LED燈與傳統(tǒng)燈泡的戰(zhàn)爭全面爆發(fā)
LED市場發(fā)展與市場基礎(chǔ)大小有絕對影響,01年LED進(jìn)入手機(jī)市場,使得整體市場呈現(xiàn)出第一波高速增長,特別是高亮度LED市場在2001~2004年間實(shí)現(xiàn)了高達(dá)46%的年增長率。但在04年以后,隨著彩色屏幕手機(jī)的比例超過了80%,顯示器背光改用白光LED的速度減緩,再加上我國臺灣地區(qū)和韓國廠商還推出鍵盤用低價(jià)格LED,使LED價(jià)格出現(xiàn)顯著下滑。在缺乏新市場帶動,舊有市場基礎(chǔ)增長遲滯影響下,2005年后全球LED市場陷入低速增長態(tài)勢。
08年初全球能源價(jià)格高漲,具有節(jié)能優(yōu)勢LED成為大眾看好的明星產(chǎn)業(yè),陸續(xù)有新廠商跨足LED產(chǎn)業(yè)。產(chǎn)業(yè)內(nèi)廠商看好LED在照明市場與液晶顯示器背光源市場滲透率增長,持續(xù)擴(kuò)產(chǎn)。在市場一片樂觀情況下,08年第三季起受到全球金融海嘯影響,市場需求瞬間冷凍,除了照明等新興市場滲透率不如預(yù)期樂觀外,圣誕燈串、小尺寸顯示器背光源等既有市場也因消費(fèi)者購買能力下滑,呈現(xiàn)衰退現(xiàn)象。
由于需求減緩,難以消耗年初所擴(kuò)增產(chǎn)能,導(dǎo)致產(chǎn)品單價(jià)巨幅向下變動,整體市場景氣由繁榮轉(zhuǎn)為衰退,所幸上半年市場增長,抵銷部分下半年市場衰退負(fù)面影響,08年全球LED市場較2007年微幅增長3%,達(dá)67.6億美元。
產(chǎn)品結(jié)構(gòu)未有明顯變化,高亮度LED仍是主流產(chǎn)品。就個別產(chǎn)品項(xiàng)分析,2008年全球LED產(chǎn)品組合變化不大,高亮度LED仍然是主要產(chǎn)品類型,不過受到全球金融海嘯影響,導(dǎo)致消費(fèi)者消費(fèi)能力下降,一般亮度及不可見光(紅外光)LED市場與市場占有率呈現(xiàn)衰退。
四元化合物及GaN系化合物制成高亮度LED,在亮度、發(fā)光效率等產(chǎn)品特性持續(xù)增長,使其應(yīng)用領(lǐng)域持續(xù)擴(kuò)張。特別在中大尺寸LCD顯示器背光源市場,在NB及LCD-TV開始導(dǎo)入LED背光模塊帶動下,抵銷金融風(fēng)暴對市場需求減緩的沖擊,市場規(guī)模仍維持5%增長,市場占有率增長至72%。
過去數(shù)年來一般亮度LED,由于其單價(jià)低、產(chǎn)品可靠度高,在玩具、裝飾燈串等部分不需要高亮度應(yīng)用領(lǐng)域,仍具有相當(dāng)優(yōu)勢,產(chǎn)品單價(jià)也相當(dāng)穩(wěn)定。受到全球金融海嘯影響,消費(fèi)者對于此類產(chǎn)品需求減少,產(chǎn)品單價(jià)也呈現(xiàn)下滑現(xiàn)象,使得一般亮度LED市場規(guī)模較2007年衰退6%,市場占有率較2007年衰退1%,僅達(dá)15%。
受到手機(jī)市場衰退影響,以及在光學(xué)鼠標(biāo)市場有激光二極管互補(bǔ)產(chǎn)品推出,不可見光(紅外光)LED市場較07年衰退3%,市占率下滑至13%。
便攜式產(chǎn)品市場占有率止跌回穩(wěn)。就應(yīng)用市場分析,LED應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛,舉例而言,電子產(chǎn)品、家電產(chǎn)品、汽車、交通信號、廣告牌等需要點(diǎn)光源或面光源場合,都是LED應(yīng)用市場。早期LED由于發(fā)光亮度低,主要應(yīng)用于家電、電子產(chǎn)品或玩具等點(diǎn)光源應(yīng)用領(lǐng)域,自2000年后,隨著高亮度LED產(chǎn)品亮度與效率增進(jìn),便攜式產(chǎn)品(如手機(jī)、PDA、數(shù)碼相機(jī)等)大量使用作為產(chǎn)品屏幕或按鍵光源,配合便攜式產(chǎn)品市場增長,使得便攜式產(chǎn)品成為LED最大應(yīng)用市場。
07年在中國奧運(yùn)商機(jī)及經(jīng)濟(jì)增長帶動下,LED廣告牌市場呈現(xiàn)出歷年罕見的高度增長。進(jìn)入2008年后,由于相關(guān)奧運(yùn)場館已建設(shè)完成,被相關(guān)廠商所期待的衍生需求,也因全球經(jīng)濟(jì)景氣下滑,企業(yè)廣告支出大幅縮減,難以為繼,使得LED廣告牌市場占有率呈現(xiàn)下滑現(xiàn)象。
便攜式產(chǎn)品包括手機(jī)、PDA、DSC、NB等,其中又以手機(jī)市場規(guī)模最大,因此手機(jī)成為LED最大應(yīng)用單一品項(xiàng)市場。LED在手機(jī)光源市場飽和度高,再加上LED產(chǎn)品價(jià)格下滑,使得LED于手機(jī)每單位平均使用成本呈現(xiàn)逐年下滑趨勢,由2004年3.05美元,下滑至2008年1.25美元。市場飽和與單位使用成本下降,使得手機(jī)用LED市場萎縮,連帶使得便攜式產(chǎn)品用LED市場規(guī)模呈現(xiàn)出逐年下滑趨勢。
所幸08年LED開始普遍應(yīng)用在NB背光源中,由于平均單位使用量達(dá)40顆左右,產(chǎn)品單價(jià)也高,廠商積極布局,使得NB背光源市場快速增長,抵銷手機(jī)市場衰退負(fù)面影響,使得便攜式產(chǎn)品市場占有率止跌回穩(wěn)。
LED技術(shù)持續(xù)快速增長,支持產(chǎn)業(yè)增長就應(yīng)用角度分析,盡管LED發(fā)光效率已遠(yuǎn)超過白熾燈與鹵素燈泡,甚至超越大部分熒光燈源,但為了擴(kuò)張LED應(yīng)用領(lǐng)域,降低LED生產(chǎn)成本,LED亮度與發(fā)光效率提升仍是近年來LED技術(shù)發(fā)展重心。
01年標(biāo)準(zhǔn)型白光LED(20mA)發(fā)光效率僅25lm/W,至2009年初Nichia發(fā)表的白光LED,在20mA電流下,其發(fā)光效率可達(dá)249lm/W,為目前業(yè)界之最。高功率白光LED(350mA)發(fā)光效率也由2004年約30lm/W,截至2008年年底Cree發(fā)表161lm/W產(chǎn)品為業(yè)界之最。
LED發(fā)光效率除了影響到光通量輸出,以及耗能外,\"熱\"是另外一個重要關(guān)鍵,以目前普遍商品化LED發(fā)光效率分析,1W高功率LED發(fā)光效率約在70lm/W左右,其中有77%能量以熱的型態(tài)表現(xiàn)出來,僅有23%能量以光的型態(tài)表現(xiàn)出來,當(dāng)輸入功率愈高,產(chǎn)生的熱量愈多,因此需要更多的散熱組件,導(dǎo)致LED成本提高、可靠度降低,若能提高LED發(fā)光效率,LED散熱問題自然可以解決。
LED制程階段中,提升LED發(fā)光效率方法。提升LED發(fā)光效率,也就是提升LED組件外部可測量到光子數(shù)除以外部注入LED電子數(shù)間的比例。影響發(fā)光效率主要因素有內(nèi)部量子效率(InternalQuantumEfficiency)與光提取效率(LightExtractionEfficiency)提升。
內(nèi)部量子效率表示每秒從LED發(fā)光層發(fā)射出光子數(shù)除以每秒從外部注入電子數(shù)。簡單說,就是LED組件本身電光轉(zhuǎn)換效率,主要與組件本身特性如組件材料能帶、缺陷、雜質(zhì)及組件外延組成及結(jié)構(gòu)相關(guān)。
光提取效率是指LED內(nèi)部產(chǎn)生光子,在經(jīng)過組件本身吸收、折射、反射后實(shí)際上在組件外部可測量到光子數(shù)目。影響LED提取效率因素包括LED電特性(ELectricalEfficiency)、LED芯片取光效率(ExtractionEfficiency)、與LED封裝效率(PackagingEfficency)。目前LED受限于材料吸收及電流分布不均以及臨界角損失等因素,以致于發(fā)光層所發(fā)出光量,僅有少部分真正能從LED向外發(fā)出。換言之,縱使LED內(nèi)部量子效率極高,但是在LED外部所能真正接收到的光卻很少,因此LED取光效率提升仍有很大技術(shù)瓶頸待克服。