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LED照明的发展现状

高功率LED亮度不足,有何技术方向得以引领突破?LED照明还有一个重点是LED信赖性的问题,现在我们又应该怎么来看?LED是数码讯号,它的数码特性可以做何种利用,以区别传统照明,让人们真正感觉LED的不同? 

  针对这些问题,人称「台湾LED产业之父」的石修博士,以他在LED产业27年的经验、深入了解两岸政府推动LED产业的脚步,来谈LED照明现在的发展状况。 

  他认为,半导体和超级代工大厂跨足LED产业,对于原本规模甚小的台湾LED厂商来说,是利不是弊,或可因而刺激台湾LED产业的壮大。此外,为避免专利问题掐住脖子,台湾厂商不妨从10W封装切入。 

  已有成为国际大国的决心 大陆积极投入LED示范计划 

  台湾的LED产量位居世界第二大,过去几年有几项突出的技术,原本可以追到第一,但是台湾市场没有提供伸展的机会,致使这些技术由台湾带到大陆实现。另外也可以看到,许多国外杂志认为10年以后才会实现的目标,最近一年在台湾LED产业却都已经可以看到影子,如果态度积极,其实可以做世界级的示范计划。但是做这样的计划要有足够的决心,因为经费是普通照明的好几倍。大陆对新能源政策就有这样的决心,已经有成为国际大国的准备,走自己的路,不做跟随者,以中国大陆对LED照明的积极态度,很可能取得世界最领先的地位。 

  2年2亿人民币 大陆把LED照明规模做起来 

  中国大陆的LED照明计划从2005年启动,花费2亿人民币,由中央成立跨部会小组来推动。随后中央成立指导小组,把计划推动到地方,以「把城市亮起来」为口号,在大连、南昌、上海、深圳和厦门等5个产业化基地开跑,这2年内,就把LED照明的初步规模做起来。 

  1970年代,大陆能源还是输出国,但是到了2005年,却一跃而成为全球第二大能源进口国。大陆深切了解采行新能源政策的重要,也明白省电的重要性;大陆有一个统计数字,全部中国大陆的公共照明,若有二分之一使用LED,所省下的电,较三峡大坝计划的发电量还要大;也因此大陆对于LED照明非常积极。 LED的好处是省电,许多人犹豫不前是因为价格太高;然而若考量到后续维护费大量降低,且供电成本也下降,长远来看成本在几年之后是会回收的;只是国家标准草案订定保证时间要35,000小时,照明灯具是否能够满足?还是一个疑问,后续会在这方面加以讨论。 

  落实「非核家园」口号 要有长远能源政策 

  反观台湾,有90%的能源仰赖进口,以各个发电方式来看,现在多使用核能发电,水力发电量已经固定,风力发电才刚开始,海浪发电量也有限,太阳能发电几乎都用于外销,早期曾经推动的生质能又没有得到重视;若台湾现在不开始重视发电或省电问题,十年之后要如何?使用属于再生能源,才符合长远的能源政策,政府一定要考量进去才行;另一方面,「非核家园」若没有其它能源方案提供,也是没有办法落实的理想,政府过去的能源政策太保守,应该将视野放大,即使生质能因为靠生物的光合作用,能源密度低,但是再生能源才是长久之计。   
  根据统计,发电后有20%~21%的电量都使用于照明,国家愈先进该比例愈高,大陆则是有12%,在这些耗电中,若能省下50%,省电量就相当可观。LED可以省70%的能源,交通号志则可以省86%;台湾已经有三分之一的交通号志都更换为LED,似有从后面追赶上来的趋势。 

  进入能源领域的LED 大厂投入较小厂更适合 

  LED早年曾经被半导体界大老认为「没什么好做的」,这20年来LED技术不断改善和应用面持续扩增,确实让许多人跌破眼镜,也让半导体大厂回过头来投入。 

  以技术层次来看,LED和LD可以说是姊妹,都使用化合物半导体,加上原本使用于微波元件的砷化镓,三者都是采用MOCVD的设备,致使MOCVD制程成为台湾技术优势,光是设备就有300台,使台湾拥有全球密度最大的MOCVD设备;这样的优势也写下台湾LED技术持续精进的发展史。不具备LED技术,却拥有生产规模的大厂投入,是否对于原本规模就不大的LED业者产生威胁?答案是不会。事实上,LED从指示灯进入到能源领域,市场差异甚大,成为能源产业的一环之后,恐怕也只有大型制造业者才玩得动。 

  进入照明领域,LED业者的竞争对手就成了奇异、欧斯朗和飞利浦这三家世界大厂,照明元件业者规模极大,我们的厂商资本额若只有50亿,如何与他们竞争?这个问题值得原本的LED界人士好好思考。台湾在LED照明应该要更加一把劲,「半导体照明联谊会」成立了45年,比起大陆的规模来说,落差太大。俗话说「多难兴邦」,或许未来藉由大厂的刺激,可以使台湾LED照明产业的规模快速壮大,不致与大陆差太多。
 
  工业产品不比消费性电子 信赖度是问题 

  这些大厂多半以消费性电子产品起家,消费性电子的产品特性,一般来说保用期限是3年,也就是说,对可靠度要求不高;不像照明元件,属于工业产品,通常需要35,000小时的保证使用时间。换算一下,若以元件开启时间12小时/天来估算,35,000小时相当于8年!照明元件的可靠度要求较消费性电子高得多。 
 
  另一方面,消费性电子产品的使用环境,通常温度在0℃50℃或60℃,然而灯具系统则要求在-30℃60℃,此为合理的工业标准。而且散热必须要有特别的方法才行。 

  除了温度以外,湿度也是另一个问题,使用塑料封装是否可以挡住湿气?若是曝晒在紫外线之下,又是否能够挡住? 


  未来当这些大企业真正成为LED产业的一员时,既有的核心优势如何伸展,便又成为一个努力的方向。过去有一个坏的例子,1980年代,台湾在两片式电话机有了重大突破,原本可以以78年的时光来享用这个好进展,但是在厂商自相残杀之下,3年就把市场做烂,原本30美元一台的市场行情,快速滑落成6美元。像这样杀鸡取卵的例子,在产业中不胜枚举,希望未来LED照明产业不会重蹈覆辙。 

  以10W为起点 创造自己的专利 

  LED用作LCD背光源是现阶段的热门话题,LED具备电、无汞、背光厚度可以很窄、色域可以达到105%的NTSC、弧面等优点,应用范围也逐渐由小面积转往笔记型计算机领域;或许23年之后,就会像LED照明一样,逐渐普及开来。这需要倚赖LED芯片的发光效率更提升、价格更便宜,才能让两大应用俱进。 

  过去台湾LED产业受制于萤光粉问题,被先进国家卡住脖子,致使台湾厂商需要不断去解决、协调该类问题。如今以灯具来看,日、美、德等国在1W5W的封装已经努力一时间,取出效率已经相当不错;然而若使用于通用照明,每颗需要10W以上,整座灯具则需要80W,方能取代250W的普通光源。 

  有鉴于专利和先进国家已经卡好位的问题,建议台湾厂商可以用10W作起点,创造自己的专利,一方面可以避免跟著别人的脚步再陷入专利问题,另一方面也较快速切入通用照明的需求。 

  萤光粉专利恼人 或可与大陆业者合作 

  台湾只有台大化学系有教授在从事萤光粉的研究,产业就付之阙如。最近大连有一家路明电子在萤光粉领域颇为积极,宣称专利已经超过70个,虽然不清楚有多少比重是基本专利,有多少是延伸专利,不过如此重视专利的厂商,在大陆算是相当少见。 

  台厂最感恼人的专利,就是日亚化的YAG黄色萤光粉,路明也有YAG的专利,虽然内容和重要性并不清楚,然而也算握有筹码;同时,该公司也发展铝酸盐萤光粉,掺了稀土族,此外在矽酸盐方面也有发展。事实上,稀土族在萤光粉中的角色甚为重要,全世界有47%的稀土族在中国大陆,来源丰富,我们可以去找出来,看看哪里一种元素可以使用于哪里一种LED;这也是机会所在。 

  白光LED有三种调配方式,一是使用蓝光LED加上黄色YAG萤光粉,然而日亚化的专利数,早期多达280个,现在恐怕已经超过300个,最是台湾厂商不能承受之痛;第二种方法是UV加上萤光粉混合成白光,这种做法较不普遍,但是限制较少,也是白光联盟最支持的做法,厂商不妨藉由与萤光粉厂商合作的方式找出自己的技术方向;第三种做法则是采用RGB来混光,但是成本过高,可行性较低。7,000°K为冷色调,3,500°K为暖色调;虽然以RGB来改变色温相当容易,但是成本太高,因此现实中倾向使用萤光粉来调整色温,希望使用不同的电压来点亮,即可以激发成不同的色温,这种做法成本就低得多。 

  亮度不够 使用微型聚光斗技术增光通量 

  LED过去使用于指示灯,对亮度要求不高,往往是:看得到就好;然而逐渐走入照明应用,正是一个全新的开始;这时对于LED的需求,就是大功率和高光通量两大要件。 

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