2008年9月，臺(tái)灣工研院以「芯片式交換電發(fā)光二極管照明技巧(On Chip AC LED Lighting Technology)」獲得美國R&D 100 Awards確定。2008年10月更與廠商合作成立「AC LED 利用研發(fā)同盟」，透過產(chǎn)業(yè)垂直整合發(fā)展，積極在全球布局AC LED相干專利。以AC LED可直接在交換電下運(yùn)作的特征，配合特有插拔式散熱封裝，將對(duì)傳統(tǒng)LED在照明及相干利用帶來沖擊，同時(shí)也為臺(tái)灣LED廠商發(fā)展另創(chuàng)新的商機(jī)。
一. AC LED利用交換電直接驅(qū)動(dòng)，顛覆傳統(tǒng)利用
不論是家庭、工貿(mào)易或公共享電，大多以交換電(Alternating Current，AC)的方法供給，重要是為了避免遠(yuǎn)間隔的電力傳送會(huì)有過剩損耗，才采用交換電的方法輸送到應(yīng)用端，故電器必需設(shè)計(jì)成交換電驅(qū)動(dòng)應(yīng)用，否則會(huì)因電壓不符而產(chǎn)生短路標(biāo)題。
傳統(tǒng)LED皆須以直流電(Direct Current，DC)做為驅(qū)動(dòng)，因此在應(yīng)用一般交換電作為電源供應(yīng)的同時(shí)，必需附帶整流變壓器將AC/DC轉(zhuǎn)換，才干確保LED的正常運(yùn)作。而利用上一直夸張LED省電的特征，但在AC/DC轉(zhuǎn)換的過程中，實(shí)在有高達(dá)15～30％的電力耗費(fèi)，應(yīng)用上依舊不具效率；因此，研發(fā)可直接用AC驅(qū)動(dòng)的LED就成了一個(gè)新構(gòu)想。
臺(tái)灣工研院成功研發(fā)出可在交換電110V下直接應(yīng)用的AC LED，搭配特有的立體導(dǎo)熱和可插拔式封裝技巧，于2008年榮獲美國R&D 100國際大獎(jiǎng)確定。AC LED除了增加利用上的方便性外，更將為LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展掀起一波新革命時(shí)代。
(一) 在照明燈源演進(jìn)上AC LED占盡上風(fēng)
傳統(tǒng)白熾燈因電光效率轉(zhuǎn)換差，且有環(huán)保上的標(biāo)題，在節(jié)能減碳風(fēng)潮帶動(dòng)下，2010年起全球?qū)⒓娂娊?，宣布LED照明普及時(shí)代已不遠(yuǎn)，唯目前仍需精進(jìn)白光LED發(fā)光效率和散熱設(shè)計(jì)。
LED在電流通過發(fā)光時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱能，而DC LED在AC/DC轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生更多熱能，因此散熱設(shè)計(jì)將是影響LED應(yīng)用壽命的關(guān)鍵。一般設(shè)計(jì)是直接將LED和散熱基板焊在一起，當(dāng)LED燈源損壞時(shí)，必需全部基座汰換。而工研院研發(fā)的AC LED采用可插拔式立體導(dǎo)熱封裝技巧，除增加導(dǎo)熱面積外，當(dāng)燈源損耗時(shí)可直接以插拔方法汰換，較DC LED方便，也因此特別的插拔式技巧獲得美國R&D 100國際大獎(jiǎng)確定。



AC LED透過特別電路設(shè)計(jì)可直接應(yīng)用交換電驅(qū)動(dòng)，不需配合整流變壓器也能正常運(yùn)作，所以在照明燈具設(shè)計(jì)上，體積及重量都能較一般DC LED燈具更有上風(fēng)。但目前因發(fā)光效率仍比DC LED差，價(jià)格也較貴，在利用推廣上仍需一段時(shí)間。



(二) AC LED搭配可插拔式封裝，應(yīng)用更為方便
工研院在此次得獎(jiǎng)的AC LED研發(fā)上有兩大重要技巧，分辨為「高效橋式AC LED芯片技巧」和「低熱阻立體導(dǎo)熱插拔LED封裝技巧」。
橋式AC LED芯片技巧重要是利用橋式整流電路的設(shè)計(jì)，將AC電流導(dǎo)進(jìn)后經(jīng)過轉(zhuǎn)換，會(huì)輸出DC電流；此外，工研院亦突破微晶粒制程技巧，在單顆1mm2的面積內(nèi)排列出約百顆微晶粒，更有效晉升整片AC LED芯片的發(fā)光效率。


當(dāng)電壓為順向偏壓時(shí)，電流會(huì)順著某一方向流出，通過發(fā)光二極管使其發(fā)光；當(dāng)電壓為逆向偏壓時(shí)，電流往反方向運(yùn)動(dòng)，使另一邊的發(fā)光二極管發(fā)光。本來輸進(jìn)的交換電，透過橋式電路整流后會(huì)轉(zhuǎn)變其波型；而橋式整流過程中會(huì)有漏電情況產(chǎn)生，輸出的電壓情勢較接近直流電。


低熱阻立體導(dǎo)熱插拔LED封裝，則是此次工研院電光所獲得美國R&D 100大獎(jiǎng)確定的技巧核心。國際上接口熱阻封裝安規(guī)尺度不能大于3℃/W，電光所利用立體式導(dǎo)熱封裝的概念，將導(dǎo)熱的接觸面積增加為底本的10倍，散熱的體積也增加，使接口熱阻僅0.3℃/W，大幅改良LED最為人詬病的散熱標(biāo)題。因?qū)㈦娐泛蜕嵴显诜庋b內(nèi)部，亦搭配插拔式的外型，可直接在一般交換電的插槽調(diào)換應(yīng)用，增加方便性。


由于目前臺(tái)灣廠商生產(chǎn)的LED發(fā)光效率仍較差，在能量不滅的定理下，產(chǎn)生的熱能也較多，因此如何解決散熱標(biāo)題就更為重要。相對(duì)于發(fā)光效率較好的歐美日大廠LED產(chǎn)生的熱能較少，是否由于臺(tái)廠有更好的散熱系統(tǒng)而將其市場腐化，仍需持保留的態(tài)度。但不可否定的是，工研院將LED封裝型式設(shè)計(jì)為插拔式調(diào)換，不需將LED和散熱基板焊接在一起，大大晉升了LED應(yīng)用上的方便性。
二. AC LED相干利用與未來發(fā)展方向
在產(chǎn)學(xué)研積極合作發(fā)展AC LED產(chǎn)業(yè)之下，配合節(jié)能概念，目前已有相干利用商品的出生，而在技巧發(fā)展的同時(shí)應(yīng)早日在全球進(jìn)行專利布局，才干取得競爭上風(fēng)。
(一) AC LED照明產(chǎn)品已可量產(chǎn)，背光源尚處于樣品示范階段
由于AC LED可直接用交換電導(dǎo)通，應(yīng)用上可不需另置整流變壓器，在利用方便性的發(fā)展趨勢上更是不容疏忽。目前臺(tái)灣市面上已有AC LED商品嶄露頭角，重要是由液光固態(tài)照明公司(LIQUIDLEDS)生產(chǎn)，交由艾爾莎(ELSA)代理銷售。產(chǎn)品的規(guī)格以2W和4W為主，選用韓國首爾半導(dǎo)體的白光AC LED芯片，搭配特別液態(tài)盡緣油散熱，光源經(jīng)過液體的光折射后更為均勻射出，在外觀上則選用玻璃封裝更可耐酸堿。



而臺(tái)灣工研院所設(shè)計(jì)的AC LED規(guī)格是以5W為主，目前正在開發(fā)8W和10W。于公然舉辦的展覽會(huì)中已有相干的LED照明臺(tái)燈登場，由燈具設(shè)計(jì)更可見較傳統(tǒng)臺(tái)燈輕盈。工研院日前亦將AC LED用于42寸LCD TV背光模塊，已成功完成樣品機(jī)的示范，尚未進(jìn)進(jìn)量產(chǎn)階段，重要在于技巧和散熱標(biāo)題仍需克服。但AC LED體積小與重量輕的特征，在大尺寸面板背光源設(shè)計(jì)上將成為不容疏忽的發(fā)展趨勢。


(二) AC LED的專利布局
1996年日廠Nichia成功以藍(lán)光為基礎(chǔ)，搭配黃色螢光粉，開發(fā)出白光LED取得相干專利，其它廠商為避免糾紛，也僅能以專利授權(quán)的方法生產(chǎn)，使Nichia在全球白光LED市場成為龍頭大廠。
目前全球LED市場競爭的如火如荼，舊有LED廠商積極朝高低游垂直整合發(fā)展，而各大集團(tuán)也將其事業(yè)版圖拓展至LED產(chǎn)業(yè)，將LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展推向新的戰(zhàn)國時(shí)代。反觀AC LED的發(fā)展，除了臺(tái)灣以外，僅有韓國首爾半導(dǎo)體動(dòng)作最為積極，美國的研發(fā)僅停留在實(shí)驗(yàn)室階段，日本大廠則尚無任何相干布局。因此臺(tái)灣AC LED在專利上的布局應(yīng)更加快腳步，才干有機(jī)會(huì)在未來的數(shù)年內(nèi)成為AC LED產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)頭羊。


三. 以利用研發(fā)同盟方法催生AC LED產(chǎn)業(yè)
傳統(tǒng)的LED產(chǎn)業(yè)，根據(jù)不同的磊晶材料制程會(huì)產(chǎn)生不同的光色，經(jīng)過尺度型式封裝，產(chǎn)生一般常見的LED，如炮彈型LED和SMD型LED等。再根據(jù)利用端所需的特征挑選合適的LED，像手機(jī)背光需要體積較小的LED，因此大多采用SMD型白光LED為主。目前的產(chǎn)業(yè)發(fā)展是由上而下垂直分工，因市場競爭激烈，商品并無差別性而造成快速跌價(jià)，影響廠商營運(yùn)，因此近期皆可見國內(nèi)外廠商采用垂直整合的方法布局。
目前的AC LED多是以利用真?zhèn)€需求出發(fā)，根據(jù)不同的需求特征做出特有的封裝型式，商品更具差別化。因此當(dāng)廠商取得特有利用封裝技巧的專利，更輕易在利用市場上取得競爭上風(fēng)，此種觀念打破傳統(tǒng)LED尺度封裝型式，也可免往廠商殺價(jià)競爭而壓縮毛利的局面。


不過，AC LED利用的普及并不會(huì)完整代替?zhèn)鹘y(tǒng)DC LED利用市場，由于可攜式產(chǎn)品仍然需要依附電池供電，而電池為直流電輸出，因此在應(yīng)用LED的時(shí)候，DC LED依舊是最合適的選擇。就目前市場發(fā)展而言，全球背光源產(chǎn)值仍為最大批，特別在手機(jī)市場及2009年積極成長的LED NB和Netbook利用，都明顯可知DC LED有其不可被代替的地位。
因此AC LED未來發(fā)展的趨勢，應(yīng)專注于以交換電驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品為主，象是照明燈具、電視背光源、出進(jìn)口唆使燈及建筑景觀照明美化等利用。廠商更需積極開辟相干利用市場，才干以其差別化的封裝技巧與產(chǎn)品，取得在市場上的生存機(jī)會(huì)。


由于AC LED產(chǎn)業(yè)必需積極拓展利用端需求，工研院與業(yè)界共同合作，在2008年10月成立「AC LED利用研發(fā)同盟」，目前在中上游端僅晶電和鼎元獲得工研院專利授權(quán)，封裝方面則由福華最先試產(chǎn)，隨后參加光寶和高基共同為封裝技巧精進(jìn)。目前在利用端僅有照明和背光源產(chǎn)品，未來仍有相當(dāng)大的發(fā)展空間。
四. TRI 觀點(diǎn)
AC LED并非是創(chuàng)新的技巧，但工研院全球開創(chuàng)熱插拔式AC LED，在照明產(chǎn)品利用上，不僅比傳統(tǒng)DC LED和一般燈泡更為節(jié)能外，類似于一般燈泡拆卸的調(diào)換方法，比DC LED應(yīng)用上更為方便。而其立體式散熱封裝的構(gòu)想，也有效解決LED散熱的標(biāo)題，晉升應(yīng)用壽命。
因微晶粒的制程過程，晉升AC LED的發(fā)光效率，加上不需要搭配整流變壓器的應(yīng)用，可大幅縮減燈源大小，使燈具設(shè)計(jì)標(biāo)題與造型更為輕易。而其用于42寸LCD TV的AC LED背光源也僅于實(shí)驗(yàn)室做出樣品，并未能達(dá)到量產(chǎn)尺度。但AC LED用于大尺寸背光模塊的成功例子，更鼓勵(lì)廠商樂觀看待此市場發(fā)展。
擁有此項(xiàng)熱插拔式LED技巧的工研院，藉由專利授權(quán)與技巧移轉(zhuǎn)，垂直整合AC LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，臺(tái)灣AC LED在全球?qū)＠季志佑陬I(lǐng)先地位，國外僅韓國首爾半導(dǎo)體發(fā)展最為積極。藉由AC LED利用研發(fā)同盟發(fā)展，未來將利用AC LED技巧取得全球LED產(chǎn)業(yè)最佳的競爭上風(fēng)。