未來全球各區域LED產業的變化解析

文章來源:恒光電器

發布時間:2013-12-07

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　1997年日亞化學發表了白光發光二極管(LED)，燃起全球對實現半導體照明可能性的希望，各國政府及企業都高度重視。半導體照明可以取代傳統照明光源，除了節能省電，行業資訊，解決能源短缺的問題，并可以帶來龐大商機。經過十多年來努力，節能與環保，白光發光二極管的光效在實驗室已達200 lm/W以上，而市售的產品也已經可以達到150lm/W以上，已超越傳統的白熾燈泡、節能燈以及熒光燈管等。各國政府也將陸續禁止白熾燈泡的使用，再加上LED燈泡的價格與傳統照明光源比較，已達到具有市場競爭力的程度，未來這幾年LED照明市場將步入快速成長期。

       一、過去十年LED產業的發展

       2002年由于手機的背光及按鍵采用白光及藍光氮化鎵發光二極管，使得發光二極管的需求顯著增加，根據市調公司Strategies Unlimited的數據顯示，全世界發光二極管封裝組件市場在2001年至2004年這一段期間，年營收的平均成長高達44%，這是全球發光二極管產業第一波的大成長。

       在2004年至2007年這一段期間，市場的應用開始朝向更大面積的GPS屏幕、電子相框和筆記本電腦(Notebook)等背光發展，發光二極管市場持續成長，LED光效則不斷提升，價格則因量大而逐步下降。2008年第四季起由于遭遇金融海嘯的影響，全球景氣轉差，LED晶粒價格跌幅擴大，然由于臺灣晶粒廠商和韓國廠商三星及LG合作，適時推出側光式LED背光源的液晶電視，由于采用LED混光技術(mix-bin) ，提升晶粒使用率，以及晶粒價格的降低，使得采用側光式LED背光源的液晶電視與采用冷陰極管(CCFL)當背光源的液晶電視價差縮小，再加上側光式LED背光的液晶電視，具有超薄屏幕及重量輕的優點，帶動了發光二極管第二波大量的需求，2010年全球高亮度發光二極管的市場較2009年大幅成長了93%。

       但2011年由于受到全球經濟景氣復蘇腳步緩慢的影響，LED背光的液晶電視銷售不如預期，另一方面中國大陸的LED企業，在政府的政策性支持及財務補貼下，大幅的擴充產能，造成LED的供給遠大于需求，市場上LED組件的殺價競爭更趨激烈。然而也由于LED組件價格的下降，讓LED照明光源的價格不再高不可攀，美國科銳 (CREE) 于2013年2月推出的60瓦白熾燈取代型LED燈泡，以9.5瓦的耗電量可以發出800流明的亮度，而售價只有12.97美元。隨后歐洲的歐司朗 (OSRAM) 于2013年4月也宣布將開始銷售價格低于10歐元的LED燈泡。雖然LED燈泡的價格競爭越演越烈，電工照明，但這將有助于刺激消費大眾的購買意愿。因此，一般預期照明的甜蜜點已經到來， LED置換工程，高亮度發光二極管產業即將進入第三波的高成長期。

       二、過去十年來全球各區域LED產業的變化

       依據市調機構Strategies Unlimited的報告顯示，直到2008年以前LED封裝組件的產值以日本為第一，臺灣排名第二，緊接的是歐洲、美國、韓國及中國大陸(如表(一)所示)。但到了2010年韓國廠商的市場占有率一舉從2009的13%大幅躍升到28%，日本雖仍維持世界第一的位置，但LED封裝組件的產值占比已從2009年的44%滑落至2010年的33%。韓國能夠從原來市占率落后臺灣及歐美，而在不到兩年的時間大幅超前,并有三家廠商，三星、LG及首爾半導體名列世界前十大，其主要是憑借著三星及LG力推LED背光的液晶電視，且三星及LG的LED背光是采用內部垂直整合的方式來發展，從LED的磊晶成長、晶粒制作、組件封裝、到背光燈條的制作，完全自制，并提供給自行生產的LED背光液晶電視使用。而三星及LG力推LED背光電視的成功，也讓LED背光的液晶電視滲透率由2009年的2%，約300萬臺，大幅增加到2010年17%，約3100萬臺，當然也創造了LED的大量需求。雖然三星及LG在2009年開始推LED背光電視時，初期自己內部無法提供足夠數量合乎規格的的高光效LED封裝組件，而必須仰賴臺灣LED廠商提供晶粒及封裝產品，但三星、LG、及首爾半導體很快的便將LED產能擴充完成，韓國廠商的MOCVD設備在2008年還不到100臺，超市照明，但到了2011年其MOCVD的機臺數已迅速的增加至約450臺。由于所生產的LED封裝組件將優先使用于自有品牌的LED背光電視，也因此讓韓國的LED封裝組件產值市占率迅速竄升。但隨著LED背光在LCD電視及監視器的滲透率將于今年2013年逐步提升至90%，已接近飽和，未來成長的空間有限，未來LED封裝組件產值的成長主要動能將來自通用照明。

       三、技術進步加速LED照明時代的來臨

       隨著全球許多國家開始禁用白熾燈泡，以及LED燈泡效率的提升和價格的降低，LED已由景觀照明、戶外照明、逐漸滲透到商業照明的領域，并將在未來幾年大幅取代白熾燈泡成為居家照明的主要光源。

       當然，要取代傳統照明光源，LED的光效必須不斷的提升，不僅要超過白熾燈的10~15流明/瓦，緊湊型熒光燈的40~60流明/瓦，甚至要超越直管型的熒光燈管80~100流明/瓦。根據更新后的美國能源部固態照明研發產品路線圖，在2013年冷白光的LED效率要達到180流明/瓦以上，而暖白光要達到150流明/瓦以上。

       LED封裝組件的效率在過去幾年來有著顯著的進步，2005大部份白光LED封裝組件的光效約只有60流明/瓦左右，但到了今年大部份廠商已有能力達到150流明/瓦。比如日本豐田在2012年2月便宣稱其3528封裝的白光LED光效可以達到170流明/瓦，并從4月開始量產供貨，臺灣的億光也可以供貨150流明/瓦3014LED封裝組件。而韓國的首爾半導體于2013年7月也宣布其中功率5630LED光效達到180流明/瓦。

       LED照明要得到普及，除了LED 的光效要提升外，更重要的因素是價格要有競爭力。依據美國能源部的固態照明研發產品路線圖，于2013年每千流明冷白光的價格要小于4美元，而暖白光的LED每千流明價格要小于5.1美元。而到2020年不論冷白光或暖白光LED封裝組件每千流明的價格要下降到小于1美元，也就是每千流明的價格大約是現在的1/5。這是一個非常大的挑戰，依據美國能源部2013年4月發布的固態照明研發多年計劃書，2012年飛利浦Lumileds公司的冷白光高功率LED光效是130流明/瓦，每千流明的價格約5美元，是比美國能源部計劃的目標每千流明價格6美元稍低，但在LED光效上也稍遜于2012年目標值150流明/瓦。

       為了進一步降低每千流明價格，歐、美、日及韓國的許多LED上游磊晶及晶粒廠都嘗試改用6英寸的藍寶石芯片來增加產能，減少芯片邊緣的損失來提升LED晶粒生產的良率，但這對于臺灣及大陸的上游磊晶及晶粒廠來說并不見得有利，因為目前LED晶粒是處于生產過剩的情形，還要投入資本來擴建6英寸的產線，再加上6英寸藍寶石芯片每單位面積的價格仍遠高于2英寸和4英寸。因此，臺灣及大陸廠商短期內將還是會以4英寸藍寶石芯片為主。但是進入6英寸生產，是無法讓成本達到期望值的。

       由于6英寸的藍寶石芯片較貴，醫院led照明，因此，CE認證，歐司朗、東芝、Bridglux、Plessey、Azzurro及晶能光電嘗試以硅芯片來代替藍寶石芯片，但硅芯片由于與氮化鎵材料晶格不匹配，且熱膨脹系數也差異很大，這讓成長質量好的磊晶層難度增加。雖然硅芯片的價格非常便宜，然由于硅芯片會吸收可見光，在LED晶粒制造過程中還需要先貼合到另一片透明或者具有光反射層的基板上，再將硅芯片從氮化鎵磊晶層移除，這些額外的制造過程也會增加LED晶粒的制造成本。因此雖然目前日本的東芝、英國的Plessey及大陸的晶能光電已開始生產銷售采用硅基板的藍光發光二極管晶粒或封裝好的白光發光二極管。但飛利浦Lumileds則決定暫時放棄在硅基板上成長氮化鎵的計劃，而仍專注于采用6英寸藍寶石基板來降低晶粒生產成本。未來氮化鎵磊晶采用硅基板是否能成為主流，將決定于能否克服氮化鎵磊晶長在硅基板上所生產芯片破裂、彎曲而造成生產良率低的問題。

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