LED 照明 (LED Lighting)

在競爭劇烈和講求企業社會責任的市場中，企業在生產過程中除著重提升成本效益外，亦日漸重視環保。在日常生活之中我們常可以看到以鎢絲燈或者是日光燈爲主體的照明系統，但當我們頻繁使用它們的同時，我們可曾想過這些照明設備其實還是有著許多不便於使用的地方，像是鎢絲燈泡需要在3000度以上的高溫下才能運作，這將會使燈泡的使用壽命大大減短，還有當鎢絲燈泡遭受撞擊時，他並無法像其他較新式的照明系統有承受高衝擊力優勢，而當日光燈管運作時則必須使用高電壓來激發電子束 ，由此可見它們兩者皆有其弊處，企業在照明系統上亦從以往使用電燈泡到燈管，到現在改用慳電膽，務求同時兼顧環保及效益。而使用發光二極管 (LED)將會是未來更具成本效益和更環保的發展趨勢。

LED發光原理

LED是利用當不同軌域上的電子因電洞的空缺而流動時所釋放的能量轉化爲光能的原理。以下我舉一個例子以便於大家明白：在不同軌域上的電子在電洞之間流動時它們就有如二個從三樓墜下與二樓墜下的相同質量物體，因從三樓落下的物體將獲得比從二樓落下的物體較多的能量，以致於這之間的能量差便會以不同方式放出。而電子也是如此當他從不同軌域流動時也將以光能方式放出光子，在半導體內正負極2個端子施加電壓，當電流通過，使電子與電洞相結合時，剩餘能量便以光的形式釋放，依其使用的材料的不同，其能階高低使光子能量產生不同波長的光，人眼所能接受到各種顏色的光，如圖橫座標所示，其波長介於400-780nm，在此區間之外則爲不可見光，包括紅外光及紫外光(UV)。
多數LED被稱爲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。傳統液相磊晶法(Liquid Phase Epitaxy, LPE)與氣相磊晶法 (Vapor Phase Epitaxy, VPE)，以磷化鎵(GaP)或砷化鎵(GaAs)爲基板，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。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四種元素爲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，通稱爲四元LED；以GaN爲材料所生產的藍、綠光LED，則稱爲氮化物LED，一般以藍寶石(Sapphire)爲基板，美國大廠CREE則發展出以碳化矽(SiC)爲基板的製程。

　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　LED在順向偏壓下，電子在接合面流動時，會在再結合而消滅的過程中發光。


LED燈的顏色如何決定

LED燈會因爲二極晶圓製造過程中所添加的金屬元素不同，成分比例不同，而發出不同波長的光，以波長在470發藍光，530發綠光，570發黃光，630發紅光，其中又以藍光及綠光價格較高，因爲藍綠光的特殊金屬在晶圓磊晶需成長在藍寶石上，故每顆藍綠光LED晶片都是由藍寶石製成的。

　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　　

LED優於傳統照明的地方

1. 可製成小型且多樣尺寸以供選擇
2. 能夠承受傳統燈泡所無法承受的高衝擊力
3. 功率損失極低
4. 亮度衰減較緩慢
5. 使用壽命極常，約5萬至10萬小時(可以用上10年以上)，大大減少維修及廢置
6. 低耗電量，可節省能源達70% (與T8白光管比較)
7. 提供高功率使用和高亮度產品
9. 環保設計，所百配件均合乎RoHS標準

LED照明系統對環境保育與經濟提升上的幫助

白光LED最大的效益是可以節約能源，減少汙染 。目前白光LED較傳統白熾燈泡發光效率高出一倍以上，未來更可提高到十倍以上。因此，在香港地區，假如25%白熾燈泡及100%日光燈被LED取代，每年可省下5億度電力，大約是1座發電廠的年發電量。 而若以日本爲例，假如100%白熾燈泡被LED取代，每年將可減少1~2座發電廠發電量。另外，美國若將55%白熾燈泡及55%日光燈以LED取代，每年則可省下$350億美金電費。另外，防止溫室效應，保護地球環境，也是白光LED照明的目標。由於省電的LED可減少發電廠原油的使用量，其在發電過程中所產生的CO2排放量也大幅減少，對溫室效應的防止與地球環境綠化大有貢獻。因此，根據國外的預估資料，使用白光LED照明技術將可使全球每年減少25億噸CO2排放量，美國每年將可減少 7.55億噸CO2排放量，日本則每年減少1~2座發電廠及10 億公升以上的原油發電使用量。 尖端光電科技的LED每年可創造150億美元的市場，可大幅減少CO2排放，符合國際潮流，有利我國經濟永續經營。

LED在日常生活上的應用

1.手機、顯示器、信號燈
2.辦公室、學校、商場
3.體育休閒設施和停車場、公共場所
4.公路、船舶、飛機場等

結論

LED-發光二極體擁有許多遠勝於傳統照明的優勢，在使用方面像是低功率損失、低耗電量、極常的使用壽命等等，很明確的它的多項優點是傳統照明所不及的，而在拿取方面更是有多樣化的設計與精巧的型體讓人得以容易使用，多樣變化的光色也將會成爲他在未來更多樣化發展的方向，像現代的許多指示燈，或是趣味燈管，無疑的LED已經佔了非常大的優勢，在經濟環保上LED耶是貢獻良多，單以香港地區假設有25%白熾燈泡及100%日光燈被白光LED 取代，那每年則能省下5億度電力，在經濟上無非是一大幫助，在環境保育上的優勢也是確實能有很大的改善，由於省電的白光 LED可減少發電廠原油的使用量，其在發電過程中所產生的CO2排放量也大幅減少，對溫室效應的防止與地球環境綠化大有貢獻。因此，根據國外的預估資料，使用白光LED照明技術將可使全球每年減少25億噸CO2排放量，這是一個商機、更是一個在便利生活與環境保護一同成長的發展方向，未來若能朝此邁進無非是人類的一大福音。