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近十年LED产业发展格局分析

发布时间: 2013-12-06 02:35 作者: 浏览次数: 14 字号:

各国政府也将陆续禁止白炽灯泡的使用,再加上LED灯泡的价格与传统照明光源比较,已达到具有市场竞争力的程度,未来这几年LED照明市场将步入快速成长期。

1997年日亚化学发表了白光发光二极管(LED),燃起全球对实现半导体照明可能性的希望,各国政府及企业都高度重视。半导体照明可以取代传统照明光源,除了节能省电,解决能源短缺的问题,并可以带来庞大商机。经过十多年来努力,白光发光二极管的光效在实验室已达200lm/W以上,而市售的产品也已经可以达到150lm/W以上,已超越传统的白炽灯泡、节能灯以及荧光灯管等。各国政府也将陆续禁止白炽灯泡的使用,再加上LED灯泡的价格与传统照明光源比较,已达到具有市场竞争力的程度,未来这几年LED照明市场将步入快速成长期。

一、过去十年LED产业的发展

2002年由于手机的背光及按键采用白光及蓝光氮化镓发光二极管,使得发光二极管的需求显著增加,根据市调公司StrategiesUnlimited的数据显示,全世界发光二极管封装组件市场在2001年至2004年这一段期间,年营收的平均成长高达44%,这是全球发光二极管产业第一波的大成长。

在2004年至2007年这一段期间,市场的应用开始朝向更大面积的GPS屏幕、电子相框和笔记本电脑(Notebook)等背光发展,发光二极管市场持续成长,LED光效则不断提升,价格则因量大而逐步下降。2008年第四季起由于遭遇金融海啸的影响,全球景气转差,LED晶粒价格跌幅扩大,然由于台湾晶粒厂商和韩国厂商三星及LG合作,适时推出侧光式LED背光源的液晶电视,由于采用LED混光技术(mix-bin),提升晶粒使用率,以及晶粒价格的降低,使得采用侧光式LED背光源的液晶电视与采用冷阴极管(CCFL)当背光源的液晶电视价差缩小,再加上侧光式LED背光的液晶电视,具有超薄屏幕及重量轻的优点,带动了发光二极管第二波大量的需求,2010年全球高亮度发光二极管的市场较2009年大幅成长了93%。

但2011年由于受到全球经济景气复苏脚步缓慢的影响,LED背光的液晶电视销售不如预期,另一方面中国大陆的LED企业,在政府的政策性支持及财务补贴下,大幅的扩充产能,造成LED的供给远大于需求,市场上LED组件的杀价竞争更趋激烈。然而也由于LED组件价格的下降,让LED照明光源的价格不再高不可攀,美国科锐(CREE)于2013年2月推出的60瓦白炽灯取代型LED灯泡,以9.5瓦的耗电量可以发出800流明的亮度,而售价只有12.97美元。随后欧洲的欧司朗(OSRAM)于2013年4月也宣布将开始销售价格低于10欧元的LED灯泡。虽然LED灯泡的价格竞争越演越烈,但这将有助于刺激消费大众的购买意愿。因此,一般预期照明的甜蜜点已经到来,高亮度发光二极管产业即将进入第三波的高成长期。

二、过去十年来全球各区域LED产业的变化

依据市调机构StrategiesUnlimited的报告显示,直到2008年以前LED封装组件的产值以日本为第一,台湾排名第二,紧接的是欧洲、美国、韩国及中国大陆(如表(一)所示)。但到了2010年韩国厂商的市场占有率一举从2009的13%大幅跃升到28%,日本虽仍维持世界第一的位置,但LED封装组件的产值占比已从2009年的44%滑落至2010年的33%。韩国能够从原来市占率落后台湾及欧美,而在不到两年的时间大幅超前,并有三家厂商,三星、LG及首尔半导体名列世界前十大,其主要是凭借着三星及LG力推LED背光的液晶电视,且三星及LG的LED背光是采用内部垂直整合的方式来发展,从LED的磊晶成长、晶粒制作、组件封装、到背光灯条的制作,完全自制,并提供给自行生产的LED背光液晶电视使用。而三星及LG力推LED背光电视的成功,也让LED背光的液晶电视渗透率由2009年的2%,约300万台,大幅增加到2010年17%,约3100万台,当然也创造了LED的大量需求。虽然三星及LG在2009年开始推LED背光电视时,初期自己内部无法提供足够数量合乎规格的的高光效LED封装组件,而必须仰赖台湾LED厂商提供晶粒及封装产品,但三星、LG、及首尔半导体很快的便将LED产能扩充完成,韩国厂商的MOCVD设备在2008年还不到100台,但到了2011年其MOCVD的机台数已迅速的增加至约450台。由于所生产的LED封装组件将优先使用于自有品牌的LED背光电视,也因此让韩国的LED封装组件产值市占率迅速窜升。但随着LED背光在LCD电视及监视器的渗透率将于今年2013年逐步提升至90%,已接近饱和,未来成长的空间有限,未来LED封装组件产值的成长主要动能将来自通用照明。

2006-2012全球五大区域LED封装器件营收占比

三、技术进步加速LED照明时代的来临

随着全球许多国家开始禁用白炽灯泡,以及LED灯泡效率的提升和价格的降低,LED已由景观照明、户外照明、逐渐渗透到商业照明的领域,并将在未来几年大幅取代白炽灯泡成为居家照明的主要光源。

当然,要取代传统照明光源,LED的光效必须不断的提升,不仅要超过白炽灯的10~15流明/瓦,紧凑型荧光灯的40~60流明/瓦,甚至要超越直管型的荧光灯管80~100流明/瓦。根据更新后的美国能源部固态照明研发产品路线图,在2013年冷白光的LED效率要达到180流明/瓦以上,而暖白光要达到150流明/瓦以上。

LED封装组件的效率在过去几年来有着显著的进步,2005大部份白光LED封装组件的光效约只有60流明/瓦左右,但到了今年大部份厂商已有能力达到150流明/瓦。比如日本丰田在2012年2月便宣称其3528封装的白光LED光效可以达到170流明/瓦,并从4月开始量产供货,台湾的亿光也可以供货150流明/瓦3014LED封装组件。而韩国的首尔半导体于2013年7月也宣布其中功率5630LED光效达到180流明/瓦。

LED照明要得到普及,除了LED的光效要提升外,更重要的因素是价格要有竞争力。依据美国能源部的固态照明研发产品路线图,于2013年每千流明冷白光的价格要小于4美元,而暖白光的LED每千流明价格要小于5.1美元。而到2020年不论冷白光或暖白光LED封装组件每千流明的价格要下降到小于1美元,也就是每千流明的价格大约是现在的1/5。这是一个非常大的挑战,依据美国能源部2013年4月发布的固态照明研发多年计划书,2012年飞利浦Lumileds公司的冷白光高功率LED光效是130流明/瓦,每千流明的价格约5美元,是比美国能源部计划的目标每千流明价格6美元稍低,但在LED光效上也稍逊于2012年目标值150流明/瓦。

为了进一步降低每千流明价格,欧、美、日及韩国的许多LED上游磊晶及晶粒厂都尝试改用6英寸的蓝宝石芯片来增加产能,减少芯片边缘的损失来提升LED晶粒生产的良率,但这对于台湾及大陆的上游磊晶及晶粒厂来说并不见得有利,因为目前LED晶粒是处于生产过剩的情形,还要投入资本来扩建6英寸的产线,再加上6英寸蓝宝石芯片每单位面积的价格仍远高于2英寸和4英寸。因此,台湾及大陆厂商短期内将还是会以4英寸蓝宝石芯片为主。但是进入6英寸生产,是无法让成本达到期望值的。

由于6英寸的蓝宝石芯片较贵,因此,欧司朗、东芝、Bridglux、Plessey、Azzurro及晶能光电尝试以硅芯片来代替蓝宝石芯片,但硅芯片由于与氮化镓材料晶格不匹配,且热膨胀系数也差异很大,这让成长质量好的磊晶层难度增加。虽然硅芯片的价格非常便宜,然由于硅芯片会吸收可见光,在LED晶粒制造过程中还需要先贴合到另一片透明或者具有光反射层的基板上,再将硅芯片从氮化镓磊晶层移除,这些额外的制造过程也会增加LED晶粒的制造成本。因此虽然目前日本的东芝、英国的Plessey及大陆的晶能光电已开始生产销售采用硅基板的蓝光发光二极管晶粒或封装好的白光发光二极管。但飞利浦Lumileds则决定暂时放弃在硅基板上成长氮化镓的计划,而仍专注于采用6英寸蓝宝石基板来降低晶粒生产成本。未来氮化镓磊晶采用硅基板是否能成为主流,将决定于能否克服氮化镓磊晶长在硅基板上所生产芯片破裂、弯曲而造成生产良率低的问题。

要降低每千流明LED价格另外一种可行方式便是将同样大小的LED晶粒在较大的电流下操作,产生较高的流明值,如此在相同输出流明数时,一个LED灯泡所需用到的LED颗数就可以减少。通常一颗1毫米平方大小的LED晶粒,其操作电流是使用在350毫安,如果操作在1安培,而LED的光效不会降低太多,便能够减少一半以上的LED封装组件使用量,但前提是所制造生产的LED能够在高电流下操作而光效率不能降低太多,当然也不能影响LED组件应有的使用寿命。这种在较大电流密度下可以操作的LED,在某些LED应用上也不见得有优势,比如全周光的LED灯泡或直管式的荧光灯管,还需要利用光学组件或光扩散膜等来解决眩光,或让光均匀分布等问题,而且由于LED在大的电流密度下操作,热量集中,散热处理的成本也会增加。因此,这种可在大的电流密度下操作的高功率LED,比较适合于有指向性的LED照明光源,如射灯。

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