现在广泛运用的直流发光二极管（DC LED），若要经由市电供电，须外加沟通对直流（AC-DC）整流器，易形成额定物料本钱及动力转化丢失，因而产业界已开展出以沟通电直接驱动的高压LED（HV LED），可大幅提高LED照明体系的动力利用率和发光功率。
在传统照明光源中，发光功率最好的是日光灯，其光源本身的发光功率约65lm/W。用于镇流器的附加电路会形成13-20%的动力损耗，光源发光经过灯具的反射罩，其光源功率损耗约30-40%，因而在实践的照明运用环境下，日光灯的灯具照明发光功率约35lm/W。尽管光源本身发光功率高，但附加电路和灯具结构所形成的光丢失，将会大幅下降灯源的发光功率。
现在已大幅运用在照明光源的高功率白光直流发光二极管（DC LED）（表1），其光源发光功率可达150lm/W。但DC LED是以直流电源驱动操作，若要运用在市电上，势必要外加沟通对直流（AC-DC）整流器，电源转化将会形成20-30%的动力损耗，且驱动电路之体积也较为巨大，灯具规划弹性相对会受到限制。
台湾自主性研制的高压（HV）LED技能产品，仅需简易的外加驱动电路，即可直接以市电110伏特（V）/220V驱动操作，并具有90%高功率因数 （PF）、95%高动力利用率、高发光功率等长处。现在已于世界上获得开展先机，国内厂商晶元光电已接连将HV LED晶粒产品出货给国外各家LED封装及运用大厂运用，国内也有多家相关厂商投入HV LED照明光源产品的开发，是为未来照明光源干流趋势。
悬殊DC LED 驱动办法 HV LED特性和规划大相迳庭
高压LED是以半导体制程办法，将多颗微晶粒置于同一基板上，再加以串接而成，其所需之制程技能与传统LED非常近似。但是，因为驱动办法的不同，特别是在沟通电驱动条件下，高压LED的特性和规划方向与传统LED有显着差异。
图1为高压LED芯片结构示意图。多颗制造于同一基板的微晶粒间以金属导线连接串接，而高压驱动电流则经由结尾的两个打线垫片进入微晶粒串。由图2的微晶粒结构侧视图中，则可发现单颗微晶粒的结构与传统LED间首要的差异，仅在于尺度的不同，其他包含通明导电层、外表粗糙化、图画化蓝宝石基板等可提高传统 LED功率的技能，也相同适用于高压LED。
图1 高压LED结构上视图
图2 生长于蓝宝石基板的GaN微晶粒侧视结构图
高压LED与传统LED芯片两者在制程上的首要差异点在于绝缘基板的运用、绝缘沟槽的蚀刻及金属导线的制造。高压LED的中心概念是将制造于同一基板的多颗微晶粒加以串接而成，因而运用绝缘基板保证微晶粒间的电性绝缘是高压LED得以正常操作的基本条件。关于以氮化镓（GaN）资料所生长的LED而言，因为所运用的蓝宝石基板具有极佳绝缘特性，因而只要将微晶粒间的沟槽蚀刻至基板暴露，即可到达杰出的电性绝缘。
此外，由图3中可发现，尽管微晶粒间的绝缘沟槽是让高压LED得以正确运作的必要结构，但却也使得高压LED芯片全体的可发光面积减缩。尽管在概念上，越细窄的绝缘沟槽可添加高压LED芯片的可发光面积，但相对也会提高制程的困难度。
图3 高压LED芯片SEM相片
绝缘沟槽的侧壁须运用介电资料被覆维护，以防止金属导线经过外表时，P-N资料间发生短路状况。但当绝缘沟槽过于细窄时，不管运用化学气相堆积或蒸镀办法制造介电资料薄膜，均可能发生被覆不完全的状况，并导致微晶粒的P-N资料短路失效。相同地，过于细窄的绝缘沟槽也会使得金属蒸气不易进入，形成金属导线薄膜的厚度过薄或甚至不接连，从而导致高压LED芯片的串联电阻添加，或甚至有开路失效状况发生。
为提高介电资料与导线金属薄膜的制程良率，将绝缘沟槽制形成为开口向上的倒梯形结构是一可行办法。图4中所显现的歪斜侧壁结构除可提高微晶粒与高压LED 的制程良率外，非矩形的几许结构对微晶粒的光取出功率提高亦有协助。此外，为防止金属遮盖下降高压LED发光功率，铺设于微晶粒间的金属导线有必要一起具有低阻抗与低光线遮盖之特性。制造细且厚的金属导线是到达上述方针的办法之一，而运用通明金属氧化物，如氧化铟锡（ITO）或氧化锌（ZnO）等，做为导线资料亦是可行手法，两者均有助提高高压LED发光功率。
图4 具歪斜侧壁、倒梯形开口的微晶粒结构
以下针对国内外的HV LED技能研制现况，做一概略性的收拾。
打破微晶粒制程枷锁应战 台湾获得HV LED开展先机
台湾自主性HV LED技能，是以高压直流或沟通电等方式直接驱动LED，打破微晶粒制程技能，开展出具有高电压低电流操作长处的HV LED产品，大幅提高LED晶粒之发光功率，并在世界商场上获得了技能开展先机。此技能结合简易的驱动电路，即可有用提高动力转化和运用功率，并可运用于小型化规划的照明运用，大幅提高LED运用产品的可塑性。
工研院已将相关微晶粒开发专利技转国内LED大厂晶元光电，使其拓宽至HV LED范畴，并成功开发出具有高发光功率的HV LED芯片，接连与世界LED闻名大厂及国内如亿光、葳天、福华、光宝等LED封装厂进行协作，推出HV LED相关运用照明产品（表2）。
现在国内HV LED晶粒是选用单芯片式的微晶粒结构组合规划，可量产的晶粒蓝光功率可达430mW/W；若制形成白光发光元件，则白光功率可达130lm/W。根据产品现况及未来开发规画，估计至2014年年末，HV LED晶粒功率可达600mW/W，白光功率将可到达180lm/W。
赶紧投入研制 外商HV LED技能迭有开展
以下将介绍国外LED厂商开展HV LED的现况。
Philips Lumileds
该公司第一代高压式LED Luxeon H50-1（50V）类型封装元件（图5），于85℃操作环境下，投入电力为1W，其发光通量可达67 lm。
图5 Philips Lumileds所开发的HV LED元件
这以后宣布的Luxeon H（100V与200V）类型封装元件，于85℃操作环境下，投入电力为4W，其发光通量可达360lm。
2012年宣布的新一代HV LED封装元件Luxeon H50-2，可操作于环境温度85℃，以50V电源为驱动条件，其操作瓦数为2W，光源色温5，000K，元件的光通量可达205lm，光源色温 2，700K，元件的光通量可达165lm；操作于室温环境25℃，光强度约略可提高至1.1倍，相关于输入电压电流光强度呈直线添加。
上述产品透过简易的高压芯片组合，拟战胜传统DC LED调配驱动电路之体积过于巨大，且使得规划难度受限的问题，有用缩小灯具体积，且提高照明灯具之规划弹性，如常见的球泡灯、蜡烛灯及吊饰灯，俨然已朝向新一代LED照明元件之开展方向跨进。
Cree
美国科锐（Cree）于2011年推出高压驱动的HV LED封装元件XLamp XM-L及XT-E（图6），可操作于环境温度85℃，以46V电源为驱动条件，其操作瓦数别离为2W及1W，光源色温5，000K，元件的光通量别离可达240lm及114lm；光源色温2，700K，元件的光通量别离可达172lm及87lm；操作于室温环境25℃，光强度约略可提高至1.15倍，相关于输入电压电流，光强度呈直线添加。
图6 Cree所开发的HV LED元件
Cree之高压LED产品，供给一种封装尺度更小之挑选，调配转化功率较高的高压驱动电路，有用的削减驱动所形成的损耗，HV LED可套用于空间受限之照明运用上，比如B10、GU10和E17等小型灯泡产品，大幅提高产品的可运用範围及运用弹性。
首尔半导体
韩国首尔半导体（Seoul Semiconductor）推出的Acrich2光源模组（图7、8），根据运用者需求挑选分为120V或220V两种操作类型，其操作瓦数为 4.3W，光源色温5，000K，元件的光通量可达320lm；光源色温4，000K，元件的光通量可达310lm；光源色温2，700K，元件的光通量可达290lm。
图7 首尔半导体所开发的HV LED光源模组
图8 首尔半导体所开发的AC/HV LED光源模组电路等效示意图
首尔半导体之高压沟通LED产品，直接于封装上整合驱动IC元件，因而光源模组可直接操作在沟通电压的环境下，不须外加电源转化器或驱动电路，可直接运用在照明产品上，提高下流厂商的运用便利性。其间的驱动IC，结合多段式切换操控的规划，可于较低电压操作区间即可发动部分的HV LED元件，因而提高整个光源模组的功率因数，这将有助于削减动力损耗，提高全体光源功率。此外，因为将电路整合于驱动%&&&&&%元件上，全体HV LED光源模组运用的外部元件大幅削减，光源模组的牢靠度将可以提高，使得全体操作寿数更接近于LED操作寿数之理论值。
HV LED适用中功率光源
HV LED照明光源有几个竞赛产品，别离是有机发光二极管（OLED）、被动式有机发光二极管（PLED）、DC LED和AC LED。
因为相关代替性产品如OLED及PLED，挟带着低直流电压、均匀面发光、发光功率可达80lm/W和60lm/W等长处，準备进攻显现器及背光源的商场，在技能及实用性可与现有的LED对抗。但这类代替产品现在发光功率尚不及LED，因而全体而言，尚无较显着的要挟性发生。
DC LED以直流电流源驱动（图9），其元件具有体积小、发光功率高级许多长处，可运用于显现、车用、指示、装修及照明等广泛的运用范畴，惟须外加交直流电源转化电路，使得
