高亮度白光LED技術及市場分析

隨著亮度增加和價格降低，白光LED在通用照明領域的市場潛力越來越大。白光LED在通用照明產(chǎn)業(yè)的使用，將對國家或地區(qū)的能源策略和環(huán)保策略產(chǎn)生積極的影響。

白光LED具有體積小，使用可進行平面封裝，或根據(jù)使用環(huán)境或狀況使用多顆或進行多種組合，并且具有發(fā)熱量低，發(fā)光壽命長(5萬小時以上)、不易破，極具耐震與耐沖擊性，可在較惡劣的情況下使用等特性。白光LED發(fā)光效率高，省電、無熱幅射、不含水銀等重金屬，無污染及廢棄物處理問題等眾多優(yōu)點，被視為"綠色照明光源"的明日之星，在不久的將來，將取代目前為照明市場的主流白熾燈泡及螢(日)光燈。白光LED照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將影響到一個國家和地區(qū)的能源戰(zhàn)略和環(huán)保戰(zhàn)略，因此，各個國家紛紛進行將LED半導體照明產(chǎn)業(yè)例為國家重大發(fā)展進行支持，我國臺灣地區(qū)也投入巨資進行研究和開發(fā)。國際性大公司如GE、西門子、飛利浦、西門子、惠普等都已積極投入白光LED 的研發(fā)工作。

白光LED的市場，是被LED業(yè)界最被看好的具有強大市場潛力的照明光源市場。根據(jù)Frost & Sullivan的預估顯示，全球照明光源市場平均每年以5%的成長率穩(wěn)定爬升;其中，白光LED較易進入的是白熾燈泡及螢光燈市場，此兩項產(chǎn)品是民用照明最普及的光源，未來白光LED的市場潛力可說是相當?shù)木薮蟆?/P>

一、白光LED發(fā)光原理

白光LED發(fā)光的方式主要按使用LED發(fā)光二極管的使用數(shù)量可以分為單晶型和多晶型兩種類型。

第一種是單晶型，即一只單色的LED發(fā)光二極管加上相應的熒光粉，就如同日光燈的發(fā)光方式一樣，采用LED發(fā)光二極管激發(fā)熒光粉發(fā)光。通常采用兩種方式，一種方式是藍光LED發(fā)光二極管激發(fā)黃色熒光粉產(chǎn)生白光，另一種方式是紫外光LED激發(fā)RGB三波長螢光粉來產(chǎn)生白光。許多廠商主要從事白光LED的研究，通常都先從藍光LED開始研發(fā)及量產(chǎn)，有了藍光LED的技術之后再開始研發(fā)白光LED，然而目前最常用藍光LED激發(fā)黃色螢光粉來產(chǎn)生白光，但是用藍光LED來發(fā)白光的方式的發(fā)光效率仍然不足，許多廠商開始向另外一個方向就是往紫外光LED來發(fā)展，利用紫外光LED加RGB三波長螢光粉來達到白光的效果，其發(fā)光效率比藍光好上許多。而紫外光LED加RGB三波長螢光粉的方法，則關鍵技術在高效率的熒光體合成法，也就是如何把熒光粉有效的附著在晶粒上的一項技術。

另一種是多晶型，即使用兩個或兩個以上的互補的2色LED發(fā)光二極管或把3原色LED發(fā)光二極管做混光而形成白光。采用多晶型的產(chǎn)生白光的方式，因為不同的色彩的LED發(fā)光二極管的驅(qū)動電壓、發(fā)光輸出、溫度特性及壽命各不相同，因此在使用多晶型LED發(fā)光二極管的方式產(chǎn)生白光，比單晶型LED產(chǎn)生白光的方式復雜，也因LED發(fā)光二極管的數(shù)量多，也使得多晶型LED的成本亦較高;若采用單晶型，則只要用一種單色LED發(fā)光二極管元素即可，而且在驅(qū)動電路上的設計會較為容易。因此，現(xiàn)在很多廠商均把單晶型LED作為白光LED發(fā)展方向。

二、市場概況：

LED技術在最近幾年發(fā)展迅速，亮度不斷提高，價格也不斷降低，除LED原有市場外，在通用照明方面，市場也不斷擴大，亮度與價格均逐漸接近傳統(tǒng)源。因世界產(chǎn)油地區(qū)的局勢動蕩，全球能源短缺問題也再度成為關注的焦點。而LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對一個地區(qū)的能源政策和環(huán)保政策將產(chǎn)生巨大的影響。美國、日本、歐洲、南韓，都紛紛成立國家型研發(fā)組織，加速技術開發(fā)和量產(chǎn)。

就現(xiàn)階段而言，距離實際進入白光LED照明時代，還有很長一段距離。因白光LED發(fā)光效率和成本的考慮，約在2010年時，白光LED的發(fā)光效率可達100lm/W，而在2020年時可達200lm/W。如果白光LED的進程加快，則是可在2005年慢慢出現(xiàn)商品化的產(chǎn)品，2010后便開始大量使用。

在照明市場方面，根據(jù)Frost & Sullivan的預估，2000年白熾燈泡及日光燈的全球市場規(guī)模約為43億美元，每年成長率約為5%，是2000年全球可見光LED市場規(guī)模的2.5倍左右，因此照明市場的發(fā)展空間頗大。Reed Electronics Research全球白光LED估計2000年將可成長至1.18億美元的市場規(guī)模，未來3年均將保持40%左右的成長速度，在2003年達到2.7億美元的市場規(guī)模。未來在白光LED成本進一步降低，除現(xiàn)有的手機背光源與小尺寸LCD背光源外，如果通用照明的市場開始啟動，則白光LED的市場會有較大的市場潛力，白光LED估計從2004年開始，市場能量會逐步釋放，需求會逐漸加大。

在現(xiàn)階段，白光LED的應用，在照明方面，主要是供汽車內(nèi)閱讀燈、裝飾燈等使用，其余約有95%以上是供小尺寸LCD背光源使用。

1、白光LED市場以彩色手機之屏幕背光源的市場為最大

雖然白光LED使用壽命最高可達十萬小時，但是必須在低電流的環(huán)境下操作，目前該產(chǎn)品主要是供小尺寸背光源使用，就各應用市場來看，由于彩色屏幕手機需要搭配白光LED為背光源，而彩屏手機在未來幾年成為手機市場的發(fā)展趨勢，根據(jù)業(yè)界對彩屏手機的市場預測，2004年彩色手機比例約四成，2005年則預估將達55%至60%，如以彩屏手機一年需求量約4.5億支及屏幕用背光源需2- 4顆白光LED來估計，彩色手機用屏幕背光源一年需求約5--10億顆，另外，由于白光LED已開始采用于手機附數(shù)字相機的閃光燈，今年手機附數(shù)字相機比重約15%，明年則預計將提升至20%，如以閃光燈約需3- 4顆估，則一年需求量約4億顆。其次，在PDA及數(shù)字相機用背光源方面，根據(jù)臺灣工研院經(jīng)資中心預估值來看，PDA在2003年的出貨量約2500萬臺，每臺約使用6-8顆白光LED來估算，約需5000萬顆;若以數(shù)碼相機來看，全球2003年數(shù)字相機出貨量約3000萬臺，以每臺使用4-6顆估，需求量約2億顆左右。以此來看，白光LED需求仍將以彩屏手機背光源市場為主。

2、白光LED目前以小尺寸LCD背光源為主

冷陰極熒光燈(CCFL)相較于其它背光源技術具有亮度較亮且發(fā)光效率高的優(yōu)點，但在小尺寸LCD方面，對背光源的尺寸要求比較嚴格，但由于制造小管徑的冷陰極熒光燈技術難度較高，成本也無太大優(yōu)勢，因此冷陰極熒光燈多使用于4吋以上的顯示器(而一般手機用屏幕尺寸多在1.5吋至2.2吋間，數(shù)碼相機因輕薄考慮，尺寸也在此之間)，在大尺寸LCD背光源方面，現(xiàn)階段冷陰極熒光燈在大尺寸所需之輝度及價格方面具有絕對優(yōu)勢，因此在大尺寸的LCD背光源以采用冷陰極熒光燈。因此，白光LED作為LCD背光源與以冷陰極熒光燈作為LCD背光源的分界點在于，小尺寸LCD多使用白光LED，大、中尺寸LCD(如LCD顯示屏，LCD TV)則多使用冷陰極熒光燈，如白光LED的亮度提高、成本進一步改善，則在大尺寸LCD方面，白光LED將時替換冷陰極熒光燈作為背光源使用。如此一項，考慮到大尺寸LCD在PC和TV方面的市場潛力，作為大尺寸LCD背光源的白光LED需求量是十分驚人的。

3、白光LED市場最大的是通用照明市場

業(yè)界對白光LED市場最看好的是通用照明市場，現(xiàn)階段白光LED發(fā)光效率已可達30lm/W(普通的白熾燈泡發(fā)光效率為15lm/W)，但是，如果白光LED真正在通用照明市場上占據(jù)一定的市場，需要白光LED發(fā)光的效率提升到60-100lm/W時方有機會，從發(fā)光效率來看，白光LED一旦超過60lm/W后(相當于20W日光燈)，在照明市場便可開始普及化，若能將效率提升至80lm/W，則將普及到一般家庭各式燈具。但白光LED要真正占據(jù)通用照明市場，要除了發(fā)光效率及功率仍有極大的改善外，成本也是非常重要的因素，在發(fā)光效率與成本比率上，2001年白光LED的成本約1美元/lm，2002年降至0.1美元/lm，如果能將成本降至0.01美元/lm，因白光LED屬于綠色環(huán)保能源，則預計將有可完全取代現(xiàn)有通用照明的大多數(shù)市場。

目前全球高亮度白光LED主要廠商： Nichia、Orsam、Matsushita、Lumileds、Toyota Gosei、Stanley、Toshiba、Citizen，這些廠商在LED材料和制程方面擁有較多專利，而一般不采用專利授權的方式釋放技術。在市場競爭力與定位方面，Nichia、Toyota Gosei、Cree在藍光、白光等高階技術領先，而歐美大廠Lumileds、Osram，則在垂直整合上最完備，由于LED具有在特種與通用照明、LED顯示屏、手機背光源等多方面應用的發(fā)展，因此市場發(fā)展趨勢、銷售渠道及上下游原材料及關鍵產(chǎn)業(yè)鏈的布局將是國際大型廠商在市場上提高市場占有率的關鍵。

另外白光LED牽涉專利問題，Nichia早在1993年11月成功量產(chǎn)GaN藍光LED，幾乎獨占整個藍光市場，但隨著Toyota Gosei與Cree藍光LED品質(zhì)提升，Nichia倍受威脅，從1996年起Nichia掀起一連串專利訴訟紛爭，因Nichia采取不通過專利授權釋放技術，企圖通專利技術壟斷市場，遭到相當多公司的發(fā)難，在許多訴訟中屢嘗敗績，2002年中開始陸續(xù)與Osram、Toyota Gosei、Lumileds、Cree達成和解，被迫開始與上述公司進行專利權交叉授權，并可使用雙方特定專利技術，結(jié)束長達六年的訴訟。Nichia的專利壟斷基本畫了一個句號。2002年10月Osram又將白光LED制造技術授權給Rohm，而觀察近年來Nichia并沒有因此而控告Osram及Rohm，Nichia專利壟斷的堅冰開始融化。訴訟將花費時間進行侵權調(diào)查，大量的金錢將掉進律師深深的口袋里。因LED市場需求激增，沒有一家公司能獨霸市場。而因LED照明的使用影響到能源戰(zhàn)略和環(huán)保戰(zhàn)略，因此各個國家對Nichia專利的訴訟案均具一定的保留態(tài)度。這在一定程度上影響Nichia專利的訴訟案的結(jié)果。

值得注意的是，近期臺灣廠商億光也已取得Osram白光LED正式授權，后續(xù)國際大廠對外授權白光LED的腳步將會開始加快，未來國內(nèi)LED廠商將會陸續(xù)取得，有助臺灣廠商進軍白光LED市場。

2004年初光寶與Osram簽下交互授權合約，光寶將可不受專利權限制，生產(chǎn)并銷售白光LED，主要應用市場在于手機面板、手機按鍵、數(shù)字相機、投影機、PDA、LCD Monitor等背光模塊、及車用音響面板。由于光寶是與Osram相互授權，因此市場預期，該公司付出的專利授權金費用將明顯低于億光。光寶與 Osram的相互授權，將使白光LED專利使用方面的堅冰融化，也給許多LED公司在專利使用方面指明的方向，也許，在不久的將來，依靠專利獨霸市場的時代將一去不復返了。

LED專利問題一直是困擾臺灣和中國大陸LED廠商的主要的問題。日美大廠一直對專利采用不售權的方式，臺灣的LED廠商飽受日美大廠在專利上的限制與法律訴訟，億光和光寶與歐美大廠達成專利授權，將給臺灣和中國大陸LED廠商在LED專利問題上提供鑒戒。

妮子