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当前位置技术知识 >> 解析AC LED利用与发展趋势

2008年9月，台湾工研院以「芯片式交换电发光二极管照明技巧(On Chip AC LED Lighting Technology)」获得美国R&D 100 Awards确定。2008年10月更与厂商合作成立「AC LED 利用研发同盟」，透过产业垂直整合发展，积极在全球布局AC LED相干专利。以AC LED可直接在交换电下运作的特征，配合特有插拔式散热封装，将对传统LED在照明及相干利用带来冲击，同时也为台湾LED厂商发展另创新的商机。
一. AC LED利用交换电直接驱动，颠覆传统利用
不论是家庭、工贸易或公共享电，大多以交换电(Alternating Current，AC)的方法供给，重要是为了避免远间隔的电力传送会有过剩损耗，才采用交换电的方法输送到应用端，故电器必需设计成交换电驱动应用，否则会因电压不符而产生短路标题。
传统LED皆须以直流电(Direct Current，DC)做为驱动，因此在应用一般交换电作为电源供应的同时，必需附带整流变压器将AC/DC转换，才干确保LED的正常运作。而利用上一直夸张LED省电的特征，但在AC/DC转换的过程中，实在有高达15～30％的电力耗费，应用上依旧不具效率；因此，研发可直接用AC驱动的LED就成了一个新构想。
台湾工研院成功研发出可在交换电110V下直接应用的AC LED，搭配特有的立体导热和可插拔式封装技巧，于2008年荣获美国R&D 100国际大奖确定。AC LED除了增加利用上的方便性外，更将为LED产业的发展掀起一波新革命时代。
(一) 在照明灯源演进上AC LED占尽上风
传统白炽灯因电光效率转换差，且有环保上的标题，在节能减碳风潮带动下，2010年起全球将纷纷禁用，宣布LED照明普及时代已不远，唯目前仍需精进白光LED发光效率和散热设计。
LED在电流通过发光时会产生热能，而DC LED在AC/DC转换过程中产生更多热能，因此散热设计将是影响LED应用寿命的关键。一般设计是直接将LED和散热基板焊在一起，当LED灯源损坏时，必需全部基座汰换。而工研院研发的AC LED采用可插拔式立体导热封装技巧，除增加导热面积外，当灯源损耗时可直接以插拔方法汰换，较DC LED方便，也因此特别的插拔式技巧获得美国R&D 100国际大奖确定。



AC LED透过特别电路设计可直接应用交换电驱动，不需配合整流变压器也能正常运作，所以在照明灯具设计上，体积及重量都能较一般DC LED灯具更有上风。但目前因发光效率仍比DC LED差，价格也较贵，在利用推广上仍需一段时间。



(二) AC LED搭配可插拔式封装，应用更为方便
工研院在此次得奖的AC LED研发上有两大重要技巧，分辨为「高效桥式AC LED芯片技巧」和「低热阻立体导热插拔LED封装技巧」。
桥式AC LED芯片技巧重要是利用桥式整流电路的设计，将AC电流导进后经过转换，会输出DC电流；此外，工研院亦突破微晶粒制程技巧，在单颗1mm2的面积内排列出约百颗微晶粒，更有效晋升整片AC LED芯片的发光效率。


当电压为顺向偏压时，电流会顺著某一方向流出，通过发光二极管使其发光；当电压为逆向偏压时，电流往反方向运动，使另一边的发光二极管发光。本来输进的交换电，透过桥式电路整流后会转变其波型；而桥式整流过程中会有漏电情况产生，输出的电压情势较接近直流电。


低热阻立体导热插拔LED封装，则是此次工研院电光所获得美国R&D 100大奖确定的技巧核心。国际上接口热阻封装安规尺度不能大于3℃/W，电光所利用立体式导热封装的概念，将导热的接触面积增加为底本的10倍，散热的体积也增加，使接口热阻仅0.3℃/W，大幅改良LED最为人诟病的散热标题。因将电路和散热整合在封装内部，亦搭配插拔式的外型，可直接在一般交换电的插槽调换应用，增加方便性。


由于目前台湾厂商生产的LED发光效率仍较差，在能量不灭的定理下，产生的热能也较多，因此如何解决散热标题就更为重要。相对于发光效率较好的欧美日大厂LED产生的热能较少，是否由于台厂有更好的散热系统而将其市场腐化，仍需持保留的态度。但不可否定的是，工研院将LED封装型式设计为插拔式调换，不需将LED和散热基板焊接在一起，大大晋升了LED应用上的方便性。
二. AC LED相干利用与未来发展方向
在产学研积极合作发展AC LED产业之下，配合节能概念，目前已有相干利用商品的出生，而在技巧发展的同时应早日在全球进行专利布局，才干取得竞争上风。
(一) AC LED照明产品已可量产，背光源尚处于样品示范阶段
由于AC LED可直接用交换电导通，应用上可不需另置整流变压器，在利用方便性的发展趋势上更是不容疏忽。目前台湾市面上已有AC LED商品崭露头角，重要是由液光固态照明公司(LIQUIDLEDS)生产，交由艾尔莎(ELSA)代理销售。产品的规格以2W和4W为主，选用韩国首尔半导体的白光AC LED芯片，搭配特别液态尽缘油散热，光源经过液体的光折射后更为均匀射出，在外观上则选用玻璃封装更可耐酸碱。



而台湾工研院所设计的AC LED规格是以5W为主，目前正在开发8W和10W。于公然举办的展览会中已有相干的LED照明台灯登场，由灯具设计更可见较传统台灯轻盈。工研院日前亦将AC LED用于42寸LCD TV背光模块，已成功完成样品机的示范，尚未进进量产阶段，重要在于技巧和散热标题仍需克服。但AC LED体积小与重量轻的特征，在大尺寸面板背光源设计上将成为不容疏忽的发展趋势。


(二) AC LED的专利布局
1996年日厂Nichia成功以蓝光为基础，搭配黄色萤光粉，开发出白光LED取得相干专利，其它厂商为避免纠纷，也仅能以专利授权的方法生产，使Nichia在全球白光LED市场成为龙头大厂。
目前全球LED市场竞争的如火如荼，旧有LED厂商积极朝高低游垂直整合发展，而各大集团也将其事业版图拓展至LED产业，将LED产业发展推向新的战国时代。反观AC LED的发展，除了台湾以外，仅有韩国首尔半导体动作最为积极，美国的研发仅停留在实验室阶段，日本大厂则尚无任何相干布局。因此台湾AC LED在专利上的布局应更加快脚步，才干有机会在未来的数年内成为AC LED产业的领头羊。


三. 以利用研发同盟方法催生AC LED产业
传统的LED产业，根据不同的磊晶材料制程会产生不同的光色，经过尺度型式封装，产生一般常见的LED，如炮弹型LED和SMD型LED等。再根据利用端所需的特征挑选合适的LED，像手机背光需要体积较小的LED，因此大多采用SMD型白光LED为主。目前的产业发展是由上而下垂直分工，因市场竞争激烈，商品并无差别性而造成快速跌价，影响厂商营运，因此近期皆可见国内外厂商采用垂直整合的方法布局。
目前的AC LED多是以利用真个需求出发，根据不同的需求特征做出特有的封装型式，商品更具差别化。因此当厂商取得特有利用封装技巧的专利，更轻易在利用市场上取得竞争上风，此种观念打破传统LED尺度封装型式，也可免往厂商杀价竞争而压缩毛利的局面。


不过，AC LED利用的普及并不会完整代替传统DC LED利用市场，由于可携式产品仍然需要依附电池供电，而电池为直流电输出，因此在应用LED的时候，DC LED依旧是最合适的选择。就目前市场发展而言，全球背光源产值仍为最大批，特别在手机市场及2009年积极成长的LED NB和Netbook利用，都明显可知DC LED有其不可被代替的地位。
因此AC LED未来发展的趋势，应专注于以交换电驱动的产品为主，象是照明灯具、电视背光源、出进口唆使灯及建筑景观照明美化等利用。厂商更需积极开辟相干利用市场，才干以其差别化的封装技巧与产品，取得在市场上的生存机会。


由于AC LED产业必需积极拓展利用端需求，工研院与业界共同合作，在2008年10月成立「AC LED利用研发同盟」，目前在中上游端仅晶电和鼎元获得工研院专利授权，封装方面则由福华最先试产，随后参加光宝和高基共同为封装技巧精进。目前在利用端仅有照明和背光源产品，未来仍有相当大的发展空间。
四. TRI 观点
AC LED并非是创新的技巧，但工研院全球开创热插拔式AC LED，在照明产品利用上，不仅比传统DC LED和一般灯泡更为节能外，类似于一般灯泡拆卸的调换方法，比DC LED应用上更为方便。而其立体式散热封装的构想，也有效解决LED散热的标题，晋升应用寿命。
因微晶粒的制程过程，晋升AC LED的发光效率，加上不需要搭配整流变压器的应用，可大幅缩减灯源大小，使灯具设计标题与造型更为轻易。而其用于42寸LCD TV的AC LED背光源也仅于实验室做出样品，并未能达到量产尺度。但AC LED用于大尺寸背光模块的成功例子，更鼓励厂商乐观看待此市场发展。
拥有此项热插拔式LED技巧的工研院，藉由专利授权与技巧移转，垂直整合AC LED产业的发展，台湾AC LED在全球专利布局居于领先地位，国外仅韩国首尔半导体发展最为积极。藉由AC LED利用研发同盟发展，未来将利用AC LED技巧取得全球LED产业最佳的竞争上风。