整體而言,在新應用領域的不斷刺激下,未來全球LED市場產值仍具高成長趨勢,包括汽車照明、面板背光源以及室內照明等,將是未來主要成長動力來源,尤其是筆記型電腦的面板背光源與戶外看板將會是2007年的重頭戲。只要能夠繼續提升亮度、突顯使用特色、降低單價,將LED以生俱來的特性發揮至極,就能夠開創出照明設備新的局面。
照片來源:OSRAM網站, LED更新鮮的廣告看板應用
發光二極體(LED)產業歷經產業秩序的重整,加上隨節能概念興起,LED的市場應用面逐漸擴展,未來幾年全球LED市場產值可望繼續高速成長。手機背光源應用,汽車照明、筆記型電腦和液晶電視背光源、甚至室內照明也可能被LED所取代,讓愈來愈多人認為,LED產業前景一片光明,未來10年的天空甚至沒有一片烏雲。然而,從年初的晶片用搶的,到現在筆記型電腦的應用導入時程延後,LCD TV更是大幅往後延遲,其間又遇到低價手機庫存影響,2006年的市況卻不如預期的蓬勃發展。展望2007年,產品的遞延效應將會讓明年的表現比今年來的樂觀。
多元化應用的高亮度LED
發光二極體(Light Emitting Diode;LED)是一種固態的半導體元件,當元件兩端通入極小電流,負電的電子與正電的電洞相互結合,過剩的能量以光的形式釋出,達到發光的效果,屬於冷發光,不同於鎢絲燈泡的熱發光。另外,LED因其使用的材料不同,其電子與電洞所佔的能階也有所不同,能階的高低差影響電子與電洞結合後光子的能量,而產生不同波長的光,可區分為可見光及不可見光兩類。
表1 LED分類與應用領域
資料來源:作者整理
LED晶片的出現,是在1923年有一位科學家發現碳化物的材質,有發光可能。但這一實驗性的發現,卻點燃新的照明技術,在80年後的今天,即將取代愛迪生對人類的最大貢獻。利用碳化物材料製作出可以商品化產品的時間,是遠在6、70年代後。剛開始,最大發光效率僅能達到1lm/W,亮度非常低,無法達到照明的功能,而且發出來的光也只侷限於紅光,充其量只能當作顯示小燈,或是一些玩具上的裝飾。
自LED開始商用化後的30年間,技術及發光的效率上並沒有太大的進展,直到1991年Lumileds和Toshiba聯合發表了4元材料晶片(AlInGaP),才真正開啟高亮度LED的時代。令人惋惜的是,發光顏色的技術還是一直停留在中、長波長(綠、紅光),依然缺少短波長的藍光,使得LED在整體的應用上仍舊顯得有些不足。當1993年日亞化發表了全世界第一顆商用化藍光LED之後,便正式宣告LED照明時代的來臨。除了亮度提高,能夠應用在遠距離的顯示之外,最重大的突破,就是讓自然界的3原色,也就是紅、黃、藍色全到齊了!有了這3原色,就能組成用來照明的白光,頓時開啟了多方面的應用。
全球LED市場規模
LED 產業的突破性發展,主要是近十年來在產品亮度及發光效率等產品特性大幅度增進,配合台灣廠商所引導的價格下跌,迅速打開可見光LED的市場。不可見光LED由於光通訊及手機等短距離通訊傳輸市場未見明顯的成長,間接影響發展空間。
LED的成長動力一直是眾所期待,隨著白光LED問世,發光效率逐年提升、演色性與色溫表現漸佳及價格降低,LED照明應用領域變得更為寬廣,從早期主要應用於訊號燈、指示燈,後來拓展至手機,如今更開始攻佔小尺寸面板的背光源,未來還有機會成為大尺寸面板和汽車頭燈的光源。此外,倘若白光LED發光效率與價格能與傳統發光元件相抗衡,取代傳統的照明光源,成為下一世代的主流照明技術,室內照明將進一步帶動LED市場的蓬勃發展。
圖2 LED應用產品市場比例
資料來源: TRI
就2007年甚至未來的數年而言,LED市場以手機、戶外看板、汽車照明及液晶螢幕的背光模組為主軸。在2006年以前,手機應用佔了近50%之比重,主宰了LED淡旺季的命運。隨著其他應用的崛起和整體LED產值的成長,手機的影響力慢慢下滑。維持比較穩定的比重的是交通號誌及汽車用LED,雖然比重變化不大,但其產值仍是隨整體LED產值成長而同步成長的。LED在戶外看板、背光源與車燈方面三大熱門應用將有最新局勢的發展。目前LED的發光效率雖未能達成照明市場所需,但運用創意思維,LED在輔助照明應用市場的商機仍是相當可期。
穩定中求成長的手機應用
佔LED產業舉足輕重角色的手機,自手機開始使用LED為按鍵背光源開始,便帶起來LED市場成長的趨勢,其原因乃在於手機出貨量之龐大,為消費型電子產品中少數可以達到上億支,甚至是數億支的規模,由圖3可以發現2006年預估之出貨量已接近10億支,而明年將可輕鬆達成,雖然成長率預估已下滑至個位數,但其10億餘支的出貨量仍是LED產業重要的應用市場。
圖3 手機出貨量與成長率
資料來源: 電子時報
由於對彩色螢幕手機的需求殷切,自2003年其下半年開始,手機市場已成為去LED市場的主要出貨對象,使得白光LED從2003年便累積了成長爆發力。以手機的種類來比較,使用在單色手機的LED數目是最少的,而使用在高階彩色照相手機的LED數目最多。平均來說,一台單色手機,來電指示燈為一 顆,螢幕背光源使用2至3顆紅色或黃色LED,至於按鍵背光源則需要6顆,所以加起來約要使用9至10顆LED。至於高階彩色摺疊式照相手機,來電指示燈為1顆,照相手機的閃光燈為3至4顆,螢幕背光源是使用4至6顆高亮度LED,按鍵背光源約6至10顆,加起來最多可使用19至20顆LED。
由於手機採用LED的比例已相當高,再加上全球手機普及率攀升,手機用LED市場已趨於飽和。展望未來,除了期望手機銷售量能夠持續成長外,高階機種的附加功能如LED閃光燈及LED影音氣氛燈可視為帶動此應用領域成長關鍵。
台灣LED廠經由量產、技術能力及品質良率的提升,在手機領域交出不錯的出貨成績。只不過,由於一直受到不論是藍光或是螢光粉專利權的限制,台廠想要切入手機面板背光源是十分困難的任務,因此只能屈身於按鍵背光源市場或低價手機市場,高階手機市場仍無法快速切入。另外,手機用光源市場龐大,吸引許多新型態光源與LED競爭此市場,如EL Keypad、白光OLED、氙氣閃光燈等,也是後續台灣LED業者需持續關注的技術發展趨勢。
中國國際型活動刺激戶外看板應用市場
以LED所具有的低耗電量、低維修率、高亮度、高解析度、且沒有固定格式顯示之限制,以及不會反射太陽光等特性,十分適合用於戶外各式顯示看板。美國拉斯維加斯超級亮度巨型廣告看板與豪華燦爛的夜景、台北101大樓跨年元旦的煙火秀與美麗華摩天輪,這些巨型光彩且動態顯示的看板,都是LED的傲人傑作,將夜空點綴地更加光彩奪目。
LED在看板上的應用不僅如此,使用在廣告看板上更是企業的最愛之一。 英國倫敦的可口可樂大樓裝設了高達32公尺寬6.6公尺長的超大型LED顯示看板;香港的匯豐銀行也大手筆換了LED新裝。LED的迷人魅力,讓企業開始愛不釋手。根據市場調查公司iSupply的統計資料顯示,近年來由於全球經濟景氣復甦,企業對於廣告費支出提升,使得LED看板的裝置規模呈現成長的發展趨勢,尤其在彩色顯示看板的裝置量有顯著的成長。
圖4 LED看板市場規模
資料來源: iSuppli
雖然距離2008北京奧運還有兩年,但卻是2007年支撐LED戶外看板應用市場的主力。隨著時間慢慢地來臨,北京此次標榜的「科技奧運」已陸陸續續架設具體的高科技設備。在北京市區重要街口、重要大樓外牆、機場、港口、車站、戶外空地與各運動場館外都開始廣設LED大型看板,以隨時同步播放奧運的精彩內容。接下來在2010年上海舉辦世界博覽會,將會為LED戶外看板帶來另一次大顯身手的契機與巨大的市場商機。即將爆發的市場規模,將不亞於台灣LED產業擅長的手機用LED領域,同時又能使LED廠商跨入高功率RGB全彩的LED新應用。
戶外看板所需晶粒品質要求遠較室內看板為高,而且用途不同,品質要求、技術門檻也跟著不同,包括色彩亮度、飽和度、穩定度都需有一定水準。不過可以確定的一點是,台灣LED產業勢必會開始重視中國LED戶外看板市場,也會開始朝向這一方面發展。
慢火細熬的汽車照明市場
車用LED市場蓬勃發展,根據市場研究資料顯示,光是全球車燈用LED市場便將從 2003年4億美金的規模,預估2008年將倍數成長到8億美元。除了LED的省電、耐震、壽命長等優勢符合車規的要求之外,色彩多變和體積小的特性,也是車廠青睞的主因之一。就產品應用範圍可區分為車內照明、車外照明兩大部分。汽車內部照明包括儀表板、空調、音響指示燈等局部照明用燈;汽車外部包括第三煞車燈、倒退燈、尾燈、方向燈、側燈等。以目前的技術,一輛車若全面替換LED照明,約需要200~300顆LED。再乘以每年約6,000萬輛新車銷售,光是從汽車市場的需求量就至少有120億顆。目前汽車使用LED比例仍偏低,以第三煞車燈及美觀用的裝飾燈採用比例較高,第三煞車燈約有70%已經採用高亮度LED,至於尾燈、方向燈也在2005年開始淘汰傳統燈泡,逐漸轉向採用高亮度 LED的趨勢,但這部份現階段採用比例約僅有5?6%,後續還有大幅成長空間。
表2 LED在汽車的應用
資料來源:作者整理
從過去到現在,全球各地已有不少廠商,包括汽車製造廠、LED廠、車用燈具廠等,都將LED頭燈列為下世代汽車前照明的主要發展光源。早在三年前,以KOITO、VALEO、AUDI、STANLEY等廠商為主的國際車用燈具大廠就已經開始著手研究車用LED頭燈,而且也都有白光LED頭燈雛形車款展示,不過還停留在展示概念車階段,真正達到商品化過程似乎還有一段長遠的路要走。
若以LED做為汽車頭燈,除了亮度問題外,最大的問題就是「散熱」。先天上LED就是屬於偏冷光源,在輸出/輸入的電源轉換過程中有近90%熱能必須要排除;還要考慮到臨近車燈的引擎所發散出來熱能,在兩者相加之下,其熱能超過200℃,已遠遠超過LED晶粒材料可負荷的溫度。此外,基於外觀設計造型和光學設計考量,引擎室空間過於狹窄,幾乎不可能在引擎室中再特別加裝風扇協助LED散熱。另一個阻礙LED頭燈發展的因素則是各國對LED頭燈至今尚未有一套明確的安全標準規範,最快也要等到2008年,歐盟的LED車燈安全規範才會出爐,其它國家或許才會陸續跟著引用。因此要使LED正式成為汽車使用的標準頭燈,除了LED技術還需要持續進步之外,尚待法規與測試標準的完善建立後,汽車LED頭燈才得已上路。不過,目前已傳出,預計2007年底上市的LEXUS汽車中最高等級車款LS-600型將採用LED頭燈,若屬實,這將會成為市場上第一個真正達到LED頭燈商品化的車型,因而受到眾多廠商關注。
繼頭燈之後,在汽車內善用不可見光的紅外線LED是產業下一個努力的目標。由於紅外線LED的發光功率比可見光來得大,所以紅外線LED可用來做通訊、感測、遙控及自動控制等。相較於可見光市場在LCD背光源與輔助照明市場的帶動下蓬勃發展,不可見光LED雖也走入日常生活當中,已經廣泛使用在家電產品的遙控器、感測器上,但欠缺殺手級應用,同時受限於這些產品的成長趨緩,使得整體不可見光LED的市場年成長率一直維持在10%以下而被廠商忽略。但在汽車應用方面,在物體偵測、防撞、智慧型運輸系統等的帶動下,預期紅外線LED將在此應用市場有2成以上的年成長率。此外,紅外線LED也可應用於DVD與汽車音響之間的短距離通訊、或是短距離區域網路的資訊傳輸。未來,若將可在汽車上實現的LED技術與產品全放在一輛車,約需用到900顆LED。
但是,因為汽車的嚴苛環境,導致車用LED品質要求較高、認證時間較長、進入障礙也高,所以市場難像消費性電子產品般可在短時間內迅速成長起飛。目前車用LED市場佔台灣業者營收尚未超過1成。不過,若是能改變策略嘗試進入汽車領域,不僅可創造出產品差異化的優勢,而且營收穩定性也較高。
LED背光源將慢慢拓展至不同液晶領域
隨著2006年手機用白光LED成長趨緩,LED產業一直試著跨入較大尺寸面板背光源的市場,擺脫以手機為唯一具規模的消費性電子市場的依賴,7吋面板背光源則是一塊試金石。7吋面板使用約21顆LED不等的數量,加上滲透率仍低,因此2006年對各廠商的營收挹注不大,2007年將有顯著的貢獻。不過,雖說7吋背光源LED才剛起步,但受到消費性電子產品的價格下滑速度之快的影響,7吋白光LED面板價格下殺嚴重,因此LED未來勢必走向更大尺寸平面顯示器的市場。
原本預估2006年下半年筆記型電腦應用LED面板需求將會啟動,但由於原油高漲,通膨壓力等因素導致消費者對高階機種的需求往後遞延。根據Display Search的資料顯示,目前筆記型電腦面板用冷陰極燈管光源與LED光源成本比較,約為1比1.3,兩者間成本距離已相當接近,在LED顆數量較少的產品,價格將不是這麼敏感。另外,筆記型電腦一般在使用上並不特別強調色彩表現或者畫面品質等問題,反而電池使用時間是否可以增長和輕薄短小是最重要的考量,因此LED的取代性相當高,2007年在TFT-LCD背光源最主要的商機將會是筆記型電腦。
另一方面,NB市場仍處高度成長之方向,2007年有挑戰上億台的機會。雖然以年出貨量來比較,NB遠遠落後手機,約是手機市場的十分之一,但若LED全面取代CCFL,則已可與手機面板背光源相抗衡了。一支手機面板背光源約使用4顆LED,但一台NB卻至少需要使用30至40顆LED,潛在需求量就至少有30億顆以上。換句話說,NB面板市場的使用量約略可比擬一個手機面板市場的使用量。而且目前的滲透率仍低且NB用LED的單價又高於手機用面板,因此其所將創造出的市場成長動力將會高出手機面板市場許多。
急欲跨入的大尺寸液晶電視背光源市場
2005年液晶電視在整體電視市場的佔有率已經首度超過一○%,未來三年將是成長最快速的時間,預估2008年市佔率將逼近50%,達到7,850萬台,2010年市場總量甚至有可能會到近1億台的水準。這快速成長又龐大的市場,無疑已成LED業者亟欲爭取的大餅。
以LED作為液晶螢幕背光源,擁有色彩飽和度高、薄型化、無汞等優點,且可配合TFT LCD的驅動方式作許多動態的控制,並補償TFT LCD的視角及反應速度等限制,是LED可以應用在筆記型電腦、液晶電視做為背光源的主因。
不過,雖然LED的性能表現優於CCFL,但由於成本太高,使其迄今在大尺寸液晶電視仍是無可著力之處。現在電視面板的技術仍在發展當中,成本的控制是廠商的獲利關鍵,隨著螢幕尺寸的增加,LED的顆數將以倍數成長,因此LED成本偏高的問題,在電視面板上就相當明顯。加上,根據Display Search的數據顯示,在全球廠商大動作擴產,以及LED崛起的壓力之下,2006年CCFL的降價速度相當驚人,第三季以來,平均價格就下滑了20%,其中電視用燈管價格從年初的2美元跌至1.5美元,提高了LED取代燈管的難度,讓LED背光源的替代效應再往後遞延。
然對LED最有利的情勢,應在於其無汞的特性。即便CCFL的含汞量已降低到2~3毫克,低於目前各區環保法規的標準。但在環保意識抬頭,及各國政府力推的情況下,這或許會是促使LED背光源需求成長的最大動力所在。
被忽視的裝飾燈及交通號誌應用
在產業一片關注於白光LED下,其實有一股強大的力道支撐著LED市場。因為與台灣所熟悉的產業領域不同,這一股力量常常被忽視。其實,只要會發光的東西,LED就有能力取代,像是早就在使用LED的裝飾燈或是在1992年就開始試用LED的交通號誌燈。由於這些產品有些是屬於公共工程標案,有些是屬於季節性商品,有些是傳統手工藝品,因此一直無法有一個明確數據可以證明這個市場到底有多大,但是可以肯定的是,不管是過去、現在還是未來,需求依然會源源不斷。這些已經出現在生活週遭的產品,雖然不起眼,可是因為是生活必需品或是長期累積下來的習慣用品,是很難被替換掉。
另一個生活必需品,但卻是LED產業渴望進入的領域,傳統照明應用。然而,現階段白光LED在發展上仍需克服亮度不足以及價格偏高等因素。亮度部份,目前白光LED 發光效率約在30?40lm/W上下,與螢光燈管發光效率仍有差距,室內照明需達到60lm/W以上,室外照明則要100 lm/W以上。價格部份,相較於日光燈每流明(lm)不到0.01 美元,目前白光LED每流明(lm) 1美元的成本仍明顯偏高。產業界普遍認為,10年之內,各方面條件應該會比較成熟,然後取代現有的傳統照明光源。
結論
從手機、汽車輔助照明、小尺寸液晶螢幕背光源,到現在的筆記型電腦面板背光源和戶外看板應用,LED產業可以說是自白光LED面市後的每一年都有著一個強而有利的應用領域帶動著整個產業的發展。整體而言,在新應用領域的不斷刺激下,未來全球LED市場產值仍具高成長趨勢,包括汽車照明、面板背光源以及室內照明等,將是未來主要成長動力來源,尤其是筆記型電腦的面板背光源與戶外看板將會是2007年的重頭戲。只要能夠繼續提升亮度、突顯使用特色、降低單價,將LED以生俱來的特性發揮至極,就能夠開創出照明設備新的局面。
過去幾年的產能擴張,造就台灣LED產業在全球市場的關鍵角色。但受限於日亞化(Nichia)的專利問題,在藍光LED發展方面多受牽制,所以只能拼命降價搶攻低階產品市場。幸運的是,這一窘境有慢慢改善的趨勢,目前台灣廠商光寶、億光、宏齊與雅新已取得Osram螢光粉授權,較可無慮銷售,但發光效率仍不及各國大廠。只有當國際大廠往更高階產品應用開發時,才有可能將上一世代產品的相關技術釋放出來給台廠,進行大量生產與降低成本,刺激該應用的市場成長。換句話說,只要持續有新的應用產生,台灣LED產業就會受到國際大廠的技術轉移而繼續蓬勃。