LED 發光原理與特長

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第三章 LED 小客車產業環境分析

本章為求對 LED 及其在小客車產業之應用情況，能有更深入之了解，

將分別就 LED 發光原理與特長、小客車用照明發展歷史與 LED 光源的興起、

LED 性能演進及其對小客車市場應用的影響、LED 小客車進口與國產市場現 狀分析，以及車用 LED 照明今後的發展趨勢與努力方向等，加以說明如下。

第一節 LED 發光原理與特長

早在半個世紀前，科學家就已經知道半導體材料可產生光線，它就是 今日大家所熟悉的 LED。而有關其發光原理與特長，分別摘要介紹如下。

一、LED 發光原理

LED 是一種利用電能直接轉化為光能的固態半導體元件。如次頁圖 9，

在半導體中先透過擴散工藝，滲入五價元素(如氮 N、磷 P、砷 As 等)使成 為帶有「電子」的 N 型半導體，滲入三價元素(如鋁 Al、鎵 Ga、銦 In 等) 即成為帶有「電洞」的 P 型半導體。藉由 PN 結合面，又稱 PN 結(PN junction)，

施以正向偏壓，使 PN 結系統受到激發，電子由低能態躍遷到高能態，當處 於高能態的不穩定電子回到低能態與電洞結合時，根據能量不滅定理，多 餘的能量將以光子形式釋出，這就是 LED 電致發光(electroluminescence) 原理。它不是通過熱能使物體升溫而發光，而是由電能直接轉換為光能，

發光波長則取決於電子的能量差即高能態與低能態之差。

這種光不同於傳統鹵素燈或螢光燈等熱光源，而是以一種冷光的形式 發出，因此 LED 光源對被照物表面不會有發燙、受熱的化學變化現象，這 完全顛覆了我們傳統對光的概念與使用習慣。

目前 LED 發光顏色大致有紅、橙、綠、藍等，也有一些 LED 內是包含 有兩或三種顏色晶片。近來更透過各種材料的選用，逐漸開發出從紫外到 紅外各種光色，以及光效愈來愈高的 LED 產品。

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圖 9 LED 發光原理圖(資料來源：www.scitechvista.nsc.gov.tw)

二、LED 的特長

總體來看，LED 具有體積小、高指向性、用電省、抗震優、反應快、

色彩多、壽命長、環保佳等特長，已被廣泛運用於各行各業。唯因價格仍 偏高於傳統照明，尤其是在居家照明領域方面，所以可能還需要一段時間 方可達到全面的光源替代使用，茲分述如下：

(一)、體積小。LED 極易融入各式燈具的造型，具有空間設計上不受 制限的優勢，最適於要求時尚、多變造型等燈具設計的應用。

(二)、高指向性。不同於傳統白熾鎢絲燈光源所發光的發散角度大，

光束呈現 360°全向發散，LED 光源發光光束的發散角度極小，具有高度的 指向特性。

(三)、節能環保。以目前 8W LED 燈泡的光通量已可取代 40W 鎢絲燈 泡來看，省電程度是相當可觀的。簡單省電算法：一度電量=一千瓦小時，

所以若兩者一樣點燈一千個小時，則 LED 可省電量=40-8=32 度，即可節省 八成的電力！而若與光通量相當的 23W 螢光省電燈泡相比，雖差距縮小，

但因未使用汞材料而更具環保效益。

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(五)、高演色性。演色性指數(color rendering index, CRI)，以 Ra 表示，是物體在光源下的感受與在太陽光下的感受的真實度百分比。演色 電(high-intensity discharge，以下簡稱 HID)燈等，外殼大抵皆為易脆玻 璃材質，不耐震，一旦破裂即失去發光效能。LED 係以環氧樹脂、矽膠，將 晶片、連接線、基座等一體填充封裝，因此耐摔，具有優異的抗震性。

(八)、壽命長。光衰(lumen depreciation)是指所有的光源，都會隨 著使用時間的增加而逐漸降低其亮度。與初始亮度比較，在到達光源壽命

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用途則以 L50 為標準來定義壽命。表 1 即為各類光源的壽命比較表。

表 1 各類光源的壽命比較表 (單位：小時)

光源 平均壽命 估計有效壽命（L70）

白熾燈泡 750～2,000 鹵素燈 1,500～3,000 省電燈泡 3,000～6,000 日光燈管 2,000～4,000

高亮度 LED 燈 35,000～50,000 (資料來源：http://www.new-wonder.com.tw)

(九)、價格落差。LED 在特殊及專業領域，如高功率商業照明、顯示 器用低功率背光源等，相較於傳統光源都已具備性價比優勢而普遍被採用 中。然而，市場最大的居家照明應用，如亮度相當的 8W LED 燈與 23W 省電 燈泡，雖單價已大幅拉近差距至三倍內(2013 年底台灣量販店調查資料)，

不過在這個以價格為導向的市場裡，LED 要成為真正主流，確實還有一段亟 待克服的成本努力空間。

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