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AC LED「电」出新商机

LED之家  于2009-02-01 15:38:25  http://www.ledjia.com/ledhangye/viewarticle.php?id=2589

文章摘要:LED省电、环保、高效率的特性,让它已普遍运用在交通号誌、3C商品或汽车等各式產品上。但本来必须以直流电驱动的LED,得外接一个又大又重的电流转换器,不但造成价格的提升、电力转换的耗损外,更让LED的使用范围受限。现在台湾工研院电子与光电研究所开发出交流电LED,为这项新光源的成长空间又加诸了无限可

LED省电、环保、高效率的特性,让它已普遍运用在交通号誌、3C商品或汽车等各式產品上。但本来必须以直流电驱动的 LED,得外接一个又大又重的电流转换器,不但造成价格的提升、电力转换的耗损外,更让 LED 的使用范围受限。现在台湾工研院电子与光电研究所开发出交流电 LED,为这项新光源的成长空间又加诸了无限可能!

过去 LED 產业的高度成长,皆拜手机產业发达之赐。一个彩色萤幕照相手机从来电显示灯、按键用背光源、萤幕背光源、到照相手机闪光灯,至少要用到 10~12颗 LED,依据国际数据资讯公司(IDC)统计,2007 年全球手机出货量约为 11 亿台来估算,去年全球光是手机的 LED 需求量就达到110~132亿颗。然而,随著手机市场的渐趋饱和,LED在手机的应用成长虽然趋缓,却也因为油电高涨、环保意识抬头,开始衍生出新的成长机会。

首先,因应欧盟公告的「电子电机设备有害物质限用指令」(RoHS),禁止含有铅、汞、鎘、六价铬等的电子电机设备输入欧盟,含汞的阴极射线管(CCFL)萤幕将逐步被较环保的 LED 背光模组取代。而华硕Eee PC 和苹果电脑最新的超薄笔记型电脑 Macbook Air 的轻薄短小,更让外界体认到应用 LED 背光源的优势;因此,SONY、DELl、HP 等大厂也预计在今年推出更多的 LED 背光模组笔记型电脑。

此外,由於发光效率与散热模组的有效改善,全球大车厂如:丰田、奥迪、BMW 与通用汽车已开始採用 LED 头灯;台湾的裕隆汽车及中国的东风汽车也将在今年开始跟进,使未来 LED 在车用市场上的成长规模亦相当受到期待。

而由於 L ED 的节能环保特性,美、英、荷、加、中等国在2007 年开始如火如荼的积极展开LED CITY 示范计画。其中,中国更因为北京奥运将带来的宣传效果,积极布建 LED 路灯、广告看板、大型萤幕、字幕机及景观灯等,这样的商机也为 LED照明应用与技术的进步带来新的成长机会。

直流LED发展限制多

不过, 因为属於半导体光源的 LED 必须以直流电(DC)驱动,所以在与一般交流电(AC)之间必须要有一个转换器,但转换器体积大、重量重,不但增加成本、电力转换也有耗损,无法与现有光源的价格竞争,因此一直以来在应用范围及普及度上有所限制。工研院电光所团队突破了交流、直流转换的问题,直接用交流电驱动 LED晶片,开发出全世界第一个 AC LED 灯泡,为LED的应用与发展带来更宽广的想像空间。

带领电光所 AC LED 研发团队的组长朱慕道表示,相较於 DCLED,工研院开发出的 AC LED灯不需要整流变压器,不但缩小 LED 的体积和重量,提升了应用空间,少掉转换器元件的成本;还省下过去 LED 在直流、交流电之间转换时 15~30%的电力耗损,提升了整体 LED 的发光效率。特别是在能源危机以及高环保诉求的年代下,ACLED的这些优点著实让业界眼睛为之一亮。

背光模组需求 加速AC LED发展

朱慕道表示,目前 LED 的應用主要分為照明和顯示兩大類。在照明部分,由於 LED 光有方向性,無法提供大範圍、高亮度的主照明,因此目前仍以輔助性照明及間接照明為主,如:光線集中的閱讀燈或小夜燈等。若要進入家庭,成本上必須大幅下降,效率也要進一步克服。而顯示的應用因為對亮度的要求不若光源嚴苛,且 3C 產品的價格彈性較大,因此應用發展的腳步將會比照明快速,如筆記型電腦、電腦螢幕及 LCD TV 的背光模組等。

目前 LCD 螢幕以 CCFL 冷陰極管為主要的背光源,但其演色性偏低及含汞、亮度及色彩表現度的問題,使得效率高、耗電少、無汞污染及壽命長的 LED 受到各方重視,成為眾所矚目的替代方案;但是 LED 背光模組成本過高以及散熱的問題一直無法突破,也成為其發展限制。

工研院開發的 AC LED 使用立體導熱設計,較傳統封裝方式所接觸的導熱面積多 10 倍以上,大大的提升了散熱效果。此外,背光模組的控制基板尺寸大幅縮減,用交流電驅動,減少許多元件的耗費。目前工研院也加緊AC LED 背光模組的 LCD TV 開發測試,使得 LED 背光模組的發展進程讓人期待。

未來照明的明日之星

雖然 LED 取代現有照明光源仍有一段路要走,但相較於已經停滯的傳統燈源技術,LED 的進步速度飛快,目前效率上,已遠超過白熾燈。朱慕道說,家用燈源最常見的就是省電燈泡和日光燈,所以 AC LED 目前是以省電燈泡當做比較對象,綜合各項設備及耗電成本比較,目前雖然還略遜一籌,但依照現在的研發時程,估計明後年在效能上有機會超越省電燈泡,成為燈源的明日之星(表一)。

AC LED 团队成员之一的叶文勇博士补充,AC LED 是一种全新的 LED 操作概念,除具有不需额外整流变压电路、低电路能量损耗、防静电冲击等特点,让它具有广泛之应用价值外,工研院独特的桥式晶片设计也让 ACLED晶粒发光面积大幅增加,提高了发光效率。

AC L ED 技术另一个有别於DC L ED 或传统灯源的地方,就是万一晶粒其中几颗微小 LED 损坏不亮了,原先用在这些微小 L ED 的电压则会分配到剩餘功能正常的微小 LED上,进而提升了亮度,所以即便是其中几颗微小 LED 坏了,亮度也不会发生严重的落差,这跟 DC LED 一颗烧坏就会造成其他 LED 热集中进而短路的情形相当不同,也有别於一般人对灯源光衰的认知。

LED 若是要进入家庭,除了价格,方便更换也是一个很重要的议题。

目前国际上另一个推出 ACLED 灯的韩国首尔半导体,是将LED 焊接在金属或 PCB 基板上,一般人根本不容易更换;工研院独特的立体散热与热插拔专利设计,不但大幅提升散热效果,也让 LED 的拆卸变得跟一般灯泡一样便利。

朱慕道指出,即便国际上已出现商品化的 AC LED 產品,但由於 AC LED 相当新,目前并没有明确的安全规范与标準可遵循,一切都有待相关机构、组织与厂商们共同推动建置,这是工研院要努力的地方,也趁此机会让台湾產业有参与国际标準与规范的机会。

简单就是最好

曾有国际照明委员会(CIE)专家以「Simple is the Best!」形容工研院 AC LED 的设计。过去大家在思考 LED 照明时,多半执著於交流、直流电间的转换,没想到「直接用交流电驱动」这样一个简单的观念通了,竟为 LED 应用带来更宽广的想像空间!

而 LED 未来取代现有照明,对现有照明业者到底是机会还是威胁?朱慕道笑著说,AC LED 是一个崭新的研发、一个新的领域,工研院也希望能够集思广益,让更多人了解 AC LED 的特性,以发掘更多的相关应用。AC LED 搭起了传统照明和现有 LED 產业的桥樑,台湾產业的灵活度相当高,定能抓住ACLED衍生出的相关商机,创造更高的產值。

文林佩芬 摄影邹福生


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