自從愛迪生發(fā)明燈泡以來，全球人類都享受著照明產(chǎn)品，不過隨著環(huán)保意識(shí)高漲，傳統(tǒng)照明設(shè)備的高耗電性和廢棄物污染的問題，已引起各先進(jìn)國(guó)家的注意，大量的金錢與人力物力研發(fā)新的環(huán)保光源。而有“綠色照明光源”之稱的白光LED，由于具有低耗電、廢棄物可回收的優(yōu)點(diǎn)，已成為各先進(jìn)國(guó)家積極發(fā)展的方向，十年甚至可能全面取代現(xiàn)有的燈炮照明產(chǎn)品。
發(fā)光二極管(Light Emitting Diode；LED)，第一項(xiàng)產(chǎn)品是出現(xiàn)在1968年，由美國(guó)HP（新惠普前身）首先以磷砷化鎵(GaAsP)為材質(zhì)所制成的黃光LED，產(chǎn)品主要應(yīng)用于手表及計(jì)算器上。LED為半導(dǎo)體發(fā)光組件，是利用半導(dǎo)體電子與電洞結(jié)合釋能發(fā)光，與一般白熾燈泡利用加熱發(fā)光不同，屬于冷光，具有耗電量小，壽命長(zhǎng)，反映快，體積小，耐天候等優(yōu)點(diǎn)。
白光LED的特色
此外，LED主要分為可見光與不可見光，其中可見光LED產(chǎn)品包括紅、黃及橘光等，應(yīng)用面主要為背光源、汽車用等，而不可見光LED包括IrDA、VCSEL及LD等，應(yīng)用面以通訊為主。而其中白光LED即是最被看好的LED新興產(chǎn)品，由于白光LED與鎢絲燈泡及日光燈相比，具有體積小(多顆、多種組合)、發(fā)熱量低(沒有熱幅射)、耗電量小(低電壓、低電流起動(dòng))、壽命長(zhǎng)(1萬小時(shí)以上)、反應(yīng)速度快(可在高頻操作)、環(huán)保(耐震、耐沖擊不易破、廢棄物可回收，沒有污染)等優(yōu)點(diǎn)，因此早已被業(yè)界看好在未來十年內(nèi)，將全面取代現(xiàn)有的照明產(chǎn)品，成為新式照明器具。
白光LED的技術(shù)概況
目前發(fā)出白光的方式主要可分成兩種，一種是單晶型，這種方式與日光燈的發(fā)光方式一樣，就是把藍(lán)光加上黃色螢光粉或紫外光LED加上RGB三波長(zhǎng)螢光粉來產(chǎn)生白光。另一種是多晶型，即利用互補(bǔ)的2色或把3原色做混光而形成白光。若采用多晶型的方式，基于不同LED的驅(qū)動(dòng)電壓、發(fā)光輸出、溫度特性及壽命各不相同，因此造成用此方法會(huì)有很多要控制的因素，也使得所產(chǎn)生的成本亦較高；若采用單晶型，則只要用一種元素即可，而且在驅(qū)動(dòng)回路上的設(shè)計(jì)會(huì)較為容易，因此，可以發(fā)現(xiàn)目前多數(shù)廠商較傾向往單晶型的方式來做研發(fā)的方向。
目前各廠商主要都先從藍(lán)光LED開始研發(fā)及量產(chǎn)，有了藍(lán)光的技術(shù)之后再開始研發(fā)白光LED，然而目前最常用藍(lán)光加上黃色螢光粉來產(chǎn)生白光，但是用藍(lán)光LED來發(fā)白光的發(fā)光效率仍然不足，因此另外一個(gè)方向就是往紫外光LED來發(fā)展，利用紫外光加RGB三波長(zhǎng)螢光粉來達(dá)到白光的效果，其發(fā)光效率比藍(lán)光好上許多，研究顯示若發(fā)光波長(zhǎng)能到254nm，則可以不加螢光粉也能自發(fā)白光。
至于紫外光LED以美國(guó)Cree所做的紫外光LED技術(shù)層級(jí)最高，已達(dá)21 lm/W(目前市售藍(lán)光LED約為4 lm/W)。
目前全球白光LED的主要廠商一是日亞化學(xué)(Nichia)，該公司即是利用上述多晶型式，以460nm波長(zhǎng)的藍(lán)光晶粒涂上一層YAG螢光物質(zhì)，利用藍(lán)光LED照射此一螢光物質(zhì)以產(chǎn)生與藍(lán)光互補(bǔ)的555nm波長(zhǎng)黃光，再利用透鏡原理將互補(bǔ)的黃光、藍(lán)光予以混合，便可得出所需的白光。
另外，豐田合成(Toyoda Gosei)與東芝所共同開發(fā)的白光LED，則是采用紫外光LED與螢光體組合的方式，與一般藍(lán)光LED與螢光體組合的方式做區(qū)隔。因?yàn)�，藍(lán)光LED與螢光體的組合方式，當(dāng)照在紅色物體的時(shí)候，其紅色的色澤效果比較不理想。紫外光LED與螢光體組合可以彌補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn)，但是，其發(fā)光效率卻仍低于藍(lán)光LED與螢光體組合的方式。不過在未來較被看好也是這種三波長(zhǎng)光，此外有機(jī)單層三波長(zhǎng)型白光LED也有成本低、制作容易的優(yōu)點(diǎn)。
至于日本住友電工則開發(fā)出以ZnSe為材料的白光LED，但發(fā)光效率與上述二者相較下，發(fā)光效率較差。
白光LED的應(yīng)用與市場(chǎng)規(guī)模
自1990年代陸續(xù)開發(fā)出磷化鋁鎵銦 (A1GaInP) 與氮化鎵 (GaN)等二種材料后，長(zhǎng)期以來，可見光LED發(fā)展趨勢(shì)主要以高亮度化、全彩化及白光技術(shù)為主，雖然相關(guān)技術(shù)專利多由日本大廠掌握，不過由于其應(yīng)用層面相當(dāng)廣泛，且深具市場(chǎng)規(guī)模，因此在各國(guó)紛紛投入后，已有突破壟斷。至于其主要應(yīng)用層面如下：
汽車方面
汽車室內(nèi)照明的應(yīng)用是LED致力發(fā)展的重點(diǎn)之一，目前已使用在儀表板背光源、開關(guān)指示燈、功能指示燈及第三煞車燈等輔助光源，并擴(kuò)大用途至門燈、閱讀燈、照明燈、方向燈、尾燈等開發(fā)。此外，公車為另一個(gè)新應(yīng)用市場(chǎng)，使用的燈具有標(biāo)示燈、煞車燈、轉(zhuǎn)彎燈、尾燈等，由于LED 具有使用壽命長(zhǎng)、維護(hù)成本低及節(jié)省電力的優(yōu)勢(shì)下，高功率、高亮度LED 于汽車市場(chǎng)的應(yīng)用應(yīng)有相當(dāng)大的發(fā)展空間。
顯示看板
可見光 LED 在大型看板方面的顯示功能較其它顯示技術(shù)效果佳，并具有耗電量低、壽命長(zhǎng)、視角廣、高精細(xì)、薄型化、施工容易等優(yōu)勢(shì)，且隨著藍(lán)光、純綠光等高亮度 LED 相繼開發(fā)量產(chǎn)成功，配合既有高亮度紅光 LED，可制作全彩顯示看板，可廣泛應(yīng)用于公共場(chǎng)所的大型看板及室內(nèi)各種顯示看板等。
交通號(hào)志
由于LED 較白熱燈具有節(jié)約能源價(jià)值，且因多集結(jié)為一個(gè)號(hào)燈，不似單一燈泡故障后功能全無而影響交通安全，因此在交通號(hào)志燈上的使用漸趨普遍，在歐美地區(qū)推展 LED 交通號(hào)志燈已十余年。由于交通號(hào)志需面對(duì)嚴(yán)苛的戶外氣候條件，LED 具有省電、壽命長(zhǎng)、維修頻率大為減少等優(yōu)點(diǎn)，取代傳統(tǒng)燈泡應(yīng)用交通號(hào)志應(yīng)是未來趨勢(shì)。
照明應(yīng)用
白光LED具有發(fā)熱量低、耗電量小、壽命長(zhǎng)、反應(yīng)速度快、體積小可平面封裝等優(yōu)點(diǎn)，而就發(fā)光效率約301m/W來看，已超過傳統(tǒng)燈泡 (效率 151m/W)，而距螢光燈管 (效率 801m/W) 尚有一段差距，再加上照明設(shè)備發(fā)展已超過百年，其價(jià)格早已相當(dāng)普遍化，因此相關(guān)廠商大量投入技術(shù)研發(fā)。
根據(jù)照明器材業(yè)者觀察，若白光LED以亮度1 lm每顆單價(jià)為基礎(chǔ)，當(dāng)降到40日?qǐng)A時(shí)，將進(jìn)入一般家庭的戶外照明；當(dāng)降到20日?qǐng)A時(shí)，可望進(jìn)入家庭室內(nèi)玄關(guān)、走廊的燈具市場(chǎng)；當(dāng)降到10日?qǐng)A時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)白光LED全面替換日光燈管的效應(yīng)。若從發(fā)光效率來看，白光LED一旦跨過60lm／W(相當(dāng)于20W日光燈管)的門檻之后，白光LED照明燈具便會(huì)開始迅速普及化。未來3～4年若技術(shù)突破至80lm／W，再加上單價(jià)持續(xù)下降趨勢(shì)推斷，自2006～2007年起，白光照明將漸漸普及至一般家庭的各種照明燈具，未來若能將成本降至0.01美元/lm，預(yù)計(jì)將可完全取代現(xiàn)有照明市場(chǎng)。
此外，在面板光源部分，傳統(tǒng)的CCFL所占空間較大、重量較重，而且需要有變流器(Inverter)的裝置，不合乎行動(dòng)產(chǎn)品的需要，因此，LED即成為目前手機(jī)光源的唯一選擇。早期于手機(jī)面板所使用的LED型態(tài)以黃綠光LED為主，直到1999年底日本NTT DoCoMo推出I-Mode彩色屏幕手機(jī)，才開啟白光LED于手機(jī)應(yīng)用，加上未來行動(dòng)通訊產(chǎn)品全彩化后，所使用的顯示面板將是Color-STN或TFT-LCD的天下，在亮度、色度的搭配上，更是非白光LED莫屬，因此彩色手機(jī)市場(chǎng)成長(zhǎng)帶動(dòng)白光LED市場(chǎng)需求已然確定。
目前大多數(shù)移動(dòng)電話外產(chǎn)品所采用的LED燈數(shù)約在2~4個(gè)，全彩手機(jī)在彩色面板、按鍵上更需要用到6-8顆白光LED，以全球手機(jī)市場(chǎng)規(guī)模約為4億支，若未來50%采用彩色化估算，將有近15億顆市場(chǎng)。以目前全球白光LED生產(chǎn)規(guī)模來看仍嚴(yán)重供不應(yīng)求，未來仍有寬廣的成長(zhǎng)空間。
除移動(dòng)電話外外，PDA則將是白光LED另一個(gè)發(fā)展區(qū)域，雖然白光LED在耗電方面的數(shù)值仍高于CCFL，但考慮輕薄、短小趨勢(shì)后，白光LED光源后勢(shì)仍較看好，故SONY等公司已在其產(chǎn)品采用白光LED為背光源，類似PDA規(guī)模的產(chǎn)品應(yīng)用也會(huì)陸續(xù)出現(xiàn)。
此外，近年大幅成長(zhǎng)的數(shù)字相機(jī)部分，由于白光LED已開始采用于手機(jī)附數(shù)字相機(jī)的閃光燈，今年手機(jī)附數(shù)字相機(jī)比重約15%，明年則預(yù)計(jì)將提升至20%，如以閃光燈約需三至四顆估，則一年需求量約2.7至3.6億顆。
白光LCD市場(chǎng)概況
據(jù)總計(jì)，白光LCD在2001年的使用量，約為2億個(gè)，2002年估計(jì)有62億個(gè)的使用量，2003年則大幅提升到12億個(gè)。而產(chǎn)值部分，根據(jù)Strategies Un-limited的統(tǒng)計(jì)，日本大型車燈廠小系 (Kohido)估算，到2008年所有的新車都會(huì)以LED作為車燈，每輛車約1萬元的產(chǎn)值，因此新車市場(chǎng)即有新臺(tái)幣1,750億元的商機(jī)。
若是照明市場(chǎng)方面，根據(jù)Frost & Sullivan的預(yù)估，2000年白熾燈泡及日光燈的全球市場(chǎng)規(guī)模約為43億美元，每年成長(zhǎng)率約為5%，是2000年全球可見光LED市場(chǎng)規(guī)模的2.5倍左右，照明市場(chǎng)的發(fā)展空間頗大。再根據(jù)Reed Electronics Research統(tǒng)計(jì)，99年全球白光LED市場(chǎng)有8800萬美元的市場(chǎng)，2000年則已成長(zhǎng)至1.18億美元的規(guī)模，至2003年皆會(huì)保持40%左右的成長(zhǎng)速度，并可達(dá)到2.7億美元的市場(chǎng)規(guī)模，預(yù)估2005年市場(chǎng)規(guī)模將成長(zhǎng)至3.95 億美元，且年平均復(fù)合成長(zhǎng)率達(dá)39.6%，顯見此一照明市場(chǎng)具有相大的成長(zhǎng)空間。
此外，富士總研亦統(tǒng)計(jì)指出，2001年全球白光LED生產(chǎn)個(gè)數(shù)達(dá)247,000千個(gè)，產(chǎn)值達(dá)154百萬美元，2002產(chǎn)量年成長(zhǎng)率則達(dá)到55.5%，產(chǎn)值年成長(zhǎng)率則為52.6%。依應(yīng)用產(chǎn)品別加以區(qū)分，則高達(dá)94.7%是應(yīng)用于移動(dòng)電話外市場(chǎng)。而從今年開始，全球白光LED亦會(huì)有顯著成長(zhǎng)，從去年的190億日?qǐng)A增加到今年的254億日?qǐng)A，2004年則會(huì)成長(zhǎng)到350億日?qǐng)A，2005年達(dá)到480億日?qǐng)A。平均單價(jià)則是呈現(xiàn)緩慢下滑，從去年的79日?qǐng)A，到2005年下降到68日?qǐng)A，約為藍(lán)光LED價(jià)格的2倍。
白光LED進(jìn)入戰(zhàn)國(guó)時(shí)代
目前白光LED的關(guān)鍵技術(shù)仍源自于藍(lán)光LED技術(shù)，專利權(quán)過去掌握在日亞化等少數(shù)廠商手中，日亞化學(xué)(Nichia)的專利獨(dú)家壟斷，讓白光LED的價(jià)格與供應(yīng)完全由他支配，導(dǎo)致精于量產(chǎn)的業(yè)者切入困難。
日亞化學(xué)工業(yè)在1993年時(shí)成功地開發(fā)出藍(lán)光LED，其所擁有之相關(guān)專利超過100件以上，日亞化學(xué)為完全壟斷藍(lán)光LED市場(chǎng)，運(yùn)用堅(jiān)守專利的策略，拒絕將該專利授權(quán)給其它任何的廠商，設(shè)下切入市場(chǎng)的障礙，初期便相當(dāng)順利的壟斷藍(lán)光LED市場(chǎng)。
直到1998年豐田合成(Toyoda Gosei)的氮化物(Nitride)高亮度LED產(chǎn)品在市場(chǎng)上推出，日亞向東京地方法院提起訴訟，指控豐田合成侵害其藍(lán)光LED專利，1999年，日亞再度控告美國(guó)的知名藍(lán)光LED大廠Cree侵害其產(chǎn)品專利，但最后則是敗訴收?qǐng)�，才使得其它的�?jìng)爭(zhēng)者有機(jī)會(huì)可以進(jìn)入藍(lán)光LED的市場(chǎng)，進(jìn)而切入白光LCD的開發(fā)。
LED產(chǎn)業(yè)現(xiàn)況及廠商投入概況
LED的產(chǎn)業(yè)煉亦可區(qū)分成上中下游三大區(qū)域，LED上游磊芯片制作，是將一層或多層單晶層成長(zhǎng)于單晶基板(Substrate)上，透過化合作用(主流技術(shù)包含LPE、VPE及目前最為先進(jìn)且重要的MOCVD技術(shù))，形成含有多種化學(xué)元素累積的芯片，長(zhǎng)晶形成磊芯片。
中游則是將磊芯片進(jìn)行金屬蒸鍍后，制作出LED兩端的金屬電極，之后在磊芯片上進(jìn)行光罩蝕刻及熱處理，接著將基板磨薄、拋光后，再切割崩裂成單顆的LED晶粒。
下游技術(shù)層次較低，為封裝晶粒，制成各式LED成品，如指示燈、數(shù)字顯示器、點(diǎn)矩陣顯示器、紅外線發(fā)射器等產(chǎn)品。
雖然早期的白光LED受制于日亞化學(xué)在藍(lán)光的專利屏障，進(jìn)展并不順利。不過各國(guó)在材料以及制程技術(shù)的研發(fā)仍積極研發(fā)投產(chǎn)上，其中仍是以美、日大廠較為積極，因此未來5~10年美、日仍是白光LED的領(lǐng)導(dǎo)者。
為了規(guī)避日亞化學(xué)的專利，各國(guó)廠商多往三波長(zhǎng)紫外光加上螢光粉發(fā)出白光之技術(shù)發(fā)展，而紫外光LED以美國(guó)Cree技術(shù)層級(jí)最高，其發(fā)光效率已達(dá)21 lm/W(為市售藍(lán)光LED約的4-5倍)。若以紫外光專利數(shù)來看，目前研究紫外光LED專利數(shù)目最多的是日本，以Toyoda Gosel和Nichia發(fā)展的最積極，紫外光LED的專利數(shù)分別為15件及11件，在白光亮度領(lǐng)先的機(jī)會(huì)最大。
相對(duì)于美日兩地，韓國(guó)廠商相對(duì)也有產(chǎn)能擴(kuò)充計(jì)劃。其中LG Innotek的藍(lán)光生產(chǎn)線由01年的150顆/月擴(kuò)增至2002年的450萬顆/月；Seoul Semiconductor，則于去年下半年啟用藍(lán)光LED生產(chǎn)線，營(yíng)收比重將由10%提升至80%；光電子預(yù)計(jì)自5月起將藍(lán)光生產(chǎn)線倍增至600萬個(gè)/月。
至于臺(tái)灣業(yè)者部分，由于藍(lán)光LED去年的流行，目前臺(tái)灣投入GaN藍(lán)綠光磊晶生產(chǎn)的廠商共有17家，其中以上市柜的國(guó)聯(lián)、晶電、和燦圓規(guī)模較大，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，至2002年底臺(tái)灣廠商光晶粒的量產(chǎn)高居全球第二位，僅次于日本，因此成為2002年藍(lán)光LED熱潮下的主要受惠者。
根據(jù)光電協(xié)進(jìn)會(huì)統(tǒng)計(jì)，至去年年底，臺(tái)灣MOCVD機(jī)臺(tái)密度最高的地區(qū)，其中四元機(jī)臺(tái)有77臺(tái)、氮化物機(jī)臺(tái)88臺(tái)、LD和HBT機(jī)臺(tái)50臺(tái)，若以氮化物機(jī)臺(tái)推估，臺(tái)灣藍(lán)綠光LED的全產(chǎn)月產(chǎn)能4至5億顆，但去年的產(chǎn)出只有2.1億顆，雖然較去年初的1億顆有相當(dāng)大的成長(zhǎng)，但仍顯示出藍(lán)綠光LED的生產(chǎn)良率仍低。
但藍(lán)光LED的降價(jià)幅度仍是今年重要的議題，相對(duì)白光LED目前仍有一顆新臺(tái)幣10元的高價(jià)，去年用在手機(jī)的藍(lán)光LED平均售價(jià)仍在新臺(tái)幣3元到3.5元，但目前已跌破3元，由于今年藍(lán)光LED用在手機(jī)的背光源會(huì)從去年的20%提高到80%，因此藍(lán)光LED的需求仍會(huì)持續(xù)成長(zhǎng)。
目前臺(tái)灣在可見光LED部份全球總產(chǎn)值市占率約二成，根據(jù)光電協(xié)進(jìn)會(huì)統(tǒng)計(jì)，臺(tái)灣LED下游封裝產(chǎn)值受到藍(lán)光手機(jī)熱賣影響，在2002年達(dá)到新臺(tái)幣 231.7億元，年成長(zhǎng)率高達(dá)33.8 %，同時(shí)臺(tái)灣藍(lán)光LED晶粒月產(chǎn)量也達(dá)到2億1,000萬顆，占全球26%市場(chǎng)，僅次于日本的 41%，位居世界第二位，已在全球傳統(tǒng)LED市場(chǎng)上占有極重要的地位，在面對(duì)高亮度藍(lán)、白光LED龐大的市場(chǎng)潛力，廠商態(tài)度更是積極。過去由于日亞化工對(duì)InGaN系LED技術(shù)授權(quán)障礙，導(dǎo)致業(yè)者即使具備量產(chǎn)高亮度藍(lán)、白光LED的能力，仍得避開日本市場(chǎng)。
不過日亞化學(xué)在白光LED的晶粒、螢光粉比例、制程等方面專利，經(jīng)過近年來與各國(guó)廠商的多次訴訟以及相對(duì)不利于日亞的判決后，近幾年技術(shù)已逐漸突破，早期業(yè)者投入此領(lǐng)域的努力終于有成果，如上游的國(guó)聯(lián)、晶元；中下游的光寶、華上、李洲、宏齊等都陸續(xù)量產(chǎn)藍(lán)白光產(chǎn)品。
白光LED主要是以藍(lán)光LED加上螢光粉制造而成，螢光粉的專利掌握在美國(guó)的Gelcore，歐洲的Osram、和日本的日亞化學(xué)(Nichia)，這種鐵三角的局面將因Osram的授權(quán)而打破。目前白光LED大廠億光是臺(tái)灣第一家可以合法供應(yīng)白光LED的廠商，其取得授權(quán)的進(jìn)度最快，因此將成為白光LED的最大受惠者。
此外，由博達(dá)科技與日本住友合資的博友光電開發(fā)出ZnSe白光LE-D，已在6月量產(chǎn)，9月出貨，月產(chǎn)能360萬顆，成為全球第一顆發(fā)白光的LED晶粒。博友規(guī)劃初期的產(chǎn)能規(guī)劃是今年底前達(dá)到360萬顆，明年上半年則可達(dá)到1，000萬顆。
此外，另一大廠宏齊自9月開始將大量替OSRAM代工白光LED，且RGB混成的白光LED主要作為數(shù)字相機(jī)的閃光燈和中大型LCD背光源，藉以區(qū)隔藍(lán)光LED加上瑩光粉混成白光LED的市場(chǎng)，目前出貨量已出現(xiàn)明顯成長(zhǎng)。至于東貝白光LED也開始小量出貨，其出貨量可以從目前每月200萬顆，到明年8月做到2000萬顆。
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