led 簡介 20120530pub.tust.edu.tw/prevent/gee/document/新時代節能與... · 2012-06-04 ·...
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能源與環境的平衡
‧能源: 石油、煤炭、核能、太陽能電池(目前主流技術)… 都造成碳足跡的增加。
‧日益稀少或惡化的環境: 空氣、水、氣溫、土壤… 因人類文明而惡化。
‧LED 產業是兼顧上述兩者益處的產業!
四大產業or 慘業?
‧DRAM: 茂德、力晶、南亞科、..三星‧Solar Cell: 茂迪, … 大陸‧LCD: 友達、奇美、華映… 三星‧LED: 晶電、億光、光寶、隆達…三星
‧資本、技術、人才、市場
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LED market is being driven by two important applications:•large size LCD panel back lighting (short- & mid-term)
•general lighting ( long-term)
Source: Strategy in Light, USA, Feb. 2011
Positive Outlook for LED Market with 30% CAGR
Market Size Estimation:
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•LED NB Market ( 2011): ~ 100 KK/m 40 x 40 mil power chip200 m set x 40 chip/set = 8,000 KK/y ~ 800 KK/m ( 10 x 20 mil)
•LED TV Market ( 2011): ~ 550 KK/m 40 x 40 mil power chip•LED Road lighting Market ( 2015): ~ 250 KK/m 40 x 40 mil power
chip30 m lights x 100 chip/light = 3,000 KK/y ~ 250 KK/m ( 40 x 40 mil)
•LED Bulb Market (2015): ~ 2,000 KK/m 40 x 40 mil power chip4B bulb x 6 chip/bulb= 24,000 KK/y ~ 2,000 KK/m ( 40 x 40 mil)
•LED Tube Market (2018): ~ 2,000 KK/m 40 x 40 mil power chip
2011 LED TV ~ 10% of Needed Lighting Capacity
光電半導體元件
a) 電能轉換為光能:發光二極體 ( Light Emitting Diode )
雷射二極體 ( Laser Diode )
b) 光能轉換為電能:光偵測器 ( Photo Detector )光電晶體 ( Photo Transistor )
光伏太陽能電池(Photo-Voltaic Solar Cell )
c) LCD (Liquid Crystal Display)不是發光組件
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發光源的比較
產品
發光機制
白熾燈泡
加熱黑體輻射
放電燈泡(CCFL)
金屬放電光譜
發光二極體
電子‧電洞結合放光
頻譜分佈曲線
20-30%40%
RadiationConvectionConduction
30-50%75%
ConductionConvection
效率─目前未來
本質性的能量浪費機制
5-10%15%
RadiationConvectionConduction
‧發光效率高,節省能源–耗電量為同等亮度白熾燈的 10%-20%,螢光燈的1/2。
‧綠色環保–冷光源,不易破碎,沒有電磁幹擾,無汞
‧壽命長- 壽命可達10萬小時‧固體光源、體積小、重量輕、方向性好‧回應速度快,並可以耐各種惡劣條件
LED的優點LED 優點
LED 燈使用性價比
名稱 價格(NT$)消耗功率(W)
使用時數(hr/天)
每度電價(NT$)
壽命(h rs )一年使用費(NT$)
二年使用費(NT$)
LED 199 8 12 3 30,000 285 372省電燈泡 80 17 12 3 5,000 264 527鎢絲燈 30 60 12 3 1,500 678 1,386
件l文tia密en
機fidnCo
Σ(III) =Σ(V)
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構成半導體的原料
5B(硼)
6C(碳)
7N(氮)
13 14 15Al(鋁) Si(矽) P(磷)
31 32 33Ga(鎵) Ge(鍺) As(砷)
49 50 51In(銦) Sn(錫) Sb(銻)
81Tl(鉈)
82 83Pb(鉛) Bi(鉍)
III IV V
Elemental Semiconductors
Compound Semiconductor Groups
AlxGa1-xAs、GaxIn1-xP、InxGa1-xN(AlyGa1-y)xIn1-xP
GaAsxP1-y
InxGa1-xAsyP1-y
III-V CompoundSemiconductors
Element and Compound Semiconductors
Element
SiGe
IV-VICompounds
SiC
III-VCompounds
GaAsAlAsInPGaPGaN
II-ViCompounds
ZnSeZnS
件l文tia密en
機fidnCo
N
P
Chip
N
P
多重量子井 MQW(Multiple Quantum Well)
N
P
雙異質結構 DH 單一量子井 SQW(Double Heterostructure) (Single Quantum Well)
提高內部發光效率—發光層設計
P
P/N 同質結構(Homostructure)
N
CIE 1931 x,y Chromaticity Diagram
640700620
610600
595590
585580
575570
565560
555550
545540
535530525520515
470475
485
490
495
500
505
510
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
x
y
450
2000 K3000 K5000 K
10000 K20000 K
1000 K
Green
Categor. Item Content Vendor Advantage Disadvantage
鋁氧化物
YAG Y3Al5O12:Ce Nichia
High Eff.
Red colorLow cost
Easy tomake
TAG Tb3Al5O12-Ce OsramLow cost Lower Efficiency
CRI Hard to make
氮氧化物Tri-colorPhosphor
(Ca, Sr, Ba)xSiyNz:Eu,z=2/3x+4/3y
Osram,Mitsubishi,LumiLeds
Green/Redcolor
Lower Efficiency,High temp. decay
Sr2Si5N8:Eu;SrSi7N10:Eu Hard to make
矽氧化物 Silicate (Ba,Sr)2SiO4:Eu GE, Osram,TG UV
Hard to make
need red color
硫化物 LumiLeds SrGa2S4,SrS LumiLeds Unknown Unknown
Converter
Integrated Monolithic Chip
DC vs. AC/HV LED
Low voltage DC LED AC input
AC LED
AC input
External Bridge Diode + Monolithic Chip
2011 Epistar Corporation. All Right Reserved.
HV LED
AC input
PAR38•Halogen
39•LED •EPISTAR LAB
90W 1,350 Lumens2700K, CRI 10030o Flood Beam
Dimmable
17W, 930 Lumens2700K, CRI80
25o Flood BeamDimmable
Replaces 60W PAR-38
10.9W, 1351 Lumens2700K, CRI91
26o Flood BeamIR Dimmable
Replaces 90W PAR-38
124lm/W
42• 綠白光 Greenish white (Blue chip phosphor converted) + Red chip
• 色溫 (CCT): 冷態 (Cold state) 2400K熱態 (Hot state) 2700K
複合式白光
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植物對不同波長之吸收關係圖
光合作用
針對不同植物特性可選用不同特定波長LED更有效利用能源
光合作用應用與原理
12H2O + 陽光 → 12H2 + 6O2 [光反應] ------ ~400 msec12H2 (來自光反應) + 6CO2 → C6H12O6 (葡萄糖) + 6H2O [暗反應] ----~200 msec
46
5:1 6:1 7:1
8:1 9:1 10:1
7:27:1
蝴蝶蘭 R/B ratio最佳8:1
相同生長時間不同光源之比較Red/BlueLED最佳
植物在藍紫光下生長,其光合產物中的蛋白質和脂肪的數量增多,而在紅光下形成的碳水化合物較多
應用與原理