破電源轉換損耗“死癥” HV LED將成市場主流？

文章來源:恒光電器

發布時間:2014-02-10

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　　目前廣泛使用的直流發光二極體(DCLED)，若要經由市電供電，須外加交流對直流(AC-DC)整流器，易造成額外物料成本及能源轉換損失，因此產業界已發展出以交流電直接驅動的高壓LED(HV LED)，可大幅提升LED照明系統的能源利用率和發光效率。

　　在傳統照明光源中，電工照明，發光效率最好的是日光燈，其光源本身的發光效率約65lm/W。用于安定器的附加電路會造成13~20%的能源損耗，光源發光經過燈具的反射罩，其光源效率損耗約30~40%，因此在實際的照明應用環境下，日光燈的燈具照明發光效率約35lm/W。雖然光源自身發光效率高，但附加電路和燈具結構所造成的光損失，將會大幅降低燈源的發光效率。

　　目前已大幅應用在照明光源的高功率白光直流發光二極體(DC LED)(表1)，其光源發光效率可達150lm/W。但DC LED是以直流電源驅動操作，若要使用在市電上，勢必要外加交流對直流(AC-DC)整流器，電源轉換將會造成20~30%的能源損耗，且驅動電路之體積也較為龐大，燈具設計彈性相對會受到限制。

　　臺灣自主性研發的高壓(HV)LED技術產品，僅需簡易的外加驅動電路，技術資訊，即可直接以市電110伏特(V)/220V驅動操作，并具備90%高功率因數(PF)、95%高能源利用率、高發光效率等優點。目前已于國際上取得發展先機，國內廠商晶元光電已陸續將HV LED晶粒產品出貨給國外各家LED封裝及應用大廠使用，國內也有多家相關廠商投入HV LED照明光源產品的開發，是為未來照明光源主流趨勢。

　　迥異DC LED 驅動方式　 HV LED特性和設計大相逕庭

　　高壓LED是以半導體制程方式，將多顆微晶粒置于同一基板上，照明產品，再加以串接而成，其所需之制程技術與傳統LED十分近似。然而，由于驅動方式的不同，特別是在交流電驅動條件下，高壓LED的特性和設計方向與傳統LED有顯著差異。

　　圖1為高壓LED晶片結構示意圖。多顆制作于同一基板的微晶粒間以金屬導線連結串接，而高壓驅動電流則經由末端的兩個打線墊片進入微晶粒串。由圖2的微晶粒結構側視圖中，則可發現單顆微晶粒的結構與傳統LED間主要的差異，僅在于尺寸的不同，其他包括透明導電層、表面粗糙化、圖案化藍寶石基板等可提升傳統LED效率的技術，也同樣適用于高壓LED。

圖1　高壓LED結構上視圖

圖2　成長于藍寶石基板的GaN微晶粒側視結構圖

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