整合LED產業的新力量
103/08/11
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劉辰岫｜
《科學發展》特約文字編輯
臺灣LED產業在民國70年代興起，由於當時的技術還未成熟，所發出的亮光非常微弱，有時甚至要將房間的燈光關掉，才能看到微弱的指示燈光，當然更別提將它應用在戶外照明了。反觀現今LED照明已能作為汽車頭燈，在戶外即使是白天仍然明亮可見，證明了臺灣LED產業近三十年來的努力是非常值得肯定的。
科技部在2013年推動「補助產學技術聯盟合作計畫」或稱「產學小聯盟」，其中就包括由中興大學、工研院和15家國內廠商所組成的「LED先端技術產學聯盟」，目標希望提升國內LED產業的整體水準。
臺灣LED產業的發展
要談LED產業，必須從該產業的上中下游結構說起。LED的製作過程始於上游的磊晶，也就是將LED發光所需的化合物半導體材料在既有的晶圓片上長出，作成一片片的磊晶片，然後加工處理，經過金屬蒸鍍、光刻、電極製作和切割等程序，製作成晶粒。再將晶粒經過打線和注塑等程序，封裝成LED，是為中游。最後的下游端，就是模組化各種LED的應用，包括紅外線遙控、交通號誌、路燈、室內照明、消費性電子產品和大型看板等等。
計畫主持人中興大學材料科學與工程學系的武東星教授指出，臺灣LED產業從封裝開始發展，當時是進口日本的晶粒，後來才慢慢地發展磊晶的技術。這三十年當中曾有一度大家認為LED是一個沒有希望的產業，因為它的亮度太低，使得應用端被侷限在電腦外殼上的指示燈，惟後來工研院引進了高亮度橘紅光的技術，才讓應用範圍增廣到煞車燈上。然而，發展到此又出現了另一道瓶頸，因為紅綠藍三種基礎顏色中，唯有藍光LED的技術仍未成熟。直到日本日亞化學將藍光技術發展出來，全彩LED的實現才成為可能，而它的應用領域也跟著百花齊放。
經過三、四十年來的努力，現今臺灣已經擁有一個上中下游結構完整的LED產業，實力足以執世界之牛耳。但近年面對大陸廠商在技術上的跟進，加上較低的人力成本，臺灣所面臨的競爭日益嚴峻，尤其大陸政府的一些特殊補助更造成競爭的不公平，這些問題國內產業都須謹慎面對，而此聯盟的成立即是幫助產業跨越這個困境的一股助力。
整合的力量
「LED先端技術產學聯盟」的成員涵括臺灣大部分的ＬＥＤ廠商，有些廠商想拿LED來發展應用產品但不了解它；有些製程廠商則希望提升產能與良率；需求各異。透過科技部的產學小聯盟計畫，可以協助大家將研究成果分享與合作。本計畫係針對全球LED產業可能面臨的問題，結合中興大學先端產業精密製程研究中心所累積之專業技術，藉由提供這些技術資訊的推廣與交流，協助業者開發高值化之LED產品。本計畫除一般性產學聯盟之服務項目外，同時也採用「共同實驗室」模式，由中心與產業界進行研發組合，共同開發原創性專利與技術，中心共同實驗室扮演著培育學校與業界種子技術人員之角色，這些原創性專利與Know-how在共同實驗室開發完成後，再帶回各公司研發具量產且符合公司需求之應用。
一般而言，業界廠商很難投資大成本在技術研發上，因為風險太大，萬一研發失敗將會負擔很多損失。此時如能透過政府引導產學合作，促成產業的研發聯盟，協助投資發展可增益產業競爭力與外溢效果的技術項目，待成功之後再技轉給廠商，對產業發展會有很大幫助。而大學或學術單位研發過程所需要的樣品訂製，也能借助廠商的力量，快速提供學校，加速研發的程序。這種互惠的模式，讓聯盟的成員獲益很大。
舉例來說，平板電視所用到的LED背光模組，在技術上和車頭燈所需要的條件是很不一樣的，背光模組講求亮度均勻分佈，而車頭燈的照明則是需要明亮的點光源，並兼具好的散熱功效，因此產學小聯盟可提供製造背光模組的廠商作車頭燈的相關技術，幫助他們轉型，而當點光源的技術學會了，LED投影所需要的光引擎也一樣可以實現，因為技術條件相似。以往廠商或研究單位都是單打獨鬥，如今整合起來每個參與的單位工作效率都會較以往快速很多。
未來發展與應用
以基礎技術來說，目前學者們希望突破的瓶頸是紫外光（UV）LED相關的技術。LED的發展從最低能量的紅光波段開始，進而發展到藍光實現了全彩LED，而如今更將之推向紫外光LED的波段。紫外光LED的技術若發展成熟，會對人類的生活產生更大的影響，因為很多產品是需要用到UV燈管的，例如，美容醫學中的美白和植髮、工業塑料的硬化、濾水器和殺菌系統中的UV燈管，以及醫院的空氣清淨系統中大型的ＵＶ燈管也不可或缺。
而目前UV LED的瓶頸就是成本昂貴，因為製程中磊晶所需要的溫度在甚高的攝氏1100 - 1300度之間，且後端量測的設備也需要特別研發。另外，操作人員的保護措施也必須提高，這些都是在研發可見光LED時所無的問題。不過，樂觀來看，這些問題必將會被一一克服，武教授另指出，目前紫外光ＬＥＤ的專利還不多，因此提供了各研發單位很多發展的空間。
未來的應用中，很重要的一塊領域會是智慧照明。智慧照明是指建築物內的燈光可透過電腦管理來調節LED燈的亮度或顏色，同時搭配著先進的人因照明工程。它的用途除了可節約能源外，也包括情境的選擇，例如居家環境像書房和客廳，或是娛樂場所像電影院或酒吧，都可以使用智慧照明的科技。
另外，近年來因為LED的技術成熟而逐漸被關注的植物工廠，也是目前熱門的領域。植物工廠將農作物種植在室內，並且使用LED照明以降低耗電量。因為室內環境好控制，故可以隔絕室外常見的蟲害、空氣和土壤的污染，讓「無毒農業」的發展變成可能。目前溫室栽培植物就有用光源刺激植物，來調整生長週期，讓季節性蔬果全年都可產量。而近年研究也發現，植物在不同的生長時期會需要不同波段的光，這些使用LED的生物科技很可能改變未來人們的生活或經濟型態。
對於目前產業的狀況，武教授表示，「任何一個產業到百花齊放的階段時，上中游都會進行整合，剩下幾家產業龍頭。」傳統以來，臺灣LED產業的重心是在製造端，但現在正逐漸走向系統應用，包括與建築師或節能系統廠商合作，深入各項應用領域。聯盟對國內LED產業提供了一個很好的加速研發和知識交換的平台，服務項目有技術咨詢、檢測服務、小量製程試驗、儀器分享、委託研究等，會員們可以彼此交流學習，並利用「共同實驗室」完備的研發能量與設施，提升臺灣LED產業的整體競爭力。
註：武東星教授研究團隊獲科技部102年度「產學技術聯盟合作計畫」補助(計畫名稱：LED先端技術產學聯盟，執行期間：2013/02/01~2014/01/31）。科技部推動「產學技術聯盟合作計畫」之目的，係為促使大專校院及學術研究機構有效運用研發能量，以其已建立之核心技術與相關之上中下游業界建構技術合作聯盟，以協助產業界提昇競爭能力及產品價值。
