【LED配件資源】LED是什麼意思，LED的原理？

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LED是什麼意思

通常我們所說的LED這個詞是什麼意思呢？LED( Light Emitting Diode, LED)是發光二極體的簡稱，也被稱作發光二極體，是一種固態的半導體器件，它可以直接把電轉化為光。這種半導體組件發展以來一般是作為指示燈、顯示板，但目前隨著技術增加，已經能作為光源使用，它不但能夠高效率地直接將電能轉化為光能，而且擁有最長達數萬小時～10 萬小時的使用壽命，同時具備不若傳統燈泡易碎，並能省電，同時擁有環保無汞、體積小、可應用在低溫環境、光源具方向性、造成光害少與色域豐富等優點。

隨著白光LED的出現與更多科技的導入，目前在家用電器及筆記本電腦的指示燈、汽車防霧燈、室內照明等照明設備日漸蓬勃，LED的應用越來越普遍。

LED的發明

在1955年時，美國無線電公司（Radio Corporation of America）的Rubin Braunstein發現了砷化鎵（GaAs）與及其他半導體合金的紅外線放射作用，而1962年美國通用電氣公司（GE）的Nick Holonyak Jr則開發出可見光的LEDLED。不過，LED真正的起飛是在1990年代白光LED出現後，才開始漸漸被重視，而應用面越來越廣。

LED的發光原理

那麼LED的工作原理是什麼呢？LED是一種可以將電能轉化為光能的電子零件，並同時具備二極體的特性，也就是具備一正極一負極，LED最特別的地方在於只有從正極通電才是會發光，故一般給予直流電時，LED會穩定地發光，但如果接上交流電，LED會呈現閃爍的型態，閃亮的頻率依據輸入交流電的頻率而定。LED的發光原理是外加電壓，讓電子與電洞在半導體內結合後，將能量以光的形式釋放。目前全球產業所發展出的不同種類LED能夠發出從紅外線到藍之間不同波長的光線，而業界也有紫色～紫外線的LED，近年來LED最吸引人的發展是在藍光LED上塗上螢光粉，將藍光轉化成白光的白光LED產品。LED之所以被稱為世紀新光源，原因在於LED具備點光源與固態光源的特性，能夠節省能源、高耐震、壽命長、體積小響應快速、並且色彩飽和度高。

LED的顏色分類：

由於隨著LED的製造材料不同，產生出來的光子擁有的能量也不同，故業界透過製造材料來控制LED發光的波長，進而產生擁有不同光譜與顏色的各種LED。

全球第一顆LED採用的材料是砷(As) 化鎵(Ga)，工作電壓為1.424V，其發出的光線為紅外光譜。之後，業界發展出以磷(P)化鎵(Ga)作為LED的材料，工作電壓為2.261V，發出的光為綠光。業界早期就透過這2種型態LED所需的材料，調配出從紅外線到綠色光範圍內所有波長的LED產品，發展出常見的紅光LED、黃光LED、橙光LED等等，這3大類LED因為使用了鎵、砷、磷3種元素，故被稱為3元素LED，而藍光LED、綠光LED與紅外光LED則被稱為2元素LED。業界後來發展出採用混合鋁(Al)、鈣(Ca) 、銦(In)和氮(N)共4種元素的4元素LED，就能夠發出所有可見光範圍與部份紫外線光譜的光線。

LED的亮度：

在討論LED產品會看的發光亮度有3種單位，分別是照度單位勒克司（Lux）、光量單位流明（Lumen；lm）、發光強度單位燭光（Candle power；CD），3種單位各自有適合使用的領域，但是在數值上是互通的。

1 CD表示完全輻射的物體，在白金凝固點溫度下，每六十分之一平方公分面積的發光強度。適合用在主動發光燈具領域，如白熱燈泡。

1 lm表示1 CD光照射在距離為1公分，面積為1平方公分平面上的光量。適合用在反射燈具與穿透燈具領域，如投影機。

1 Lux表示指1 Lm光量均勻分佈在1平方米面積上的照度。適合用在攝影領域。

一般而言，單一LED的發光強度以CD為單位，並配上視角參數，而LED的發光強度從各位數mCD到5,000mCD不等。廠商在標示LED單一產品時，其發光強度規格是說LED在20mA電流下點亮時，最佳視角上和中心位置上發光強度最大點的發光強度。

LED的節能效益

基 於環保立場以及節約能源訴求，全球各國政府重視LED與節能燈具帶來的經濟與節能效益，而廠商也看好這次照明革命的商機而紛紛投入。除了歐盟與美國國會均 進行階段性禁止白炙燈泡的使用外，目前已經有加拿大宣佈2010年全面禁用白炙燈泡，而美國加州在內的部份州，也要在2012年禁止白炙燈泡，而澳洲則宣 佈在2010年全面禁止販售白炙燈泡，中國、日本也有LED的獎勵方案在規劃中。

雖然目前市面上已經有另一種節能燈具產品省電型螢光燈 （CFL），但由於其照明品質仍舊不夠，啟動時間較一般白炙燈泡長，而且不能調整光源輸出亮度，普及度仍不夠高。LED則具備更多的節能效益，並且藉由技 術的提昇，亮度已經達到讓人滿意的程度，但價格高昂是一大問題，未來隨著全球LED廠商的量產腳步加快，價格降低後可加速LED燈具的普及程度。

LED的壽命：

一般LED的發光壽命很長，產品大多標明為100,000小時以上，但事實上LED的亮度是會衰減的，在運用一段時間後，亮度會衰撿到原本的一半或甚至更少。但所幸隨著業界技術的進步，減少LED亮度衰減問題的方案很多。在生產過程中，選用如4元素LEC材料能夠擁有較久的亮度衰減週期，而廠商使用的LED工藝與成品究竟能耐用多久有很大的關係，配色也是LED廠的生產關鍵。

LED的使用壽命，比一般白炙燈泡的1,000小時、日光燈具的1萬小時，LED使用壽命可達5萬小時，大幅降低燈具替換的成本。這項特性幫助LED 燈具在價格競爭上，有了將一般燈泡替換成LED的好理由，更可藉由這項優勢，讓許多原本因經濟考量而不能全天開啟的環境，藉由LED照明讓公共或私人場所 更安全。比如說公共停車場、冰箱等等應用範圍，美國最大零售業者威名百貨（Wal-Mart），日前就已經將該公司的冷凍設備改採省電的LED產品。

LED較明顯的缺點就是散熱問題，不當的散熱將導致LED燈具的光度與使用壽命衰減，所幸這部份藉由新技術的加持，漸漸也有了顯著的改善。

LED的應用：

除了我們熟知的各種電子產品上面的LED指示燈外，LED屏幕、LED照明、液晶屏幕用的LED背光源、手機上按鍵的LED背光、新世代的OLED屏幕、PLED屏幕等等各式各樣關於LED的應用正逐漸穩定的發展中，部份領域的LED應用因為市場發展趨於成熟，普及的速度開始加快，也無形中創造出驚人的商機。

目前高亮度白光LED光源，是目前美歐日LED大廠競相研發的重點，預估到了2011年後，LED將在一般照明市場中大規模普及。雖然亞洲在2006年高亮度的生產規模佔全球76％市佔率，不過白光LED光源專利為日本的日亞化（Nichia）和T.G.、美國的Cree以及歐洲的Philips Lumileds和Osram五大廠所掌握；中游模組雖無標準規格，但仍為國際大廠包括National、Laminar、Osram、Lumiled、 Vishay所主導；美國與日本也開始積極制訂照明應用器具安規及能源標準。

LED現階段最大的應用是手機按鍵的背光源，各種電子展品的指示燈，而最近應用在廣告看板的大型LED屏幕，還有應用在液晶屏幕的背光源也越來越受到矚目，LED的應用面日趨廣泛。預 估在2007下半年可以看到更多LED產品的問世，而2008年LED照明產品能夠進一步地下降到部份消費者能接受的程度，未來的發展端看各國政府積極應 用LED於公共事業的速度，可望加速LED價格的下滑，當消費者採用的程度也提高，屆時產生的經濟效益與節能效益很可觀。

LED的全球市場發展：

在2005年時，全球高亮度LED市場規模達58億美元，2006年達到66億美元，預估2011年可增加到106億美元，平均年增長率（AAGR）為10.2%。高亮度LED的出貨量2005年達到48億個，計2006年增加到65億個，預估2011年達到88億個，平均年增長率為10.3%。2005年LED的基板材料銷售額超過10億美元，2006達到11億美元，預估2011年18億美元，平均年增長率為9.7%。

台灣方面在2006年的LED照明光電產值為新台幣210億元，2010年將提升到930億元，2015年更可達到5400億元。在上游光源部分，台灣產量為全球第一，2006年高亮度LED產值不含手機應用高達新台幣150 億元。台灣上游LED光源產業居全球重要地位，因為在紅、綠光LED技術上處於領先位置。下游應用台灣照明生產品質佳，價格與全球通路是優勢。台灣廠商在液晶面板（LCD）的背光模組全球市佔率達到48％，故台廠藉此切入開發LED背光模組也是一項優勢，而車用LED產品也被視為重點項目之一。

預估2007年起LED將可逐步代現有白熾燈，2011年起逐步取代螢光燈。歐盟自2007年起逐步淘汰白熾燈泡，澳洲宣示從2010年起全面禁用白熾燈泡，故LED市場前景十分值得期待。未來5年市場應用應以LED看板或顯示的背光源、車用與一般照明為市場發展主力。