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| 【照明】半導體照明演化與未來展望 |
| （時間:2026-03-28 15:24:10） |
1997年日亞化學發表了白光發光二極管(LED)，燃ran起qi全quan球qiu對dui實shi現xian半ban導dao體ti照zhao明ming可ke能neng性xing的de希xi望wang，各ge國guo政zheng府fu及ji企qi業ye都dou高gao度du重zhong視shi。半ban導dao體ti照zhao明ming可ke以yi取qu代dai傳chuan統tong照zhao明ming光guang源yuan，除chu了le節jie能neng省sheng電dian，解jie決jue能neng源yuan短duan缺que的de問wen題ti，並bing可ke以yi帶dai來lai龐pang大da商shang機ji。經jing過guo十shi多duo年nian來lai努nu力li，白bai光guang發fa光guang二er極ji管guan的de光guang效xiao在zai實shi驗yan室shi已yi達da200 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年由於手機的背光及按鍵采用白光及藍光氮化镓發光二極管，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麵積的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年第四季起由於遭遇金融海嘯的影響，全球景氣轉差，LED晶粒價格跌幅擴大，然由於台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，由於采用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年由於受到全球經濟景氣複蘇腳步緩慢的影響，LED背光的液晶電視銷售不如預期，另一方麵中國大陸的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的供給遠大於需求，市場上LED組件的殺價競爭更趨激烈。然而也由於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) 於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，而售價隻有12.97美元。隨後歐洲的歐司朗 (OSRAM) 於2013年4月也宣布將開始銷售價格低於10歐元的LED燈泡。雖然LEDdengpaodejiagejingzhengyueyanyuelie，danzhejiangyouzhuyucijixiaofeidazhongdegoumaiyiyuan。yinci，yibanyuqizhaomingdetianmidianyijingdaolai，gaoliangdufaguangerjiguanchanyejijiangjinrudisanbodegaochengchangqi。
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，台灣排名第二，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後台灣及歐美，而在不到兩年的時間大幅超前,並有三家廠商，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、晶粒製作、組件封裝、到背光燈條的製作，完全自製，並提供給自行生產的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300萬台，大幅增加到2010年17%，約3100萬台，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，而必須仰賴台灣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台，但到了2011年其MOCVD的機台數已迅速的增加至約450台。由於所生產的LED封裝組件將優先使用於自有品牌的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於今年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，並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。根據更新後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封裝組件的光效約隻有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，並從4月開始量產供貨，台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於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，於2013年每千流明冷白光的價格要小於4美元，而暖白光的LED每千流明價格要小於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於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光效上也稍遜於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上遊磊晶及晶粒廠都嚐試改用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，但這對於台灣及大陸的上遊磊晶及晶粒廠來說並不見得有利，因為目前LED晶粒是處於生產過剩的情形，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麵積的價格仍遠高於2英寸和4英寸。因此，台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。
由於6英寸的藍寶石芯片較貴，因此，歐司朗、東芝、Bridglux、Plessey、Azzurro及ji晶jing能neng光guang電dian嚐chang試shi以yi矽gui芯xin片pian來lai代dai替ti藍lan寶bao石shi芯xin片pian，但dan矽gui芯xin片pian由you於yu與yu氮dan化hua镓jia材cai料liao晶jing格ge不bu匹pi配pei，且qie熱re膨peng脹zhang係xi數shu也ye差cha異yi很hen大da，這zhe讓rang成cheng長chang質zhi量liang好hao的de磊lei晶jing層ceng難nan度du增zeng加jia。雖sui然ran矽gui芯xin片pian的de價jia格ge非fei常chang便bian宜yi，然ran由you於yu矽gui芯xin片pian會hui吸xi收shou可ke見jian光guang，在zaiLED晶jing粒li製zhi造zao過guo程cheng中zhong還hai需xu要yao先xian貼tie合he到dao另ling一yi片pian透tou明ming或huo者zhe具ju有you光guang反fan射she層ceng的de基ji板ban上shang，再zai將jiang矽gui芯xin片pian從cong氮dan化hua镓jia磊lei晶jing層ceng移yi除chu，這zhe些xie額e外wai的de製zhi造zao過guo程cheng也ye會hui增zeng加jiaLED晶粒的製造成本。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矽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則決定暫時放棄在矽基板上成長氮化镓的計劃，而仍專注於采用6英(ying)寸(cun)藍(lan)寶(bao)石(shi)基(ji)板(ban)來(lai)降(jiang)低(di)晶(jing)粒(li)生(sheng)產(chan)成(cheng)本(ben)。未(wei)來(lai)氮(dan)化(hua)镓(jia)磊(lei)晶(jing)采(cai)用(yong)矽(gui)基(ji)板(ban)是(shi)否(fou)能(neng)成(cheng)為(wei)主(zhu)流(liu)，將(jiang)決(jue)定(ding)於(yu)能(neng)否(fou)克(ke)服(fu)氮(dan)化(hua)镓(jia)磊(lei)晶(jing)長(chang)在(zai)矽(gui)基(ji)板(ban)上(shang)所(suo)生(sheng)產(chan)芯(xin)片(pian)破(po)裂(lie)、彎曲而造成生產良率低的問題。
要降低每千流明LED價格另外一種可行方式便是將同樣大小的LED晶粒在較大的電流下操作，產生較高的流明值，如此在相同輸出流明數時，一個LED燈泡所需用到的LED顆數就可以減少。通常一顆1毫米平方大小的LED晶粒，其操作電流是使用在350毫安，如果操作在1安培，而LED的光效不會降低太多，便能夠減少一半以上的LED封裝組件使用量，但前提是所製造生產的LED能夠在高電流下操作而光效率不能降低太多，當然也不能影響LED 組件應有的使用壽命。這種在較大電流密度下可以操作的LED，在某些LED應用上也不見得有優勢，比如全周光的LED燈泡或直管式的熒光燈管，還需要利用光學組件或光擴散膜等來解決眩光，或讓光均勻分布等問題，而且由於LED在大的電流密度下操作，熱量集中，散熱處理的成本也會增加。因此，這種可在大的電流密度下操作的高功率LED，比較適合於有指向性的LED 照明光源，如射燈。
LED封裝組件的成本，除了LED 晶粒以外，其它封裝材料，如支架、矽膠、熒光粉、封裝製造費用，也占了超過一半以上的費用，仍有很大的空間可以節省下來。目前COB(Chip on board)產品，直接將多顆LED晶粒封裝在鋁基板核心的PCB或陶瓷基板上形成麵光源，相較於傳統單顆封裝製程，不但能夠節省一次封裝的成本、光引擎模塊製作成本和二次配光成本，同時可以解決點光源所產生的疊影及眩光的問題，使用上有愈來愈普遍的現象。
至於在LED晶粒的製作過程中，加入幾道工藝將熒光粉及光學組件整合到LED晶粒上的晶粒型封裝(Chip scale package)，由於使用到的封裝材料更少，相對於目前SMD封裝產品價格可以更便宜，也是未來的一個發展趨勢。
四、未來全球各區域LED產業的變化
LED照明的發展與LED發光效率和成本有密不可分的關係，LED的光效如果沒有超過傳統照明光源，或者價格比傳統光源貴太多，LED照明便無法大量取代傳統照明。而LED照明光源的效率與價格主要取決於LED晶粒的發光效率與生產成本，因此，早期誰能夠在LED晶粒研發製造技術上取得領先，將會影響其在照明市場上的競爭力。由於LEDzhaomingkenengqudaichuantongzhaoming，erchuantongzhaomingchangshangyoubunengjiangyuanyoushichanggongshourangchu，yinci，bushizixingyanfashengchanzhizao，bianshiyaoyuqitagongsicelvehezuo。feilipugongsiyumeiguoanjielungongsiyu1999年合資成立Lumileds Lighting B.V.，後來在2005年買入安捷倫公司擁有的股份及2007年買入員工的股份，讓Lumileds成為飛利浦公司的子公司便是著眼於要能夠掌控LED照明的核心技術，支持飛利浦照明持續發展所需。
日本的日亞(Nichia)及豐田合成(TG)由於最早投入氮化镓藍光發光二極管的研發及生產，目前仍在技術上保持優勢，兩家公司都隻從事LED磊晶、晶粒，到封裝的製造生產，且以銷售LED封裝組件為主。日本在LED封裝組件產值仍能維持世界第一，主要靠日亞及豐田合成兩家公司。日亞仍有持續擴產的計劃，預計到2015年將產能擴充到2011年250億顆晶粒的4倍，也就是1000億顆，以確保其在未來幾年仍保持領先的地位。日本其他傳統的LED公司如夏普(Sharp)、西鐵城(Citizen)、東芝(Toshiba)、史坦利(Stanley)、鬆下(Panasonic)及羅姆(Rohm)由於專利的限製，多與日亞或豐田合作，或向美國科銳公司購買藍光發光二極管晶粒，再封裝成白光LED銷售，因此，這幾家在LED產業的市占率難以擴大。Sharp雖然在2008及2009年與日亞及豐田簽定專利許可協議，並建立一座年產50億顆LED晶粒的工廠，但由於規模太小，無法讓Sharp重回LED市占率前五大的公司。至於LED照明光源及燈具的開發，日本也是最早投入的國家，幾家傳統照明公司如東芝、鬆下、日立、NEC等也都積極的投入，但由於過去這些公司隻專注日本市場，而日本市場的容量不大，因此日本廠商這幾年也開始積極進軍國際市場。
韓國廠商利用LED背光電視的機會，擴充了LED晶粒及封裝產能，由於LED技術的快速進步，三星及LG因而將LED背光使用的中功率LED導入照明的應用，由於中功率LED已大量運用於LED背光，價格低且性價比高，不但光效可達150 lm/W，每千流明價格亦不到2美元，比起歐美廠商生產的大功率LED具有很大的優勢。三星及LG打算在LED照明也和LED背光一樣采取垂直整合的模式，由LED磊晶、晶粒、封裝到製成燈泡，然後透過其電子產品營銷通路銷售，一氣嗬成，希望複製其在LED背光電視成功的模式。
歐美的LED廠商，如飛利浦Lumileds，歐司朗及美國的科銳及普銳光電，在過去LED照明市場以主推高功率LED為主，由於高功率LED每單位流明的價格遠不如中低功率LED封裝組件來得有競爭力，尤其是在價格競爭激烈的LED球泡燈及LED燈管市場，中低功率LED會是主流。因此飛利浦Lumileds最近也開始供應中小功率的LED來因應照明市場的需求。歐美地區在2006年至2010年間LED封裝組件產值的市占率仍有23~24%，但2011年以後則掉到20%以下 主因是因為歐美廠商的大功率LED無法切入LED背光電視市場，同時亦不適用於像LED燈管這類照明市場，而使得市占率衰退了約5%。亞洲廠商在2009年至2011年的LED產能擴充，使得LED封裝組件價格競爭激烈，利潤變差。有鑒於此，歐美廠商大都往下遊的應用發展，如美國科銳並購Ruud Lighting，而飛利浦更積極朝向提供客戶LED照明係統解決方案，希望利用其品牌及營銷通路的優勢，在LED照明市場上仍維持領先的地位。
台灣及大陸是目前擁有MOCVD機台最多的地方，台灣具有優異的磊晶及晶粒生產技術，可生產與歐美日廠商同樣質量的LED晶粒，而價格又非常有競爭力，但台灣的市場容量小，因此大部分產出的LED晶粒及封裝組件都以外銷為主。中國大陸由於政府的補助，現在擁有的MOCVD機台已達一千台，居世界第一位，但由於技術差距及有經驗的人才不足，目前有許多MOCVD仍reng閑xian置zhi或huo產chan能neng利li用yong率lv偏pian低di。當dang然ran，缺que乏fa自zi主zhu智zhi慧hui產chan權quan，也ye限xian製zhi了le其qi國guo際ji市shi場chang的de機ji會hui。但dan中zhong國guo大da陸lu擁yong有you全quan世shi界jie最zui大da的de封feng裝zhuang產chan能neng，全quan世shi界jie大da部bu份fen的deLED照明光源及燈具也都在中國大陸生產，此外中國大陸人口多，經濟成長率高，對於LED照明的需求大，未來可能成為全世界最大的LED照(zhao)明(ming)市(shi)場(chang)。兩(liang)岸(an)如(ru)果(guo)能(neng)夠(gou)共(gong)同(tong)合(he)作(zuo)，先(xian)利(li)用(yong)大(da)陸(lu)內(nei)需(xu)市(shi)場(chang)的(de)優(you)勢(shi)，站(zhan)穩(wen)腳(jiao)步(bu)，進(jin)而(er)共(gong)創(chuang)國(guo)際(ji)品(pin)牌(pai)，營(ying)銷(xiao)全(quan)世(shi)界(jie)，如(ru)此(ci)將(jiang)能(neng)擺(bai)脫(tuo)隻(zhi)幫(bang)國(guo)際(ji)大(da)廠(chang)代(dai)工(gong)生(sheng)產(chan)，賺(zhuan)取(qu)微(wei)薄(bo)利(li)潤(run)的(de)宿(xiu)命(ming)，兩(liang)岸(an)的(de)半(ban)導(dao)體(ti)照(zhao)明(ming)產(chan)業(ye)就(jiu)有(you)機(ji)會(hui)在(zai)世(shi)界(jie)大(da)放(fang)光(guang)明(ming)，做(zuo)一(yi)個(ge)不(bu)一(yi)樣(yang)的(de)半(ban)導(dao)體(ti)照(zhao)明(ming)中(zhong)華(hua)夢(meng)。
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