未來(lái)全球各區域LED產(chǎn)業(yè)的變化解析
發(fā)布時(shí)間：2014-03-21 新聞來(lái)源：一覽LED英才網(wǎng)
1997年日亞化學(xué)發(fā)表了白光發(fā)光二極管(LED)，燃起全球對實(shí)現半導體照明可能性的希望，各國政府及企業(yè)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，解決能源短缺的問(wèn)題，并可以帶來(lái)龐大商機。經(jīng)過(guò)十多年來(lái)努力，白光發(fā)光二極管的光效在實(shí)驗室已達200 lm/W以上，而市售的產(chǎn)品也已經(jīng)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(jià)格與傳統照明光源比較，已達到具有市場(chǎng)競爭力的程度，未來(lái)這幾年LED照明市場(chǎng)將步入快速成長(cháng)期。
一、過(guò)去十年LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展
2002年由于手機的背光及按鍵采用白光及藍光氮化鎵發(fā)光二極管，使得發(fā)光二極管的需求顯著(zhù)增加，根據市調公司Strategies Unlimited的數據顯示，全世界發(fā)光二極管封裝組件市場(chǎng)在2001年至2004年這一段期間，年營(yíng)收的平均成長(cháng)高達44%，這是全球發(fā)光二極管產(chǎn)業(yè)第一波的大成長(cháng)。
在2004年至2007年這一段期間，市場(chǎng)的應用開(kāi)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(fā)展，發(fā)光二極管市場(chǎng)持續成長(cháng)，LED光效則不斷提升，價(jià)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(jià)格跌幅擴大，然由于臺灣晶粒廠(chǎng)商和韓國廠(chǎng)商三星及LG合作，適時(shí)推出側光式LED背光源的液晶電視，由于采用LED混光技術(shù)(mix-bin) ，提升晶粒使用率，以及晶粒價(jià)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(jià)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(yōu)點(diǎn)，帶動(dòng)了發(fā)光二極管第二波大量的需求，2010年全球高亮度發(fā)光二極管的市場(chǎng)較2009年大幅成長(cháng)了93%。
但2011年由于受到全球經(jīng)濟景氣復蘇腳步緩慢的影響，LED背光的液晶電視銷(xiāo)售不如預期，另一方面中國大陸的LED企業(yè)，在政府的政策性支持及財務(wù)補貼下，大幅的擴充產(chǎn)能，造成LED的供給遠大于需求，市場(chǎng)上LED組件的殺價(jià)競爭更趨激烈。然而也由于LED組件價(jià)格的下降，讓LED照明光源的價(jià)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(fā)出800流明的亮度，而售價(jià)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(kāi)始銷(xiāo)售價(jià)格低于10歐元的LED燈泡。雖然LED燈泡的價(jià)格競爭越演越烈，但這將有助于刺激消費大眾的購買(mǎi)意愿。因此，一般預期照明的甜蜜點(diǎn)已經(jīng)到來(lái)，高亮度發(fā)光二極管產(chǎn)業(yè)即將進(jìn)入第三波的高成長(cháng)期。
二、過(guò)去十年來(lái)全球各區域LED產(chǎn)業(yè)的變化
依據LED英才網(wǎng)的報告顯示，直到2008年以前LED封裝組件的產(chǎn)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(chǎng)商的市場(chǎng)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(chǎn)值占比已從2009年的44%滑落至2010年的33%。韓國能夠從原來(lái)市占率落后臺灣及歐美，而在不到兩年的時(shí)間大幅超前,并有三家廠(chǎng)商，三星、LG及首爾半導體名列世界前十大，其主要是憑借著(zhù)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(lái)發(fā)展，從LED的磊晶成長(cháng)、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(chǎn)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(wàn)臺，大幅增加到2010年17%，約3100萬(wàn)臺，當然也創(chuàng )造了LED的大量需求。雖然三星及LG在2009年開(kāi)始推LED背光電視時(shí)，初期自己內部無(wú)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(lài)臺灣LED廠(chǎng)商提供晶粒及封裝產(chǎn)品，但三星、LG、及首爾半導體很快的便將LED產(chǎn)能擴充完成，韓國廠(chǎng)商的MOCVD設備在2008年還不到100臺，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(chǎn)的LED封裝組件將優(yōu)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(chǎn)值市占率迅速竄升。但隨著(zhù)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(lái)成長(cháng)的空間有限，未來(lái)LED封裝組件產(chǎn)值的成長(cháng)主要動(dòng)能將來(lái)自通用照明。
三、技術(shù)進(jìn)步加速LED照明時(shí)代的來(lái)臨
隨著(zhù)全球許多國家開(kāi)始禁用白熾燈泡，以及LED燈泡效率的提升和價(jià)格的降低，LED已由景觀(guān)照明、戶(hù)外照明、逐漸滲透到商業(yè)照明的領(lǐng)域，并將在未來(lái)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(guò)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(tài)照明研發(fā)產(chǎn)品路線(xiàn)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(guò)去幾年來(lái)有著(zhù)顯著(zhù)的進(jìn)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(chǎng)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(chēng)其3528封裝的白光LED光效可以達到170流明/瓦，并從4月開(kāi)始量產(chǎn)供貨。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(jià)格要有競爭力。依據美國能源部的固態(tài)照明研發(fā)產(chǎn)品路線(xiàn)圖，于2013年每千流明冷白光的價(jià)格要小于4美元，而暖白光的LED每千流明價(jià)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(jià)格要下降到小于1美元，也就是每千流明的價(jià)格大約是現在的1/5。這是一個(gè)非常大的挑戰，依據美國能源部2013年4月發(fā)布的固態(tài)照明研發(fā)多年計劃書(shū)，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(jià)格約5美元，是比美國能源部計劃的目標每千流明價(jià)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(jìn)一步降低每千流明價(jià)格，歐、美、日及韓國的許多LED上游磊晶及晶粒廠(chǎng)都嘗試改用6英寸的藍寶石芯片來(lái)增加產(chǎn)能，減少芯片邊緣的損失來(lái)提升LED晶粒生產(chǎn)的良率，但這對于臺灣及大陸的上游磊晶及晶粒廠(chǎng)來(lái)說(shuō)并不見(jiàn)得有利，因為目前LED晶粒是處于生產(chǎn)過(guò)剩的情形，還要投入資本來(lái)擴建6英寸的產(chǎn)線(xiàn)，再加上6英寸藍寶石芯片每單位面積的價(jià)格仍遠高于2英寸和4英寸。因此，臺灣及大陸廠(chǎng)商短期內將還是會(huì )以4英寸藍寶石芯片為主。但是進(jìn)入6英寸生產(chǎn)，是無(wú)法讓成本達到期望值的。
由于6英寸的藍寶石芯片較貴，因此，歐司朗、東芝、Bridglux、Plessey、Azzurro及晶能光電嘗試以硅芯片來(lái)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(cháng)質(zhì)量好的磊晶層難度增加。雖然硅芯片的價(jià)格非常便宜，然由于硅芯片會(huì )吸收可見(jiàn)光，在LED晶粒制造過(guò)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(guò)程也會(huì )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(kāi)始生產(chǎn)銷(xiāo)售采用硅基板的藍光發(fā)光二極管晶�；蚍庋b好的白光發(fā)光二極管。但飛利浦Lumileds則決定暫時(shí)放棄在硅基板上成長(cháng)氮化鎵的計劃，而仍專(zhuān)注于采用6英寸藍寶石基板來(lái)降低晶粒生產(chǎn)成本。未來(lái)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(cháng)在硅基板上所生產(chǎn)芯片破裂、彎曲而造成生產(chǎn)良率低的問(wèn)題。
要降低每千流明LED價(jià)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(chǎn)生較高的流明值，如此在相同輸出流明數時(shí)，一個(gè)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(huì )降低太多，便能夠減少一半以上的LED封裝組件使用量，但前提是所制造生產(chǎn)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(jiàn)得有優(yōu)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(xué)組件或光擴散膜等來(lái)解決眩光，或讓光均勻分布等問(wèn)題，而且由于LED在大的電流密度下操作，熱量集中，散熱處理的成本也會(huì )增加。因此，這種可在大的電流密度下操作的高功率LED，比較適合于有指向性的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、硅膠、熒光粉、封裝制造費用，也占了超過(guò)一半以上的費用，仍有很大的空間可以節省下來(lái)。目前COB(Chip on board)產(chǎn)品，直接將多顆LED晶粒封裝在鋁基板核心的PCB或陶瓷基板上形成面光源，相較于傳統單顆封裝制程，不但能夠節省一次封裝的成本、光引擎模塊制作成本和二次配光成本，同時(shí)可以解決點(diǎn)光源所產(chǎn)生的疊影及眩光的問(wèn)題，使用上有愈來(lái)愈普遍的現象。
至于在LED晶粒的制作過(guò)程中，加入幾道工藝將熒光粉及光學(xué)組件整合到LED晶粒上的晶粒型封裝(Chip scale package)，由于使用到的封裝材料更少，相對于目前SMD封裝產(chǎn)品價(jià)格可以更便宜，也是未來(lái)的一個(gè)發(fā)展趨勢。
四、未來(lái)全球各區域LED產(chǎn)業(yè)的變化
LED照明的發(fā)展與LED發(fā)光效率和成本有密不可分的關(guān)系，LED的光效如果沒(méi)有超過(guò)傳統照明光源，或者價(jià)格比傳統光源貴太多，LED照明便無(wú)法大量取代傳統照明。而LED照明光源的效率與價(jià)格主要取決于LED晶粒的發(fā)光效率與生產(chǎn)成本，因此，早期誰(shuí)能夠在LED晶粒研發(fā)制造技術(shù)上取得領(lǐng)先，將會(huì )影響其在照明市場(chǎng)上的競爭力。由于LED照明可能取代傳統照明，而傳統照明廠(chǎng)商又不能將原有市場(chǎng)拱手讓出，因此，不是自行研發(fā)生產(chǎn)制造，便是要與其他公司策略合作。飛利浦公司與美國安捷倫公司于1999年合資成立Lumileds Lighting B.V.，后來(lái)在2005年買(mǎi)入安捷倫公司擁有的股份及2007年買(mǎi)入員工的股份，讓Lumileds成為飛利浦公司的子公司便是著(zhù)眼于要能夠掌控LED照明的核心技術(shù)，支持飛利浦照明持續發(fā)展所需。
日本的日亞(Nichia)及豐田合成(TG)由于最早投入氮化鎵藍光發(fā)光二極管的研發(fā)及生產(chǎn)，目前仍在技術(shù)上保持優(yōu)勢，兩家公司都只從事LED磊晶、晶粒，到封裝的制造生產(chǎn)，且以銷(xiāo)售LED封裝組件為主。日本在LED封裝組件產(chǎn)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(chǎn)的計劃，預計到2015年將產(chǎn)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(lái)幾年仍保持領(lǐng)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)、松下(Panasonic)及羅姆(Rohm)由于專(zhuān)利的限制，多與日亞或豐田合作，或向美國科銳公司購買(mǎi)藍光發(fā)光二極管晶粒，再封裝成白光LED銷(xiāo)售，因此，這幾家在LED產(chǎn)業(yè)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(zhuān)利許可協(xié)議，并建立一座年產(chǎn)50億顆LED晶粒的工廠(chǎng)，但由于規模太小，無(wú)法讓Sharp重回LED市占率前五大的公司。至于LED照明光源及燈具的開(kāi)發(fā)，日本也是最早投入的國家，幾家傳統照明公司如東芝、松下、日立、NEC等也都積極的投入，但由于過(guò)去這些公司只專(zhuān)注日本市場(chǎng)，而日本市場(chǎng)的容量不大，因此日本廠(chǎng)商這幾年也開(kāi)始積極進(jìn)軍國際市場(chǎng)。
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