LED照明市場趨勢與發展分析

前言：半導體技術有Moore定律，即每18個月單位面積電晶體增倍。而LED亦有所謂Haitz定律：「LED的價格每10年將為原來的10分之一，性能(亮度、效率)卻提高20倍。」，換言之，LED的趨勢與發展，高亮度絕對是關鍵中的關鍵。相對的，在LED亮度飛躍式的成長速度，並在驅動IC、散熱設備等周邊的協助下，LED甚至將取代相當多的傳統照明，前途看好。

本文：發光二極體(light-emitting diode，LED)是一種以二極體為發光主體所組成之元件。LED可視為一可將電能轉換成光能之能量轉換裝置，發光原理是將電能轉換為光，也就是對化合物半導體施加電流，透過電子與電洞的結合，過剩的能量會以光的形式釋出，達成發光的效果(少數LED發光原理略有不同)。LED所發出光之波長涵蓋紅外光、可見光及紫外光，一般分為可見光LED(波長450？680nm)與不可見光LED(波長850？1550nm)。

LED的核心結構為晶圓，依磊晶層材料可分為二元化合物(如GaAs、GaSb、GaN等)、三元化合物(如AlxGa1-xAs、AlxGa1-xP、In1-xGaxAs等)、四元化合物(如AlInGaP、InAlGaAs、AlxGa1-xAsyP1-y 等)及GaN系化合物四大類。

LED的製造過程亦與矽晶圓類似，首先選擇前述的材料，於高溫下反應成化合物，經單晶生長技術製成單晶棒，切割、研磨、拋光成晶片作為基版，再利用磊晶(Epitaxy)技術將發光材料利用擴散製成(Diffusion)生長於基版上，完成後的磊晶片經半導體蒸鍍與蝕刻等處理，細切加工成LED晶粒，提供下游封裝。LED依照封裝型態，則區分標準型(Standard lamp)、大電流(High Current)、高功率(High Power)三種模式，對應不同應用。

由前述發光原理與製作過程，可了解LED為極微小的固態光源，和傳統的燈泡或螢光燈管比較，有別於一般白熾燈泡以燈絲熱輻射和螢光燈管以氣體放電原理發光，LED具有體積小、堅固耐震、不易破損、可靠度高；發光效率佳；自體顏色多樣、純正，不用外加濾光板，且較省電與不發熱，此外頻率響應快，操作反應速度極快，不產生影像殘留等優勢。

LED壽命亦相對較長，一般而言較燈泡長100倍，較一般螢光燈管長10倍，可以製成體積極小的可繞式或陣列式的元件，且無熱輻射與無水銀等有毒物質的污染。目前高亮度LED的照度，已可達每瓦75流明以上，已可達到一般燈泡的效果。

LED優秀特性不敵景氣弱 2009年市佔小幅衰退

LED在2001年進入手機背光市場後，由於佔有率幾達100%，加上手機的高度成長，讓LED的成長也相當驚人。不過自2005年手機市場開始成長開始趨緩後，連帶LED的發展也跟著趨緩。雖然LED不時傳來令產業振奮的應用，例如數位相機用閃光燈，或是2007年部分筆記型電腦開始採用LED背光，不過成長力道與過去手機相比，甚為懸殊。

另兩個被預期成長力道可觀的LED應用，即車用照明(儀表板背光、頭尾燈)以及戶外LED看板，也都隨著經濟不景氣，銷售與推案受到衝擊，不過影響沒有消費性電子產品大，例如研究機構Strategies Unlimited的研究即顯示，由於消費性電子需求的遲緩，使得2009年高亮度LED市場值將呈現3%的衰退，預估2008年高亮度LED市場值為51億美元，而到2009年時將降至49.4億美元。

不過，Strategies Unlimited 還是認為高亮度LED的前景相當看好，因此估計到2013年高亮度LED市場值將可達140億美元，即從2009年至2013年的年複合成長率達30%。而LED被研究機構預期高度成長的原因，則是在取代傳統照明部分。

LED取代傳統照明 多方條件漸到位但仍待努力

「取代傳統照明設備」是LED除了背光外，另一個受到期待的發展方向。傳統照明市場規模相當大，全球照明市場規模估約85億美元。主要的照明市場集中在亞太區，約佔全球市場規模33.7%，北美居次約占30.1%，接下來是西歐22.3%，東歐約占5.1%，非洲以及中東約4.5%。在應用產品別方面，主要是家庭為主，約佔39%，其次是辦公室以及醫療歐18%，第三大的市場是戶外照明，約12%。這三種主要應用，LED的特性都相當被看好能夠切入。

但雖然LED具有相當多的優點，可謂革命性的照明發展，不過並沒有撲天蓋地的改朝換代，取代現有照明，原因是受限於LED價格較高、產業標準未定、與光形、壽命、可靠度等技術問題尚待解決。

首先以成本為例，現有的照明設備成本太過便宜，大規模更換的變動成本太大，除非政府大規模介入，例如以環保的規格禁用現有照明設備，否則LED雖然規格飛躍似的成長，前景也相當背看好，不過目前市場尚無爆發性的成長，但此種狀況也許會因為環保節能的需求，逐漸改變。

再者可靠度與壽命方面，目前高功率發光二極體的輸入功率僅有20％會轉換成光，其餘80％則轉變成為熱，因此有賴有效的散熱技術把熱排出，以避免降低其發光效率及壽命。由於高功率技術的發展，使得 LED 面臨到日益嚴苛的熱管理挑戰，溫度升高時不僅會造成亮度下降，且超過攝氏100度時會加速本體及封裝材料的劣化。因此 LED 元件本身的散熱技術必須進一步改善，以滿足高功率發光二極體的散熱需求。

因此LED取代傳統照明的市場趨勢，很難就全球來做一統合性的觀察。就區域別來看，目前則是以北美、歐洲、中國大陸及日本發展最快。美國方面是因為其在固態照明發展較早，政府做法也相當積極，如通過Energy Policy Act of 2005以促進固態照明產業的發展，此法由美國能源部(DOE)主導，聯合產業、學界和國家重點實驗室之力量，來宣示對「下一代照明計畫」(Next-generation Lighting Initiative, NGLI)的支持。

歐洲照明廠商對於照明燈具設計屬於較前瞻，消費者對於新產品接受度亦較高，因此在LED照明發展較早，目前歐洲照明廠商已相繼投入LED基礎照明產品的發展，尤其是在建築景觀照明的應用，目前歐洲地區照明節能以推廣省電燈泡與螢光燈為主，但是歐洲節能意識高漲且電價也相對較高，若未來LED成本及發光效率優於傳統燈源時，LED照明市場將會在歐洲快速普及，普及速度甚至超越美國。

日本的LED投入非常積極，一方面是因為日亞化學工業與住友電氣掌握的全球白光LED技術的領先地位，另一方面因日本國內照明方面所耗電力約佔全國之20％，日本政府推動民生部門的節約能源政策使然，希望藉由省能源型之照明裝置的開發而達到上述目標，因此具有低耗電、長壽命、小型以及輕量等優點的LED便列為開發新省能照明實用化的目標。

中國大陸當局則是在2006年提出的「十一五規劃」中，將固態照明列為國家發展重點產業，預計投入大量固態照明研發經費，其中LED磊晶、晶粒、封裝以及LED照明應用更是發展重點，希望成為全球高亮度LED與固態照明最大應用市場與製造大國。