眾所周知，車頭燈是亟需照明亮度的裝置。2007年5月，最高級的油電混合車LEXUS LS600h，配備了具有約2000 lm光通量的白光LED為其車頭燈發光光源，此舉示意出白光LED的用途，不僅已從小電力需求的手機光源、液晶面板背光光源，邁向車內照明、廣告顯示看板等用途，更因為高功率產品的需求，促使白光LED朝向高功率之大電力型發展，而其最終目標可望在照明領域上展現光芒。最近，許多的LED製造商，已陸續展開照明用lkW級以上小電力型白光LED的產品出貨，更明確示意出白光LED正朝著的照明應用領域發展中。
關於白光LED在照明領域當中的應用，目前常見於室外庭園燈、走廊足下燈等不太需要高亮度的地方，然因白光LED發光效率的快速提升，現階段高功率白光LED已具備超過70 lm/W的發光效率，此值已超過白熾燈、鹵素燈，並接近螢光燈所具60～100 lm/W的條件。因此，大多數的LED業者均認為，2010年白光LED的發光效率可望實現100 lm/W的目標，並預估在技術成熟條件下，至2015年其將可達到150lm/W。從圖一日本綜合技術研究所針對白光LED發光效率的成長趨勢，於2007年3月提出的市場調查結果，可看出其更明確的成長趨勢。單就目前來看，白光LED的光源雖一時無法全面取代鹵素投射燈及崁燈(Down Light)，但卻已能見到在維修不易之場所的照明設備上，以及重視光源設計性的店舖等，都出現轉向使用白光LED的趨勢發展。
圖一、白光LED發光效率成長趨勢
資料來源：日本綜合技術研究所/材料世界網整理
LED廠商最新動態進展
日亞化學
日亞化學工業公司在“Lighting Fair 2007”中公開發表開發出輸入電流150 mA時，發光效率達100 lm/W的高功率白光LED—「NS6W083A」(圖二)，並表示於2007年夏季進入量產階段。屬於表面構裝型的該白光LED，外形尺寸為6.5mm×5.0mm×1.35mm。色溫為5500K。在輸入電流300mA時，順向電壓為3.8V，光通量為80 lm，發光效率約為70 lm/W。該白光LED的白光是由藍光LED晶片的藍光和部分藍光經黃色螢光材料進行波長轉換後的黃光混合而成。為增大電流，此白光LED配備了6個藍光LED晶片。
2007年9月在美國舉辦的「ICNS-7」中，日亞化學更進一步發表其1W級的高功率白光LED。該白光LED在輸入350mA電流時，光通量為145 lm，發光效率達134 lm/W。對輸入功率而言之光輸出效率(WPE：Wall Plug Efficacy)為39.5%。它是由TAG系螢光體與藍光LED晶片組合而成，晶片大小為1mm見方。之所以能達到如此高的效率，關鍵在於藍光LED晶片的高效率化。該藍光LED以350mA驅動時，光輸出功率達651 lm/W。發光波長444nm。外部量子效率為66.5%，WPE是60.3%。此白光LED目前的順向電壓尚高，有待進一步改善，產品化時間因之尚未決定。
圖二、日亞化學的高功率白光LED—「NS6W083A」
資料來源：日經BP社
美國Philips Lumileds Lighting
美國Philips Lumileds Lighting公司試製出驅動電流2.3A可實現發光效率達1500 lm的白光LED，並在2007年6月中旬於日本舉辦的「LED Technology Symposium 2007」中發表，其輝度為100Mcd/m2，已超過HID燈。該公司預計在2009年之前，將4個晶片構裝為一等同於HID燈光通量、2個晶片構裝為一等同於鹵素燈光通量的白光LED模組。該公司表示，LED電流愈大，發光效率會降低，並引起「Droop」現象；在高功率化發展之下，就會面臨發光效率降低的問題。該公司在LED的層構造上深下功夫，已開發出可抑制住Droop現象的發生，讓發光效率提高15～20%的技術。如果不含LED下的藍寶石基板，那麼該白光LED的發光效率可提高50%。據該公司表示，白光LED的研發目標是將發光效率由目前的75 lm/W提高2倍達150 lm/W，驅動電流由700mA提高約3倍達2A，依生產適性，希望將價格降為1/2。
德國OSRAM
德國OSRAM Opto Semiconductors公司於2007年2月發表其光通量超過1000 lm的白光LED模組—「OSTAR Lighting」(圖三)，5月開始試樣出貨，主要用於一般照明。其單顆白光LED的亮度等同於50W級的鹵素燈。OSTAR Lighting在輸入功率為27W（工作電流為700mA）時，可得到1000lm的光通量，此時的發光效率約為37 lm/W，但是工作電流減小至350mA時，發光效率可提升至75 lm/W。6個1mm見方大小的大型藍光LED晶片，經串聯接續構裝處理之後，分別於各晶片表面塗佈黃色的螢光材料，如此製作成的OSTAR Lighting，經過藍光LED晶片的電極構造調整，以及螢光材料的改進，終獲致光通量超過1000 lm的成果。該公司表示，在構裝上，為了提高散熱效果，使用的是陶瓷基板。此外也使用了稱之為「ThinGaN」之晶片技術來製造白光LED。
圖三、OSRAM的白光LED模組—「OSTAR Lighting」
資料來源：OSRAM Opto Semiconductors
韓國Seoul Semiconductor
韓國Seoul Semiconductor公司於2007年7月發表輸出功率0.5W級的高功率白光LED—「Z-POWER P9系列」。該系列以表面構裝製作，有窄指向角透鏡和寬指向角透鏡兩類。窄指向角透鏡主要用於手電筒、檯燈、手機的閃光燈光源等；寬指向角透鏡則應用於廣告看板照明等領域。該公司計劃到2007年度結束前，將白光LED的最高輝度再提高20%，達到30 lm左右。2007年9月，該公司更進一步發表，針對以家用110V及220V交流電源即可驅動的白光LED“Acriche”系列(圖四)，開始推出市售功率3.3W時，光通量為200 lm的新產品。該白光LED的發光效率約為60 lm/W，價格預估隨產能擴增與量產良品率的提高，可望較之前的產品便宜約40%。該公司表示，Acriche的發光效率和光通量有待再大幅提昇，目標是2007年第四季發光效率提升至80 lm/W、光通量提升至250 lm，到2008年第四季再各自提高達120 lm/W和400 lm。順帶值得一提的是，Seoul Semiconductor與美國Cree在2006年訂定有與白光LED相關之雙方專利互惠的合作契約。Seoul Semiconductor能從Cree穩定取得藍光LED晶片。
圖四、Seoul Semiconductor的高功率白光LED—「Acriche」
資料來源：Seoul Semiconductor
Citizen電子
Citizen電子公司開發出輸入700mA電流時，可實現540 lm光通量的照明用白光LED「CL-L102-C7」系列產品(圖五)。該公司計劃從2007年10月開始試樣出貨，2008年1月量產銷售。CL-L102-C7系列產品外形尺寸為50mm×7mm× 2mm。色溫為5000K。發光效率更高，輸入700mA電流時為74lm/W，輸入350mA電流時為90 lm/W。新產品的單顆LED燈的光量超過40W白熾燈及8W的燈泡型螢光燈。該公司表示，與太陽電池組合的照明系統等為該公司優先考量的發展方向，因為此系列LED在光量為150 lm時，輸入電流可降低160mA，發光效率可大幅提高110 lm/W。
圖五、Citizen電子的高功率白光LED—「CL-L102-C7」
資料來源：Citizen電子
Avago Technologies
Avago Technologies公司於2007年3月在「Lighting Fare 2007」中展出輸入700mA電流(3W)時，光通量為160 lm的高功率白光LED—「ASMT-MW20」(圖六)。主要用於照明。ASMT-MW20是以表面黏著構裝(STM)製作，構裝尺寸為8.5mm x 15.6mmx3.3mm，屬薄型白光LED。色溫4500K。其構裝背面配置有散熱用金屬，能讓構裝的熱阻控制在8℃/W。
圖六、Avago Technologies的高功率白光LED—「ASMT-MW20」
資料來源：日經BP社
松下電器產業
松下電器產業於2007年2月宣佈該公司所研發薄型、輕量、高光通量的白光LED光源「LUGA」(圖七)將於3月1日開始試樣供貨，正式邁向商品化發展。商品化產品有色溫5000K的“晝白型”與色溫3000K的“溫白型”兩種。晝白型光通量具400 lm、平均演色性指數達67；溫白型光通量具280 lm、平均演色性指數達84。尺寸大小為縱37 x橫12 x厚2.3mm。耗電8.5W下之額定壽命為3萬小時。該「LUGA」是將12顆0.8見方的LED晶片直接高密度覆晶封裝於陶瓷基板上而製成。由於採用了高散熱的構造設計，不但讓電流增加，也讓高的光通量需求得以實現。該公司表示，目前產量規劃為月產1萬個「LUGA」。今後一、二年的開發目標在1000 lm的高功率化產品，並擴充色溫與演色性高的系列型產品，計劃在10年內白光LED元件事業的銷售額能達到30億日圓之目標。
圖七、松下電器產業的白光LED光源「LUGA」
資料來源：松下電器產業
高功率白光LED的發展課題
基本上，LED是採直流驅動方式，這一點和利用交流電源的傳統照明設備迥然不同；甚至，LED發光部分的面積非常小，而成為其特殊優點。唯光投射面積小，要達到全面照明效果，就需要相當多的模組，並使用透鏡(Lens)以增廣光的照射範圍，因而需要有特殊的設計技巧來讓LED發揮出其優勢，另外也由於發光部分的面積小，其發熱源過度集中，而需要配備有極佳的散熱設計手法。例如：Seoul Semiconductor公司已開始量產的「Acriche」產品，最大特色就是可直接使用家用110V交流電源來驅動。此舉不僅省卻AC-DC轉換器的開發設計，更能讓照明設備趨向小型化發展。
表一列出白光LED所面對的發展課題與解決之道。除了光通量的增加可透過前述晶片的設計技術得以提升、散熱性的提高可透過基板設計獲得改善之外，就品質面來看，LED與傳統燈泡比較，還有輝度、色溫不均的問題。當白光LED做為數顆串聯的製品時，會出現每個製品之輝度、色溫都不盡相同的疑慮，關於這一點除了LED製造商需要再就晶片做技術性的改善之外，目前還需要機器製造商針對需求，而對每一種製品，提出不同的LED需求對策來解決問題才行。
表一、白光LED的課題與解決之道
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課 題
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解 決 之 道
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光通量
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‧晶片的高功率化(功率超過2W的產品)
‧多晶片化(構裝達20個以上的產品)
‧晶片發光效率的提高
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散熱性
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‧基板設計的改善(採用陶瓷基板或金屬基板)
‧晶片發光效率的提高
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成本
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‧晶片發光效率的提高
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輝度的均一性
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‧降低晶片製造時的參差不一
‧強化晶片的選別
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可靠性
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‧Flip-chip構裝
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材料世界網整理
此外，白光LED的市場價格也關係著普及使用與否的關鍵。根據日本日經社的報導，在超過200 lm的製品中，由試樣出貨價格來看，目前也需要在10日圓以上。就實際銷售價格減半計算，每1 lm仍需5日圓。據此試算室內的所有照明，若以白光LED來實現具備3000 lm左右的光通量的光源，那麼其價格將在15,000日圓以上。如果再加上照明器具等其他成本在內，會使得製造成本更加大幅上揚。然據照明業者表示，如果達不到1 lm 1日圓的價格，就相當難以普及。因此，無可否認，白光LED的發光效率雖然快速上升，但能否實際落實應用並快速擴大成長，仍令人深表質疑。儘管白光LED仍有諸多課題有待克服，但諸如IDEC Opto Device、AvagoTechnologies、OSRAM Opto Semiconductors、Citizen電子、日亞化學、Seoul Semiconductor等大廠依然紛紛見其市場大好之一面，相繼研發出高功率型白光LED，並投入市場銷售行列。如果把LED設想為半導體一般能大量生產，則以局部照明開始發展，從車載用照明、產業機器、醫療機器開始轉換為高功率白光LED，漸而再生產更多高功率白光LED，那麼1 lm 1日圓的實現仍應將是屈指可待的。
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