2008年9月，臺(tái)灣工研院以「芯片式交流電發(fā)光二極管照明技術(shù)(OnChipACLEDLightingTechnology)」獲得美國(guó)R&D100Awards肯定。2008年10月更與廠商合作成立「ACLED應(yīng)用研發(fā)聯(lián)盟」，透過(guò)產(chǎn)業(yè)垂直整合發(fā)展，積極在全球布局ACLED相關(guān)專(zhuān)利。以ACLED可直接在交流電下運(yùn)作的特性，配合特有插拔式散熱封裝，將對(duì)傳統(tǒng)LED在照明及相關(guān)應(yīng)用帶來(lái)沖擊，同時(shí)也為臺(tái)灣LED廠商發(fā)展另創(chuàng)新的商機(jī)。

　　一.ACLED利用交流電直接驅(qū)動(dòng)，顛覆傳統(tǒng)應(yīng)用

　　不論是家庭、工商業(yè)或公共享電，大多以交流電(AlternatingCurrent，AC)的方式提供，主要是為了避免遠(yuǎn)距離的電力傳送會(huì)有多余損耗，才采用交流電的方式輸送到使用端，故電器必須設(shè)計(jì)成交流電驅(qū)動(dòng)使用，否則會(huì)因電壓不符而產(chǎn)生短路問(wèn)題。

　　傳統(tǒng)LED皆須以直流電(DirectCurrent，DC)做為驅(qū)動(dòng)，因此在使用一般交流電作為電源供應(yīng)的同時(shí)，必須附帶整流變壓器將AC/DC轉(zhuǎn)換，才能確保LED的正常運(yùn)作。而應(yīng)用上一直強(qiáng)調(diào)LED省電的特性，但在AC/DC轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，其實(shí)有高達(dá)15～30%的電力耗損，使用上依舊不具效率;因此，研發(fā)可直接用AC驅(qū)動(dòng)的LED就成了一個(gè)新構(gòu)想。

　　臺(tái)灣工研院成功研發(fā)出可在交流電110V下直接使用的ACLED，搭配特有的立體導(dǎo)熱和可插拔式封裝技術(shù)，于2008年榮獲美國(guó)R&D100國(guó)際大獎(jiǎng)肯定。ACLED除了增添應(yīng)用上的便利性外，更將為L(zhǎng)ED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展掀起一波新革命時(shí)代。

　　(一)在照明燈源演進(jìn)上ACLED占盡優(yōu)勢(shì)

　　傳統(tǒng)白熾燈因電光效率轉(zhuǎn)換差，且有環(huán)保上的問(wèn)題，在節(jié)能減碳風(fēng)潮帶動(dòng)下，2010年起全球?qū)⒓娂娊茫鍸ED照明普及時(shí)代已不遠(yuǎn)，唯目前仍需精進(jìn)白光LED發(fā)光效率和散熱設(shè)計(jì)。

　　LED在電流通過(guò)發(fā)光時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱能，而DCLED在AC/DC轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生更多熱能，因此散熱設(shè)計(jì)將是影響LED使用壽命的關(guān)鍵。一般設(shè)計(jì)是直接將LED和散熱基板焊在一起，當(dāng)LED燈源損壞時(shí)，必須整個(gè)基座汰換。而工研院研發(fā)的ACLED采用可插拔式立體導(dǎo)熱封裝技術(shù)，除增加導(dǎo)熱面積外，當(dāng)燈源損耗時(shí)可直接以插拔方式汰換，較DCLED便利，也因此特殊的插拔式技術(shù)獲得美國(guó)R&D100國(guó)際大獎(jiǎng)肯定。

　　ACLED透過(guò)特殊電路設(shè)計(jì)可直接使用交流電驅(qū)動(dòng)，不需配合整流變壓器也能正常運(yùn)作，所以在照明燈具設(shè)計(jì)上，體積及重量都能較一般DCLED燈具更有優(yōu)勢(shì)。但目前因發(fā)光效率仍比DCLED差，價(jià)格也較貴，在應(yīng)用推廣上仍需一段時(shí)間。

表一LED光源特性比較

　　(二)ACLED搭配可插拔式封裝，使用更為便利

　　工研院在此次得獎(jiǎng)的ACLED研發(fā)上有兩大主要技術(shù)，分別為「高效橋式ACLED芯片技術(shù)」和「低熱阻立體導(dǎo)熱插拔LED封裝技術(shù)」。

　　橋式ACLED芯片技術(shù)主要是利用橋式整流電路的設(shè)計(jì)，將AC電流導(dǎo)入后經(jīng)由轉(zhuǎn)換，會(huì)輸出DC電流;此外，工研院亦突破微晶粒制程技術(shù)，在單顆1mm2的面積內(nèi)排列出約百顆微晶粒，更有效提升整片ACLED芯片的發(fā)光效率。

圖二ACLEDWafer和微晶粒結(jié)構(gòu)

　　當(dāng)電壓為順向偏壓時(shí)，電流會(huì)順著某一方向流出，通過(guò)發(fā)光二極管使其發(fā)光;當(dāng)電壓為逆向偏壓時(shí)，電流往反方向流動(dòng)，使另一邊的發(fā)光二極管發(fā)光。原先輸入的交流電，透過(guò)橋式電路整流后會(huì)改變其波型;而橋式整流過(guò)程中會(huì)有漏電情形發(fā)生，輸出的電壓形式較接近直流電。

圖三橋式電路整流示意圖

　　低熱阻立體導(dǎo)熱插拔LED封裝，則是此次工研院電光所獲得美國(guó)R&D100大獎(jiǎng)肯定的技術(shù)核心。國(guó)際上接口熱阻封裝安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)不能大于3℃/W，電光所利用立體式導(dǎo)熱封裝的概念，將導(dǎo)熱的接觸面積增加為原本的10倍，散熱的體積也增加，使接口熱阻僅0.3℃/W，大幅改善LED最為人詬病的散熱問(wèn)題。因?qū)㈦娐泛蜕嵴显诜庋b內(nèi)部，亦搭配插拔式的外型，可直接在一般交流電的插槽更換使用，增添便利性。

圖四立體式導(dǎo)熱封裝技術(shù)專(zhuān)利

　　由于目前臺(tái)灣廠商生產(chǎn)的LED發(fā)光效率仍較差，在能量不滅的定理下，產(chǎn)生的熱能也較多，因此如何解決散熱問(wèn)題就更為重要。相對(duì)于發(fā)光效率較好的歐美日大廠LED產(chǎn)生的熱能較少，是否因?yàn)榕_(tái)廠有更好的散熱系統(tǒng)而將其市場(chǎng)侵蝕，仍需持保留的態(tài)度。但不可否認(rèn)的是，工研院將LED封裝型式設(shè)計(jì)為插拔式更換，不需將LED和散熱基板焊接在一起，大大提升了LED使用上的便利性。

　　二.ACLED相關(guān)應(yīng)用與未來(lái)發(fā)展方向

　　在產(chǎn)學(xué)研積極合作發(fā)展ACLED產(chǎn)業(yè)之下，配合節(jié)能概念，目前已有相關(guān)應(yīng)用商品的誕生，而在技術(shù)發(fā)展的同時(shí)應(yīng)早日在全球進(jìn)行專(zhuān)利布局，才能取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

　　(一)ACLED照明產(chǎn)品已可量產(chǎn)，背光源尚處于樣品示范階段

　　由于ACLED可直接用交流電導(dǎo)通，使用上可不需另置整流變壓器，在應(yīng)用便利性的發(fā)展趨勢(shì)上更是不容忽視。目前臺(tái)灣市面上已有ACLED商品嶄露頭角，主要是由液光固態(tài)照明公司(LIQUIDLEDS)生產(chǎn)，交由艾爾莎(ELSA)代理銷(xiāo)售。產(chǎn)品的規(guī)格以2W和4W為主，選用韓國(guó)首爾半導(dǎo)體的白光ACLED芯片，搭配特殊液態(tài)絕緣油散熱，光源經(jīng)由液體的光折射后更為均勻射出，在外觀上則選用玻璃封裝更可耐酸堿。

液光固態(tài)照明新產(chǎn)品

DC LED與ITRI AC LED照明應(yīng)用比較表

　　(二)ACLED的專(zhuān)利布局

　　1996年日廠Nichia成功以藍(lán)光為基礎(chǔ)，搭配黃色螢光粉，開(kāi)發(fā)出白光LED取得相關(guān)專(zhuān)利，其它廠商為避免糾紛，也僅能以專(zhuān)利授權(quán)的方式生產(chǎn)，使Nichia在全球白光LED市場(chǎng)成為龍頭大廠。

　　目前全球LED市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的如火如荼，舊有LED廠商積極朝上下游垂直整合發(fā)展，而各大集團(tuán)也將其事業(yè)版圖拓展至LED產(chǎn)業(yè)，將LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展推向新的戰(zhàn)國(guó)時(shí)代。反觀ACLED的發(fā)展，除了臺(tái)灣以外，僅有韓國(guó)首爾半導(dǎo)體動(dòng)作最為積極，美國(guó)的研發(fā)僅停留在實(shí)驗(yàn)室階段，日本大廠則尚無(wú)任何相關(guān)布局。因此臺(tái)灣ACLED在專(zhuān)利上的布局應(yīng)更加快腳步，才能有機(jī)會(huì)在未來(lái)的數(shù)年內(nèi)成為ACLED產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)頭羊。

　　三.以應(yīng)用研發(fā)聯(lián)盟方式催生ACLED產(chǎn)業(yè)

　　傳統(tǒng)的LED產(chǎn)業(yè)，根據(jù)不同的磊晶材料制程會(huì)產(chǎn)生不同的光色，經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)型式封裝，產(chǎn)生一般常見(jiàn)的LED，如炮彈型LED和SMD型LED等。再根據(jù)應(yīng)用端所需的特性挑選適合的LED，像手機(jī)背光需要體積較小的LED，因此大多采用SMD型白光LED為主。目前的產(chǎn)業(yè)發(fā)展是由上而下垂直分工，因市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，商品并無(wú)差異性而造成快速跌價(jià)，影響廠商營(yíng)運(yùn)，因此近期皆可見(jiàn)國(guó)內(nèi)外廠商采取垂直整合的方式布局。

　　目前的ACLED多是以應(yīng)用端的需求出發(fā)，根據(jù)不同的需求特性做出特有的封裝型式，商品更具差異化。因此當(dāng)廠商取得特有應(yīng)用封裝技術(shù)的專(zhuān)利，更容易在應(yīng)用市場(chǎng)上取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，此種觀念打破傳統(tǒng)LED標(biāo)準(zhǔn)封裝型式，也可免去廠商殺價(jià)競(jìng)爭(zhēng)而壓縮毛利的局面。

　　不過(guò)，ACLED應(yīng)用的普及并不會(huì)完全取代傳統(tǒng)DCLED應(yīng)用市場(chǎng)，因?yàn)榭蓴y式產(chǎn)品仍舊需要依靠電池供電，而電池為直流電輸出，因此在使用LED的時(shí)候，DCLED依舊是最合適的選擇。就目前市場(chǎng)發(fā)展而言，全球背光源產(chǎn)值仍為最大宗，特別在手機(jī)市場(chǎng)及2009年積極成長(zhǎng)的LEDNB和Netbook應(yīng)用，都明顯可知DCLED有其不可被取代的地位。

　　因此ACLED未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，應(yīng)專(zhuān)注于以交流電驅(qū)動(dòng)的產(chǎn)品為主，象是照明燈具、電視背光源、出入口指示燈及建筑景觀照明美化等應(yīng)用。廠商更需積極開(kāi)拓相關(guān)應(yīng)用市場(chǎng)，才能以其差異化的封裝技術(shù)與產(chǎn)品，取得在市場(chǎng)上的生存機(jī)會(huì)。

　　因?yàn)锳CLED產(chǎn)業(yè)必須積極拓展應(yīng)用端需求，工研院與業(yè)界共同合作，在2008年10月成立「ACLED應(yīng)用研發(fā)聯(lián)盟」，目前在中上游端僅晶電和鼎元獲得工研院專(zhuān)利授權(quán)，封裝方面則由福華最先試產(chǎn)，隨后加入光寶和高基共同為封裝技術(shù)精進(jìn)。目前在應(yīng)用端僅有照明和背光源產(chǎn)品，未來(lái)仍有相當(dāng)大的發(fā)展空間。

　　四.TRI觀點(diǎn)

　　ACLED并非是創(chuàng)新的技術(shù)，但工研院全球首創(chuàng)熱插拔式ACLED，在照明產(chǎn)品應(yīng)用上，不僅比傳統(tǒng)DCLED和一般燈泡更為節(jié)能外，類(lèi)似于一般燈泡拆卸的更換方式，比DCLED使用上更為便利。而其立體式散熱封裝的構(gòu)想，也有效解決LED散熱的問(wèn)題，提升使用壽命。

　　因微晶粒的制程過(guò)程，提升ACLED的發(fā)光效率，加上不需要搭配整流變壓器的使用，可大幅縮減燈源大小，使燈具設(shè)計(jì)問(wèn)題與造型更為容易。而其用于42寸LCDTV的ACLED背光源也僅于實(shí)驗(yàn)室做出樣品，并未能達(dá)到量產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。但ACLED用于大尺寸背光模塊的成功例子，更激勵(lì)廠商樂(lè)觀看待此市場(chǎng)發(fā)展。

　　擁有此項(xiàng)熱插拔式LED技術(shù)的工研院，藉由專(zhuān)利授權(quán)與技術(shù)移轉(zhuǎn)，垂直整合ACLED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，臺(tái)灣ACLED在全球?qū)＠季志佑陬I(lǐng)先地位，國(guó)外僅韓國(guó)首爾半導(dǎo)體發(fā)展最為積極。藉由ACLED應(yīng)用研發(fā)聯(lián)盟發(fā)展，未來(lái)將利用ACLED技術(shù)取得全球LED產(chǎn)業(yè)最佳的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。