破電源轉(zhuǎn)換損耗“死癥” HV LED將成市場主流

LED半導(dǎo)體照明網(wǎng)訊 目前廣泛使用的直流發(fā)光二極體(DC LED)，若要經(jīng)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(zhuǎn)換損失，因此產(chǎn)業(yè)界已發(fā)展出以交流電直接驅(qū)動的高壓LED(HV LED)，可大幅提升LED照明系統(tǒng)的能源利用率和發(fā)光效率。

在傳統(tǒng)照明光源中，發(fā)光效率最好的是日光燈，其光源本身的發(fā)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(fā)光經(jīng)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(yīng)用環(huán)境下，日光燈的燈具照明發(fā)光效率約35lm/W。雖然光源自身發(fā)光效率高，但附加電路和燈具結(jié)構(gòu)所造成的光損失，將會大幅降低燈源的發(fā)光效率。

目前已大幅應(yīng)用在照明光源的高功率白光直流發(fā)光二極體(DC LED)(表1)，其光源發(fā)光效率可達(dá)150lm/W。但DC LED是以直流電源驅(qū)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(zhuǎn)換將會造成20~30%的能源損耗，且驅(qū)動電路之體積也較為龐大，燈具設(shè)計彈性相對會受到限制。

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

迥異DC LED 驅(qū)動方式　 HV LED特性和設(shè)計大相逕庭

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

圖1為高壓LED晶片結(jié)構(gòu)示意圖。多顆制作于同一基板的微晶粒間以金屬導(dǎo)線連結(jié)串接，而高壓驅(qū)動電流則經(jīng)由末端的兩個打線墊片進(jìn)入微晶粒串。由圖2的微晶粒結(jié)構(gòu)側(cè)視圖中，則可發(fā)現(xiàn)單顆微晶粒的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)LED間主要的差異，僅在于尺寸的不同，其他包括透明導(dǎo)電層、表面粗糙化、圖案化藍(lán)寶石基板等可提升傳統(tǒng)LED效率的技術(shù)，也同樣適用于高壓LED。

圖1　高壓LED結(jié)構(gòu)上視圖

圖2　成長于藍(lán)寶石基板的GaN微晶粒側(cè)視結(jié)構(gòu)圖