发光二极管(LED)产业历经产业秩序的重整,加上随节能概念兴起,LED的市场应用面逐渐扩展,未来几年全球LED市场产值可望继续高速增长。手机背光源应用,汽车照明、笔记本电脑和液晶电视背光源、甚至室内照明也可能被LED所取代,让愈来愈多人认为,LED产业前景一片光明,未来10年的天空甚至没有一片乌云。然而,从年初的芯片用抢的,到现在笔记本电脑的应用导入时间延后,LCD TV更是大幅往后延迟,其间又遇到低价手机库存影响,2006年的市况却不如预期的蓬勃发展。展望2007年,产品的递延效应将会让明年的表现比今年来的乐观。
多元化应用的高亮度LED
发光二极管(Light Emitting Diode;LED)是一种固态的半导体组件,当组件两端通入极小电流,负电的电子与正电的电洞相互结合,过剩的能量以光的形式释出,达到发光的效果,属于冷发光,不同于钨丝灯泡的热发光。另外,LED因其使用的材料不同,其电子与电洞所占的能阶也有所不同,能阶的高低差影响电子与电洞结合后光子的能量,而产生不同波长的光,可区分为可见光及不可见光两类。
LED芯片的出现,是在1923年有一位科学家发现碳化物的材质,有发光可能。但这一实验性的发现,却点燃新的照明技术,在80年后的今天,即将取代爱迪生对人类的最大贡献。利用碳化物材料制作出可以商品化产品的时间,是远在60、70年代后。刚开始,最大发光效率仅能达到1 lm/W,亮度非常低,无法达到照明的功能,而且发出来的光也只局限于红光,充其量只能当作显示小灯,或是一些玩具上的装饰。自LED开始商用化后的30年间,技术及发光的效率上并没有太大的进展,直到1991年Lumileds和Toshiba联合发表了4元材料芯片(AlInGaP),才真正开启高亮度LED的时代。
令人惋惜的是,发光颜色的技术还是一直停留在中、长波长(绿、红光),依然缺少短波长的蓝光,使得LED在整体的应用上仍旧显得有些不足。当1993年日亚化发表了全世界第一颗商用化蓝光LED之后,便正式宣告LED照明时代的来临。除了亮度提高,能够应用在远距离的显示之外,最重大的突破,就是让自然界的3原色,也就是红、黄、蓝色全到齐了!有了这3原色,就能组成用来照明的白光,顿时开启了多方面的应用。
全球LED市场规模
LED产业的突破性发展,主要是近10年来在产品亮度及发光效率等产品特性大幅度增进,配合部分厂商所引导的价格下跌,迅速打开可见光LED的市场。不可见光LED由于光通信及手机等短距离通信传输市场未见明显的增长,间接影响发展空间。
LED的增长动力一直是众所期待,随着白光LED问世,发光效率逐年提升、演色性与色温表现渐佳及价格降低,LED照明应用领域变得更为宽广,从早期主要应用于信号灯、指示灯,后来拓展至手机,如今更开始攻占小尺寸面板的背光源,未来还有机会成为大尺寸面板和汽车头灯的光源。此外,倘若白光LED发光效率与价格能与传统发光组件相抗衡,取代传统的照明光源,成为下一世代的主流照明技术,室内照明将进一步带动LED市场的蓬勃发展。
就2007年甚至未来的数年而言,LED市场以手机、户外广告牌、汽车照明及液晶屏幕的背光模块为主轴。在2006年以前,手机应用占了近50%的比重,主宰了LED淡旺季的命运。随着其它应用的崛起和整体LED产值的增长,手机的影响力慢慢下滑。维持比较稳定的比重的是交通号志及汽车用LED,虽然比重变化不大,但其产值仍是随整体LED产值增长而同步增长的。LED在户外广告牌、背光源与车灯方面三大热门应用将有最新局势的发展。目前LED的发光效率虽未能达成照明市场所需,但运用创意思维,LED在辅助照明应用市场的商机仍是相当可期。
稳定中求增长
的手机应用
占LED产业举足轻重角色的手机,自手机开始使用LED为按键背光源开始,便带起来LED市场增长的趋势,其原因乃在于手机出货量之庞大,为消费型电子产品中少数可以达到上亿支,甚至是数亿支的规模,由图3可以发现2006年预估之出货量已接近10亿支,而明年将可轻松达成,虽然增长率预估已下滑至个位数,但其10亿余支的出货量仍是LED产业重要的应用市场。
由于对彩色屏幕手机的需求殷切,自2003年其下半年开始,手机市场已成为去LED市场的主要出货对象,使得白光LED从2003年便积累了增长爆发力。以手机的种类来比较,使用在单色手机的LED数目是最少的,而使用在高端彩色照相手机的LED数目最多。平均来说,一台单色手机,来电指示灯为1颗,屏幕背光源使用2~3颗红色或黄色LED,至于按键背光源则需要6颗,所以加起来约要使用9~10颗LED。至于高端彩色折叠式照相手机,来电指示灯为1颗,照相手机的闪光灯为3~4颗,屏幕背光源是使用4~6颗高亮度LED,按键背光源约6~10颗,加起来最多可使用19~20颗LED。
由于手机采用LED的比例已相当高,再加上全球手机普及率攀升,手机用LED市场已趋于饱和。展望未来,除了期望手机销售量能够持续增长外,高端机种的附加功能如LED闪光灯及LED影音气氛灯可视为带动此应用领域增长关键。
中国国际型活动刺激户外广告牌应用市场
以LED所具有的低耗电量、低维修率、高亮度、高分辨率、且没有固定格式显示的限制,以及不会反射太阳光等特性,十分适合用于户外各式显示广告牌。美国拉斯韦加斯超级亮度巨型广告广告牌与豪华灿烂的夜景、台北101大楼跨年元旦的烟火秀与美丽华摩天轮,这些巨型光彩且动态显示的广告牌,都是LED的傲人杰作,将夜空点缀地更加光彩夺目。
LED在广告牌上的应用不仅如此,使用在广告广告牌上更是企业的最爱之一。英国伦敦的可口可乐大楼装设了高达32m宽6.6m的超大型LED显示广告牌;香港的汇丰银行也大手笔换了LED新装。LED的迷人魅力,让企业开始爱不释手。根据市场调查公司iSupply的统计资料显示,近年来由于全球经济景气复苏,企业对于广告费支出提升,使得LED广告牌的装置规模呈现增长的发展趋势,尤其在彩色显示广告牌的装置量有显著的增长。
虽然距离2008北京奥运还有约一年半的时间,但却是2007年支撑LED户外广告牌应用市场的主力。随着时间慢慢地来临,北京此次标榜的“科技奥运”已陆陆续续架设具体的高科技设备。在北京市区重要街口、重要大楼外墙、机场、港口、车站、户外空地与各运动场馆外都开始广设LED大型广告牌,以随时同步播放奥运的精彩内容。接下来在2010年上海举办世界博览会,将会为LED户外广告牌带来另一次大显身手的契机与巨大的市场商机。即将爆发的市场规模,将不亚于手机用LED领域,同时又能使LED厂商跨入高功率RGB全彩的LED新应用。户外广告牌所需晶粒品质要求远较室内广告牌为高,而且用途不同,品质要求、技术门坎也跟着不同,包括色彩亮度、饱和度、稳定度都需有一定水平。
慢火细熬的汽车照明市场
车用LED市场蓬勃发展,根据市场研究资料显示,光是全球车灯用LED市场便将从2003年4亿美金的规模,预估2008年将倍数增长到8亿美元。除了LED的省电、耐震、寿命长等优势符合车规的要求之外,色彩多变和体积小的特性,也是车厂青睐的主因之一。就产品应用范围可区分为车内照明、车外照明两大部分。汽车内部照明包括仪表板、空调、音响指示灯等局部照明用灯;汽车外部包括第三煞车灯、倒退灯、尾灯、方向灯、侧灯等。以目前的技术,一辆车若全面替换LED照明,约需要200~300颗LED。再乘以每年约6,000万辆新车销售,光是从汽车市场的需求量就至少有120亿颗。目前汽车使用LED比例仍偏低,以第三煞车灯及美观用的装饰灯采用比例较高,第三煞车灯约有70%已经采用高亮度LED,至于尾灯、方向灯也在2005年开始淘汰传统灯泡,逐渐转向采用高亮度LED的趋势,但这部份现阶段采用比例约仅有5%~6%,后续还有大幅增长空间。
从过去到现在,全球各地已有不少厂商,包括汽车制造厂、LED厂、车用灯具厂等,都将LED头灯列为下世代汽车前照明的主要发展光源。早在3年前,以KOITO、VALEO、AUDI、STANLEY等厂商为主的国际车用灯具大厂就已经开始着手研究车用LED头灯,而且也都有白光LED头灯雏形车款展示,不过还停留在展示概念车阶段,真正达到商品化过程似乎还有一段长远的路要走。若以LED做为汽车头灯,除了亮度问题外,最大的问题就是“散热”。先天上LED就是属于偏冷光源,在输出/输入的电源转换过程中有近90%热能必须要排除;还要考虑到临近车灯的引擎所发散出来热能,在两者相加之下,其热能超过200℃,已远远超过LED晶粒材料可负荷的温度。
此外,基于外观设计造型和光学设计考虑,引擎室空间过于狭窄,几乎不可能在引擎室中再特别加装风扇协助LED散热。另一个阻碍LED头灯发展的因素则是各国对LED头灯至今尚未有一套明确的安全标准规范,最快也要等到2008年,欧盟的LED车灯安全规范才会出炉,其它国家或许才会陆续跟着引用。因此要使LED正式成为汽车使用的标准头灯,除了LED技术还需要持续进步之外,尚待法规与测试标准的完善建立后,汽车LED头灯才得已上路。不过,目前已传出,预计2007年底上市的LEXUS汽车中最高等级车款LS-600型将采用LED头灯,若属实,这将会成为市场上第一个真正达到LED头灯商品化的车型,因而受到众多厂商关注。
继头灯之后,在汽车内善用不可见光的红外线LED是产业下一个努力的目标。由于红外线LED的发光功率比可见光来得大,所以红外线LED可用来做通信、感测、遥控及自动控制等。相较于可见光市场在LCD背光源与辅助照明市场的带动下蓬勃发展,不可见光LED虽也走入日常生活当中,已经广泛使用在家电产品的遥控器、传感器上,但欠缺杀手级应用,同时受限于这些产品的增长趋缓,使得整体不可见光LED的市场年增长率一直维持在10%以下而被厂商忽略。但在汽车应用方面,在物体侦测、防撞、智能型运输系统等的带动下,预期红外线LED将在此应用市场有两成以上的年增长率。此外,红外线LED也可应用于DVD与汽车音响之间的短距离通信、或是短距离局域网络的信息传输。未来,若将可在汽车上实现的LED技术与产品全放在一辆车,约需用到900颗LED。
但是,因为汽车的严苛环境,导致车用LED品质要求较高、认证时间较长、进入障碍也高,所以市场难像消费性电子产品般可在短时间内迅速增长起飞。不过,若是能改变策略尝试进入汽车领域,不仅可创造出产品差异化的优势,而且营收稳定性也较高。
LED背光源将慢慢拓展至不同液晶领域
随着2006年手机用白光LED增长趋缓,LED产业一直试着跨入较大尺寸面板背光源的市场,摆脱以手机为惟一具规模的消费性电子市场的依赖,7英寸面板背光源则是一块试金石。7英寸面板使用约21颗LED不等的数量,加上渗透率仍低,因此2006年对各厂商的营收挹注不大,2007年将有显着的贡献。不过,虽说7英寸背光源LED才刚起步,但受到消费性电子产品的价格下滑速度之快的影响,7英寸白光LED面板价格下杀严重,因此LED未来势必走向更大尺寸平面显示器的市场。
原本预估2006年下半年笔记本电脑应用LED面板需求将会启动,但由于原油高涨,通膨压力等因素导致消费者对高端机种的需求往后递延。根据Display Search的数据显示,目前笔记本电脑面板用冷阴极灯管光源与LED光源成本比较,约为1:1.3,两者间成本距离已相当接近,在LED颗数量较少的产品,价格将不是这么敏感。另外,笔记本电脑一般在使用上并不特别强调色彩表现或者画面品质等问题,反而电池使用时间是否可以增长和轻薄短小是最重要的考虑因素,因此LED的取代性相当高,2007年在TFT-LCD背光源最主要的商机将会是笔记本电脑。
另一方面,NB市场仍处高度增长之方向,2007年有挑战上亿台的机会。虽然以年出货量来比较,NB远远落后手机,约是手机市场的1/10,但若LED全面取代CCFL,则已可与手机面板背光源相抗衡了。一支手机面板背光源约使用4颗LED,但一台NB却至少需要使用30~40颗LED,潜在需求量就至少有30亿颗以上。换句话说,NB面板市场的使用量约略可比拟一个手机面板市场的使用量。而且目前的渗透率仍低且NB用LED的单价又高于手机用面板,因此其所将创造出的市场增长动力将会高出手机面板市场许多。
急欲跨入的大尺寸液晶电视背光源市场
2005年液晶电视在整体电视市场的占有率已经首度超过10%,未来3年将是增长最快速的时间,预估2008年市占率将逼近50%,达到7,850万台,2010年市场总量甚至有可能会到近1亿台的水准。这快速增长又庞大的市场,无疑已成LED业者亟欲争取的大饼。
以LED作为液晶屏幕背光源,拥有色彩饱和度高、薄型化、无汞等优点,且可配合TFT LCD的驱动方式作许多动态的控制,并补偿TFT LCD的视角及反应速度等限制,是LED可以应用在笔记本电脑、液晶电视做为背光源的主因。
不过,虽然LED的性能表现优于CCFL,但由于成本太高,使其迄今在大尺寸液晶电视仍是无可着力之处。现在电视面板的技术仍在发展当中,成本的控制是厂商的获利关键,随着屏幕尺寸的增加,LED的颗数将以倍数增长,因此LED成本偏高的问题,在电视面板上就相当明显。加上,根据Display Search的数据显示,在全球厂商大动作扩产,以及LED崛起的压力之下,2006年CCFL的降价速度相当惊人,第三季以来,平均价格就下滑了20%,其中电视用灯管价格从年初的2美元跌至1.5美元,提高了LED取代灯管的难度,让LED背光源的替代效应再往后递延。
然对LED最有利的情势,应在于其无汞的特性。即便CCFL的含汞量已降低到2mg~3mg,低于目前各区环保法规的标准。但在环保意识抬头,及各国政府力推的情况下,这或许会是促使LED背光源需求增长的最大动力所在。
被忽视的装饰灯及交通号志应用
在产业一片关注于白光LED下,其实有一股强大的力道支撑着LED市场。其实,只要会发光的东西,LED就有能力取代,像是早就在使用LED的装饰灯或是在1992年就开始试用LED的交通号志灯。由于这些产品有些是属于公共工程标案,有些是属于季节性商品,有些是传统手工艺品,因此一直无法有一个明确数据可以证明这个市场到底有多大,但是可以肯定的是,不管是过去、现在还是未来,需求依然会源源不断。这些已经出现在生活周遭的产品,虽然不起眼,可是因为是生活必需品或是长期累积下来的习惯用品,是很难被替换掉。另一个生活必需品,但却是LED产业渴望进入的领域,传统照明应用。然而,现阶段白光LED在发展上仍需克服亮度不足以及价格偏高等因素。亮度部份,目前白光LED发光效率约在30 lm/W~40 lm/W上下,与荧光灯管发光效率仍有差距,室内照明需达到60 lm/W以上,室外照明则要100 lm/W以上。价格部份,相较于日光灯每流明(lm)不到0.01美元,目前白光LED每流明(lm)1美元的成本仍明显偏高。产业界普遍认为,10年之内,各方面条件应该会比较成熟,然后取代现有的传统照明光源。
结语
从手机、汽车辅助照明、小尺寸液晶屏幕背光源,到现在的笔记本电脑面板背光源和户外广告牌应用,LED产业可以说是自白光LED面市后的每一年都有着一个强而有利的应用领域带动着整个产业的发展。整体而言,在新应用领域的不断刺激下,未来全球LED市场产值仍具高增长趋势,包括汽车照明、面板背光源以及室内照明等,将是未来主要增长动力来源,尤其是笔记本电脑的面板背光源与户外广告牌将会是2007年的重头戏。只要能够继续提升亮度、突显使用特色、降低单价,将LED以生俱来的特性发挥至极,就能够开创出照明设备新的局面。
过去几年的产能扩张,造就台湾地区LED产业在全球市场的关键角色。但受限于日亚化(Nichia)的专利问题,在蓝光LED发展方面多受牵制,所以只能拼命降价抢攻低端产品市场。幸运的是,这一窘境有慢慢改善的趋势,目前台湾地区厂商光宝、亿光、宏齐与雅新已取得Osram荧光粉授权,较可无虑销售,但发光效率仍不及各国大厂。只有当国际大厂往更高端产品应用开发时,才有可能将上一世代产品的相关技术释放出来给台厂,进行大量生产与降低成本,刺激该应用的市场增长。