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２０１３年 ３月２２日

GaN-on-Si LED による

照明市場への展開

株式会社 東芝 セミコンダクター＆ストレージ社 ディスクリート半導体事業部 白色ＬＥＤ開発部 白色ＬＥＤ応用技術担当 高橋 望

第119回産学交流サロン「ひびきのサロン」

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エネルギー消費からみた照明

公益財団法人 日本生産性本部 http://activity.jpc-net.jp/detail/eep/activity000561/attached.pdf

2005年度 世界の暮らしとエネルギーに関する調査 概要

最終エネルギー消費量 世帯当たりエネルギー消費量

○産業・運輸でのエネルギー消費量のウエイトが 大きい（モータ・エンジン系比率）。

○日本では総電力の５０％がモータにて消費。 約２０％を照明にて消費している。

○日本の家庭での消費量は１３～１７％程度 （主たるエネルギー消費量では30％程度）

http://www.challenge25.go.jp/images/activity/news/2012/06/120614a4.pdf

13.4%

1980/1990/2003 26%

29%

9~12%

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0

1

2

3

4

5

2005 2010 2015 2020 2025 2030

0

100

200

300

2005 2010 2015 2020 2025 2030

総光束量（兆

klm

h）

消費電力量

（兆

kWh）

電力量削減効果

白熱灯

蛍光灯

ＬＥＤ

蛍光灯

白熱灯

ＬＥＤ

総光束量(約9時間/日）

2005年： 133兆klmh/年 (5.9 klm /人） （１人あたり20 M lmh /年）

↓CAGR 2.4%

2030年： 239兆klmh/年 （ 8.2 klm /人） （１人あたり28 M lmh/年）

２０３０年 高効率光源置換による電力量削減効果 １．８８兆kWh CO2排出量削減効果 ７．３億ｔ－CO2／年

HID HID

消費電力量

2005年： 2.65兆kWh （総合効率 ５１ lm/W ） ↓ 2030年： 4.25兆kWh （なりゆき ５１ lm/W ） 2.37兆kWh （高効率化 101 lm/W ）

“LIGHT’S LABOURS LOSTS Policies Energy-efficient Lighting”, OECD IEA (2006) を元に当社推定

世界の一般照明：総光束量と消費電力量 ～LED照明は消費電力削減のキーアイテム～

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半導体素子（個別半導体比較）

0

200

400

600

800

1,000

1,200

1,400

2007

/1

2007

/4

2007

/7

2007

/10

2008

/1

2008

/4

2008

/7

2008

/10

2009

/1

2009

/4

2009

/7

2009

/10

2010

/1

2010

/4

2010

/7

2010

/10

2011

/1

2011

/4

2011

/7

2011

/10

2012

/1

2012

/4

DIODES

SMALL SIGNALTRANSISTORS

POWERTRANSISTORS

RECTIFIERS

THYRISTORS

ALL OTHERDISCRETES

LEDs

COUPLERS

INFRARED

MOS GENERALPURPOSE LOGIC

Source : WSTS

Million$

WSTS統計を基に東芝作成。二次使用厳禁

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白色ＬＥＤ市場予測

ｸﾞﾛｰﾊﾞﾙｲﾝﾌｫﾒｰｼｮﾝ・IMS research:掲載許可済 二次使用厳禁

2015年LED照明は 照明全体の40~50% と予想されている

ﾏｰｹｯﾄｾｸﾞﾒﾝﾄでは Lightingの

伸びが著しい。

2014までは堅調にLED市場は伸長するが、2015年をターニングポイントとして、 伸長率は低下に転じると見られている

（LEDﾘﾌﾟﾚｲｽﾒﾝﾄﾗﾝﾌﾟの数量増加に伴い更なる価格低下）

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ＬＥＤ技術・製品動向 -ＬＥＤ特性トレンド

Yole Developpment 掲載許可済： www.yole.fr

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GaN LEDの応用分野 ２０００年 ２００５年 ２０１０年 ２０１５年

フルカラーＬＥＤ ディスプレイ応用

車載メータ応用 Ｐｈａｓｅ１

照明 Phase２

照明 Phase 3

ヘッドライト・ＲＣＬ

車載ＮＡＶＩ・大型液晶

液晶ＴＶ ﾛｰｶﾙﾃﾞｨﾐﾝｸﾞ

液晶ＴＶ Phase2

ｽﾏｰﾄﾌｫﾝ・タブレット 携帯液晶バックライト

ｲﾙﾐﾈｰｼｮﾝ ｱｰｷﾃｸﾁｬｰ

照明 Phase 1

上記矢印は主たる開発期間を示す

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サファイヤ基板サイズの動向

2009 2008 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017

8inch

6inch

4inch

3inch

2inch

東芝はｼﾘｺﾝで 8インチ基板にて量産

２-inch

4-inch

Yole Developpment 掲載許可済： www.yole.fr

37%

5%

45%

14%

3-inch

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200mm

150mm

100mm

x16

x1.78

８インチウエファのメリット

50mm

8 inch

6 inch

4 inch

2 inch

東芝は他社に先駆けて

8ｲﾝﾁでの量産を開始

現在LEDで主流サイズ

Toshiba

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GaN-on-Siによる青色LEDの特性

ｳｴﾌｧｰ上でのGaN-LEDの発光

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項目 記号 定格 単位

順電流 (DC) IF 800 mA

順電流 (パルス) IFP 1000

許容損失 PD 2.9 W

動作温度 Topr -40~100

℃ 保存温度 Tstg -40~100

接合温度 Tj 130

■絶対最大定格 (Ta=25℃)

項目 記号 測定条件 最小 標準 最大 単位

順電圧 VF IF =350mA 2.8 2.9 3.6 V

熱抵抗（接合－はんだポイント間） Rth(j-

s) IF =350mA － (8) － ℃/W

■色度ランク (Ta=25℃、 IF=350mA)

-サイズ

6.4×5.0, t=1.35mm

-アプリケーション

道路灯、防犯灯、電球など

■電気的特性 (Ta=25℃、 IF=350mA)

■フットパターン

（9.5）

（4.3）

3.9

8.0

4.5

1.1

タイプ 型名 色温度(K) ※1 光束(lm)※1 Ra

（min） 順電圧 (V) ※1

順電流

(mA)

フラット

タイプ

TL1F1-NW0 5000 112 70

2.9 350 TL1F1-NW1 5000 100

80 TL1F1-WH1 4000 95

TL1F1-LW1 3000 85

※1: 標準値

TL1F1 シリーズ 1W フラットトップ LEDランプ

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GaN-on-Si 白色LEDランプ 初回製品ラインナップ計画

パッケージ ｼﾘｰｽﾞ名 定格 最大定格 光束

5000K Ra70 (lm)Typ.

電圧

(V)Typ.

3.0x1.4mm

TL2FK

シリーズ 0.2W 0.35W

IF 100mA(max)

Temp. -40～110℃

Tj=125℃(max)

28@80mA

Ta=25℃

2.9V

@80mA

Ta=25℃

TL2FA

シリーズ 0.5W 0.7W

IF 200mA(max)

Temp. -40～110℃

Tj=125℃(max)

47@150mA

Ta=25℃

3.0V

@150mA

Ta=25℃

3.0x3.0mm

TL3GA

シリーズ 0.6W 1.3W

IF 200mA(max)

Temp. -40～100℃

Tj=125℃(max)

64@100mA

Ta=25℃

5.9V

@100mA

Ta=25℃

3.5x3.5mm

TL1L1

シリーズ 1W (２W)

IF 1000mA(max)

Temp. -40～100℃

Tj=130℃(max)

117@350mA

Ta=25℃

2.9V

@350mA

Ta=25℃

6.4x5.0mm

TL1F1

シリーズ 1W (２W)

IF 800mA(max)

Temp. -40～100℃

Tj=130℃(max)

112@350mA

Ta=25℃

2.9V

@350mA

Ta=25℃

2013年3月時点のラインナップ計画。

開発中

開発中

開発中

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CSP-LEDによる新しい照明への展開

●超小型・蛍光体一体型・高放熱構造の採用

構造上の特徴

・0.6ｘ0.3mm ～ ・Ｃｕ電極 ・ボンディングワイヤ不要 ・２端子ＳＭＤ

・超小型・超薄型 ・点光源 ・低熱抵抗 ・高放熱

LEDランプの利点 ・照明デザインの 新しいコンセプト ・細管型照明への応用 ・実装面積削減 ・高密度実装による 高輝度光源

照明への価値提供

蛍光体

Ｃｕ電極 CSP-LED断面構造図

発光層

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まとめ

１．メガトレンドとして、人口増加・エネルギー 増加に対して、省電力化のためLED照明の 展開が重要である。

２．東芝ではGaN-on-SiによるLEDの量産を開始。 今後LED照明を進めるために、安価な基板 を使用する技術開発を進めていく。

３．将来性の高い技術により、世代を切り開く ことが重要。GaN-on-Siと共に、パッケージ レス・低熱抵抗のCSPパッケージの展開を 進めていく。

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