我国台湾地区固态照明技术与产品发展概况

所谓的固态照明是指其发光部位为固体（与日光灯的气体发光不同），故LED与OLED（有机电激发光二极管），均属固态照明光源。OLED虽然商品化脚步较LED为慢，但发光均匀性、与量产性是其优势所在，在回顾固态照明之技术进展时，并不应该轻视OLED的技术发展进度。

LED技术进展

回顾各LED与OLED大厂在过去一年内的技术进展。首先来看LED龙头厂商日亚化学的进展。日亚于2007年9月时发表了其新型LED，该实验型产品在顺向电流为350mA的条件下，光通量可达145lm，发光效率约为134lm/W，芯片的大小为1mm2，色温为4,988K（在If=20mA的情况下，发光效率更高达169 lm/W）。

而此新产品亦是使用蓝光LED搭配YAG荧光粉而发出白光，而发光效率得以提升的的主要因素为蓝光LED的效率有进步，该蓝光LED在If=350mA与1A的条件下，其发光功率分别为651mW与1.7W。

除了白光LED外，日亚也发表了新型的蓝光与绿光LED，两款芯片的大小皆为1mm2，在If=350mA的条件下，蓝光与绿光LED的发光效率分别为80 lm/W与109 lm/W。

第二大厂OSRAM Opto Semiconductors也于2007年9月时发表了其新型的绿光LED产品，该芯片大小为1mm2。在驱动电流为1A的条件下，可发出191 lm的光通量，发光效率为48 lm/W，波长为527nm；而在驱动电流为350mA时，发光效率则可达81 lm/W，波长则变为532nm。OSRAM此次发表的新产品改善Droop现象（蓝光LED、绿光LED等将InGaN作为发光层的LED在提高输入电流密度时发光效率出现下降的现象），来使发光效率获得提升，此产品未来将朝向LED投影机光源的应用发展。

而目前市面上的高功率芯片主要提供者Cree，也在2007年9月时发布了其研究成果，其新型实验品为一LED数组(Array)，由复数芯片所组合而成，其操作电流大小为350mA，总消耗功率将近8W，发光效率可达88~95 lm/W。该公司于2006年7月时所发表的LED数组之发光效率则为79 lm/W，显示一年内LED发光效率提升了11％~20％。

此外，Cree也于同时发表了两款新型高功率白光LED的研发成果，其中一项产品可承受高达4A驱动电流之白光LED，可发出高达1,050 lm之冷白光，发光效率为72 lm/W（同条件下可发出760 lm之暖白光，发光效率为52 lm/W）；另一项则可在350mA的驱动电流下，发出136 lm(Cool White,5,813K)与104 lm (Warm White,2,950K)之光通量，发光效率分别为129 lm/W与99 lm/W。并预期两款原型产品皆可于两年内进入量产阶段。而在绿光LED方面也有进展，Cree于同年11月发表了其新型绿光LED产品可在350mA之驱动电流下发出87.5 lm的光通量。

在高功率LED封装技方面被认为有独到之处的Philips Lumileds则是于2007年1月时宣称其高功率白光LED之发光效率已达115 lm/W（在驱动电流为350mA的情况下)。同年11月时则发表了其新型量产化商品Luxeon K2，可承受1A之驱动电流，最大可至1.5A，并发出160 lm以上之光通量，是LED业界第一款商品化的1A LED。

除了在发光效率与可承受之驱动电流上下功夫外，Lumileds也针对LED照明商品化的一大问题—LED的均匀性，进行改善，于2007年8月时发表了Lumiramic技术，该技术可将LED的色温范围减低为原本的1/4，可减少各个LED间色温不均的现象（参照图1）。

图1　Lumileds之 Lumiramic技术简图

资料来源：Philips Lumileds

Lumileds也订出了未来的发展目标（参照表1），目前LED的内部量子效率仍是其发光效率能否提升的重要关键，特别是在高驱动电流下所发生的Droop现象，更是LED能否跨入主流照明应用的一大课题。Lumileds虽提出其对Droop现象的解释及其认为可行的解决方法。但仍有许多专家并不同意Lumileds所提出的理论，加上亦有厂商表示，他们曾测试过Lumileds的产品，并亲自试验过Lumileds所提出的解决方案，Droop现象不能说没有获得改善，但效果并不如Lumileds所宣称的那么良好，故Droop的成因、机构与解决方案目前仍有争议。

　　　　　　　　　　　　　　　表1　Lumileds之高功率LED发展规划

资料来源：Philips Lumiled

OLED 技术进展

图2为OLED近9年来之技术发展情况，2006年8月时，UDC公布其白光OLED之外部量子效率可达30％，且在850nits的辉度下，其发光效率可达30lm/W，CRI则为70。同年6月时，Eastman Kodak则公布了发光效率达64lm/W的白光OLED（辉度为1,000nits，宣称寿命(t50)可达一万小时)，该公司也于2007年6月时，开发出光取出效率达46％的白光OLED。UDC亦于同年9月时开发出辉度高达3,000nits的6吋OLED面板，较现有的荧光灯产品辉度更高。

图2　OLED技术发展进程

资料来源：Panasonic

而最近OSRAM Opto亦于2008年3月时发表了其最新研究成果，其最新型实验产品之发光效率可达46 lm/W，且在初始辉度为1000nits的情况下，寿命可达5,000小时。该公司并预期在2009年3月时，可进一步达成以10W以下之电力产生500 lm以上之光通量的目标。

该研究是OSRAM Opto在德国教育研究部(Ministry for Education and Research,BMBF)所推动的OPAL(Organic Phosphoresce Diodes for Applications on the Lighting Market)计划下之「500 lm Multi-OLED Module」子计划的成果之一。该计划的相关参与研究机构也包括了Darmstadt、Braunschweig、Augsburg、IPMS与Siemens等知名大学与公司，显示德国产、官、学界间的巧妙合作与对OLED研究发展之重视。

LED及OLED各有胜出

就LED与OLED两者而言，LED在省电效能与体积大小上具有优势，而OLED则是在发光均匀性与设计弹性上较占便宜，故两者在未来的照明市场上交锋结果，目前实难预料。故仅将目前两者之最新技术进展整理于表2，以供参考。

表2　固态照明最新技术进展

全球照明市场概况

全球的照明市场约在700~800亿美元之间，请参照图3、4，如以地区分，最大的市场为美国与欧洲，两者约占全球近60％的市场，其它新兴国家如中国与印度对照明灯具的需求亦快速上升中。而白炽灯由于价格便宜、演色性高与色温低，较为欧美民众所接受。根据中国海关的统计，我国大陆地区于2005年共出口了各类白炽灯共99亿个，而每年全球照明用白炽灯之需求量估计超过200亿个，以印度为例，印度每年对灯泡的需求约在6亿5千万左右，其中白炽灯即占了6亿4千万，显见价格平易近人的白炽灯需求量依然十分庞大，但白炽灯单价极低，以我国大陆的统计资料而言，一般照明用白炽灯的出口单价仅0.9美元。

图3　全球一般照明市场（应用别）

资料来源：Philips Lighting

图4　全球一般照明市场（产品别）

资料来源：Philips Lighting

如就光源的种类做区分，由于无法取得全球市场情况，以对省电灯泡接受程度较高的日本市场为例，图5为富士经济对日本的照明市场所做的预测，显示目前兼具高效能与合理价格的荧光灯即将取代白炽灯，成为照明市场的主流。

图5　日本节能照明的渗透率

资料来源：富士经济

就全球市场的情况而言，近来由于白炽灯泡效率太差，已有澳大利亚、英国、加拿大、台湾等数国政府决定逐步禁止使用白炽灯，未来加入的国家相信会快速增加。过去欧美消费者较喜爱可发出暖光的白炽灯具，但由于政府强力主导禁用白炽灯，加上荧光灯制造商目前也已开发出可发出暖光的节能灯具，相信可望加速荧光灯取代白炽灯的时程。

商品发展动向

Toshiba于2007年11月时即已开发出可取代60W白炽灯的LED灯泡，名为「E-CORE60」，该产品使用6颗LED，可发出390 lm之光通量，与一般60W之白炽灯（约380 lm）相近，但总消耗功率仅7.8W，为白炽灯的13％。其寿命(t70)则为20,000小时，寿命约为一般白炽灯泡的10倍。

而目前高功率LED的发光效率约可达80~90 lm/W，但实际使用时由于温度的上升以及电路设计上的损失都会降低实际发光效率，就目前技术而言，最终的灯具整体发光效率约为LED发光效率的一半（参见图6）。

图6　LED灯具效率损失分析

资料来源：Toshiba

E-CORE60在性能表现上没有问题，但目前单颗价格约为25,000日元，而一个普通白炽灯泡的价格约为100日元，如以一年使用4,000小时，每度电费22日元计算，则需5年左右方可还本。不禁令人怀疑一般消费者是否能够忍受如此长的投资回收期。而一旦LED灯具发生故障，回本时间必然拉得更长，加上厂商仍仅愿意保修一年，对消费者来说保障稍嫌不足。

再看另外一个例子，日本的IDEC在他们新建设好的大楼中，完全采用LED照明，该大楼的面积约为2,378平方米，共使用了11,000个白光LED，与采用传统照明时相比，总消耗电量可减少约41％。

但IDEC的初期建设成本却高达3,500万日元，其中最主要支出仍为白光LED，其成本是使用传统照明（约1,300~1,500万日元）的两倍以上，如也以一年使用4,000小时来计算，则约需11年，总成本方能低于采用荧光灯等传统照明。相信这也不是一般厂商所能够接受的数字，IDEC预估当初始成本为传统照明的1.3倍时，回收期可缩短至4年。

预估2015年渗透率可达10％

固态照明是将来的必然趋势，目前最大的障碍仍在于价格、测量标准与散热，但在测量标准方面，2008下半年即可能有草案出炉。而散热问题的严重性会随着发光效率的提升、封装技术的进步与高散热材料的开发而降低，因此最主要的因素仍在于价格，但LED照明大厂OSRAM亦预期在5年内，LED的价格有机会降至100 lm/euro。所以我们应可乐观地相信到2015年时，LED于一般照明的渗透率可达10％的预言应会成真。