臺灣固態(tài)照明技術(shù)與產(chǎn)品發(fā)展概況

固態(tài)照明具備的節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)勢，在全球變暖現(xiàn)象日益嚴重下，為LED或照明廠商用于說服消費者放棄傳統(tǒng)照明，改采固態(tài)照明的賣點。許多LED廠商也宣稱其照明產(chǎn)品的優(yōu)越性與接單狀況之良好。但就目前情況而言，固態(tài)照明燈具與傳統(tǒng)燈具在價格上畢竟仍有一道難以跨越的鴻溝。簡而言之，筆者推測固態(tài)照明市場至少也要在4、5年之后，其價格與性能的總合評價才有可能與傳統(tǒng)燈具相提并論，并在照明市場真正具有一席之地。

所謂的固態(tài)照明是指其發(fā)光部位為固體（與日光燈的氣體發(fā)光不同），故LED與OLED（有機電激發(fā)光二極管），均屬固態(tài)照明光源。OLED雖然商品化腳步較LED為慢，但發(fā)光均勻性、與量產(chǎn)性是其優(yōu)勢所在，在回顧固態(tài)照明之技術(shù)進展時，并不應(yīng)該輕視OLED的技術(shù)發(fā)展進度。

LED技術(shù)進展

回顧各LED與OLED大廠在過去一年內(nèi)的技術(shù)進展。首先來看LED龍頭廠商日亞化學(xué)的進展。日亞于2007年9月時發(fā)表了其新型LED，該實驗型產(chǎn)品在順向電流為350mA的條件下，光通量可達145lm，發(fā)光效率約為134lm/W，芯片的大小為1mm2，色溫為4,988K（在If=20mA的情況下，發(fā)光效率更高達169lm/W）。

而此新產(chǎn)品亦是使用藍光LED搭配YAG熒光粉而發(fā)出白光，而發(fā)光效率得以提升的的主要因素為藍光LED的效率有進步，該藍光LED在If=350mA與1A的條件下，其發(fā)光功率分別為651mW與1.7W。

除了白光led外，日亞也發(fā)表了新型的藍光與綠光LED，兩款芯片的大小皆為1mm2，在If=350mA的條件下，藍光與綠光LED的發(fā)光效率分別為80lm/W與109lm/W。

第二大廠OSRAMOptoSemiconductors也于2007年9月時發(fā)表了其新型的綠光led產(chǎn)品，該芯片大小為1mm2。在驅(qū)動電流為1A的條件下，可發(fā)出191lm的光通量，發(fā)光效率為48lm/W，波長為527nm；而在驅(qū)動電流為350mA時，發(fā)光效率則可達81lm/W，波長則變?yōu)?32nm。OSRAM此次發(fā)表的新產(chǎn)品改善Droop現(xiàn)象（藍光LED、綠光LED等將InGaN作為發(fā)光層的LED在提高輸入電流密度時發(fā)光效率出現(xiàn)下降的現(xiàn)象），來使發(fā)光效率獲得提升，此產(chǎn)品未來將朝向LED投影機光源的應(yīng)用發(fā)展。

而目前市面上的高功率芯片主要提供者Cree，也在2007年9月時發(fā)布了其研究成果，其新型實驗品為一LED數(shù)組(Array)，由復(fù)數(shù)芯片所組合而成，其操作電流大小為350mA，總消耗功率將近8W，發(fā)光效率可達88~95lm/W。該公司于2006年7月時所發(fā)表的LED數(shù)組之發(fā)光效率則為79lm/W，顯示一年內(nèi)LED發(fā)光效率提升了11％~20％。

此外，Cree也于同時發(fā)表了兩款新型高功率白光LED的研發(fā)成果，其中一項產(chǎn)品可承受高達4A驅(qū)動電流之白光LED，可發(fā)出高達1,050lm之冷白光，發(fā)光效率為72lm/W（同條件下可發(fā)出760lm之暖白光，發(fā)光效率為52lm/W）；另一項則可在350mA的驅(qū)動電流下，發(fā)出136lm(CoolWhite,5,813K)與104lm(WarmWhite,2,950K)之光通量，發(fā)光效率分別為129lm/W與99lm/W。并預(yù)期兩款原型產(chǎn)品皆可于兩年內(nèi)進入量產(chǎn)階段。而在綠光LED方面也有進展，Cree于同年11月發(fā)表了其新型綠光LED產(chǎn)品可在350mA之驅(qū)動電流下發(fā)出87.5lm的光通量。

在高功率LED封裝技方面被認為有獨到之處的PhilipsLumileds則是于2007年1月時宣稱其高功率白光LED之發(fā)光效率已達115lm/W（在驅(qū)動電流為350mA的情況下)。同年11月時則發(fā)表了其新型量產(chǎn)化商品LuxeonK2，可承受1A之驅(qū)動電流，最大可至1.5A，并發(fā)出160lm以上之光通量，是LED業(yè)界第一款商品化的1ALED。

除了在發(fā)光效率與可承受之驅(qū)動電流上下功夫外，Lumileds也針對LED照明商品化的一大問題—LED的均勻性，進行改善，于2007年8月時發(fā)表了Lumiramic技術(shù)，該技術(shù)可將LED的色溫范圍減低為原本的1/4，可減少各個LED間色溫不均的現(xiàn)象。

Lumileds也訂出了未來的發(fā)展目標，目前LED的內(nèi)部量子效率仍是其發(fā)光效率能否提升的重要關(guān)鍵，特別是在高驅(qū)動電流下所發(fā)生的Droop現(xiàn)象，更是LED能否跨入主流照明應(yīng)用的一大課題。Lumileds雖提出其對Droop現(xiàn)象的解釋及其認為可行的解決方法。但仍有許多專家并不同意Lumileds所提出的理論，加上亦有廠商表示，他們曾測試過Lumileds的產(chǎn)品，并親自試驗過Lumileds所提出的解決方案，Droop現(xiàn)象不能說沒有獲得改善，但效果并不如Lumileds所宣稱的那么良好，故Droop的成因、機構(gòu)與解決方案目前仍有爭議。

OLED技術(shù)進展

2006年8月時，UDC公布其白光OLED之外部量子效率可達30％，且在850nits的輝度下，其發(fā)光效率可達30lm/W，CRI則為70。同年6月時，EastmanKodak則公布了發(fā)光效率達64lm/W的白光OLED（輝度為1,000nits，宣稱壽命(t50)可達一萬小時)，該公司也于2007年6月時，開發(fā)出光取出效率達46％的白光OLED。UDC亦于同年9月時開發(fā)出輝度高達3,000nits的6吋OLED面板，較現(xiàn)有的熒光燈產(chǎn)品輝度更高。

而最近OSRAMOpto亦于2008年3月時發(fā)表了其最新研究成果，其最新型實驗產(chǎn)品之發(fā)光效率可達46lm/W，且在初始輝度為1000nits的情況下，壽命可達5,000小時。該公司并預(yù)期在2009年3月時，可進一步達成以10W以下之電力產(chǎn)生500lm以上之光通量的目標。

該研究是OSRAMOpto在德國教育研究部(MinistryforEducationandResearch,BMBF)所推動的OPAL(OrganicPhosphoresceDiodesforApplicationsontheLightingMarket)計劃下之「500lmMulti-OLEDModule」子計劃的成果之一。該計劃的相關(guān)參與研究機構(gòu)也包括了Darmstadt、Braunschweig、Augsburg、IPMS與Siemens等知名大學(xué)與公司，顯示德國產(chǎn)、官、學(xué)界間的巧妙合作與對OLED研究發(fā)展之重視。

LED及OLED各有勝出

就LED與OLED兩者而言，LED在省電效能與體積大小上具有優(yōu)勢，而OLED則是在發(fā)光均勻性與設(shè)計彈性上較占便宜，故兩者在未來的照明市場上交鋒結(jié)果，目前實難預(yù)料。故僅將目前兩者之最新技術(shù)進展整理于表2，以供參考。

全球照明市場概況

全球的照明市場約在700~800億美元之間，如以地區(qū)分，最大的市場為美國與歐洲，兩者約占全球近60％的市場，其它新興國家如中國與印度對照明燈具的需求亦快速上升中。而白熾燈由于價格便宜、演色性高與色溫低，較為歐美民眾所接受。根據(jù)中國海關(guān)的統(tǒng)計，我國大陸地區(qū)于2005年共出口了各類白熾燈共99億個，而每年全球照明用白熾燈之需求量估計超過200億個，以印度為例，印度每年對燈泡的需求約在6億5千萬左右，其中白熾燈即占了6億4千萬，顯見價格平易近人的白熾燈需求量依然十分龐大，但白熾燈單價極低，以我國大陸的統(tǒng)計資料而言，一般照明用白熾燈的出口單價僅0.9美元。

如就光源的種類做區(qū)分，由于無法取得全球市場情況，以對省電燈泡接受程度較高的日本市場為例，圖5為富士經(jīng)濟對日本的照明市場所做的預(yù)測，顯示目前兼具高效能與合理價格的熒光燈即將取代白熾燈，成為照明市場的主流。

就全球市場的情況而言，近來由于白熾燈泡效率太差，已有澳大利亞、英國、加拿大、臺灣等數(shù)國政府決定逐步禁止使用白熾燈，未來加入的國家相信會快速增加。過去歐美消費者較喜愛可發(fā)出暖光的白熾燈具，但由于政府強力主導(dǎo)禁用白熾燈，加上熒光燈制造商目前也已開發(fā)出可發(fā)出暖光的節(jié)能燈具，相信可望加速熒光燈取代白熾燈的時程。

商品發(fā)展動向

Toshiba于2007年11月時即已開發(fā)出可取代60W白熾燈的led燈泡，名為「E-CORE60」，該產(chǎn)品使用6顆LED，可發(fā)出390lm之光通量，與一般60W之白熾燈（約380lm）相近，但總消耗功率僅7.8W，為白熾燈的13％。其壽命(t70)則為20,000小時，壽命約為一般白熾燈泡的10倍。

而目前高功率LED的發(fā)光效率約可達80~90lm/W，但實際使用時由于溫度的上升以及電路設(shè)計上的損失都會降低實際發(fā)光效率，就目前技術(shù)而言，最終的燈具整體發(fā)光效率約為LED發(fā)光效率的一半。

E-CORE60在性能表現(xiàn)上沒有問題，但目前單顆價格約為25,000日元，而一個普通白熾燈泡的價格約為100日元，如以一年使用4,000小時，每度電費22日元計算，則需5年左右方可還本。不禁令人懷疑一般消費者是否能夠忍受如此長的投資回收期。而一旦LED燈具發(fā)生故障，回本時間必然拉得更長，加上廠商仍僅愿意保修一年，對消費者來說保障稍嫌不足。

再看另外一個例子，日本的IDEC在他們新建設(shè)好的大樓中，完全采用LED照明，該大樓的面積約為2,378平方米，共使用了11,000個白光LED，與采用傳統(tǒng)照明時相比，總消耗電量可減少約41％。

但IDEC的初期建設(shè)成本卻高達3,500萬日元，其中最主要支出仍為白光LED，其成本是使用傳統(tǒng)照明（約1,300~1,500萬日元）的兩倍以上，如也以一年使用4,000小時來計算，則約需11年，總成本方能低于采用熒光燈等傳統(tǒng)照明。相信這也不是一般廠商所能夠接受的數(shù)字，IDEC預(yù)估當(dāng)初始成本為傳統(tǒng)照明的1.3倍時，回收期可縮短至4年。

預(yù)估2015年滲透率可達10％

固態(tài)照明是將來的必然趨勢，目前最大的障礙仍在于價格、測量標準與散熱，但在測量標準方面，2008下半年即可能有草案出爐。而散熱問題的嚴重性會隨著發(fā)光效率的提升、封裝技術(shù)的進步與高散熱材料的開發(fā)而降低，因此最主要的因素仍在于價格，但LED照明大廠OSRAM亦預(yù)期在5年內(nèi)，LED的價格有機會降至100lm/euro。所以我們應(yīng)可樂觀地相信到2015年時，LED于一般照明的滲透率可達10％的預(yù)言應(yīng)會成真。

LC-HY