流明效率价格有突破 LED将取代传统光源

　　高电压技术持续演进之下,800LED球泡灯已然问世,再加上发率不断提升,以及覆晶封装技术加持下,无论流明数、发光效率、成本与体积均更具竞争力,可望加速取代传统光源,进一步扩大市场渗透率。

　　各国白炽灯禁用与禁产的规范将自2011年陆续启动,东芝(Toshiba)、(Philips)等发光二极体(LED)灯具大厂纷纷展开球泡灯部署,尤其在高电压(HV)LED技术迭有进展之下,LED晶片厂已成功开发出800流明球泡灯,且正积极研发1,000流明以上球泡灯,以加速抢攻60瓦白炽灯泡版图。

　　取代60瓦白炽灯泡LED晶片商800流明到位

　　研发中心氮化物研发群协理洪详竣预期,至2015年,全球超过50%的照明产值将由LED独占,为兵家必争的商机。

　　随着各国禁用与禁产白炽灯的时程逐渐逼近,东芝、飞利浦、奇异(GE)、LEDONLighting等大厂早已紧锣密鼓强化布局旗下的产品线,除了标榜长寿命、发光效率及价格优势之外,晶元光电研发中心氮化物研发群协理洪详竣表示,有鉴于成本为LED照明普及的关键,800流明球泡灯、每美元达1,000流明的封装、高电压LED及增加红光LED的暖将为大势所趋,因此成为LED晶片商戮力耕耘的技术重点。

　　近期,飞利浦、东芝率先业界开发出800流明的LED球泡灯,以取代60瓦白炽灯泡,目标是在2011年达成售价40美元,以取代20美元的40瓦白炽灯泡,至2015年达成8美元的售价。洪详竣分析,为降低损失,未来LED灯具大厂势必朝超越1,000流明迈进。

　　此外,洪详竣强调,观察冷白光和暖白光LED发光效率、价格演进,为加速LED取代白炽灯市占,每美元1,000流明的封装技术将势不可当,一旦顺利量产成功,冷白光LED将可达每千流明1美元,已为各LED晶片厂2015年的目标。预期至2012年,每美元500流明LED顺利量产后,将有助于扩大LED照明市场渗透率达30%。

　　另值得关注的是高电压LED,相较于直流方案,高压电方案可减少发光效率下降,且采行更高效率的器,加上不会出现交流电方案的故障弊病,以及制造成本低和生产容易性,将成为最容易达成高性价比泡的方案。洪详竣指出,高电压LED主要瞄准室内照明,将有利于简化LED与转换器的设计。

　　现阶段,众多LED晶片商正试图藉由增加AIGalnP中的红光LED实现高,洪详竣说明,相较于蓝光LED混合萤光粉的暖白光方案演色性达82%,混合红光LED的暖白光演色性可高达90%,因此将为市场主流。现今,红光LED发光效率已达每瓦180流明、蓝光LED已达每瓦162流明。

　　另一方面,相较于传统LED封装技术,覆晶(FlipChip)(又称倒晶)封装技术兼具良率高、导热效果强、出光量增加、薄型化等特点,因此逐渐在LED封装领域崭露头角,惟初期投资大、每小时产量(UPH)远较传统制程低,将为LED封装厂商戮力克服的开发挑战。

　　覆晶封装露锋芒投资成本/UPH考验倍增

　　电子研发三处副处长徐锡川表示,覆晶封装前景可期,吸引LED封装业者竞相导入。

　　亿光电子研发三处副处长徐锡川表示,覆晶封装技术具备散热佳、出光面积增大、小型化及良率高的优势,因此逐步获得市场青睐,然囿于初期投资金额相当可观,加上UPH不及传统绑晶(Die+WireBond)制程,因此垫高技术进入门槛,同时也成为LED封装商积极克服的技术难题。

　　虽然传统绑晶制程具有初期投资金额低、产能高及可沿用既有生产设备优点,却有散热不易、小型化封装良率难提升、需高温接合等缺陷。有别于传统LED封装的固晶方式,覆晶封装系将晶片直接翻转对位于基板上的金凸块(Bump),再藉由外加能量达到固晶目的。该技术有助于缩短LED制程于高温烘烤时间,以减低物料热应力,且制程简化易于良率控管,此外,由于晶片所产生的热经由金凸块传导至基板上,故导热效果佳,以及去除晶片上电极遮挡出光面积之下,致使出光量增加。该封装制程要求物料品质,即基板镀层、晶片电极,以及瓷嘴设计、金线材质/线经与制程参数。

　　由于节能灯发光效率、节能、寿命、体积及环保皆不及LED,再加上英国卫生部发布关于节能灯的警告,打破节能灯将导致汞释放的严重危险,并造成环境污染,因此尽管现阶段LED价格竞争力不敌节能灯,后势仍深具潜力。为加速LED普及,覆晶封装技术将可望在市场中崭露头角,吸引各LED封装厂争相布局。

　　另值得关注的是,LED朝配置密集化的设计演进,激励高导热散热基板需求,再加上LED基板迈向微型化,以及户外照明和大型化产品对于可靠度要求更加严苛,因铝基板微型化难度高、膨胀系数较高,遂使陶瓷基板与矽基板趁势崛起,尤其矽基板产能从4寸升级至8寸晶圆,将有助于加速达成商品化目标。

　　微型化/高导热需求殷LED矽基板崭露头角

　　聚鼎科技技术处副理沙益安指出,聚鼎科技的铝基板主要供货给开发侧光式LEDTV品牌大厂,增加散热能力为首要采购要件。

　　聚鼎科技技术处副理沙益安表示,高导热封装技术可降低介面热阻、提高热传系数,因此LED基板的选择至关重要,其中,铝基板微型化不易,加上膨胀系数高达20ppm/K,故信赖度偏低,遂使陶瓷基板和矽基板需求兴起。但因直接镀铜基板(DPC)投入设备成本较高,且相较DPC,矽基板尺寸可更小,尤其产能快步提升后,生产成本降达75%。

　　矽基板主要代表厂商为普瑞光电(BridgELux),然该公司不讳言,旗下矽基板LED商品化仍需2~3年。Bridgelux已开发出每瓦135流明的矽基板LED,低运作电压在350毫安培下,达2.9伏特。

　　现阶段铝基板在LEDTV领域仍为主流封装技术,国内散热胶片与铝基板制造商聚鼎科技,已领先业界开发出卷对卷(R2R)式12W/mK散热胶片制程,沙益安强调,有别于其他竞争对手推出的湿式制程,聚鼎科技研发出无溶剂干式连续制程,不爆板且环保,已通过UL认证,并获得夏普(Sharp)等日系LEDTV品牌大厂采用。该公司预计于2011年再发布新款12瓦、2瓦的低成本铝基板产品,以积极抢攻LED照明版图。

　　除高导热散热基板之外,最新进展同样备受业界关注。随着LED灯泡与节能灯的零售价格差距降至三倍,预期2013年,LED灯泡的市场渗透率将达10%,为迎合LED单价下滑趋势,业者亦致力于缩减LED驱动IC方案成本,兼顾低整体物料清单(BOM)、高转换效率的LED驱动IC产品线将轮番上阵。

　　标榜低BOM/高效率LED驱力IC方案竞出笼

　　意法半导体大中华暨南亚区工业ICS技术行销专案经理吴玉君认为,市场持续成长,照明应用后势潜力惊人。

　　意法半导体(ST)大中华暨南亚区工业ICS技术行销专案经理吴玉君(图4)表示,不同于标准隔离式(Isolated)LED驱动IC方案,意法半导体发表的初级侧调节(PSR)高电压LED驱动IC方案整合金属氧化物半导体场效电晶体(MOSFET),并且毋需经由(Optocoupler),以及定电流(CCController),故可降低BOM成本。

　　除此之外,此方案透过整合该公司开发的800伏特MOSFET,可提高LED驱动IC的稳定度,且在低电负载时采用升压(Boost)模式,以及具备掉电与电饱和侦测功能,将有助于LED发生故障时,减少使用的风险,增加操作的安全性。另因采取准谐振(Quasi-resonant)操作,所以可提高转换效率、稳定度及电磁干扰()。

　　根据市调机构LEDinside预估,取代传统照明为LED光源市场成长最快的应用,2009~2014年年复合成长率(CAGR)高达92%,日本为率先崛起的市场。着眼于LED光源取代传统照明市场规模惊人,早已是群雄竞逐的商机,尤其在流明数、发光效率、成本及尺寸迭有突破之下,可望加快LED光源的普及率,再透过众多供应链厂商资源挹注加持,将有利于做大市场大饼。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　编辑：Leo