摘要：介紹一種新的 綠色光源—AC LED，分析了其結構特點和工作原理，指出了其相對於傳統DC LED的優點，並介紹了其應用和發展前景。
LED光源作為綠色、節能、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光。直流（DC）驅動LED光源發光的技術已經越來越成熟，由於我們日常照明使用的電源是高壓交流（AC 100～220V），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，然後將交流（AC）變換成直流（DC），再變換成直流恆流源，才能促使LED光源發光。因此直流驅動LED光源的系統應用方案必然是：變壓器+整流（或開關電源）+恆流源（圖1）。LED燈具里必然要有一定的空間來安置這個模塊，但是對於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，系統都會有一定量的損耗，DC LED在交流、直流之間轉換時約15%～30%的電力被損耗，系統效率很難做到90%以上。如果能用交流（AC）直接驅動LED光源發光，系統應用方案將大大簡化，系統效率將很輕鬆地達到90%以上。

圖1 直流驅動LED光源的系統應用方案
AC LED燈具的優點
　　 與白熾燈、鹵素燈、熒光日光燈、熒光節能燈、直流LED燈相比，AC LED燈具有更節能省電、更長壽、更有能效的高性價比。AC LED發光省去了成本不菲的AC/DC轉換器和恆流源。交流LED與現有的照明燈具性能比較如表1所示。
圖2 交流LED與現有的照明燈具性能比較

AC LED光源超細晶粒採用特殊交錯的矩陣排列
　　 AC LED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LED PN結的二極管特性兼作整流，半導體製程在其中扮演着相當重要的角色。AC LED通過半導體製程整合成一堆微小晶粒，採用交錯的矩陣式排列工藝，並加入橋式電路至芯片設計，使AC電流可雙嚮導通，實現發光。?晶粒的排列如圖2所示，左圖是AC LED晶粒採用交錯的矩陣式排列示意圖，右小圖是實際AC LED晶粒排列照片，AC LED晶粒在接上交流后通體發光，因此只需要二根引線導入交流源即能發光工作。

圖3 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微小晶粒採用交錯的矩陣式排列工藝均分為五串，AC LED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晶粒發光，負半周沿綠色通路流動，又有3串LED晶粒發光，四個橋臂上的LED晶粒輪番發光，相對橋臂上的LED晶粒同時發光，中間一串LED晶粒因共用而一直在發光。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的發光也是閃動的，LED有斷電余輝續光的特性，余輝可保持几十微秒，因人眼對流動光點記憶是有惰性的，結果人眼對LED光源的發光+余輝的工作模式解讀是連續在發光。LED有一半時間在工作，有一半時間在休息，因而發熱得以減少40%～20%。因此AC LED的使用壽命較DC LED長。

圖4 AC LED光源的工作原理
　　 AC LED產品如紅日光電用於AC 220V 功率在7W～7.5W，工作電流34mA；（表4）。LED晶粒直接邦定在陶瓷基板上。

圖5 紅日光電AC LED

圖6 AC LED引腳圖
AC LED的典型應用技術
AC LED的典型應用電原理圖如圖6所示十分簡單，在AC LED兩端分別接上220V交流即可進入照明工作。

散熱基板材料（絕緣 陶瓷基板）
在 LED 系統散熱方面,尤其是大功率 LED，選擇合適的基板，對其散熱性和可靠性都具 有重要影響,而目前基板主要有陶瓷基板、金屬基板和復合基板[37-38]。 3.2.1 陶瓷基板 陶瓷基板主要是低溫共燒陶瓷(LTCC）基板和 AlN 基板。LTCC 基板具有諸多優點:易於成型、工藝簡單、成本低而且容易製成多種形狀。現在常用的 Al2O3 基板, 由於熱導率低, 已不能滿足這種要求。BeO 基板雖然熱導率高, 但其線膨脹係數與 Si 相差很大,且製造時有 毒,限制了自身的應用。 AlN 基板由於具有高熱導率、 而 電性能優良、 機械性能高且無毒, 硬 度 Al 基板相近。而 AlN 陶瓷基板的高導熱率、高硬度、線膨脹係數與 Si 接近以及絕緣性 使 AlN 陶瓷基板在大功率 LED 封裝應用上具有廣闊的前景。
AC LED的壽命
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交流轉直流的轉換器，不但節省了這個轉換器的成本，也避免LED光源本身還沒坏，但轉換器卻先坏掉的窘境。交直流轉換器可說是一種隨着時間會老化、坏掉的電子元器件，其壽命比LED光源本身更短，故目前很多LED燈具坏掉，並不是LED光源壽命已盡，而是LED燈具使用的交直流轉換器先坏掉了。AC LED還有一個特性，就是因為其工藝採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AC LED的使用壽命較DC LED長.
AC LED發展
目前AC LED在功率方面還不夠大，但AC LED的應用簡便、無需變壓轉換器和恆流源，以及低成本、高效率已顯現強大的生命力。AC LED的技術在飛躍發展，可以設想在不久的將來，高亮度、大功率、低成本的產品將大量面世，更綠色、更環保為我們這個世界提供光明。