【法蘭克福展】挑戰LED發光效率的極限

文章來源:恒光電器

發布時間:2016-03-22

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　　LEDinside訪談2016年法蘭克福建筑與照明大展，發現若談到各家LED廠商的技術進展，其實本次展會看不到革命創新的技術。多半還是在既有的技術上頭去做優化與提升。但是總結了一下，大致上從技術端還是可以發現一些方向。

　　導入特殊材料來提升效能，LED球泡燈，GaN on GaN LED，或是GaN IC等應用，包括可撓曲的LED燈絲等等。

　　透過各種材料與制程的改良，在既有的產品上去做優化，例如將發光效率發揮到極致的中功率LED，廠房照明，或是CSP LED。

　　特殊應用，如紅外線虹膜辨識與紅外線生物感測器

　　我們就來看看LED產業有哪些新的重點：

　　GaN on GaN LED

　　SORAA為展場當中，醫院led照明，展示出GaN on GaN LED的代表廠商。而本次也有榮幸與SORAA共同創辦人，工程照明，店鋪照明，諾貝爾獎得主中村修二先生請教未來LED產業的進展方向。中村先生強調GaN on GaN LED能夠打造出完美的LED光源。目前SORAA所制作的紫色LED采用GaN基板制造的，也就是所謂的「GaN on GaN」LED。由於GaN類半導體材料與GaN基板結合，口碑，可以有效地降低晶格位錯密度。因此不但發光效率高，而且效率的提高速度快。

　　2014年諾貝爾物理學獎得主，SORAA共同創辦人，中村修二先生。(所有圖片來源：LEDinside)

　　

采用GaN on GaN技術的紫光LED晶片。

　　除此之外，SORAA的LED燈還具有以下特點，LED天花燈，即從LED燈發出的光（光束）的亮度比較均勻、可自由改變光束形狀。甚至開發出名為「SNAP」的光學套件，在拆卸部配置了磁鐵，只要該光學套件與燈具結合之後，就可以改變光束形狀，照明資質，還能改變色溫。該光學套件對於使用者來說，使用上十分具有彈性，能隨著各種商用場合去任意變換發光角度與色溫。

　　

SORAA開發出各種可以改變光束形狀，還能改變色溫的SNAP光學套件。

　　

SORAA的LED搭配SNAP光學套件，可以讓光線精準地改變角度，照射到另一個需要投射的物體。

　　GaN IC Driver

　　晶元光電在本此法蘭克福展會當中所展示出的GaN功率元件(GaN IC Driver)，展場詢問度也頗高。傳統以矽功率元件設計的電源供應器或電源轉換器，體積皆很大且能源效率提升有限，若改用GaN功率元件，則可大幅縮小電源設計尺寸，同時提高能效，進而可開創出更多新應用的可能性。

　

　DOB模組，搭配傳統矽功率元件，上頭仍需要相當多的電阻與電容等保護電路。

　

DOB模組，搭配GaN功率元件，因材料特性可以承受較大的電壓，將可以減少相關的保護電路元件，有效的縮小體積。

　　挑戰LED發光效率的極限

　　本次展會當中，各家LED廠商紛紛展示高光效的LED產品。從小功率LED到COB，其發光效率紛紛挑戰技術極限。由於LED的技術發展已經達到了相對成熟的階段，各家廠商的LED效率其實都已經相當接近。

　　由三星LED展示出全系列LED產品的發光效率，同時也幾乎可以代表各家廠商的技術進展。

　　200LM/W的中功率LED紛紛問世

　　如億光與首爾半導體，三星LED紛紛推出200LM/W的中功率LED。不約而同的這幾家公司紛紛宣稱今年的5630系列產品將會達到220LM/W的發光效率。

　　各家廠商推出全系列的CSP LED

　　各家廠商紛紛推出全系列的CSP LED，目前1W規格的CSP LED多半在140LM/W，包括日亞化的DMC(Direct Mountable Chip)系列，辦公照明，還有隆達的1616 CSP LED。

　隆達的0.2W CSP LED可達210LM/W，0.9W的CSP LED約140LM/W。

　　而LEDinside也觀察到越來越多LED廠商推出利用單顆CSP LED所組成的集成式CSP LED模組，目標取代COB LED。

　　晶電的集成式CSP LED模組，可以透過單顆CSP組成20~40W的模組，提供客戶COB以外的另一個選擇。

　　

Citizen的roadmap也計畫推出第五代的COB LED，光通量高達3749LM的COB，光效高達150LM/W。

　　光品質的堅持不能妥協

　　由于LED價格競爭激烈，部分LED廠商紛紛選擇走向另外的高端市場，來做出產品差異化。例如來自美國矽谷的XICATO就展示出利用Remote phosphor技術的打造的光源模組，能夠有效地將色容差控制在1~2個麥克亞當橢圓(MacAdam Ellipse)以內。由於該公司產品采取精品路線，目前XICATO的產品已經獲得許多歐洲高端照明品牌廠商的采用。

　　

XICATO的行銷方式，利用XICATO MAN來打擊各種光品質不良的問題。

　　而光品質不佳以及頻閃等現象引起的視覺幻象(TLA， temporal light artefacts)問題，這幾年來也逐漸受到照明業界的重視。展會當中，許多LED廠商紛紛提出來解決方案。包括XICATO以及SORAA都推出無頻閃的LED燈。所謂的頻閃效應可以從一些現象中觀察到，最簡單的就是用手機對準光源拍照，有頻閃的光源會出現水波紋。光源的低頻閃爍容易對於某些特定族群容易造成負面影響，包含孩童、自閉癥患者、偏頭痛患者、癲癇患者，家用照明，長期在有頻閃的光源下工作，店鋪照明，也容易加速眼睛的疲勞。

　有頻閃的光源除了利用手機來測試是否有水波紋，也能夠用高速旋轉的轉盤來看觀察到。

　

SORAA采用作兩級架構的電路來打造零頻閃的優質LED光源。

　　燈絲燈普及后，延伸的專利地雷需要小心

　　本次展會中也可以觀察到燈絲燈已經逐漸普及在歐洲市場。從原本都是亞洲LED制造商在展示的產品，到現在一些歐洲燈具制造商攤位當中都可以看到，而燈具種類也逐漸多元化，LED燈管，甚至都會搭配可以調光的燈絲燈。顯示歐洲人對於類似傳統白熾燈泡的照明型態還是情有獨鍾的。但由于許多LED廠商都有其專利主張，因此近年來燈絲燈的專利訴訟糾紛層出不窮。

　　目前LED燈絲燈的設計型態不外乎是將多根LED燈絲，透過不同的排列方式來達到全周光效果。同時也會在玻璃泡殼內灌入各種氣體，來增加導熱效果，延長燈絲燈的壽命。而燈絲的制作方式普遍上都是將LED晶片打在各種的基板上，包括藍寶石基板，玻璃基板，或是陶瓷基板。基板的用途還是以兩面出光以及具有熱傳導的能力為考量。但是LEDinside也在展會中觀察到已經有廠商將LED晶片打在軟性透明基板上頭。來自臺灣的Liquileds Lighting展示出可撓曲的燈絲燈，主打Curve is better，并且將軟性的燈絲可撓成各種形狀，效果更接近傳統的白熾燈泡。

　　

歐司朗展示出可以調光的E27燈絲燈。

　晶元光電對于燈絲燈的專利主張，目前僅授權晶揚(COSMOSLED)、立達信(LEEDARSON)、FSL()。

  來自臺灣的Liquileds Lighting展示出可撓曲的燈絲燈，展會當中的歐美廠商詢問度頗高。

　　特殊應用逐漸受到市場重視

　　OSRAM是本次展會當中，少數展示出先進技術的紅外線解決方案。包括生物感測器，以及虹膜辨識等感測器。特別是虹膜辨識系統是目前最普遍且具高安全性的生物辨識方式，透過虹膜辨識，可找出約2，000個不同的特徵點，與指紋約100個特徵點相比，照明產品，準確性來的更高。

　　由于紅外線LED市場應用相當廣泛，包含影像感測、體感/移動偵測、光遮斷感測、近接開關、位置感測、生物辨識、脈搏血氧偵測等。未來紅外線LED在手持式應用裝置方面的應用，商業照明，包含資訊安全與健康管理等與其附加價值，獲利空間可期，可望帶動紅外線LED市場穩健發展。

　　歐司朗推出的紅外線虹膜辨識感測器。

　　歐司朗展示的可測心跳與血氧的紅外線生物感測器，可搭載于各種穿戴裝置。

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