以全新思维另谋LED照明设计出路　避免削价竞争的恶性循环'11/09/29

参考网路上及一般坊间的资料，全球未来若能全面汰换既有照明装置成LED，每年将可减少6亿万吨的二氧化碳排放量(相当於162万座大安森林公园)，减少18亿桶原油用量及节省新台币6兆元的能源耗费。而台湾若也能采用相同方式，则每年可减少300万吨的二氧化碳排放(约等同於7,800座大安森林公园)，节省新台币300亿元的能源耗费及相当於1座核能发电厂所产生的电力。「也因此目前世界各国纷纷采行相关政策，禁止继续使用白炽灯泡，并积极计划改以LED等具较高效率的照明光源来取代。」

LED光源是未来照明发展趋势但目前价格仍偏高

Display Search 2010年的报告指出，在2015年时，LED在电视、监视器及笔记型电脑…等产品上的渗透率分别可望达到91%、84%及100%的水准；至於J.P. Morgan 2010的研究亦显示，2015LED灯泡在全球照明市场的渗透率可达40%，约近40亿颗的销售量；并预计在2018年前达到75%的渗透率。「现在市场上已有不少供应商开始生产制造各种不同类型的LED灯泡，以便供消费者进行选择。」谢明勋说，但由於光通量等同40W、470 lm白炽灯泡的LED灯泡，目前1颗即要价20美元，而相当於60W、800 lm白炽灯泡的LED灯泡，其价格更是高达每颗40美元，这使得一般民众对LED灯泡的接受度仍不高。

谢明勋表示：「改善之道要由LED灯泡的成本结构开始著手。」根据SSL制造成本的柏拉图分析资料显示，光是Thermal and Metal Bending、Driver/Power Supply、LED Back-End Process这3项与散热及驱动装置相关的零组件，就占去1颗LED灯泡高达80%的成本；而其余的Luminaire Optics、Luminaire Assembly、Phospor…等项目，其总和则不到成本的20%。「至於实际与LED相关的零组件，更是占不到5%的比例。」谢明勋强调，以往LED照明业者老是强力要求LED产品供应商降低供货售价，根本就是搞错方向，对於LED灯泡价格的改善是於事无补。「如何思索新的设计模型，以便在兼顾效能与成本的需求下，发掘出最合理的LED灯泡新BOM表，才是值得业者投入的方向。」

提高WPE值以节省LED灯泡散热元件成本

而这当中又以LED产生热量的处理方式最为重要。晶元光电实验室曾经做过一项试验，在相当於60W 800流明白炽灯泡的环境下，在WPE值为0.5，Driver及Optical的功效均为80%的条件之下，每当温度上升1度时，效率下降0.21%，因此LED灯泡的热效能若仅58%时，其最终流明值经计算仅为594；而相反地，若其热效能可达到78.2%时，则最终流明值即有800的水准。也因此有不少LED灯泡设计厂商会不断地著墨在散热元件，以期望获得更好的散热效能。「但是如果能将WPE值提升至70%，即可大幅减少LED热量的产生，从而减少散热所产生的问题与成本。」

以晶元光电本身LED的研发设计为例，「以往传统光源，如白炽灯泡、CFL及HID，只需额外加上Switch/Dimmer即可进行照明。」但LED灯泡无论是采Horizontal Type、Horizontal PSS、Vertical Type…等类型的晶片，却都需再配合Converter/Adapter及控制电路…等组件，将交流电(AC)转换成直流电(DC)并驱动LED发光后才能产生作用，而这不仅会大幅增加LED灯泡的成本，也会使其用电效率下降。为此晶元光电在设计其LED晶片产品时，即直接整合External Bridge Diode与Monolithic Chip组件，让LED也能如同传统光源一般，可直接利用高压交流电驱动其发光。谢明勋说：「在同样的面积与分电状况下，HVLED的发光效率可增加20%。」

此外，为让LED光源能呈现人们在家庭、宿舍及宾馆所普遍偏好的暖白，晶元光电也在其结构上多所改进。「传统LED激发萤光粉结构虽然其相对功效最高，但其色温(CCT)高达5,700K，较接近於冷白的自然光，演色性指数(CRI)亦仅有70%，无法真实反应物体在太阳光底下的颜色。」而如果改用红色加黄色荧光粉的设计方式，则LED色温虽可达到暖白(2,700K)，但其相对於5700K效率只有65%及CRI值(82)也都会跟著降低。「几经试验的结果，最后我们决定改采Hybird结构，由2颗蓝的加上1颗红的，再搭配黄色荧光粉。」这除了可让LED光源维持在2,700K的暖白之外，CRI值亦可达到90，相对6500K功能达到98%的双高标。

不同照明设备类型对於LED的需求亦会有所差异

近年来，晶元光电也针对Candle、A-Bulb、GU10、MR16、PAR、Downlight、办公室照明、街灯、广场、公园、人行道…等不同类型的照明设备，开发各式多种类型HV(高压)及LV(低压)的LED晶片，以便让客户可选择以离散封装(Discrete Package)或多晶片COB的型式，应用到其所开发生产的灯具当中。谢明勋建议：「在MR16当中，由於晶片与其距离较短，散热空间有限，使用HV的解决方案较为适宜。」至於Downlight则因为其空间较大，安放周边配件至为方便，因此采用LV的解决方案即可。「街灯则因其整灯效率需达到80 lm/w的缘故，采用大颗LED，低电流LED较佳。」

另一方面，有些厂商因为节省产品成本因素的考量，因此在设计与生产LED灯泡时，常会选用某些市场价格相对较低廉的元件制造产品。「但是这种照明产品最终的光效能值经常不甚正确，以同样的晶片面积来计算，其lm/w值就可能相差到30~40%，因而无法真正达到设计师所期待的，对於照明设备的要求。」因此谢明勋表示，在比较元件的成本时，应该要在相同lm/w环境的条件下进行，不然所生产制造出来的产品，其成本结构很容易因比较基础不同而受到严重扭曲，产生不正确的结果。

受到技术限制的影响，目前市场上可见其他厂牌所生产的LED灯泡，大多仅等同於40W、450 lm的白炽灯泡。「不过晶元光电现在已经有等同60W、800 lm产品.