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白色光发光二极体发展动向   【作者： 陳興】2000年04月01日 星期六

浏览人次：【9679】 所谓「白光」通常系指一种多颜色的混合光，以人眼所见的白色光至少包括二种以上波长之色光所形成，如蓝色光加黄色光可得二波长白光，蓝色光、绿色光、红色光混合可得三波长白光，现在家庭用室内照明光源如日光灯、U型省电灯炮都为三波长白光，在TFT-LCD用之背光源也是三波长白光。 白光LED目前可分为「有机白光LED」与「无机白光LED」，详细如(表一)中白光LED分类表所示，无论有机白光LED或无机白光LED，目前在研究领域中还算当红且热门的题目。已商业化成熟的产品目前仅有二波长蓝光单晶片加上YAG黄色萤光粉(表二)；在未来最被看好的三波长白光LED系无机紫外光Chip加RGB三颜色萤光粉；另一个为有机高分子单层型三波长白光LED，理由是成本低制作容易。本文探讨主要选择以无机白光LED为主要内容。 《表一 白光LED分类表》 《表二 白光LED与其他灯源的比较》 白光LED原理与构造 无机白光LED日本日亚化学是第一个将其商品化，系以二波长为主，主要技术原理如(图一)所示系以蓝光单片加上黄色萤光粉，利用蓝光激发黄色萤产生黄色光同时也有部份蓝光射出来，配合黄光即形成蓝黄混和二波长白光【光谱图如(图二)所示】，目前二波长白光发光效率已达18λm/w，预计未来可达50λm/w。 《图一 白光LED的构造》 《图二 二波长白光LED光谱图》 三波长白光未来最被看好，其原理为：以紫外光LED晶片激发涂在其表面及周围的萤光粉(内含RGB三色混合)使产生三波长白光，由于紫外光激发的萤光粉其发光效率效蓝光来得高，且量产容易，光色较均匀，不会像二波长白光会有偏色现象(偏黄或偏蓝)及光色不均现象。预计三波长白光LED今年将会商品化，因手机市场须求极大。 白光LED的特点 白光LED的优点很多，似乎看不出有什么缺点，那它缺点是什么？个人认为唯一的缺点是价格贵，大约是日常照明的100倍左右，未来希望大量生产后价格能降至日常照明的10倍以下。以下所列为白光LED的特点： ● 体积小(可视使用环境作多颗多种组合) ● 寿命长(5万小时以上) ● 不易破(耐震与耐冲击) ● 没有热轴射(可见光范围) ● 不含水银(没有污染、废弃物处理容易模具环保) ● 可在高频率下操作(作指示控制作用) ● 低电压、低电流启动(2个小电池就可发光,不须变压器) ● 色温及演色性佳(色温可调) ● 发光效率高(省电) 白光LED的应用 笔者于1997年4月宣布开发出国内第一颗白光LED时，有相当多的访客来自国外，其中我接到对岸(大陆)三通直拨电话询问有关白光LED的情况，并表明用途，有一通来自对岸军事研究所单位打算将白光LED装在坦克车内当照明；有一通电话来自哈尔滨，说白光LED加上太阳电池可卖给蒙古游牧民族装在「蒙古包」上；另一通电话则来自铁道部他们打算用在车厢内的照明。由于白光LED的特点为，寿命长、省电、低压直接驱动，安全又具环保等多重功效，因此应用领域就包括有： ● 小型手电筒照明(已商品化) ● LCD背光源如手机面板、及汽车、音响仪表面板(图三) ● 交通号志及指示板(美国夏威夷行人交通号志采用白光) ● 室内照明(图四) ● 船、飞机、汽车内照明(高可靠度、长寿命、安全需求) 《图四 白光LED制成的台灯》

白光LED是照明的未来主流

照明灯具乃人类生活中所必需，全世界用于照明的电力约为总用电量的17%，因此对于省电灯具的开发，乃举世渴求之科技发展。

白光LED与一般照明比较，除了省电外(用电量是一般灯炮的八分之一到十分之一、日光灯的二分之一)，还有寿命长(可达五小时以上)，不发热(热量小)，对于废弃物的处理为安全而且环保(一般日光灯或省电灯炮内有液态汞，回收不易，丢弃后萤光灯内的液汞流入地面会造成土壤、水质污染)，因此白光LED被喻为「绿色照明光源」的明日之星。其未来的研发动向可参考(表三)。

《表三 白光LED未来的研发动向》

依据经济部能源统计月报八十七年三月号资料显示，在台湾有三座核能电厂，平均每座每月的发电量约为十亿度，每座每年发电量为一百二十亿度，而台湾家庭照明八十五年用电量约二百亿度，若所有照明改采白光LED灯，则每年至少省下一百二十亿度的用电量，相当于一座核能发电厂一年的发电量。在日本，依照官方通产省的报导，使用白光LED当照明则于日本国每年可节省相当于五座核能电厂的发电量，也因此欧、美、日等照明有关的大公司如奇异、飞利浦、惠普、西门子等均已积极投入研发工作。

相关专利方面

日本日亚化学第一篇白光LED相关专利申请于1993年9月28日，日本专利特开平7-99345号，其后陆续申请几篇，其中最重要的一篇为1997.7.28申请，专利号第2927279号，此篇于1997.7.29向「国际专利联盟组织」提出申请W0-98105078号，向该组织指定国有114个国家，然后剩20个月内有效期分别申请​​其他国家专利，已知目前已取得之专利权如美国专利US5998925号(1999.12.7公告)，台湾专利于2000.3.1公告(公告号：383508号)

在德国西门子公司也于1996.6.26申请专利号OE19625622A1并同时也向「国际专利联盟组织」提出申请号为WO-99/50132。在美国的飞利蒲公司也于1997.5.27提出申请2篇并于1998.9.29核准通过专利(US5813752、5813753)。

在台湾方面，笔者个人于1996年开始也提出几项白光LED相关专利申请，并已取得多项专利(美国专利5962971，5952681，5982092，台湾发明专利107863号，台湾新型专利145396号)。从以上专利申请资料收集也证明台湾在白光LED的研发时间并不晚，其成果在世界上排名第二，若将研发成果配合台湾下游封装厂合作下相信，未来白光LED台湾将是世界第一大生产国。

生产技术方面，白光LED由于技术简单要进入容易，可以说目前所有LED封装厂都有能力可生产，只要能拿到蓝光晶片与萤光粉，基本上都可量产，但要品质好就须要花功夫了，不过由于白光LED专利集中在少数厂家中，专利授权又不容易取得的情况下，日本日亚化学表明专利决不授权，想谈都不用谈，现在国内厂商唯有自行研发及寻找他家公司授权，未来才有「钱」途。