LED發光效率與製程快步提升 照明商機2010年... |研晶光電

LED進入照明應用日趨成熟，目前國外大廠已發展至100 lm/W的

水準，但奇特的是，目前LD照明率先應用於路燈等戶外照明領域

，其傳統燈具的發光效率較高，如高壓鈉燈發光效率約達

100 lm/W，反而是室內傳統燈具的發光效率較低，如鎢絲燈僅達

10 lm/W，探究為何LED卻難以取代室內照明，其根本原因與成本

和LED光品質息息相關。

小標：每年125億顆鎢絲燈泡需求 LED優搶佔30%低瓦數市場

在探討LED照明商機時，應關注於3大面向，分別為LED將先取代

哪些應用?LED的技術發展與成本降低以及LED要如何進入照明市

場。據統計，鎢絲置泡在全球每年約有125億顆的需求量，在重視

能源效率與環保的趨勢下，鎢絲燈雖然價格便宜，但陸續遭到各

國政策禁止，如紐西蘭、加拿大等地政府，這也提供LED切入照

明市場的空間。

但LED並非唯一的選擇，省電燈泡的強項在於其成本比LED更低，

不過節能燈泡含汞的特性，能環境污染有疑慮，反之，LED具有

光源指向性、無輻射熱度、熱度低、省電且壽命長等特性，其技

術發展的關鍵在於LED發光效率何時能超越現有傳統置源。

進一步分析LED照明的商機規模，以美國為例，全國3億多人口中

，約有1.1億個家庭，以每1家戶平均約有50個插座來計算，相當

於有55億美元商機，非節能的舊式照明可望在2012年逐步淘汰，

目前的節能燈可初入70%市場，其餘30%就是LED應用的機會，尤

其是針對低瓦數的照明，市場規模也高達16.5億美元，因此LED並

非一定立即要取代節能燈，而有其特殊應用的市場。

小標：2010年突破100 lm/W關卡 LED照明應用時代將來到

LED不斷提升效率，100 lm/W或110 km/W是LED重要發展的關鍵

點，當達到此水準時，LED的發光效率已經超過目前所有傳統燈

源，但這並不代表LED可以代全部照明應用，另一個重點在於成

本必須有效降低。

美國能源部門在2007年進行預估，冷白光LED照明在2008年

100 lm/W，暖白光則介於70~80 lm/W；但由於多數歐美市場偏愛

在室內照明採用暖白光，故若要用在室內照明，暖白光要達

100 lm/W，預估需等到2010~2011年，目前冷白光與暖白光的發光

效率相差30%的差距，但技術改良可以縮短差距至10%。目前業界

都估LED發展的極致，2014年暖白光可達到170 lm/W，冷白光預

計2020年達到220 lm/W。

目前LED與節能燈、螢光燈的成本相差甚遠，鎢絲燈每千流明成

本約0.3美元，螢光燈每千流明僅約0.6美元，LED卻高達近20美元

，隨著技術演進，在2010年，LED每千流明成本將降至10美元，

相當於每流明0.01美元的價格。由於LED成本偏高，不可能馬上取

代節能燈，但2010年將是LED照明時代的引爆點，2013年將是LED

與節能燈的黃金交叉點，為了順利跨入2010年的分水嶺，LED產

業必須在2008~2009年加緊準備，預作暖身。

小標：2015年LED照明燈具效率 將提升至41%。

如何能達預定的目標，可從技術觀點來分析，將LED燈具拆開來

，分為LED裝置、驅動器、光學與燈具設計3部分。目前LED驅動

器多使用於背光應用，但用在照明領域上，其信賴度與使用壽命

均有待改進，使驅動效率可從目前85%提升至90%；照明燈具也會

造成LED光源效率的損失，透過光學改良設計可望將效率從75%提

高90%。

不過重點仍在於LED斷置的效率提升，由於在種種製程中，LED會

遭遇光效率損失的情況，其中在封裝過程會受到散熱、螢光粉激

發等影響，約有50%光效率被損失，而LED晶粒的外部量子效率目

前約40%，未來目標需再提升一倍，儘管目前LED的取光效率僅發

揮16%，但已相當於70~80 lm/W，若能經由技術改良將可取光效率

發揮至50%水準。

然而，16%的取光效率仍未考量LED燈具的因素，在綜點上述LED

驅動器、光學設計以及LED裝置後，2007年LED照明的光源效率僅

有11%，也就是相當9成能源是無法轉換為有效光，但相較於目前

傳統鎢絲燈包含燈具的有效光效率僅有不到2%，其餘轉換為熱能

的使用情況來看，LED仍有發揮空間，且業界預計到了2015年，

LED照明燈具有效光效率將可由11%大幅提升至41%。

若討論側R、G、B 3色混覺的LED照明，其有效光源效率比泠白光

更低，2007年僅約9%，但未來也有4~5倍的成長空間，預計2015

年可提升至45%，但目前傳統光源的效率已經不會再提升了，這

也是LED照明的發展優勢。

根據美園源部門預測，2010年時，當LED裝置的冷白光LED效率在

商業應達到147 lm/W，其LED照明置具的效率可達到97 lm/W，而

暖白光LED效率升至122 lm/W時，則LED照明燈具的發光效率可

達81 lm/W。

小標：技術瓶頸待突破 高必vLED封裝成本有望降低

但即使LED發光效率順利提升至100 lm/W，在製作應用為商業成

品的發展過程中，仍有不少瓶頸待挑戰。例如高必vLED封裝的原

材料太貴，而製程複雜，難以透過大量製造來降低成本，一般人

偏愛的暖色系白光以及高演色性的要求，將造成發光效率較差。

另外，除了探討單顆LED燈的成本和效能問題外，多晶粒封裝造

成良率低，且LED光色一致性的問題仍是目前<