破电源转换损耗“死症” HV LED将成市场主流

LED半导体照明网讯 目前广泛使用的直流发光二极体(DC LED)，若要经由市电供电，须外加交流对直流(AC-DC)整流器，易造成额外物料成本及能源转换损失，因此产业界已发展出以交流电直接驱动的高压LED(HV LED)，可大幅提升LED照明系统的能源利用率和发光效率。

在传统照明光源中，发光效率最好的是日光灯，其光源本身的发光效率约65lm/W。用于安定器的附加电路会造成13~20%的能源损耗，光源发光经过灯具的反射罩，其光源效率损耗约30~40%，因此在实际的照明应用环境下，日光灯的灯具照明发光效率约35lm/W。虽然光源自身发光效率高，但附加电路和灯具结构所造成的光损失，将会大幅降低灯源的发光效率。

目前已大幅应用在照明光源的高功率白光直流发光二极体(DC LED)(表1)，其光源发光效率可达150lm/W。但DC LED是以直流电源驱动操作，若要使用在市电上，势必要外加交流对直流(AC-DC)整流器，电源转换将会造成20~30%的能源损耗，且驱动电路之体积也较为庞大，灯具设计弹性相对会受到限制。

台湾自主性研发的高压(HV)LED技术产品，仅需简易的外加驱动电路，即可直接以市电110伏特(V)/220V驱动操作，并具备90%高功率因数(PF)、95%高能源利用率、高发光效率等优点。目前已于国际上取得发展先机，国内厂商晶元光电已陆续将HV LED晶粒产品出货给国外各家LED封装及应用大厂使用，国内也有多家相关厂商投入HV LED照明光源产品的开发，是为未来照明光源主流趋势。

迥异DC LED 驱动方式　 HV LED特性和设计大相迳庭

高压LED是以半导体制程方式，将多颗微晶粒置于同一基板上，再加以串接而成，其所需之制程技术与传统LED十分近似。然而，由于驱动方式的不同，特别是在交流电驱动条件下，高压LED的特性和设计方向与传统LED有显著差异。

图1为高压LED晶片结构示意图。多颗制作于同一基板的微晶粒间以金属导线连结串接，而高压驱动电流则经由末端的两个打线垫片进入微晶粒串。由图2的微晶粒结构侧视图中，则可发现单颗微晶粒的结构与传统LED间主要的差异，仅在于尺寸的不同，其他包括透明导电层、表面粗糙化、图案化蓝宝石基板等可提升传统LED效率的技术，也同样适用于高压LED。

图1　高压LED结构上视图

图2　成长于蓝宝石基板的GaN微晶粒侧视结构图