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白色光發光二極體發展動向   【作者： 陳興】   2000年04月01日 星期六

瀏覽人次：【9694】 所謂「白光」通常係指一種多顏色的混合光，以人眼所見的白色光至少包括二種以上波長之色光所形成，如藍色光加黃色光可得二波長白光，藍色光、綠色光、紅色光混合可得三波長白光，現在家庭用室內照明光源如日光燈、U型省電燈炮都為三波長白光，在TFT-LCD用之背光源也是三波長白光。 白光LED目前可分為「有機白光LED」與「無機白光LED」，詳細如(表一)中白光LED分類表所示，無論有機白光LED或無機白光LED，目前在研究領域中還算當紅且熱門的題目。已商業化成熟的產品目前僅有二波長藍光單晶片加上YAG黃色螢光粉(表二)；在未來最被看好的三波長白光LED係無機紫外光Chip加R.G.B三顏色螢光粉；另一個為有機高分子單層型三波長白光LED，理由是成本低製作容易。本文探討主要選擇以無機白光LED為主要內容。 《表一　白光LED分類表》 《表二　白光LED與其他燈源的比較》 白光LED原理與構造 無機白光LED日本日亞化學是第一個將其商品化，係以二波長為主，主要技術原理如(圖一)所示係以藍光單片加上黃色螢光粉，利用藍光激發黃色螢產生黃色光同時也有部份藍光射出來，配合黃光即形成藍黃混和二波長白光【光譜圖如(圖二)所示】，目前二波長白光發光效率已達18λm/w，預計未來可達50λm/w。 《圖一　白光LED的構造》 《圖二　二波長白光LED光譜圖》 三波長白光未來最被看好，其原理為：以紫外光LED晶片激發塗在其表面及周圍的螢光粉(內含R.G.B三色混合)使產生三波長白光，由於紫外光激發的螢光粉其發光效率效藍光來得高，且量產容易，光色較均勻，不會像二波長白光會有偏色現象(偏黃或偏藍)及光色不均現象。預計三波長白光LED今年將會商品化，因手機市場須求極大。 白光LED的特點 白光LED的優點很多，似乎看不出有什麼缺點，那它缺點是什麼？個人認為唯一的缺點是價格貴，大約是日常照明的100倍左右，未來希望大量生產後價格能降至日常照明的10倍以下。以下所列為白光LED的特點： ● 體積小(可視使用環境作多顆多種組合) ● 壽命長(5萬小時以上) ● 不易破(耐震與耐衝擊) ● 沒有熱軸射(可見光範圍) ● 不含水銀(沒有污染、廢棄物處理容易模具環保) ● 可在高頻率下操作(作指示控製作用) ● 低電壓、低電流起動(2個小電池就可發光，不須變壓器) ● 色溫及演色性佳(色溫可調) ● 發光效率高(省電) 白光LED的應用 筆者於1997年4月宣佈開發出國內第一顆白光LED時，有相當多的訪客來自國外，其中我接到對岸(大陸)三通直撥電話詢問有關白光LED的情況，並表明用途，有一通來自對岸軍事研究所單位打算將白光LED裝在坦克車內當照明；有一通電話來自哈爾濱，說白光LED加上太陽電池可賣給蒙古遊牧民族裝在「蒙古包」上；另一通電話則來自鐵道部他們打算用在車廂內的照明。由於白光LED的特點為，壽命長、省電、低壓直接驅動，安全又具環保等多重功效，因此應用領域就包括有： ● 小型手電筒照明(已商品化) ● LCD背光源如手機面板、及汽車、音響儀表面板(圖三) ● 交通號誌及指示板(美國夏威夷行人交通號誌採用白光) ● 室內照明(圖四) ● 船、飛機、汽車內照明(高可靠度、長壽命、安全需求) 《圖四　白光LED製成的檯燈》

白光LED是照明的未來主流

照明燈具乃人類生活中所必需，全世界用於照明的電力約為總用電量的17%，因此對於省電燈具的開發，乃舉世渴求之科技發展。

白光LED與一般照明比較，除了省電外(用電量是一般燈炮的八分之一到十分之一、日光燈的二分之一)，還有壽命長(可達五小時以上)，不發熱(熱量小)，對於廢棄物的處理為安全而且環保(一般日光燈或省電燈炮內有液態汞，回收不易，丟棄後螢光燈內的液汞流入地面會造成土壤、水質污染)，因此白光LED被喻為「綠色照明光源」的明日之星。其未來的研發動向可參考(表三)。

《表三　白光LED未來的研發動向》

依據經濟部能源統計月報八十七年三月號資料顯示，在台灣有三座核能電廠，平均每座每月的發電量約為十億度，每座每年發電量為一百二十億度，而台灣家庭照明八十五年用電量約二百億度，若所有照明改採白光LED燈，則每年至少省下一百二十億度的用電量，相當於一座核能發電廠一年的發電量。在日本，依照官方通產省的報導，使用白光LED當照明則於日本國每年可節省相當於五座核能電廠的發電量，也因此歐、美、日等照明有關的大公司如奇異、飛利浦、惠普、西門子等均已積極投入研發工作。

相關專利方面

日本日亞化學第一篇白光LED相關專利申請於1993年9月28日，日本專利特開平7-99345號，其後陸續申請幾篇，其中最重要的一篇為1997.7.28申請，專利號第2927279號，此篇於1997.7.29向「國際專利聯盟組織」提出申請W0-98105078號，向該組織指定國有114個國家，然後剩20個月內有效期分別申請其他國家專利，已知目前已取得之專利權如美國專利US5998925號(1999.12.7公告)，台灣專利於2000.3.1公告(公告號：383508號)

在德國西門子公司也於1996.6.26申請專利號OE19625622A1並同時也向「國際專利聯盟組織」提出申請號為WO-99/50132。在美國的飛利蒲公司也於1997.5.27提出申請2篇並於1998.9.29核准通過專利(US5813752、5813753)。

在台灣方面，筆者個人於1996年開始也提出幾項白光LED相關專利申請，並已取得多項專利(美國專利5962971，5952681，5982092，台灣發明專利107863號，台灣新型專利145396號)。從以上專利申請資料收集也証明台灣在白光LED的研發時間並不晚，其成果在世界上排名第二，若將研發成果配合台灣下游封裝廠合作下相信，未來白光LED台灣將是世界第一大生產國。

生產技術方面，白光LED由於技術簡單要進入容易，可以說目前所有LED封裝廠都有能力可生產，只要能拿到藍光晶片與螢光粉，基本上都可量產，但要品質好就須要花功夫了，不過由於白光LED專利集中在少數廠家中，專利授權又不容易取得的情況下，日本日亞化學表明專利決不授權，想談都不用談，現在國內廠商唯有自行研發及尋找他家公司授權，未來才有「錢」途。