新次代固态照明LED之发展与应用.docVIP

新次代固態照明光源LED之發展與應用 蕭弘清 劉冠顯 Hsiao, Horng-Ching Liu, Kuan-Hsien 台灣科技大學電機工程系 摘 要現今，LED(Light-emitting diode, LED)的發展；其具備體積小、發光效率佳、壽命長、操作反應速度極快、可靠度高、不易破損且無熱輻射無水銀和有毒物質的污染等優點，目前已成為全球注目的焦點。本文主要針對目前LED的發展趨勢與應用層面，做一統合的探討。 1. 前言 隨著半導體技術的發展以及發光二極體( light-emitting diode，LED80 %仍集中在手機、汽車及方面日常生活中，LED應用之領域相當廣泛，諸如交通號誌、背光模組或是景觀照明..等，皆與LED之研究發展有關。就現階段而言，白光LED可提供較佳的發光效率，此乃LED應用於照明領域的一項重要元素，故目前大多數的LED照明或背光模組皆採用白光LED作為其主要光源。多LED大廠均投入白光LED的開發LED於許多照明設計及產品開發，例如路燈與隧道照明，這對於LED的演進史是一項重要的里程碑有多項研究[2-4]探討光線對人們的生理或心理層面之影響，同時在動植物培養的過程中亦有深切的之影響。2025年固態照明可因此節省50%的照明用電(760 GW)以及減少2.6億公噸之碳化物排放和133座發電廠，並可省下1150億美金[5]。 2. LED發展趨勢 最早的LED誕生在1968年，期的LED被開發出來，直到1993年日本日亞公司開發出高效率藍光LED，多種的LED被開發出來從1996年日亞化學量產白光LED今日許多的大廠也分別加入白光LED的開發包括Agilent、OSRAM、GELcore等1所示，隨著LED的發展，這幾年漸漸被應用於消費性電子家電產品上如手機、戶外廣告看板、液晶顯示面板的背光或前光源、車用LED頭燈、室內照明等。使得在某些領域有取代傳統光源的趨勢。目前全球LED市場預測如圖2所示，2006年全球LED市場為61.7億美元，預計2011成長至125億美元。 圖 1 LED應用領域(資料來源：工業技術研究院) 圖2 全球LED市場預測(資料來源：工業技術研究院) 3. LED(LED)，是一種將電能轉換成光能之半導體元件，主要係以化學元素週期表上的Ⅲ-Ⅴ族或Ⅱ-Ⅳ族，化合物半導體GaAs、GaP、AlxGa1-xAs、ZnSe…等為材料不同的半導體材料發出的光波長不盡相同，材料決定LED製品波長與光色如表1所示。 3 LED發光原理 表1不同材料所製程出不同波長與色光之LED資料來源： 材料/基版 磊晶製程 波長(nm) 光色 GaP/GaP LPE 565~700 紅、黃、綠GaAsP/GaP VPE 630~650 紅、橙、黃AlGaAs/GaAs LPE 660 紅ZncdSe MBE 565 綠InGaAlP/GaAs InGaAlP/GaP InGaAlP/sapphire InGaAlP/Silicon MOCVD 570~645 黃綠~紅InGaN/sapphire InGaN/Silicon InGaN/SiC MOCVD 430~525 藍、藍綠、綠、白(藍光＋螢光粉) 根據　若依亮度發展，可分為傳統亮度LED和高亮度LED，隨著LED的出現，1970年開始於工業用途，傳統亮度LED係以GaP、GaAsP和AlGaAs等材料作成，主要發出黃色、綠色及紅色的光，直至今日隨著LED發展技術創新，4 為LED之分類圖。 圖 4 LED之分類 目前隨著LED發光效率的提升，其應用之層面亦越來越廣泛，以下將針對目前LED的數個主要應用做較具前瞻性的介紹[2]。 LED用於交通號誌上 由於LED效率的提昇以及使用成本逐年下降，使得LED號誌燈市場大幅成長，主要是應用LED高輝度的光源特性取代傳統的號誌燈。由於LED在強烈日照下不會有傳統號誌燈箱霧化的情形產生，其擬似亮點的情況對於交通安全有相當大的好處。未來則看好LED取代霓虹燈市場，由於霓虹燈點燈電壓高、光源效率低，相較之下LED驅動電壓低、輝度高且具有多種光色變化，加上光源體積小可組成各種變化的廣告圖案，應用在廣告招牌可產生豐富的效果。若LED日後價格降低，新式LED招牌能取代大部分傳統的霓虹燈。 車用照明及號誌燈的應用 近年來汽車方向燈、煞車燈亦逐漸使用LED作為光源，LED除了省電、體積小外，點燈速度及耐強震是LED在汽車照明中取代傳統鹵素燈泡的主要優勢。目前LED除了方向燈、煞車燈的應用外，現在也逐漸將LED應用在車內照明，由於LED較傳統燈源省電，故應用在車頭燈或是車內照明可節省汽車能源以及減少維修成本，然而頭燈所造成的強烈眩光則是有賴克服的障礙。 平面顯示器背光模組的應用