LED光源作為綠色,、節(jié)能,、省電,、長(zhǎng)壽命的第四代照明燈具而異軍突起、廣受關(guān)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(dǎo)體器件,，必須提供合適的直流流才能正常發(fā)光。直流（DC）驅(qū)動(dòng)LED光源發(fā)光的技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越成熟,，由于我們?nèi)粘Ｕ彰魇褂玫碾娫词歉邏航涣鳎ˋC 100～220V）,，所以必須使用降壓的技術(shù)來(lái)獲得較低的電壓，常用的是變壓器或開關(guān)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(qū)動(dòng)LED光源的系統(tǒng)應(yīng)用方案必然是：變壓器+整流（或開關(guān)電源）+恒流源（圖1）,。LED燈具里必然要有一定的空間來(lái)安置這個(gè)模塊，但是對(duì)于E27標(biāo)準(zhǔn)螺口的燈具來(lái)說(shuō)空間十分有限,，很難安置,。無(wú)論是經(jīng)由變壓器+整流或是開關(guān)電源降壓，系統(tǒng)都會(huì)有一定量的損耗,，DC LED在交流,、直流之間轉(zhuǎn)換時(shí)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(qū)動(dòng)LED光源發(fā)光,，系統(tǒng)應(yīng)用方案將大大簡(jiǎn)化，系統(tǒng)效率將很輕松地達(dá)到90%以上,。

圖1  直流驅(qū)動(dòng)LED光源的系統(tǒng)應(yīng)用方案

　　韓國(guó)漢城半導(dǎo)體公司即今天的首爾半導(dǎo)體早在2005年已發(fā)明可以用交流直接驅(qū)動(dòng)使其發(fā)光的AC LED,，其次是美國(guó) III-N Technology，3N技術(shù)開發(fā)MOCVD生長(zhǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上的氮化鎵襯底,，可以增進(jìn)照明和傳感器的應(yīng)用,，并降低成本和提高生產(chǎn)效率。對(duì)大大小小的硅發(fā)光二極管提供6英寸生產(chǎn)技術(shù),。3N發(fā)明的單芯片交流發(fā)光二極管（AC LED） ,，建立了全面的專利組合，以保護(hù)和改善技術(shù),，牢固地確立其專有的立場(chǎng),，是首屈一指的大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)的交流發(fā)光二極管產(chǎn)品。我國(guó)臺(tái)灣省“工業(yè)技術(shù)研究院”2008年也完成可產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)并有實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)方案的AC LED產(chǎn)品,，可直接插電于60Hz或更高頻率的AC 110V 交流壓使其交流發(fā)光,，應(yīng)用于指示燈,、霓虹燈、低瓦數(shù)照明燈,，能有效解決現(xiàn)有 LED 無(wú)法直接在交流源下使用,，造成產(chǎn)品應(yīng)用成本較高的缺點(diǎn)。臺(tái)灣工研院的On Chip AC LED（片上AC LED）因此獲得素有美國(guó)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新奧斯卡獎(jiǎng)之稱的2008年R&D 100 Award大獎(jiǎng)?，F(xiàn)在全世界只有美國(guó),、韓國(guó)與中國(guó)臺(tái)灣有此技術(shù)，臺(tái)灣工研院開發(fā)出白光,、藍(lán)光及綠光AC LED的制程技術(shù),，不僅與國(guó)際同步，也是全球領(lǐng)先者之一,。

　　LED光源作為綠色,、節(jié)能、省電,、長(zhǎng)壽命的第四代照明燈具而異軍突起,、廣受關(guān)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(dǎo)體器件，必須提供合適的直流流才能正常發(fā)光,。直流（DC）驅(qū)動(dòng)LED光源發(fā)光的技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越成熟,，由于我們?nèi)粘Ｕ彰魇褂玫碾娫词歉邏航涣鳎ˋC 100～220V），所以必須使用降壓的技術(shù)來(lái)獲得較低的電壓,，常用的是變壓器或開關(guān)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(qū)動(dòng)LED光源的系統(tǒng)應(yīng)用方案必然是：變壓器+整流（或開關(guān)電源）+恒流源（圖1）。LED燈具里必然要有一定的空間來(lái)安置這個(gè)模塊,，但是對(duì)于E27標(biāo)準(zhǔn)螺口的燈具來(lái)說(shuō)空間十分有限,，很難安置。無(wú)論是經(jīng)由變壓器+整流或是開關(guān)電源降壓,，系統(tǒng)都會(huì)有一定量的損耗,，DC LED在交流、直流之間轉(zhuǎn)換時(shí)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(qū)動(dòng)LED光源發(fā)光，系統(tǒng)應(yīng)用方案將大大簡(jiǎn)化,，系統(tǒng)效率將很輕松地達(dá)到90%以上,。

圖1  直流驅(qū)動(dòng)LED光源的系統(tǒng)應(yīng)用方案

　　韓國(guó)漢城半導(dǎo)體公司即今天的首爾半導(dǎo)體早在2005年已發(fā)明可以用交流直接驅(qū)動(dòng)使其發(fā)光的AC LED,，其次是美國(guó) III-N Technology，3N技術(shù)開發(fā)MOCVD生長(zhǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上的氮化鎵襯底,，可以增進(jìn)照明和傳感器的應(yīng)用,，并降低成本和提高生產(chǎn)效率。對(duì)大大小小的硅發(fā)光二極管提供6英寸生產(chǎn)技術(shù),。3N發(fā)明的單芯片交流發(fā)光二極管（AC LED） ,，建立了全面的專利組合，以保護(hù)和改善技術(shù),，牢固地確立其專有的立場(chǎng),，是首屈一指的大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)的交流發(fā)光二極管產(chǎn)品。我國(guó)臺(tái)灣省“工業(yè)技術(shù)研究院”2008年也完成可產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)并有實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)方案的AC LED產(chǎn)品,，可直接插電于60Hz或更高頻率的AC 110V 交流壓使其交流發(fā)光，應(yīng)用于指示燈,、霓虹燈,、低瓦數(shù)照明燈，能有效解決現(xiàn)有 LED 無(wú)法直接在交流源下使用,，造成產(chǎn)品應(yīng)用成本較高的缺點(diǎn),。臺(tái)灣工研院的On Chip AC LED（片上AC LED）因此獲得素有美國(guó)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新奧斯卡獎(jiǎng)之稱的2008年R&D 100 Award大獎(jiǎng)。現(xiàn)在全世界只有美國(guó),、韓國(guó)與中國(guó)臺(tái)灣有此技術(shù),，臺(tái)灣工研院開發(fā)出白光、藍(lán)光及綠光AC LED的制程技術(shù),，不僅與國(guó)際同步,，也是全球領(lǐng)先者之一。

　　AC LED燈具的優(yōu)點(diǎn)

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

表1 交流LED與現(xiàn)有的照明燈具性能比較

　　AC LED光源超細(xì)晶粒采用特殊交錯(cuò)的矩陣排列

　　AC LED光源的重大技術(shù)突破是超細(xì)LED晶粒在封裝時(shí)的特殊排列組合技術(shù),，同時(shí)利用LED PN結(jié)的二極管特性兼作整流，半導(dǎo)體制程在其中扮演著相當(dāng)重要的角色,。AC LED通過(guò)半導(dǎo)體制程整合成一堆微小晶粒,，采用交錯(cuò)的矩陣式排列工藝,，并加入橋式電路至芯片設(shè)計(jì)，使AC電流可雙向?qū)?，?shí)現(xiàn)發(fā)光,。?晶粒的排列如圖2所示，左圖是AC LED晶粒采用交錯(cuò)的矩陣式排列示意圖,，右小圖是實(shí)際AC LED晶粒排列照片,，AC LED晶粒在接上交流后通體發(fā)光，因此只需要二根引線導(dǎo)入交流源即能發(fā)光工作,。

圖2  AC LED晶粒排列照片與示意圖

　　AC LED光源的工作原理

　　AC LED光源的工作原理如圖3,，將一堆LED微小晶粒采用交錯(cuò)的矩陣式排列工藝均分為五串，AC LED晶粒串組成類似一個(gè)整流橋,，整流橋的兩端分別聯(lián)接交流源,，另兩端聯(lián)接一串LED晶粒，交流的正半周沿藍(lán)色通路流動(dòng),，3串LED晶粒發(fā)光,，負(fù)半周沿綠色通路流動(dòng)，又有3串LED晶粒發(fā)光,，四個(gè)橋臂上的LED晶粒輪番發(fā)光,，相對(duì)橋臂上的LED晶粒同時(shí)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(huì)以每秒60次的頻率輪替點(diǎn)亮,。整流橋取得的直流是脈動(dòng)直流，LED的發(fā)光也是閃動(dòng)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(duì)流動(dòng)光點(diǎn)記憶是有惰性的,，結(jié)果人眼對(duì)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(shí)間在工作，有一半時(shí)間在休息,，因而發(fā)熱得以減少40%～20%,。因此AC LED的使用壽命較DC LED長(zhǎng)。

圖3  AC LED光源的工作原理

　　AC LED成熟的產(chǎn)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（圖4）,。LED晶粒直接邦定在銅鋁基板上,。引腳如圖5所示,。

圖4  首爾半導(dǎo)體的AC LED

圖5  AC LED引腳圖

　　AC LED的典型應(yīng)用技術(shù)

　　AC LED的典型應(yīng)用電原理圖如圖6所示十分簡(jiǎn)單，在AC LED兩端分別串入正溫度系數(shù)熱敏電阻PTC,，和限流電阻R1,、R2、R3,，接上110V或220V交流即可進(jìn)入照明工作,。

　　LED在大批量生產(chǎn)時(shí)，其阻抗有一定的離散性,，AC LED也如此,，為便于下游廠家的大批量應(yīng)用，LED光源生產(chǎn)廠商在出廠時(shí)對(duì)批量生產(chǎn)的產(chǎn)品按阻抗分檔,，客戶在使用時(shí)可按LED光源廠家提供的VF分檔表查用相應(yīng)阻值的限流電阻,，如表2所示是AX3221/AX3231的VF分檔與限流電阻表。

圖6   AC LED的典型應(yīng)用電原理圖

表2   AX3221/AX3231的VF分檔與限流電阻表

　　AC LED的發(fā)展

　　AC LED在家用電力上的方便性,，不需要像DC LED一樣另外得幫燈具裝上一個(gè)交流轉(zhuǎn)直流的轉(zhuǎn)換器,，不但節(jié)省了這顆轉(zhuǎn)換器的成本，也避免LED光源本身還沒(méi)壞,，但轉(zhuǎn)換器卻先壞掉的窘境,。交直流轉(zhuǎn)換器可說(shuō)是一種隨著時(shí)間會(huì)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(zhuǎn)換器先壞掉了。AC LED還有一個(gè)特性,，就是因?yàn)槠涔に嚥捎媒诲e(cuò)的矩陣式排列,，是輪流點(diǎn)亮的，在60Hz的交流中會(huì)以每秒60次的頻率輪替點(diǎn)亮,，也讓AC LED的使用壽命較DC LED長(zhǎng),。

　　不過(guò)，AC LED現(xiàn)階段有兩個(gè)缺點(diǎn),，其一是發(fā)光效率并沒(méi)有DC LED高,，這是因?yàn)镈C LED發(fā)展目前是主流，AC LED剛剛起步,，AC LED的發(fā)光效率是可以追上,，甚至超過(guò)DC LED的。其二是AC LED有觸電的風(fēng)險(xiǎn),。故AC LED如果要應(yīng)用在LED照明燈具上,，應(yīng)避免金屬鰭片的裸露,，而應(yīng)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(shè)計(jì)核心概念,。

　　AC LED剛剛步入成長(zhǎng)期,，目前在發(fā)光亮度、功率等方面還不夠理想,，但AC LED的應(yīng)用簡(jiǎn)便,、無(wú)需變壓轉(zhuǎn)換器和恒流源，以及低成本,、高效率已顯現(xiàn)強(qiáng)大的生命力,。AC LED的技術(shù)在飛躍發(fā)展，要不了幾年,，高亮度,、大功率、低成本的產(chǎn)品將大量面世,。