新世代節能與環保的要角LED

Presented by 吳仁釗

能源與環境的平衡

‧能源: 石油、煤炭、核能、太陽能電池(目前主流技術)… 都造成碳足跡的增加。

‧日益稀少或惡化的環境: 空氣、水、氣溫、土壤… 因人類文明而惡化。

‧LED 產業是兼顧上述兩者益處的產業!

四大產業or 慘業?

‧DRAM: 茂德、力晶、南亞科、..三星‧Solar Cell: 茂迪, … 大陸‧LCD: 友達、奇美、華映… 三星‧LED: 晶電、億光、光寶、隆達…三星

‧資本、技術、人才、市場

發光二極體廣泛的應用範疇

大型戶外全彩顯示幕背光源

車用照明

交通號志

戶外燈飾

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7CONFIDENTIAL

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8CONFIDENTIAL

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LED market is being driven by two important applications:•large size LCD panel back lighting (short- & mid-term)

•general lighting ( long-term)

Source: Strategy in Light, USA, Feb. 2011

Positive Outlook for LED Market with 30% CAGR

Market Size Estimation:

10

•LED NB Market ( 2011): ~ 100 KK/m 40 x 40 mil power chip200 m set x 40 chip/set = 8,000 KK/y ~ 800 KK/m ( 10 x 20 mil)

•LED TV Market ( 2011): ~ 550 KK/m 40 x 40 mil power chip•LED Road lighting Market ( 2015): ~ 250 KK/m 40 x 40 mil power

chip30 m lights x 100 chip/light = 3,000 KK/y ~ 250 KK/m ( 40 x 40 mil)

•LED Bulb Market (2015): ~ 2,000 KK/m 40 x 40 mil power chip4B bulb x 6 chip/bulb= 24,000 KK/y ~ 2,000 KK/m ( 40 x 40 mil)

•LED Tube Market (2018): ~ 2,000 KK/m 40 x 40 mil power chip

2011 LED TV ~ 10% of Needed Lighting Capacity

光電半導體元件

a) 電能轉換為光能：發光二極體 ( Light Emitting Diode )

雷射二極體 ( Laser Diode )

b) 光能轉換為電能：光偵測器 ( Photo Detector )光電晶體 ( Photo Transistor )

光伏太陽能電池(Photo-Voltaic Solar Cell )

c) LCD (Liquid Crystal Display)不是發光組件

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13CONFIDENTIAL

四元產品氮化物

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發光源的比較

產品

發光機制

白熾燈泡

加熱黑體輻射

放電燈泡(CCFL)

金屬放電光譜

發光二極體

電子‧電洞結合放光

頻譜分佈曲線

20-30%40%

RadiationConvectionConduction

30-50%75%

ConductionConvection

效率─目前未來

本質性的能量浪費機制

5-10%15%

RadiationConvectionConduction

黑體(白熾燈)輻射頻譜中的有效發光區

‧發光效率高，節省能源–耗電量為同等亮度白熾燈的 10%-20%，螢光燈的1/2。

‧綠色環保–冷光源，不易破碎，沒有電磁幹擾，無汞

‧壽命長- 壽命可達10萬小時‧固體光源、體積小、重量輕、方向性好‧回應速度快，並可以耐各種惡劣條件

LED的優點LED 優點

LED 燈使用性價比

名稱 價格(NT$)消耗功率(W)

使用時數(hr/天)

每度電價(NT$)

壽命(h rs )一年使用費(NT$)

二年使用費(NT$)

LED 199 8 12 3 30,000 285 372省電燈泡 80 17 12 3 5,000 264 527鎢絲燈 30 60 12 3 1,500 678 1,386

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LED產業供應鏈

件l文tia密en

機fidnCo

Σ(III) =Σ(V)

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構成半導體的原料

5B(硼)

6C(碳)

7N(氮)

13 14 15Al(鋁) Si(矽) P(磷)

31 32 33Ga(鎵) Ge(鍺) As(砷)

49 50 51In(銦) Sn(錫) Sb(銻)

81Tl(鉈)

82 83Pb(鉛) Bi(鉍)

III IV V

Elemental Semiconductors

Compound Semiconductor Groups

AlxGa1-xAs、GaxIn1-xP、InxGa1-xN(AlyGa1-y)xIn1-xP

GaAsxP1-y

InxGa1-xAsyP1-y

III-V CompoundSemiconductors

Element and Compound Semiconductors

Element

SiGe

IV-VICompounds

SiC

III-VCompounds

GaAsAlAsInPGaPGaN

II-ViCompounds

ZnSeZnS

件l文tia密en

機fidnCo

N

P

Chip

N

P

多重量子井 MQW(Multiple Quantum Well)

N

P

雙異質結構 DH 單一量子井 SQW(Double Heterostructure) (Single Quantum Well)

提高內部發光效率—發光層設計

P

P/N 同質結構(Homostructure)

N

White Light

CIE Chromaticity Diagram

AlGaInPInGaN

CIE 1931 x,y Chromaticity Diagram

640700620

610600

595590

585580

575570

565560

555550

545540

535530525520515

470475

485

490

495

500

505

510

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

x

y

450

2000 K3000 K5000 K

10000 K20000 K

1000 K

Green

Categor. Item Content Vendor Advantage Disadvantage

鋁氧化物

YAG Y3Al5O12:Ce Nichia

High Eff.

Red colorLow cost

Easy tomake

TAG Tb3Al5O12-Ce OsramLow cost Lower Efficiency

CRI Hard to make

氮氧化物Tri-colorPhosphor

(Ca, Sr, Ba)xSiyNz:Eu,z=2/3x+4/3y

Osram,Mitsubishi,LumiLeds

Green/Redcolor

Lower Efficiency,High temp. decay

Sr2Si5N8:Eu;SrSi7N10:Eu Hard to make

矽氧化物 Silicate (Ba,Sr)2SiO4:Eu GE, Osram,TG UV

Hard to make

need red color

硫化物 LumiLeds SrGa2S4,SrS LumiLeds Unknown Unknown

主晶體

活化劑

活化劑與主晶體之間的能量轉移示意圖

能量轉移

螢光

磷光

要求:1.) 轉換效率高2.) 演色性佳3.) 可靠性佳4.) 耐高溫5.) 便宜易制

Future Development

◆ Analysis Cost structure

Philips L-Prize36

Considering 110/220 Volt AC Power Input…….

Converter

Integrated Monolithic Chip

DC vs. AC/HV LED

Low voltage DC LED AC input

AC LED

AC input

External Bridge Diode + Monolithic Chip

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HV LED

AC input

PAR38•Halogen

39•LED •EPISTAR LAB

90W 1,350 Lumens2700K, CRI 10030o Flood Beam

Dimmable

17W, 930 Lumens2700K, CRI80

25o Flood BeamDimmable

Replaces 60W PAR-38

10.9W, 1351 Lumens2700K, CRI91

26o Flood BeamIR Dimmable

Replaces 90W PAR-38

124lm/W

40

HV LED without Capacitors

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兩款暖白照明的解決方案

•藍芯加雙色螢粉 v.s.複合式白光(Full Phosphor vs. DirectRed)

Full Phosphor Direct Red

>70 >80 >85

42• 綠白光 Greenish white (Blue chip phosphor converted) + Red chip

• 色溫 (CCT): 冷態 (Cold state) 2400K熱態 (Hot state) 2700K

複合式白光

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植物對不同波長之吸收關係圖

光合作用

針對不同植物特性可選用不同特定波長LED更有效利用能源

光合作用應用與原理

12H2O + 陽光 → 12H2 + 6O2 [光反應] ------ ~400 msec12H2 (來自光反應) + 6CO2 → C6H12O6 (葡萄糖) + 6H2O [暗反應] ----~200 msec

新世代蔬菜/花卉工廠

控制之下的環境與光源會使產量增加數十倍(非基因改造)，且品質更好，更無農藥蟲害問題

藉著溫溼度，以及LED 光線的調控可用最少的水資源，產生最大量的植物或蔬菜

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5:1 6:1 7:1

8:1 9:1 10:1

7:27:1

蝴蝶蘭 R/B ratio最佳8:1

相同生長時間不同光源之比較Red/BlueLED最佳

植物在藍紫光下生長，其光合產物中的蛋白質和脂肪的數量增多，而在紅光下形成的碳水化合物較多

應用與原理

結論

•LED照明的時代已經開啟了

•更多的應用突破，將LED 帶進民眾家居

的各個層面

•節能環保是未來科技與生活的主流

Thank You for Your Attention!