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資料來源:工研院IEK產業服務 - 產業情報網

許LED產業一個未來
IEK產業分析師 林志勳/黃孟嬌

全球LED產業分析

LED市場發展與市場基礎大小有絕對影響,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2001~2004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。產業內廠商看好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。

由於需求減緩,難以消耗年初所擴增產能,導致產品單價巨幅的向下變動,整體市場景氣由繁榮轉為衰退,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2008年微幅成長3%,達67.6億美元,詳如圖一所示。

全球LED市場趨勢

產品結構未有明顯變化,高亮度LED仍是主流產品

就個別產品項分析,2008年全球LED產品組合變化不大,高亮度LED仍然是主要產品型態,唯受到全球金融海嘯影響,導致消費者消費能力減緩,一般亮度及不可見光(紅外光)LED市場與市場佔有率呈現出衰退,詳如圖二。

2006-2008全球LED產品別分佈-依市佔率

 

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,市場佔有率成長至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%,市場佔有率較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%,市佔率下滑至13%。

可攜式產品市場佔有率止跌回穩

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。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。

2007年在中國大陸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,被相關業者所期待的衍生需求,也因全球經濟景氣下滑,企業廣告支出大幅縮減,難以為繼,使得LED看板市場佔有率呈現出下滑現象,詳如圖三所示。

圖三  2006-2008全球LED應用市場分佈

可攜式產品包括手機、PDA、DSC、NB等,其中又以手機市場規模最大,因此手機成為LED最大應用單一品項市場。LED在手機光源市場飽和度高,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(見表一),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佔有率止跌回穩。

應用廠商積極推出新產品

LED技術持續快速成長,支持產業成長

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(見圖四)。

2001年標準型白光LED(20mA)發光效率僅25 lm/W,至2009年初Nichia發表之白光LED,在20mA電流下,其發光效率可達249 lm/W,為目前業界之最。高功率白光LED(350mA)發光效率也由2004年約30 lm/W,截至2008年年底Cree發表161 lm/W產品為業界之最。

LED廠商技術發展

LED發光效率除了影響到光通量輸出,以及耗能外,「熱」另外一個重要關鍵,以目前普遍商品化LED發光效率分析(如圖五),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。

不同驅動電流下,LED光熱輸出比

圖六表示,LED製程階段中,提升LED發光效率方法。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、反射後實際上在元件外部可量測到光子數目。影響LED取光效率因素包括LED電特性(Electrical Efficiency)、LED晶粒取光效率(Extraction Efficiency)、與LED封裝效率(Packaging Efficency)。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。換言之,縱使LED內部量子效率極高,但是在LED外部所能真正接收到光卻很少,因此LED取光效率提升仍有很大技術瓶頸待克服。

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