什么是LED？

LED 是发光二极管 ( Light Emitting Diode, LED) 的简称，也被称作发光二极管，这种半导体组件发展以来一般是作为指示灯、显示板，但目前随着技术增加，已经能作为光源使用，它不但能够高效率地直接将电能转化为光能，而且拥有最长达数万小时～ 10 万小时的使用寿命，同时具备不若传统灯泡易碎，并能省电，同时拥有环保无汞、体积小、可应用在低温环境、光源具方向性、造成光害少与色域丰富等优点。

随着白光 LED 的出现与更多科技的导入，目前在家用电器及笔记本计算机的指示灯、汽车防雾灯、室内照明等照明设备日渐蓬勃， LED 的应用越来越普遍。

 

 

LED的发明

在 1955 年时，美国无线电公司（ Radio Corporation of America ）的 Rubin Braunstein 发现了砷化镓（ GaAs ）与及其他半导体合金的红外线放射作用，而 1962 年美国通用电气公司（ GE ）的 NickHolonyak Jr 则开发出可见光的 LED 。不过， LED 真正的起飞是在 1990 年代白光 LED 出现后，才开始渐渐被重视，而应用面越来越广。

 

LED的发光原理

 

LED 是一种可以将电能转化为光能的电子零件，并同时具备二极管的特性，也就是具备一正极一负极， LED 最特别的地方在于只有从正极通电才是会发光，故一般给予直流电时， LED 会稳定地发光，但如果接上交流电， LED 会呈现闪烁的型态，闪亮的频率依据输入交流电的频率而定。 LED 的发光原理是外加电压，让电子与电洞在半导体内结合后，将能量以光的形式释放。目前全球产业所发展出的不同种类 LED 能够发出从红外线到蓝之间不同波长的光线，而业界也有紫色～紫外线的 LED ，近年来 LED 最吸引人的发展是在蓝光 LED 上涂上荧光粉，将蓝光转化成白光的白光 LED 产品。 LED 之所以被称为世纪新光源，原因在于 LED 具备点光源与固态光源的特性，能够节省能源、高耐震、寿命长、体积小响应快速、并且色彩饱和度高。

 

LED的颜色:

 

由于随着 LED 的制造材料不同，产生出来的光子拥有的能量也不同，故业界透过制造材料来控制 LED 发光的波长，进而产生拥有不同光谱与颜色的各种 LED 。

 

全球第一颗 LED 采用的材料是砷 (As) 化镓 (Ga) ，工作电压为 1.424V ，其发出的光线为红外光谱。之后，业界发展出以磷 (P) 化镓 (Ga) 作为 LED 的材料，工作电压为 2.261V ，发出的光为绿光。业界早期就透过这 2 种型态 LED 所需的材料，调配出从红外线到绿色光范围内所有波长的 LED 产品，发展出常见的红光 LED 、黄光 LED 、橙光 LED 等等，这 3 大类 LED 因为使用了镓、砷、磷 3 种元素，故被称为 3 元素 LED ，而蓝光 LED 、绿光 LED 与红外光 LED 则被称为 2 元素 LED 。业界后来发展出采用混合铝 (Al) 、钙 (Ca) 、铟 (In) 和氮 (N) 共 4 种元素的 4 元素 LED ，就能够发出所有可见光范围与部份紫外线光谱的光线。

 

 

LED的亮度：

 

在讨论 LED 产品时，我们会注意的发光亮度有 3 种单位，分别是照度单位勒克司（ Lux ）、光量单位流明（ Lumen ； lm ）、发光强度单位烛光（ Candle power ； CD ）， 3 种单位各自有适合使用的领域，但是在数值上是互通的。

 

1 CD 表示完全辐射的物体，在白金凝固点温度下，每六十分之一平方公分面积的发光强度。适合用在主动发光灯具领域，如白热灯泡。

 

1 lm 表示 1 CD 光照射在距离为 1 公分，面积为 1 平方公分平面上的光量。适合用在反射灯具与穿透灯具领域，如投影机。

 

1 Lux 表示指 1 Lm 光量均匀分布在 1 平方公尺面积上的照度。适合用在摄影领域。

 

一般而言，单一 LED 的发光强度以 CD 为单位，并配上视角参数，而 LED 的发光强度从各位数 mCD 到 5,000mCD 不等。厂商在标示 LED 单一产品时，其发光强度规格是说 LED 在 20mA 电流下点亮时，最佳视角上和中心位置上发光强度最大点的发光强度。

 

LED的节能效益

基于环保立场以及节约能源要求，全球各国政府重视 LED 与节能灯具带来的经济与节能效益，而厂商也看好这次照明革命的商机而纷纷投入。除了欧盟与美国国会均 进行阶段性禁止白炙灯泡的使用外，目前已经有加拿大宣布 2010 年全面禁用白炙灯泡，而美国加州在内的部份州，也要在 2012 年禁止白炙灯泡，而澳洲则宣 布在 2010 年全面禁止贩卖白炙灯泡，中国、日本也有 LED 的奖励方案在规划中。

 

虽然目前市面上已经有另一种节能灯具产品省电型荧光灯 （ CFL ），但由于其照明质量仍旧不够，启动时间较一般白炙灯泡长，而且不能调整光源输出亮度，普及度仍不够高。 LED 则具备更多的节能效益，并且藉由技术的提升，亮度已经达到让人满意的程度，但价格高昂是一大问题，未来随着全球 LED 厂商的量产脚步加快，价格降低后可加速 LED 灯具的普及程度。

 

LED的寿命：

 

一般 LED 的发光寿命很长，产品大多标明为 100,000 小时以上，但事实上 LED 的亮度是会衰减的，在运用一段时间后，亮度会衰捡到原本的一半或甚至更少。但所幸随着业界技术的进步，减少 LED 亮度衰减问题的方案很多。在生产过程中，选用如 4 元素 LEC 材料能够拥有较久的亮度衰减周期，而厂商使用的 LED 制程与成品究竟能耐用多久有很大的关系，配色也是 LED 厂的生产关键。

 

LED 的使用寿命，比一般白炙灯泡的 1,000 小时、日光灯具的 1 万小时， LED 使用寿命号称可达 5 万小时 ( 但实际上要看搭配电子零件的寿命，如驱动 IC 、电源 ) ，大幅降低灯具替换的成本。这项特性帮助 LED 灯具在价格竞争上，有了将一般灯泡替换成 LED 的好理由，更可藉由这项优势，让许多原本因经济考虑而不能全天开启的环境，藉由 LED 照明让公共或私人场所 更安全。比如说公共停车场、冰箱等等应用范围，美国最大零售业者威名百货（ Wal-Mart ），就已经将该公司的冷冻设备改采省电的 LED 产品。

 

LED 较明显的缺点就是散热问题，不当的散热将导致 LED 灯具的亮度与使用寿命衰减，所幸这部份藉由新技术的加持，渐渐也有了显着的改善。

 

LED的应用：

 

除了我们熟知的各种电子产品上面的 LED 指示灯外， LED 屏幕、 LED 照明、液晶屏幕用的 LED 背光源、手机上按键的 LED 背光、新世代的 OLED 屏幕、 PLED 屏幕等等各式各样关于 LED 的应用正逐渐稳定的发展中，部份领域的 LED 应用因为市场发展趋于成熟，普及的速度开始加快，也无形中创造出惊人的商机。

 

目前高亮度白光 LED 光源，是目前美欧日 LED 大厂竞相研发的重点，预估到了 2011 年后， LED 将在一般照明市场中大规模普及。虽然亚洲厂商在高亮度的生产规模占全球最高比例，不过白光 LED 光源专利为日本的日亚化（ Nichia ）和 T.G. 、美国的 Cree 以及欧洲的 Philips Lumileds 和 Osram 五大厂所掌握；中游模块虽无标准规格，但仍为国际大厂包括 National 、 Laminar 、 Osram 、 Lumiled 、 Vishay 所主导；欧洲、美国与日本也开始积极制订照明应用器具安规及能源标准。

 

LED 现阶段最大的应用是手机按键的背光源，各种电子展品的指示灯，而最近应用在广告广告牌的大型 LED 屏幕，还有应用在液晶屏幕的背光源也越来越受到瞩目，再来就是建筑照明、室内照明、商用照明等等， LED 的应用面日趋广泛。

 

未来的发展端看各国政府积极应用 LED 于公共事业的速度，可望加速 LED 价格的下滑，当消费者采用的程度也提高，届时产生的经济效益与节能效益很可观。

 

日本厂商推出采用LED背光源的液晶电视。

 

LED的全球市场发展：

 

在 2005 年时，全球高亮度 LED 市场规模达 58 亿美元， 2006 年达到 66 亿美元，预估 2011 年可增加到 106 亿美元，平均年复合增长率（ AAGR ）为 10.2% 。高亮度 LED 的出货量 2005 年达到 48 亿个， 2006 年增加到 65 亿个，预估 2011 年达到 88 亿个，平均年增长率为 10.3% 。 2005 年 LED 的基板材料销售额超过 10 亿美元， 2006 达到 11 亿美元，预估 2011 年 18 亿美元，平均年增长率为 9.7% 。

 

台湾方面在 2006 年的 LED 照明光电产值为新台币 210 亿元， 2010 年将提升到 930 亿元， 2015 年更可达到 5400 亿元。在上游光源部分，台湾产量为全球第一， 2006 年高亮度 LED 产值不含手机应用高达新台币 150 亿元。

 

台湾上游 LED 光源产业居全球重要地位，因为在红、绿光 LED 技术上处于领先位置。下游应用台湾照明生产质量佳，价格与全球通路是优势。台湾厂商在液晶面板（ LCD ）的背光模块全球市占率达到 48 ％，故台厂藉此切入开发 LED 背光模块也是一项优势，而车用 LED 产品也被视为重点项目之一。

 

从 2007 年起 LED 照明将可逐步代现有白炽灯， 2011 年起逐步取代荧光灯。欧盟自 2007 年起逐步淘汰白炽灯泡，澳洲宣示从 2010 年起全面禁用白炽灯泡，故 LED 市场前景十分值得期待。未来 5 年市场应用应以 LED 广告牌或显示的背光源、车用与一般照明为市场发展主力。

 

在 2010 年会大幅成长的，将是高流明输出的商业等级 LED 照明系统，这是因为家用 LED 照明对于大多数消费者来说仍是昂贵许多，在长期使用效益、 节能环保要求与租税减免优惠的带动下，商业空间照明采用 LED 的比例会大幅增加，特别是停车场照明、办公室照明、工厂照明、仓库照明等区域。 LED 照明可 取代高压钠灯、卤素灯、白炙灯泡以外，也已经在某些领域可取代 CFL 节能灯、荧光灯。

 

LEDinside 预估 2010 年到 2011 年将是 LED 商用照明快速成长与普及的二个年头，而 LED 在家用照明的应用起飞则要等到 2011 年、 2012 年以后，特别是 2012 年是个关键年。

 

2010 年 LED 光源在照明市场的渗透率可望达到 3.7 ％，从 2009 年到 2013 年将有 32 ％的年复合成长率。