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白光LED的發展及其應用水利署資訊室王培俞

  發刊期數:第0174期/ 發布日期:105/05/13

  照明對於現代生活是不可或缺的,儘管世界各國隨著現代化層次和生活品質的需求不同,對照明燈具的需求程度亦不同。然而全球花在照明的總平均用電量,約為全球總用電量的百分之四十,是非常可觀的。因石油危機使人類對物質的看法有了新轉變,因此,尋求兼具省電和環保概念的新照明光源,引起了科學家和企業界極大的興趣。基於上述原因,各先進國家積極發展的白光發光二極體(Light Emitting Diode,LED),可望為未來的新照明光源帶來一線曙光。

 一、白光LED
  半導體不僅能製造成積體電路(Intergrated Circuit,IC),也能做為照明用途,以半導體技術製造的「白光LED」是一種冷光源,這種燈泡不含汞、體積小、省電、使用壽命長,可望在二十一世紀取代白熾燈泡和日光燈,成為兼具省電和環保概念的新照明光源。

  白光LED係於西元1996 年,由日本日亞化學(Nichia)公司第一個將其商品化。日本日亞化學公司在化鎵系列(GaN)藍光LED的基礎上,開發出以藍光LED激發釔鋁石榴石(yttrium luminum garnet,YAG)螢光粉而產生黃色螢光,所產生的黃色螢光進而與藍光混合產生白光(藍光LED配合YAG螢光粉),從此開啟LED邁入照明市場的序幕。

 二、 發光二極體
  發光二極體係利用各種化合物半導體材料及元件結構之變化,設計出紅、橙、黃、綠、藍、紫等各顏色,以及紅外、紫外等不可見光LED,其中適合製作1000mcd 以上之高亮度LED 的材料,由長波長而短波長觀之,分別為砷化鎵鋁(AlGaAs)、化銦鎵鋁(AlGaInP)和化銦鎵(GaInN)。AlGaAs 適合於製作高亮度紅光及紅外光LED,商業上以LPE 磊晶法進行量產,元件使用雙異質接面構造(DH)為主。
圖二 白光LED的形成
  AlGaInP 適合於高亮度紅、橘、黃及黃綠光LED,商業上以MOVPE 磊晶法進行量產。由於AlGaInP 紅光LED 在高溫與高溼環境下,其壽命試驗結果優於AlGaAs LED,未來有逐漸取代AlGaAs 紅光LED 的趨勢。

 三、發光二極體的應用
  LED的應用與我們日常生活越來越來緊密,例如,您手機上藍光或白光的背光源、攜帶式手電筒、馬路上十字路口的人行穿越倒數燈及新款的紅綠燈、戶外大型的影像顯示看板、汽車的煞車燈及車內照明、建築物裝飾輔助照明等,都是拜近幾年LED發光效率與亮度的提昇所賜,目前除了白光LED之外,其他色系的LED技術皆已相當成熟,與傳統燈泡相較,LED不論在發光效率、產品壽命、價格上都有競爭力,因此,國內許多交通號誌燈(如紅綠燈、十字路口號誌讀秒燈)皆已改用LED,如此可更省電、更安全,不易故障,並且節省許多維修成本。

 四、白光LED 的未來發展
  由於白光LED 照明科技符合省電、環保且安全,目前在世界各國對節約能源以及防止地球溫暖化的共識之下,若把全台灣的傳統照明設備替換成白光LED 裝置,一年可能省下相當一座發電廠的發電量,加上LED 使用固態的無機物質與無機的螢光粉體,更解決了以往電燈汞污染的問題,因此在日常生活中我們確實可以感受到LED 未來在照明應用上莫大的潛力。

  導體照明科技是廿一世紀照明的新希望,不久的未來在人類的照明科技史上,必定將掀起一場革命,更高效率、壽命更長、更環保的照明設備就將出現在我們日常生活中。
 

參考文獻
生活科技教育月刊 二○○五年 三十八卷 第七期 新世代節能環保照明—白光LED