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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

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技術帶動成長 許LED產業一個未來

文/工研院產業經濟與趨勢研究中心(IEK)林志勳 黃孟嬌 攝/蔡鴻謀

許LED產業一個未來
許LED產業一個未來

走過2001年進入手機市場的第一波高度成長,
隨後2005年起在缺乏新市場帶動,舊市場成長遲滯影響下,陷入低度成長態勢,
又在2008年初全球能源價格高漲,LED成為明星產業的市場樂觀情境下,
受到全球經融海嘯影響,市場需求瞬間冷凍,
歷經一波波的起伏後,2009年的LED產業,將走向何方?


LED 市場的發展,與市場基礎大小有絕對關連。2001年LED進入手機市場,使得整體市場呈現出第一波高度成長,特別是高亮度LED市場在2001至2004年間實現了高達46%的年成長率。但在2004年以後,隨著彩色螢幕手機的比例超過了80%,顯示器背光改用白光LED的速度減緩,再加上台灣和韓國廠商還推出鍵盤用低價格LED,使LED價格出現顯著下滑。在缺乏新市場帶動,舊有市場基礎成長遲滯影響下,2005年後全球LED市場陷入低度成長態勢。

2008年初全球能源價格高漲,具有節能優勢LED成為大眾所看好的明星產業,陸續有新廠商跨足LED產業。廠商看好LED在照明市場與液晶顯示器背光源市場滲透率成長,持續擴產。在市場一片樂觀情境下,2008年第三季起卻受到全球經融海嘯影響,市場需求瞬間冷凍,除了照明等新興市場滲透率不如預期樂觀外,聖誕燈串、小尺寸顯示器背光源等既有市場也因消費者購買能力下滑,呈現出衰退現象。所幸上半年市場成長,抵銷部分下半年市場衰退負面影響,2008年全球LED市場較2007年微幅成長3%,達67.67億美元(圖一)。

圖一 全球LED市場趨勢
圖一 全球LED市場趨勢

高亮度LED仍是主流

就個別產品項分析,高亮度LED仍然是主要產品型態。四元化合物及GaN系化合物所製成高亮度LED,在亮度、發光效率等產品特性持續增長,使其應用領域持續擴張,特別在中大尺寸LCD顯示器背光源市場,在NB及LCD-TV開始導入LED背光模組帶動下,抵銷金融風暴對市場需求減緩的衝擊,市場規模仍維持5%成長,市場占有率成長至72%。

過去數年來一般亮度LED,由於其單價低、產品可靠度高,在玩具、裝飾燈串等部分不需要高亮度應用領域,仍具有相當優勢,產品單價也相當穩定。但受到全球金融海嘯影響,消費者對於此類產品需求減少,產品單價也呈現出下滑現象,使得一般亮度LED市場規模較2007年衰退6%,市場占有率較2007年衰退1%,僅達15%。

受到手機市場衰退的影響,以及在光學滑鼠市場有雷射二極體互補產品推出,不可見光(紅外光)LED市場較2007年衰退3%,市占率下滑至13%。

可攜式產品已經成為LED的最大應用市場,其中又以手機市場的規模最大。
可攜式產品已經成為LED的最大應用市場,其中又以手機市場的規模最大。

就產品單價分析,LED價格呈現出長期向下趨勢。原因有三,首先,LED需要拉近與白熾燈、CCFL(冷陰極管)等競爭光源價格落差,以擴大應用市場及市場滲透率,因此產品價格勢必向下修正。再則近年來台灣、中國、南韓等亞洲新興國家進入LED市場發展,導致市場供給大增,產品價格在過度競爭下持續下跌。就內在環境分析,藉由生產技術提升與製程設備改良,LED每流明成本持續下降,也引導LED價格持續下滑。

可攜式產品市場止跌回穩

就應用市場分析,LED應用領域相當廣泛,舉凡電子產品、家電產品、汽車、交通號誌、看板等需要點光源或面光源場合,都是LED應用市場(圖二)。早期LED由於發光亮度低,主要應用於家電、電子產品或玩具等點光源應用領域,但自2000年後,隨著高亮度LED產品亮度與效率增進,可攜式產品(如手機、PDA、數位相機等)大量使用作為產品螢幕或按鍵光源,配合可攜式產品市場成長,使得可攜式產品成為LED最大應用市場,其中又以手機市場規模最大。

圖二 2006-2008年全球LED應用市場分布
圖二 2006-2008年全球LED應用市場分布

2007年在中國奧運商機及經濟成長帶動下,LED看板市場呈現出歷年罕見的高度成長。進入2008年後,由於相關奧運場館已經建設完成,加上景氣下滑,企業廣告支出大幅縮減,使得LED看板市場占有率也呈現下滑現象。

類似的狀況也發生在可攜式產品用LED市場,LED在手機光源市場飽和度逐漸升高,再加上LED產品價格下滑,使得LED於手機每單位平均使用成本呈現出逐年下滑趨勢,由2004年3.05美元,下滑至2008年1.25美元。市場飽和與單位使用成本下降,使得手機用LED市場萎縮,連帶使得可攜式產品用LED市場規模呈現出逐年下滑趨勢。

所幸2008年LED開始普遍應用在NB背光源中,由於平均單位使用量達40顆左右,產品單價也高,廠商積極佈局,使得NB背光源市場快速成長,抵銷手機市場衰退負面影響,使得可攜式產品市場占有率止跌回穩。

技術成長支持產業發展

就應用角度分析,儘管LED發光效率已遠超過白熾燈與鹵素燈泡,甚至超越大部分的螢光燈源,但為了擴張LED應用領域,降低LED生產成本,LED亮度與發光效率提升仍是近年來LED技術發展重心。

2009年初日本日亞化學(Nichia)發表之白光LED,在20mA電流下,其發光效率可達249lm/W,為目前業界之最。高功率白光LED(350mA)發光效率,則以2008年底美國大廠Cree發表161lm/W產品為業界之最。

LED發光效率除了影響光通量輸出及耗能外,「熱」也是另外一個重要關鍵。以目前普遍商品化LED發光效率分析,1W高功率LED發光效率約在70lm/W左右,其中有77%能量以熱的型態表現出來,僅有23%能量以光的型態表現出來,當輸入功率愈高,產生的熱愈多,因此需要更多的散熱元件,導致LED成本提高、可靠度降低,若能提高LED發光效率,LED散熱問題自然可以解決。

提升LED發光效率,也就是提升LED元件外部可量測到光子數除以外部注入LED電子數間的比例。而影響發光效率的主要因素,有內部量子效率(Internal Quantum Efficiency)與取光效率(Light Extraction Efficiency)提升。

內部量子效率,表示每秒從LED發光層發射出光子數,除以每秒從外部注入電子數。簡單說,就是LED元件本身電光轉換效率,主要與元件本身特性如元件材料能帶、缺陷、雜質及元件磊晶組成及結構等相關。

取光效率是指LED內部產生光子,在經過元件本身吸收、折射、反射後,實際在元件外部可量測到光子數目。影響LED取光效率的因素則包括LED電特性、LED晶粒取光效率與LED封裝效率。目前LED受限於材料吸收及電流分佈不均以及臨界角損失等因素,以致於發光層所發出光量,僅有少部分真正能從LED向外發出,此部分仍有很大技術瓶頸待克服。

度過景氣寒冬的新需求

2008年LED市場遇到的問題,預期2009年仍將持續。不過,在景氣寒冬中,仍有幾個帶給LED產業成長的新希望。

1.新興市場減緩負面衝擊
由於LED在照明市場、LCD背光源市場飽和度相當低,且LED所具有節能、多色彩、壽命長等特性,有利於創造出產品新賣點,這將使得系統廠商更積極使用LED,以吸引消費者目光進而消費。在這類新興市場帶動下,將降低全球經濟衰退的負面衝擊,估計2009年全球LED市場達67億美元,較2008年微幅衰退1%。

2.政府投資,帶動市場需求
為了挽救全球經濟景氣,各國政府持續擴大公共建設投資,期望帶動經濟成長。在各類公共建設投資中,包括路燈、城市景觀照明、公共建築室內外照明等,均是各國政府投資的重點,例如美國LED City計畫、美國國防部於五角大廈安裝LED照明等,將成為帶領LED產業度過景氣寒冬的重要關鍵之一。

在眾多公共工程市場中,目前以LED路燈為發展重點,主要原因包括:LED路燈價格大幅下滑,使得LED路燈設置投資回收期縮短;路燈為戶外照明,民眾可以實際感受到LED路燈的效果;LED路燈技術發展相對較成熟,因此成為各國政府推動LED照明時主要推動項目。

照明市場是LED位來最大潛力市場,越來越多的應用場域使用LED取代傳統光源。
照明市場是LED位來最大潛力市場,越來越多的應用場域使用LED取代傳統光源。

3.照明市場將持續成長
近期能源價格下跌,使得LED、太陽能等節能或替代能源需求減緩,但在能源有限、需求無窮的前提下,未來這類能源產業的前景仍相當看好。

對於LED產業而言,照明市場是最大潛力市場,且隨著LED發光效率提升,以及政府補助或獎勵政策,有愈來愈多的應用場域使用LED替代傳統光源。預期未來LED在照明市場發展,將以「由公而私、先商後民、由小而大、由點而面」的軌跡前進。預測2009年照明用LED市場將達6.3億美元,較2008年成長35%。

4.標準逐漸形成,加速市場應用
LED應用領域不斷擴張,以及LED光源的結構、發光原理和發光特性與傳統光源不同,LED標準制訂逐漸為市場所重視,各國政府與產業協會積極投入此領域發展,其中以美國發展最為快速。

美國能源部(DOE)於2007年9月發佈「能源之星」(Energy Star)固態照明標準,根據規範將燈具發光效率分為兩階段,第一階段最高光效需達到35lm/W;第二階段則必須達到70lm/W水準,其照明燈具泛指住商用一般照明燈具,如廚房櫥櫃燈、檯燈、嵌燈、戶外步道燈、戶外洗牆燈等。另外,DOE預計於2009年7月通過LED產品標準「Energy Star Criteria for integral LED lamps」,針對使用LED為光源的燈具做更明確規範,也針對LED置換市場,明確規範LED效率必須等於或高於25W白熾燈等。因此,隨著LED照明標準日趨完整之下,廠商逐漸有依循的標準,將加速LED進入照明市場。

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