC LED

　　自AC LED應用研發(fā)聯(lián)盟于2008年10月成立以來，已逐漸整合產(chǎn)業(yè)界資源和加速AC LED產(chǎn)業(yè)化，也成功推動AC LED標準加入CIE國際標準化組織，將AC LED量測納入TC2-63之標準草案內(nèi)容中，將AC LED標準國際化。AC LED是一種可以直接被交流電(110V/220V)所驅(qū)動，而不需外接變壓器或整流器的LED，可有效降低電路成本并減少15%~30%的電源轉(zhuǎn)換損失，高電壓低電流也減少電路傳輸損失。AC LED的制作利用晶圓制造技術，在單一晶粒上分割成多顆電性獨立的微晶粒，再將微晶粒互相串接形成回路，在晶粒面積、微晶粒數(shù)量與回路方式方面均透過設計與分析，以符合實際的需求。從燈具的應用角度而言，AC LED不需復雜的電子組件及電路設計，光源較具彈性的設計空間。從LED的角度來看，AC LED不僅可兼容DC LED的晶粒制程技術易于大量生產(chǎn)，其雙向?qū)ǖ哪Ｊ揭部杀苊釫SD問題，但目前其亮度仍不及DC LED， 且光源在供電不穩(wěn)定下的閃爍問題也待克服。目前AC LED的封裝在第三季度可上看80lm/W，在3W～10W的照明應用方面和DC LED相比具有性價比優(yōu)勢。

　?。?）HV LED(High-Voltage-LED)

　　和AC LED相比，HV LED是為彌補單顆DC LED僅能低壓驅(qū)動及AC LED發(fā)光效率較DC LED低的缺憾所衍生的解決方案，其利用半導體制程串聯(lián)數(shù)十顆微晶粒而成。將HV LED加上整流電路即與AC LED的功能相同，且恒時發(fā)光提供了更高的發(fā)光效率，同時也能夠應用在高壓DC驅(qū)動的照明市場。目前HV LED的效率已高于AC LED 20%，未來可望縮小冷白光和暖白光的距離，目標在2015年達到150lm/W。

　?。?）COB(Chip-on-Board)

　　相較于一般POB(Package-on-Board)封裝，臺灣廠商在COB領域也不斷推出新技術。COB是將多顆芯片直接封裝在金屬基印刷電路板MCPCB，具有減少熱阻的散熱優(yōu)勢，且具有高封裝密度和高出光密度的特性，在高功率LED薄型化低成本的封裝需求下具有成本、應用便利性與設計多樣化等優(yōu)勢，目前在LED燈泡方面已被廣泛采用取代傳統(tǒng)多顆LED芯片封裝，將RGB芯片封裝在一起也可具有較佳混光均勻性。因陶瓷基板在燈泡鎖螺絲時易破裂，目前COB采用的基板多已進展到MCPCB，且MCPCB的介電層散熱表現(xiàn)不斷進步，可望成為市場主流。

　　但目前COB在降低一次光學透鏡的多次折射造成的出光損失和熱能增加方面仍待改善，且基板的制作良率也有待提升，這些都是目前業(yè)界亟欲解決的課題。

　?。?）WLP(Wafer-level-packaging)

　　相較于金屬支架和陶瓷基板，利用半導體硅基板做LED散熱基板也是臺灣廠商近年另一個研發(fā)方向。以硅晶圓做封裝載板在制程時會有封裝密集度高的成本優(yōu)勢，在散熱和可靠度方面也具有一定的水平。未來可朝向真正的晶圓級封裝發(fā)展，用半導體制程取代固晶打線，并將多種不同功能的晶粒整合在晶圓上，成為SoC(System on Chip) LED。[!--empirenews.page--]

　　2.LED燈具

　　（1）光源設計

　　在燈具的光源設計方面，臺灣廠商逐漸導入COB(Chip-on-board)做燈具光源選項之一，因為其具有光源集中特性，可簡化燈具機構(gòu)光學設計并改善用多顆LED芯片做光源時容易因多點高指向性導致均勻性不佳而產(chǎn)生的鬼影現(xiàn)象。傳統(tǒng)的COB在熒光粉的封裝與一般單顆封裝類似是采用封裝體點膠的方式，目前已有用熒光粉molding的產(chǎn)品推出，好處是沒有封裝體擋光且顏色空間均勻性較佳。此外COB還有散熱佳的特性，初期在10W以上的燈具上應用居多，目前在10W以下的燈具如燈泡、燈上也逐步采用COB封裝做光源。

　　在燈具端做遠離式熒光粉涂布封裝是另一個臺灣廠商研發(fā)的方向。當熒光粉離芯片愈遠時其受到芯片接口溫度的影響愈低，轉(zhuǎn)換效率受到抑制的影響也愈低。另外在最外層的燈殼或燈罩做熒光粉涂布也可減少在燈具內(nèi)部因多次反射造成的出光損失，目前燈和燈泡也已逐漸導入遠離式涂布技術，在燈泡的應用上更可具有大角度的優(yōu)勢。

　　應用于燈管的高反射率的燈罩也是目前開發(fā)的方向。傳統(tǒng)的燈罩反射率為60%~70%，許多出光損耗在多次反射中。目前已有利用光學薄膜提高反射率的技術和材料在研發(fā)中，預期可提升燈罩反射率至95%以上，總出光效率和照度會隨之提升，進而減少燈管數(shù)量達到節(jié)能減碳的效果。

　?。?）散熱設計

　　散熱問題關系LED產(chǎn)品的壽命，尤其燈具的設計必須兼顧光學需求與散熱能力，目前散熱基板及鰭片是應用最廣泛的散熱方式。為了符合綠色環(huán)保趨勢，臺灣廠商積極開發(fā)散熱基板中的導熱介電絕緣層材料，高耐熱無鹵銅箔基板是業(yè)者努力的目標，并朝向無鹵無磷的方向邁進。

　　目前多家燈具廠設計的LED燈具，皆采用模塊化的設計概念，并同時考慮光學與散熱結(jié)構(gòu)。一般業(yè)界常以熱流仿真軟件設計散熱鰭片的幾何外形，并搭配造型，藉由良好設計的散熱結(jié)構(gòu)，強化模塊的散熱能力，以快速逸散高功率LED所產(chǎn)生的大量熱源，將LED保持在穩(wěn)定的操作溫度，則可達到更長的使用壽命與更高的光電轉(zhuǎn)換效率。

　　由于內(nèi)部空間的限制，大部分燈具都無法加裝風扇做強制冷卻，所以在散熱片表面噴涂散熱涂料也成為臺灣業(yè)者研發(fā)的方向。加上散熱涂料后可大幅提升表面熱輻射率，目前已可使LED接口溫度降低5℃以上，耐久性也在持續(xù)改善中。

　　目前的LED產(chǎn)品在照明市場的滲透率仍待提升，其關鍵原因在于LED照明價格較高、產(chǎn)業(yè)標準未定以及光形、壽命、可靠度等問題尚待解決，并尚需制定檢測機制與體系，確保LED產(chǎn)品的質(zhì)量及規(guī)范，以建立良性的市場競爭環(huán)境。臺灣目前為順應全球LED產(chǎn)業(yè)的情勢變化，各廠商皆集中資源致力于自有技術的開發(fā)，并透過兩岸合作的機制，不斷提升發(fā)光效率改善封裝散熱技術，以及改良量產(chǎn)技術使價格更趨于低廉，共建產(chǎn)業(yè)鏈與制定產(chǎn)業(yè)標準。當LED光源的發(fā)光效率可以超過200lm/W時，具有節(jié)能、長壽命、免維護、環(huán)保等優(yōu)點的LED照明產(chǎn)品即可滿足大部分的照明需求，未來完全取代傳統(tǒng)照明指日可待。