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水涨船高的LED产业

www.5izm.net/article.php/4491 发布时间：2005-08-16 00:00

水涨船高的LED产业
LED产业发展已经超过三十年，因此应用市场相当广，随着个人化电子产品的需求量不断增加，尤其在手机产业的冲刺下，LED的市场也随之翻升，再加上汽车、交通号志、户外看板及照明市场的需求亦不断增加，因此LED产业也再度备受注目。

LED是由半导体材料所制成的发光组件，组件具有两个电极端子，在端子间施加电压，通入极小的电流，经由电子电洞的结合可将剩余能量以光的形式激发释出，此即LED的基本发光原理。而不同的材料因为发出不同的波长，因而产生不同颜色的光，因此可把LED分成可见光LED(波长450~780nm)及不可见光LED(850~1550nm)。

在可见光LED部份，若再依亮度来又分为传统亮度LED及高亮度LED，传统亮度LED主要以GaP、GaAsP及AlGaAs等材料做成，主要可发出黄色到红色的光；高亮度LED主要以AlGaInP及GaInN等材料做成，高亮度依不同的材料能做到的发光范围较传统亮度广，目前最热门的蓝光，主要是用GaInN所做的晶粒，而未来则非常看好白光LED的市场需求。

LED产品经封装后耐震性佳，组件寿命长可达十万小时以上，比寿命约一千小时的钨丝灯泡或约五千小时的日光灯高出甚多。可见光LED以显示用途为主，且以亮度1烛光作为一般LED和高亮度LED之分界。由于其发光原理、结构等皆与传统钨丝灯泡不同，具有体积小、可大量生产、高可靠度、可视性极佳、耐冲撞、颜色多、容易配合应用上的需求制成极小或数组式大型组件等优点，适合做室内或室外大型显示屏幕，再加上没有灯丝，耗电量小，无须暖灯时间，产品反应速度快，故可广泛应用于汽车、通讯、消费性电子及工业仪表等各种不同领域中。

在不可见光LED方面，又可分成红外线LED(波长850~950nm)及光通讯LED及LD(波长1300~1550nm)，红外线LED应用范围较为广泛，除了以往的摇控器、开关等传统应用之外，也包括信息设备、无线通讯及交通系统等新应用的IrDA模块；光通讯LED/LD主要是做为光通信模块、条形码读取头、CD读取头及半导体电射等用途。

LED分类及复合成长率

分类
材料
应用领域

可见光LED(450~780nm)
传统亮度
GaP、GaAsP、AlGaAs
家电、信息产品、通讯产品、消费性电子产品

高亮度
AlGaInP(红、橙、黄光)
大型看板、交通号志、背光源、汽车第三煞车灯

GaInN(蓝、绿光)

GaInN+萤光粉(白光)
照明用

不可见光LED
红外线LED(850~950nm)
GaAs、GaAlAs
IrDA模块、摇控器

光通讯LED/LD

(1300~1550nm)
GaAlAs
光通讯用光源


白光LED制造方式

白光LED的生产技术大致可分为单晶型与多晶型两大类，顾名思义，单晶型技术乃用一个晶圆制造白光LED，多晶型则使用两个以上的晶圆来制造。单晶型白光LED虽然发光效率不及多晶型，但其生产成本较低，在价格影响应用市场规模的考虑下，单晶型白光LED生产技术成为厂商极力开发的重点。

多晶型白光LED生产技术大致可以区分为两种，一为透过红绿蓝（RGB）三色混光而产生白光，其次则是BCW蓝光与琥珀色黄光混光。单晶型白光LED生产技术进一步可区分为：(1)利用蓝光LED激发YAG萤光粉产生白光(2)利用紫外光LED激发RGB萤光粉产生白光。(3)硒化锌(ZnSe)材料产生白光等三种技术。其中利用紫外光LED激发RGB萤光粉具有较佳的演色性且萤光粉材料易找寻等优点，因此成为厂商极力发展的重点。

单晶型白光LED中利用蓝光LED激发YAG萤光粉产生白光的方式最为简单，市场上也最为普遍。而利用紫外光LED激发RGB萤光粉具有较佳的演色性且萤光粉材料易找寻等优点，成为厂商极力发展的重点。

目前白光LED主要制造方式

方式
实务
优劣比较

多芯片型
RGB三色混光
不易
优
1.材料来源简单

劣
1.使用三颗LED芯片，成本高
2.三色混光不易使光色相同，一致性差

BCW蓝光+琥珀色黄光
可行
优
1.一致性高
2.可用于高电量产品(ex:汽车)

劣
1.专利权在美商Gentex手中
2.由于电压高，有过热问题

单芯片型
蓝光+YAG萤光粉
可行
优
1.材料来源简单，一致性高
2.可用于低电量产品(ex:手机)
3.低电压，没有过热问题

劣
1.专利权在Nichia手中

UV+RGB萤光粉
不易
优
1.亮度较亮，一致性佳，没有过热问题

劣
1.芯片、萤光粉的来源都不易，目前量产都有问题

ZnSe
难
优
劣
1.制作不易，且属活泼性元素，信赖度待提升

紫外光LED发展动态

目前利用紫外光LED激发RGB萤光粉产生白光最大的问题在于受限于紫外光本身的发光效率低，而使得其产生的白光发光效率较低。不过在厂商积极投入下，紫外光LED技术已有大幅的进展。

三菱电线、山口大学与Stanley便联合开发出中心波长为399nm，光输出功率为19.2mW的紫外光LED。该产品外部量子效率达31%，为目前各类LED中最高，而开发出紫外光LED之所以能大幅度提高外部量子效率，主要的原因为其使用400nm波长。另一，为其改变蓝宝石基板表面加工方式，透过将蓝宝石基板表面加工成线条状，形成GaN类半导体，而使得结晶缺陷降低到原产品的约1/3，外部量子效率提高至2.5倍，不过此种制造方法提也高LED芯片的生产成本。

产品及技术发展动向

全球LED产业中的领导厂商都拥有不同领域的技术及专利优势，在磷化铝镓铟(AlGaInP)的红、黄光LED市场主要的供货商有美国的LumiLeds、欧洲的OSRAMOptoSemicondutors、日本的Toshiba以及台湾的晶元光电与国联光电等。

另外，全球氮化镓(GaN)的蓝、绿光LED市场是由日本的Nichia、ToyodaGosei及美国的Cree和欧洲的OSRAMOptoSemicondutors等厂商所掌握，其中在专利及技术最强的是Nichia，但最近Nichia的专利权已经被突破，因此未来蓝、绿光的竞争势必更加激烈，相对的成长也会更为快速。而美国的Cree所生产的亮度虽然不如Nichia，但该产品具有低成本与单电极打线等优点，所以成为全球蓝、绿光LED的最大产量的厂商。所以我们可以发现LED产业的发展是受磊晶与材料技术的演进而进步，所以产业价值链中最具附加价值的部份是磊晶与晶粒的制造上。

若以蓝光产品占营收比重及垂直整合的程度来看，以美国的LumiLeds、欧洲的OSRAMOptoSemicondutors的垂直整合程度最高，但日本的Nichia及ToyodaGosei则是在蓝光方面具有领先的技术及专利，因此蓝光占营收比重则较高。

LED市场应用概况

三十多年前HP首先将可见光LED产品商品化后，可见光LED的产品应用随发光效率的提升，逐渐由室内显示走向户外显示；而在日亚化学（Nichia）于90年代推出高亮度蓝光LED后，更进一步宣告全彩化世代的来临。加上近年白光LED的大量应用，更使得主要市场由彩色显示应用向照明应用大步前进。LED挟其寿命长、体积小、驱动电压低及反应速度快等优势，未来市场潜能一直都备受期待。

随着LED新产品及新技术的开发以及应用范围的增加，无论在可见光LED及红外线LED产品的需求均持续攀升。2001年全球可见光LED的市场规模为25.15亿美元，其中高亮度LED市场规模为12亿美元，约占LED市场规模的47.7%。由于大量应用与跌价因素，预料HB-LED将会取代传统LED成为主流，产品比率约5.5：4.5。

高亮度LED在2001年的市场规模为12亿美元，在2002年成长至15%，达13.8亿美元，2003年成长20-30%达到16.56-17.94亿美元，而2006年市场规模将可高达30亿美元。

全球蓝光LED需求旺盛

2002年手机采用蓝光LED当背光源是由三星的“蓝眼睛”(A-288)手机而开始流行，此举使得另二大厂Nokia及Motorola新款手机也改采蓝光LED当背光源，进而造成蓝光LED的需求旺盛。由于手机使用蓝光当背光源的比例逐渐增加，2002年手机采用蓝光LED占全球手机的比重约在15~20%，一般预估2003年时蓝光背光源的手机比重会维持在20%左右，若预估2003年手机销售量约4.55亿支计算，一支手机预计用10颗的蓝光LED(背光源约4颗，按键光源约6颗)，则2003年全年则有9.1亿颗的蓝光LED需求。

2003年蓝光LED需求预估

当手机采蓝光比重
10%
15%
20%
25%
30%

2003年蓝光LED需求
4.55亿颗
6.83亿颗
9.1亿颗
11.37亿颗
13.65亿颗



LED市场发展趋势

2001年受到全球经济不景气及产品单价大幅下跌的影响，使得LED市场规模较2000年衰退约11%，2002年在高亮度LED市场大幅成长的带动下，全球市场走出2001年的阴霾，其市场规模达37亿元左右，而展望全球LED市场的发展，高亮度LED及白光LED将是带动市场持续成长的动力，尤其是白光LED，若能如预期般的进入一般照明市场，将改写整个LED市场竞争态势。为了加速白光LED市场的应用，厂商间的竞争模式也由过去的完全竞争，转变为既合作有竞争的模式。

高亮度LED市场比重持续增加

可见光LED依以亮度分为高亮度LED与一般亮度LED。近年来由于高亮度LED在发光亮度及寿命等特性持续增进，再加上产品单价大幅下跌，使得高亮度LED得以开拓许多新的应用市场。举例而言，过去高亮度LED于汽车市场主要作为汽车第三煞车灯，但最近包括Mercedes、Cadillac、MazeratiAlfaRomeo、BMW等车厂，在比较LED与传统光源产品特性后，纷纷推出以LED作为光源车尾灯组。

根据StrategiesUnlimited公司发表市场调查资料，2001年全球高亮度LED市场规模为1200百万美元。展望未来的发展，高亮度LED将逐步取代原本的灯泡市场，尤其在汽车光源、交通号志及小尺寸背光模块其替代效果会相当明显，预测至2005年全球高亮度LED市场将将成长至2,640百万美元，年复合成长率达17%。

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