破電源轉換損耗“死癥” HV LED將成市場主流?
文章來源:恒光電器
發布時間:2014-02-10
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目前廣泛使用的直流發光二極體(DCLED),若要經由市電供電,須外加交流對直流(AC-DC)整流器,易造成額外物料成本及能源轉換損失,因此產業界已發展出以交流電直接驅動的高壓LED(HV LED),可大幅提升LED照明系統的能源利用率和發光效率。
在傳統照明光源中,電工照明,發光效率最好的是日光燈,其光源本身的發光效率約65lm/W。用于安定器的附加電路會造成13~20%的能源損耗,光源發光經過燈具的反射罩,其光源效率損耗約30~40%,因此在實際的照明應用環境下,日光燈的燈具照明發光效率約35lm/W。雖然光源自身發光效率高,但附加電路和燈具結構所造成的光損失,將會大幅降低燈源的發光效率。
目前已大幅應用在照明光源的高功率白光直流發光二極體(DC LED)(表1),其光源發光效率可達150lm/W。但DC LED是以直流電源驅動操作,若要使用在市電上,勢必要外加交流對直流(AC-DC)整流器,電源轉換將會造成20~30%的能源損耗,且驅動電路之體積也較為龐大,燈具設計彈性相對會受到限制。
臺灣自主性研發的高壓(HV)LED技術產品,僅需簡易的外加驅動電路,技術資訊,即可直接以市電110伏特(V)/220V驅動操作,并具備90%高功率因數(PF)、95%高能源利用率、高發光效率等優點。目前已于國際上取得發展先機,國內廠商晶元光電已陸續將HV LED晶粒產品出貨給國外各家LED封裝及應用大廠使用,國內也有多家相關廠商投入HV LED照明光源產品的開發,是為未來照明光源主流趨勢。
迥異DC LED 驅動方式 HV LED特性和設計大相逕庭
高壓LED是以半導體制程方式,將多顆微晶粒置于同一基板上,照明產品,再加以串接而成,其所需之制程技術與傳統LED十分近似。然而,由于驅動方式的不同,特別是在交流電驅動條件下,高壓LED的特性和設計方向與傳統LED有顯著差異。
圖1為高壓LED晶片結構示意圖。多顆制作于同一基板的微晶粒間以金屬導線連結串接,而高壓驅動電流則經由末端的兩個打線墊片進入微晶粒串。由圖2的微晶粒結構側視圖中,則可發現單顆微晶粒的結構與傳統LED間主要的差異,僅在于尺寸的不同,其他包括透明導電層、表面粗糙化、圖案化藍寶石基板等可提升傳統LED效率的技術,也同樣適用于高壓LED。
圖1 高壓LED結構上視圖
圖2 成長于藍寶石基板的GaN微晶粒側視結構圖
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