第二章 文獻探討
第二節 LED 技術簡介
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第二章 文獻探討
圖3 各區域 LED 照明發展概況
資料來源：本研究整理
第二節 LED 技術簡介
LED(Light Emitting Diode，發光二極體)在 1960 年代於實驗室發展出來，1962 年J.I. Pankove 製作出第一顆商用 LED 出現(橘色光，640mm)後；同年美國 GE 公 司N. Holoyak Jr 等人製作並發表首顆 GaAsP 紅光 LED。接著黃光、綠光等陸續 被製造推出，直到1992 年 Nichia 的中村修二博士，使用熱退火技術成功地活化磊 晶在低溫緩衝層上的GaN 薄膜，並在 1995 年成功地製作出 GaN 藍光 LED，達 到紅、黃、藍光的混色而逐漸衍生出多重色彩，亮度也大幅提高。到了1996 年，
中村修二博士發展出白光 LED 後，使得 LED 在光源應用上有了突破性的進展，
LED 光源整體發展史如圖 4 所示3。
3二元化合物(如 GaAs、GaP 等)、三元化合物(如 GaAsP、AlxGa1-xAs、AlxGa1-xP、In1-xGaxAs 等)、
四元化合物(如 AlInGaP、InAlGaAs、AlxGa1-xAsyP1-y 等)。GaP，磷化鎵，Ⅲ-Ⅴ族(三五族）元 素化合的 化 合物。GaP 是一種間接遷移型半導體，具有低電流、高效率的發光特性，可 發光範圍 函 蓋紅色至 黃 綠色，為 LED 主要使用材料之一。
國外LED業者
在2000年左右，LED上游包括晶片、封裝等專利大戰已經告一段落，
而LED照明逐步發展，國際大廠將觸手延伸至中、下游模組段與系統段
台灣LED業者
取得國際大廠授權
切入代工，模組與後端系統產品 或由LED週邊相關產品切入照明市場
大陸LED業者
切入廣泛的應用領域，如中國政府推行十城萬盞 LED路燈計畫，故在LED照明市場廣大
專利
量產、管理 市場
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圖4 LED 光源整體發展史
資料來源：Compound semiconductor & 大和總研(DAIWA)
LED 是一種固態半導體元件。LED 照明原理是透過激發半導體晶體，使之直 接產生所需的可見光的波長範圍(顏色)。LED 單體很小，一般為 5 毫米左右(T 1-3/4)。
電源交換器將交流電壓轉換成足夠激發LED 單元的直流電壓加於半導體晶體二極 體上。這樣的結果是二極體的電子傳輸層(負電荷載體的[N])中的電子 和二極體的 空乏層(正電荷載體[P])中的 PN 結合處相結合，並將多餘的能量轉換成光。LED 通常是密封在一個透明的或霧面的透鏡中，以提供不同發射角的光線。LED 所發 出的光的顏色基於被激發的化學成分的物質組成而有所不同45。
4陳隆建，發光二極體之原理與製程，全華科技圖書，第一版，台北：2006 年 8 月。
5劉如憙、王健源，白光發光二極體製作技術-21 世紀人類的新曙光，全華科技圖書，第一版，台 北：2001 年 10 月。
日亞化學開發出 第一顆白光LED
日亞化學開發出 藍光LED，邁入全彩化 第一顆紅光LED
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圖5 LED 電子電洞結合示意圖
資料來源：本研究繪製 多數LED 被稱為Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體，是由Ⅴ族元素(氮 N、磷 P、砷 As 等) 與Ⅲ族元素(鋁 Al、鎵 Ga、銦 In 等)結合而成，以與 IC 半導體所使用之矽(Si)等Ⅳ 族元素區別。LED 的製造方式有可分成：1) 傳統液相磊晶法(Liquid Phase Epitaxy, LPE) ; 2) 氣相磊晶法 (Vapor Phase Epitaxy, VPE)，以磷化鎵(GaP)或砷化鎵(GaAs) 為基板，用於生產中低亮度LED 及紅外光 IrDa 晶粒，其亮度在 1 燭光(1000mcd) 以下; 3)有機金屬氣相磊晶法(Metal Organic Vapor Epitaxy, MOCVD)用於生產高亮 度LED，其亮度約在 6000-8000mcd。以 AlGaInP 四種元素為發光層材料在砷化鎵 基板上磊晶者，發出紅、橙、黃光之琥珀色系，通稱為四元LED；以 GaN 為材料 所生產的藍、綠光 LED，則稱為氮化物 LED，一般以藍寶石(Sapphire)為基板，
Nichia 極是以此為基板製作 LED，而美國大廠 Cree 則發展出以碳化矽(SiC)為基 板的製程67。
LED 有兩種方式可以得到白光，一為氮化物( InGaN)作為半導體材料。白光 LED 係將螢光粉加入藍光 LED 以轉換部分發光成為黃色，因而生成藍白色光。因 此白光LED 屬於冷白光源其光譜色溫8在4000-11000K 之間，此種方式得到色溫
6 同前註 3。
7 同前註 4。
8 色溫是表示光源光色的尺度，表示單位是ｋ。色溫乃是用物理性、客觀性的尺度來表現光源的 色調；是決定照明場所氣氛的重要因素。一般色來說色溫低的話，會帶有橘色，表示具有暖意的
+ ‐
電洞P型 電子
PN接面 N型
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一般認為演色性9較差。二為透過混合紅、藍、綠光LED 產生的色彩而實現。但 隨著LED 於光效輸出和演色性能力的改善，將開闢這白光光源在照明上有越來越 多的應用。圖6 為 LED 光源色階分佈，設計光源系統時，白色分級是重點考量因 素之一。通常產品都能夠應用全部級別，亦即充分認一利用產品的完全分佈，並 透過濾光片和漫射器的利用，採用混色、調色等技術實現。
圖6 LED 光源色階分佈
資料來源：本研究整理
LED 的製程大致可以分為五個階段，如圖 7 所示，包含設備原料供應、上游 磊晶製程、中游晶粒製造、下游封裝測試以及終端應用，其中在上、中、下游主 要廠商為Nichia、OSRAM、Philips 公司 Lumileds 和 Cree 與 Toyoda Goesi…等，
台灣廠商則有光寶、億光、宏齊…等，中國廠商則有上海藍寶、方大國際…等，
本研究將針對LED 製程產業鏈最下游端的 LED 照明應用部份作探討。
光；隨著色溫變高，就變成如正午太陽一般為帶有白色的光；當再變高時則變成帶有藍、清爽的 光。
9 由於光源的種類不同，所看到的對象的顏色也有差異。影響色視度的光源性質稱為演色性，一 般可以說演色性好的燈色視度好，而演色性差的燈色視度也差。
色溫（Color Temperature）：
白光色溫測量已K為單位，如左圖中的黑體發光 曲線中所示。
相關色溫（CCT）：
不是沿著黑體輻射曲線的接近色溫值，係對應 1931 CIE色度途中穿過黑體輻射曲線的線。
高色溫值通常指較冷色的系（K>4000）
低色溫值通常指較暖色的系（K<4000）
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2009 年，LED 開始真正進入大尺寸和大範圍照明，包含大尺寸液晶顯示器(Liquid Crystal Display)背光源、汽車頭燈和一般照明(路燈、檯燈)，甚至有取代傳統照明 的跡象。以歐洲著名照明廠商Philips 公司為例，Philips 公司為因應蓬勃發展的 LED 市場，除以併購方式、化敵為友強化供應鏈，掌握專利、建立與同業間競合的關 係外，藉由Lumileds 及其通路商建構 Luxeon Lighting Network 網路平台及成立 Lumileds Future Electronics 組織，藉由此方式讓燈具製造商和照明解決方案廠商能 快速進入LED 照明市場10。Bicon 、Hon eywell、
京瓷、住友、信越、