LED照明商業化發展趨勢 智慧應用 影音
D Book
231
Digikey microsite
世平

LED照明商業化發展趨勢

  • DIGITIMES企劃

晶元光電現場展示之解決方案,吸引專業學員駐足詢問。
晶元光電現場展示之解決方案,吸引專業學員駐足詢問。

最早與三星合作將LED導入手機應用的晶元光電,在照明領域腳步也相當積極。該公司技術副總經理謝明勲在論壇中針對LED照明趨勢做詳盡分析,並提出商品化過程面臨的問題和突破性技術。
LED照明大勢所趨 技術問題待克服

2008年ETP提出,2050年全球排碳量要從620億噸下降為140億噸(BLUE Map scenario),減少這480億噸的關鍵技術中,以能源使用端效率的改善最為重要,預計占47%,其次為再生能源的供給,占21%。LED照明就是從使用端省電的方式,符合低碳經濟趨勢。

晶元光電,副總經理,謝明勳

晶元光電,副總經理,謝明勳

LED的效率趨勢如何?以各種光源的發光效率來看,白熾燈和鹵素燈只有20~30 lm/W,省電燈泡大約在70 lm/W,HID能夠增加到100 lm/W,燈管發光效率目前微增至近120 lm/W,不過在2010年分別只有約80 lm/W和不到30 lm/W的LED和OLED,卻都呈現快速改善的態勢,未來幾年可望突破各種傳統燈具,LED實驗室數據也往200 lm/W邁進。

2000年時光纖到家(FTTH)喊得震天價響,造就光通訊產業備受看好,但是後來無線通訊快速發展成為替代產品,也使光通訊產業快速走下坡。預期今天的LED也扮演當年無線通訊產業的角色,成為燈具的新一代選擇。

白熾燈泡釋放的能量因為以紅外線為絕大部分,因此不斷加熱環境溫度,事實上並不是理想的照明燈具。目前20~40W的燈具,LED取代趨勢已成熟,60W則還有散熱問題未解。此外,LED的炫光問題也有待改善。

至於壽命,其實並不一定要太久,若太久能用10幾年不換,產業也等於告終。發光效率lm/W對消費者事實上並沒有意義,lm/$才是重點,真正要引導800~1,000 lm/$會是基本目標。另外,目前多個點光源的設計和傳統光源不同,要能把光源設計成一個集中的點光源,還有光源要是四面八方發光,光的品質,包括演色性、色溫、流明數、光型必須和傳統光源一致或接近。實際面來看,因省電而帶來的省錢效果必須在1.5年內展現。這些都是技術上要克服的問題。

GE日前宣布關閉美國最後一間白熾燈泡工廠,正呼應美國2007年宣布2014年之前要淘汰所有白熾燈泡,也顯示白熾燈泡的能量效率過低。另外,飛利浦也指出LED將是照明產業的主要驅動力量,並預計以營業額計的滲透率至2015年要超過50%。走得最快的日本則已達50%。

LED照明商業化發展趨勢

儘管LED照明趨勢明確,但是現在只單做LED照明確很難生存,主要是標準沒有底定、技術也還不夠成熟。不僅如此,LED的光電產業和照明產業本是2個不同的領域,相遇在一起也需多所謀合。像照明產業常是家族企業、代代相傳,高度自製,Local King生態明顯,目前對LED新光源多採觀望態度,或投入少許資源試水溫,利潤高。而LED燈則還在春秋戰國時代,且燈具的流明輸出及各項光的品質要求都還有很大的進步空間,通路也不成熟,投入業者都還談不上賺取利潤。

LED的普及與價格有絕對的關係,目前LED燈泡零售價為20美元,白熾燈為1.5美元,預期價格下降到15美元,滲透率可達4%,降至7.5美元可達10%,3.75美元,也就是白熾燈的2.5倍,滲透率可達25%。

晶元光電致力於實現LED應用無限可能,過去是第一家和三星合作,將LED使用在手機的廠商,應用於筆記型電腦市佔率也達50%,應用於電視在南韓自給率還不高時也達50%,現在也在照明應用上多所投入。

LED照明價格為何過高?分析LED照明的成本結構可以得到較明確的方向,相對成本中以散熱和金屬鍵結所占比重最高,其次為驅動器,再者為LED分Bin的成本。外界認為LED晶粒價格過高是原因,其實長晶所占比重相當小,甚至比現在價格上漲的螢光粉還要小。

美國能源署對LED訂定明確目標,包括發光效率、價格,也包括螢光粉轉換等細節項目。目前冷態效率可達80%,但市場龐大的暖態則要再掉20%,剩下60%,因此要藉由許多技術開發尋求突破。

以800 lm燈泡試算,2010年發光效率100 lm/W,依出光效率0.5(其他0.5為熱)、驅動效率80%、光學效率80%、Delta T 106.3計算,輸入功率為12.5 W,若依每年逐項效率改善的當年狀況計算,到2015年發光效率150 lm/W、出光效率0.75(其他0.25為熱)時,輸入功率為6.6W,產生的熱還不到2W(6.6x25%),因此,現在很重要的散熱,在未來根本就不是問題。

LED燈具另一個問題在於使用,要能讓消費者只要開或關就好,因此AC LED技術發展十分重要。但AC LED的橋式整流較貴,因此從整合性單晶片中拉出來變成單晶片外接橋式整流二極體,成為高壓(HV)LED,晶片適用於高電壓、低電流(不需變壓器)、因不具內建橋式整流,可增加發光面積,AC、DC都適用,省功率也省成本,也適用於既有的調暗(Dimming)迴路。

晶電並獨創藍光HVLED,為InGaN LED,亮度提升20%,還有紅光HVLED,為AlGaInP LED,可以將原本差距近30%的暖光和冷光縮短到相近,今年的研發目標為130 lm/W,2012年達到150 lm/W以上,屆時散熱即可無為而治,不再是問題。