臺(tái)灣LED照明技術(shù)之動(dòng)態(tài) 美國(guó)能源署(DOE) 于2010年3月在Multi-Year Program Plan中推測(cè)2010年1千流明冷白光源價(jià)格將落在13美元，至2012年預(yù)估降至6美元，2015年預(yù)估降至2美元，屆時(shí)價(jià)格可媲美高強(qiáng)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(jià)格仍偏高，至2012年可降至7~9美元左右，預(yù)計(jì)有10％的滲透率，2015年預(yù)估降至7美元以下，預(yù)計(jì)會(huì)有50％的滲透率，屆時(shí)也將是LED照明的成熟時(shí)期。DOE同時(shí)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(guò)技術(shù)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(tái)灣LED照明業(yè)者目前積極發(fā)展的方向。

　　（Source: US DOE SSL R&D, Multi-Year Program Plan, March 2010, table 4.4 & 4.5）

　　1. LED封裝
　　（1）高功率LED發(fā)光芯片
　　在照明級(jí)高功率LED發(fā)光芯片的開(kāi)發(fā)方面，臺(tái)灣上游芯片廠在2010年已陸續(xù)從原有側(cè)光的藍(lán)寶石基板水平電極芯片，邁入金屬或其他不透光導(dǎo)電基板的垂直電極芯片，并透過(guò)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(shè)計(jì)時(shí)可簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就達(dá)到良好出光效果，并兼具較佳的散熱、電流分布及低驅(qū)動(dòng)電壓。由于專利設(shè)計(jì)回避的關(guān)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(dá)到同樣的效果。除了發(fā)光芯片，目前各家也積極開(kāi)發(fā)白光芯片POC(Phosphor On Chip)技術(shù)，在芯片等級(jí)就完成波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換使芯片本身就是白光且是點(diǎn)光源，使封裝在設(shè)計(jì)和表現(xiàn)方面都比傳統(tǒng)點(diǎn)膠的白光LED具有優(yōu)勢(shì)。但目前仍有制造的良率問(wèn)題待克服。
　　（2）高功率LED散熱基板
　　臺(tái)灣下游LED散熱基板市場(chǎng)在2010年有多家廠商加入，以被動(dòng)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(kāi)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(zhǎng)時(shí)間信賴性的特點(diǎn)，高功率操作更凸顯其優(yōu)勢(shì)。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(jià)比方面都不具優(yōu)勢(shì)。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(duì)位精度以及較佳的尺寸安定性和散熱效果等特點(diǎn)，可說(shuō)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(jià)格上仍高出金屬支架數(shù)倍，但在各家競(jìng)相投入的態(tài)勢(shì)下，降價(jià)的速度也會(huì)加快腳步。
　　（3）AC LED
　　自AC LED應(yīng)用研發(fā)聯(lián)盟于2008年10月成立以來(lái)，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(dòng)AC LED標(biāo)準(zhǔn)加入CIE國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織，將AC LED量測(cè)納入TC2-63之標(biāo)準(zhǔn)草案內(nèi)容中，將AC LED標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際化。AC LED是一種可以直接被交流電(110V/220V)所驅(qū)動(dòng)，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(shù)，在單一晶粒上分割成多顆電性獨(dú)立的微晶粒，再將微晶?；ハ啻有纬苫芈?，在晶粒面積、微晶粒數(shù)量與回路方式方面均透過(guò)設(shè)計(jì)與分析，以符合實(shí)際的需求。從燈具的應(yīng)用角度而言，AC LED不需復(fù)雜的電子組件及電路設(shè)計(jì)，光源較具彈性的設(shè)計(jì)空間。從LED的角度來(lái)看，AC LED不僅可兼容DC LED的晶粒制程技術(shù)易于大量生產(chǎn)，其雙向?qū)ǖ哪Ｊ揭部杀苊釫SD問(wèn)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(wèn)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(yīng)用方面和DC LED相比具有性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。
　　（4）HV LED(High-Voltage-LED)
　　和AC LED相比，HV LED是為彌補(bǔ)單顆DC LED僅能低壓驅(qū)動(dòng)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(dǎo)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(shí)發(fā)光提供了更高的發(fā)光效率，同時(shí)也能夠應(yīng)用在高壓DC驅(qū)動(dòng)的照明市場(chǎng)。目前HV LED的效率已高于AC LED 20％，未來(lái)可望縮小冷白光和暖白光的距離，目標(biāo)在2015年達(dá)到150lm/W。
　　（5）COB(Chip-on-Board)
　　相較于一般POB(Package-on-Board)封裝，臺(tái)灣廠商在COB領(lǐng)域也不斷推出新技術(shù)。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(shì)，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(yīng)用便利性與設(shè)計(jì)多樣化等優(yōu)勢(shì)，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(shí)易破裂，目前COB采用的基板多已進(jìn)展到MCPCB，且MCPCB的介電層散熱表現(xiàn)不斷進(jìn)步，可望成為市場(chǎng)主流。
　　但目前COB在降低一次光學(xué)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。
　　（6）WLP(Wafer-level-packaging)
　　相較于金屬支架和陶瓷基板，利用半導(dǎo)體硅基板做LED散熱基板也是臺(tái)灣廠商近年另一個(gè)研發(fā)方向。以硅晶圓做封裝載板在制程時(shí)會(huì)有封裝密集度高的成本優(yōu)勢(shì)，在散熱和可靠度方面也具有一定的水平。未來(lái)可朝向真正的晶圓級(jí)封裝發(fā)展，用半導(dǎo)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。
　　2.LED燈具
　　（1）光源設(shè)計(jì)
　　在燈具的光源設(shè)計(jì)方面，臺(tái)灣廠商逐漸導(dǎo)入COB(Chip-on-board)做燈具光源選項(xiàng)之一，因?yàn)槠渚哂泄庠醇刑匦?，可?jiǎn)化燈具機(jī)構(gòu)光學(xué)設(shè)計(jì)并改善用多顆LED芯片做光源時(shí)容易因多點(diǎn)高指向性導(dǎo)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(diǎn)膠的方式，目前已有用熒光粉molding的產(chǎn)品推出，好處是沒(méi)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(yīng)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(yuǎn)離式熒光粉涂布封裝是另一個(gè)臺(tái)灣廠商研發(fā)的方向。當(dāng)熒光粉離芯片愈遠(yuǎn)時(shí)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(dǎo)入遠(yuǎn)離式涂布技術(shù)，在燈泡的應(yīng)用上更可具有大角度的優(yōu)勢(shì)。
　　應(yīng)用于燈管的高反射率的燈罩也是目前開(kāi)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(xué)薄膜提高反射率的技術(shù)和材料在研發(fā)中，預(yù)期可提升燈罩反射率至95％以上，總出光效率和照度會(huì)隨之提升，進(jìn)而減少燈管數(shù)量達(dá)到節(jié)能減碳的效果。
　　（2）散熱設(shè)計(jì)
　　散熱問(wèn)題關(guān)系LED產(chǎn)品的壽命，尤其燈具的設(shè)計(jì)必須兼顧光學(xué)需求與散熱能力，目前散熱基板及鰭片是應(yīng)用最廣泛的散熱方式。為了符合綠色環(huán)保趨勢(shì)，臺(tái)灣廠商積極開(kāi)發(fā)散熱基板中的導(dǎo)熱介電絕緣層材料，高耐熱無(wú)鹵銅箔基板是業(yè)者努力的目標(biāo)，并朝向無(wú)鹵無(wú)磷的方向邁進(jìn)。
　　目前多家燈具廠設(shè)計(jì)的LED燈具，皆采用模塊化的設(shè)計(jì)概念，并同時(shí)考慮光學(xué)與散熱結(jié)構(gòu)。一般業(yè)界常以熱流仿真軟件設(shè)計(jì)散熱鰭片的幾何外形，并搭配造型，藉由良好設(shè)計(jì)的散熱結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化寧波信息網(wǎng)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(dá)到更長(zhǎng)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(wú)法加裝風(fēng)扇做強(qiáng)制冷卻，所以在散熱片表面噴涂散熱涂料也成為臺(tái)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(chǎng)的滲透率仍待提升，其關(guān)鍵原因在于LED照明價(jià)格較高、產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)未定以及光形、壽命、可靠度等問(wèn)題尚待解決，并尚需制定檢測(cè)機(jī)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境。臺(tái)灣目前為順應(yīng)全球LED產(chǎn)業(yè)的情勢(shì)變化，各廠商皆集中資源致力于自有技術(shù)的開(kāi)發(fā)，并透過(guò)兩岸合作的機(jī)制，不斷提升發(fā)光效率改善封裝散熱技術(shù)，以及改良量產(chǎn)技術(shù)使價(jià)格更趨于低廉，共建產(chǎn)業(yè)鏈與制定產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)LED光源的發(fā)光效率可以超過(guò)200lm/W時(shí)，具有節(jié)能、長(zhǎng)壽命、免維護(hù)、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)的LED照明產(chǎn)品即可滿足大部分的照明需求，未來(lái)完全取代傳統(tǒng)照明指日可待。（