LED照明市场趋势与发展分析

前言：半导体技术有Moore定律，即每18个月单位面积晶体管增倍。而LED亦有所谓Haitz定律：「LED的价格每10年将为原来的10分之一，性能(亮度、效率)却提高20倍。」，换言之，LED的趋势与发展，高亮度绝对是关键中的关键。相对的，在LED亮度飞跃式的成长速度，并在驱动IC、散热设备等周边的协助下，LED甚至将取代相当多的传统照明，前途看好。

本文：发光二极管(light-emitting diode，LED)是一种以二极管为发光主体所组成之元件。LED可视为一可将电能转换成光能之能量转换装置，发光原理是将电能转换为光，也就是对化合物半导体施加电流，透过电子与电洞的结合，过剩的能量会以光的形式释出，达成发光的效果(少数LED发光原理略有不同)。LED所发出光之波长涵盖红外光、可见光及紫外光，一般分为可见光LED(波长450？680nm)与不可见光LED(波长850？1550nm)。

LED的核心结构为晶圆，依磊晶层材料可分为二元化合物(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系化合物四大类。

LED的制造过程亦与硅片类似，首先选择前述的材料，于高温下反应成化合物，经单晶生长技术制成单晶棒，切割、研磨、抛光成芯片作为基版，再利用磊晶(Epitaxy)技术将发光材料利用扩散制成(Diffusion)生长于基版上，完成后的磊芯片经半导体蒸镀与蚀刻等处理，细切加工成LED晶粒，提供下游封装。LED依照封装型态，则区分标准型(Standard lamp)、大电流(High Current)、高功率(High Power)三种模式，对应不同应用。

由前述发光原理与制作过程，可了解LED为极微小的固态光源，和传统的灯泡或萤光灯管比较，有别于一般白炽灯泡以灯丝热辐射和萤光灯管以气体放电原理发光，LED具有体积小、坚固耐震、不易破损、可靠度高；发光效率佳；自体颜色多样、纯正，不用外加滤光板，且较省电与不发热，此外频率响应快，操作反应速度极快，不产生影像残留等优势。

LED寿命亦相对较长，一般而言较灯泡长100倍，较一般萤光灯管长10倍，可以制成体积极小的柔性或阵列式的元件，且无热辐射与无水银等有毒物质的污染。目前高亮度LED的照度，已可达每瓦75流明以上，已可达到一般灯泡的效果。

LED优秀特性不敌景气弱 2009年市占小幅衰退

LED在2001年进入手机背光市场后，由于占有率几达100%，加上手机的高度成长，让LED的成长也相当惊人。不过自2005年手机市场开始成长开始趋缓后，连带LED的发展也跟着趋缓。虽然LED不时传来令产业振奋的应用，例如数码镜头用闪光灯，或是2007年部分笔记本电脑开始采用LED背光，不过成长力道与过去手机相比，甚为悬殊。

另两个被预期成长力道可观的LED应用，即车用照明(仪表板背光、头尾灯)以及户外LED看板，也都随着经济不景气，销售与推案受到冲击，不过影响没有消费性电子产品大，例如研究机构Strategies Unlimited的研究即显示，由于消费性电子需求的迟缓，使得2009年高亮度LED市场值将呈现3%的衰退，预估2008年高亮度LED市场值为51亿美元，而到2009年时将降至49.4亿美元。

不过，Strategies Unlimited 还是认为高亮度LED的前景相当看好，因此估计到2013年高亮度LED市场值将可达140亿美元，即从2009年至2013年的年复合成长率达30%。而LED被研究机构预期高度成长的原因，则是在取代传统照明部分。

LED取代传统照明 多方条件渐到位但仍待努力

「取代传统照明设备」是LED除了背光外，另一个受到期待的发展方向。传统照明市场规模相当大，全球照明市场规模估约85亿美元。主要的照明市场集中在亚太区，约占全球市场规模33.7%，北美居次约占30.1%，接下来是西欧22.3%，东欧约占5.1%，非洲以及中东约4.5%。在应用产品别方面，主要是家庭为主，约占39%，其次是办公室以及医疗欧18%，第三大的市场是户外照明，约12%。这三种主要应用，LED的特性都相当被看好能够切入。

但虽然LED具有相当多的优点，可谓革命性的照明发展，不过并没有扑天盖地的改朝换代，取代现有照明，原因是受限于LED价格较高、产业标准未定、与光形、寿命、可靠度等技术问题尚待解决。

首先以成本为例，现有的照明设备成本太过便宜，大规模更换的变动成本太大，除非政府大规模介入，例如以环保的规格禁用现有照明设备，否则LED虽然规格飞跃似的成长，前景也相当背看好，不过目前市场尚无爆发性的成长，但此种状况也许会因为环保节能的需求，逐渐改变。

再者可靠度与寿命方面，目前高功率发光二极管的输入功率仅有20％会转换成光，其余80％则转变成为热，因此有赖有效的散热技术把热排出，以避免降低其发光效率及寿命。由于高功率技术的发展，使得 LED 面临到日益严苛的热管理挑战，温度升高时不仅会造成亮度下降，且超过摄氏100度时会加速本体及封装材料的劣化。因此 LED 元件本身的散热技术必须进一步改善，以满足高功率发光二极管的散热需求。

因此LED取代传统照明的市场趋势，很难就全球来做一统合性的观察。就区域别来看，目前则是以北美、欧洲、中国大陆及日本发展最快。美国方面是因为其在固态照明发展较早，政府做法也相当积极，如通过Energy Policy Act of 2005以促进固态照明产业的发展，此法由美国能源部(DOE)主导，联合产业、学界和国家重点实验室之力量，来宣示对「下一代照明计划」(Next-generation Lighting Initiative, NGLI)的支持。

欧洲照明厂商对于照明灯具设计属于较前瞻，消费者对于新产品接受度亦较高，因此在LED照明发展较早，目前欧洲照明厂商已相继投入LED基础照明产品的发展，尤其是在建筑景观照明的应用，目前欧洲地区照明节能以推广省电灯泡与萤光灯为主，但是欧洲节能意识高涨且电价也相对较高，若未来LED成本及发光效率优于传统灯源时，LED照明市场将会在欧洲快速普及，普及速度甚至超越美国。

日本的LED投入非常积极，一方面是因为日亚化学工业与住友电气掌握的全球白光LED技术的领先地位，另一方面因日本国内照明方面所耗电力约占全国之20％，日本政府推动民生部门的节约能源政策使然，希望藉由省能源型之照明装置的开发而达到上述目标，因此具有低耗电、长寿命、小型以及轻量等优点的LED便列为开发新省能照明实用化的目标。

中国大陆当局则是在2006年提出的「十一五规划」中，将固态照明列为国家发展重点产业，预计投入大量固态照明研发经费，其中LED磊晶、晶粒、封装以及LED照明应用更是发展重点，希望成为全球高亮度LED与固态照明最大应用市场与制造大国。