整合LED產業的新力量

 
2014/08/11 劉辰岫 | 特約文字編輯     8,157
 
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。