繁華的城市離不開LED燈的裝飾，相信大家都見過LED，它的身影已經出現在了我們的生活的各個地方，也照亮著我們的生活。LED光源作為綠色、節(jié)能、省電、長壽命的第四代照明燈具而異軍突起、廣受關注、如火如荼地迅速發(fā)展。目前的LED光源是低電壓(VF=2→3.6V)、大電流(IF=200→1500mA)工作的半導體器件，必須提供合適的直流流才能正常發(fā)光。

直流(DC)驅動LED光源發(fā)光的技術已經越來越成熟，由于我們日常照明使用的電源是高壓交流(AC100～220V)，所以必須使用降壓的技術來獲得較低的電壓，常用的是變壓器或開關電源降壓，然后將交流(AC)變換成直流(DC)，再變換成直流恒流源，才能促使LED光源發(fā)光。因此直流驅動LED光源的系統(tǒng)應用方案必然是：變壓器+整流(或開關電源)+恒流源。LED燈具里必然要有一定的空間來安置這個模塊，但是對于E27標準螺口的燈具來說空間十分有限，很難安置。無論是經由變壓器+整流或是開關電源降壓，系統(tǒng)都會有一定量的損耗，DCLED在交流、直流之間轉換時約15%～30%的電力被損耗，系統(tǒng)效率很難做到90%以上。如果能用交流(AC)直接驅動LED光源發(fā)光，系統(tǒng)應用方案將大大簡化，系統(tǒng)效率將很輕松地達到90%以上。

韓國漢城半導體公司即今天的首爾半導體早在2005年已發(fā)明可以用交流直接驅動使其發(fā)光的ACLED，其次是美國III-NTechnology，3N技術開發(fā)MOCVD生長技術基礎上的氮化鎵襯底，可以增進照明和傳感器的應用，并降低成本和提高生產效率。對大大小小的硅發(fā)光二極管提供6英寸生產技術。3N發(fā)明的單芯片交流發(fā)光二極管(ACLED)，建立了全面的專利組合，以保護和改善技術，牢固地確立其專有的立場，是首屈一指的大規(guī)模商業(yè)化生產的交流發(fā)光二極管產品。

我國臺灣省"工業(yè)技術研究院"2008年也完成可產業(yè)化生產并有實際應用系統(tǒng)方案的ACLED產品，可直接插電于60Hz或更高頻率的AC110V交流壓使其交流發(fā)光，應用于指示燈、霓虹燈、低瓦數照明燈，能有效解決現有LED無法直接在交流源下使用，造成產品應用成本較高的缺點。臺灣工研院的OnChipACLED(片上ACLED)因此獲得素有美國產業(yè)創(chuàng)新奧斯卡獎之稱的2008年R&D100Award大獎。現在全世界只有美國、韓國與中國臺灣有此技術，臺灣工研院開發(fā)出白光、藍光及綠光ACLED的制程技術，不僅與國際同步，也是全球領先者之一。

ACLED燈具的優(yōu)點

與白熾燈、鹵素燈、熒光日光燈、熒光節(jié)能燈、直流LED燈相比，ACLED燈具有更節(jié)能省電、更長壽、更有能效的高性價比。ACLED發(fā)光省去了成本不菲的AC/DC轉換器和恒流源。交流LED與現有的照明燈具性能比較如表1所示。

表1交流LED與現有的照明燈具性能比較

ACLED光源超細晶粒采用特殊交錯的矩陣排列

ACLED光源的重大技術突破是超細LED晶粒在封裝時的特殊排列組合技術，同時利用LEDPN結的二極管特性兼作整流，半導體制程在其中扮演著相當重要的角色。ACLED通過半導體制程整合成一堆微小晶粒，采用交錯的矩陣式排列工藝，并加入橋式電路至芯片設計，使AC電流可雙向導通，實現發(fā)光。ACLED晶粒在接上交流后通體發(fā)光，因此只需要二根引線導入交流源即能發(fā)光工作。

ACLED光源的工作原理

ACLED光源的工作原理，將一堆LED微小晶粒采用交錯的矩陣式排列工藝均分為五串，ACLED晶粒串組成類似一個整流橋，整流橋的兩端分別聯接交流源，另兩端聯接一串LED晶粒，交流的正半周沿藍色通路流動，3串LED晶粒發(fā)光，負半周沿綠色通路流動，又有3串LED晶粒發(fā)光，四個橋臂上的LED晶粒輪番發(fā)光，相對橋臂上的LED晶粒同時發(fā)光，中間一串LED晶粒因共用而一直在發(fā)光。在60Hz的交流中會以每秒60次的頻率輪替點亮。

整流橋取得的直流是脈動直流，LED的發(fā)光也是閃動的，LED有斷電余輝續(xù)光的特性，余輝可保持幾十微秒，因人眼對流動光點記憶是有惰性的，結果人眼對LED光源的發(fā)光+余輝的工作模式解讀是連續(xù)在發(fā)光。LED有一半時間在工作，有一半時間在休息，因而發(fā)熱得以減少40%～20%。因此ACLED的使用壽命較DCLED長。

ACLED成熟的產品如首爾用于AC110V的AX3201、AX3211和用于220V的AX3221、AX3231。用于AC110V功率在3.3W～4W，工作電流40mA;用于AC220V功率在3.3W-4W，工作電流20mA。LED晶粒直接邦定在銅鋁基板上。引腳如圖5所示。

ACLED的發(fā)展

ACLED在家用電力上的方便性，不需要像DCLED一樣另外得幫燈具裝上一個交流轉直流的轉換器，不但節(jié)省了這顆轉換器的成本，也避免LED光源本身還沒壞，但轉換器卻先壞掉的窘境。交直流轉換器可說是一種隨著時間會老化、壞掉的電子元器件，其壽命比LED光源本身更短，故目前很多LED燈具壞掉，并不是LED光源壽命已盡，而是LED燈具使用的交直流轉換器先壞掉了。ACLED還有一個特性，就是因為其工藝采用交錯的矩陣式排列，是輪流點亮的，在60Hz的交流中會以每秒60次的頻率輪替點亮，也讓ACLED的使用壽命較DCLED長。

不過，ACLED現階段有兩個缺點，其一是發(fā)光效率并沒有DCLED高，這是因為DCLED發(fā)展目前是主流，ACLED剛剛起步，ACLED的發(fā)光效率是可以追上，甚至超過DCLED的。其二是ACLED有觸電的風險。故ACLED如果要應用在LED照明燈具上，應避免金屬鰭片的裸露，而應是間接地把熱帶走，這也就是發(fā)展新的充液LED固態(tài)照明燈具的設計核心概念。ACLED剛剛步入成長期，目前在發(fā)光亮度、功率等方面還不夠理想，但ACLED的應用簡便、無需變壓轉換器和恒流源，以及低成本、高效率已顯現強大的生命力。

ACLED的技術在飛躍發(fā)展，要不了幾年，高亮度、大功率、低成本的產品將大量面世。相信在未來的科學技術更加發(fā)達的時候，LED會以更加多種類的方式為我們的生活帶來更大的方便，這就需要我們的科研人員更加努力學習知識，這樣才能為科技的發(fā)展貢獻自己的力量。