臺灣LED照明技術(shù)之動態(tài) 美國能源署(DOE) 于2010年3月在Multi-Year Program Plan中推測2010年1千流明冷白光源價格將落在13美元，至2012年預(yù)估降至6美元，2015年預(yù)估降至2美元，屆時價格可媲美高強度氣體放電燈(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，價格仍偏高，至2012年可降至7~9美元左右，預(yù)計有10％的滲透率，2015年預(yù)估降至7美元以下，預(yù)計會有50％的滲透率，屆時也將是LED照明的成熟時期。DOE同時推估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灣LED照明業(yè)者目前積極發(fā)展的方向。

　?。⊿ource: 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
　　在照明級高功率LED發(fā)光芯片的開發(fā)方面，臺灣上游芯片廠在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)計時可簡化結(jié)構(gòu)設(shè)計就達(dá)到良好出光效果，并兼具較佳的散熱、電流分布及低驅(qū)動電壓。由于專利設(shè)計回避的關(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，目前各家也積極開發(fā)白光芯片POC(Phosphor On Chip)技術(shù)，在芯片等級就完成波長轉(zhuǎn)換使芯片本身就是白光且是點光源，使封裝在設(shè)計和表現(xiàn)方面都比傳統(tǒng)點膠的白光LED具有優(yōu)勢。但目前仍有制造的良率問題待克服。
　　（2）高功率LED散熱基板
　　臺灣下游LED散熱基板市場在2010年有多家廠商加入，以被動組件廠居多。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時間信賴性的特點，高功率操作更凸顯其優(yōu)勢。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)品性價比方面都不具優(yōu)勢。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、高線路分辨率與對位精度以及較佳的尺寸安定性和散熱效果等特點，可說是目前最適合高功率且小尺寸LED發(fā)展的散熱基板。雖然目前價格上仍高出金屬支架數(shù)倍，但在各家競相投入的態(tài)勢下，降價的速度也會加快腳步。
　　（3）AC LED
　　自AC LED應(yīng)用研發(fā)聯(lián)盟于2008年10月成立以來，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AC LED標(biāo)準(zhǔn)加入CIE國際標(biāo)準(zhǔn)化組織，將AC LED量測納入TC2-63之標(biāo)準(zhǔn)草案內(nèi)容中，將AC LED標(biāo)準(zhǔn)國際化。AC LED是一種可以直接被交流電(110V/220V)所驅(qū)動，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立的微晶粒，再將微晶粒互相串接形成回路，在晶粒面積、微晶粒數(shù)量與回路方式方面均透過設(shè)計與分析，以符合實際的需求。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，光源較具彈性的設(shè)計空間。從LED的角度來看，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相比具有性價比優(yōu)勢。
　　（4）HV LED(High-Voltage-LED)
　　和AC LED相比，HV LED是為彌補單顆DC LED僅能低壓驅(qū)動及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，且恒時發(fā)光提供了更高的發(fā)光效率，同時也能夠應(yīng)用在高壓DC驅(qū)動的照明市場。目前HV LED的效率已高于AC LED 20％，未來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，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)計多樣化等優(yōu)勢，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散熱基板也是臺灣廠商近年另一個研發(fā)方向。以硅晶圓做封裝載板在制程時會有封裝密集度高的成本優(yōu)勢，在散熱和可靠度方面也具有一定的水平。未來可朝向真正的晶圓級封裝發(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
　　在燈具的光源設(shè)計方面，臺灣廠商逐漸導(dǎo)入COB(Chip-on-board)做燈具光源選項之一，因為其具有光源集中特性，可簡化燈具機構(gòu)光學(xué)設(shè)計并改善用多顆LED芯片做光源時容易因多點高指向性導(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膠的方式，目前已有用熒光粉molding的產(chǎn)品推出，好處是沒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臺灣廠商研發(fā)的方向。當(dāng)熒光粉離芯片愈遠(yuǎn)時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。
　　應(yīng)用于燈管的高反射率的燈罩也是目前開發(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。
　?。?）散熱設(shè)計
　　散熱問題關(guān)系LED產(chǎn)品的壽命，尤其燈具的設(shè)計必須兼顧光學(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，臺灣廠商積極開發(fā)散熱基板中的導(dǎo)熱介電絕緣層材料，高耐熱無鹵銅箔基板是業(yè)者努力的目標(biāo)，并朝向無鹵無磷的方向邁進(jìn)。
　　目前多家燈具廠設(shè)計的LED燈具，皆采用模塊化的設(shè)計概念，并同時考慮光學(xué)與散熱結(jié)構(gòu)。一般業(yè)界常以熱流仿真軟件設(shè)計散熱鰭片的幾何外形，并搭配造型，藉由良好設(shè)計的散熱結(jié)構(gòu)，強化寧波信息網(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，大部分燈具都無法加裝風(fēng)扇做強制冷卻，所以在散熱片表面噴涂散熱涂料也成為臺灣業(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)品在照明市場的滲透率仍待提升，其關(guān)鍵原因在于LED照明價格較高、產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)未定以及光形、壽命、可靠度等問題尚待解決，并尚需制定檢測機制與體系，確保LED產(chǎn)品的質(zhì)量及規(guī)范，以建立良性的市場競爭環(huán)境。臺灣目前為順應(yīng)全球LED產(chǎn)業(yè)的情勢變化，各廠商皆集中資源致力于自有技術(shù)的開發(fā)，并透過兩岸合作的機制，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200lm/W時，具有節(jié)能、長壽命、免維護、環(huán)保等優(yōu)點的LED照明產(chǎn)品即可滿足大部分的照明需求，未來完全取代傳統(tǒng)照明指日可待。（