LED全球产业分析.docx

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LED全球产业分析

全球产业分析

期末报告

以我国LED产业为例

指导老师：

许素华老师

学生：

张志达

学号：

S9666020

索引

1.LED产品及消费市场简介

1.1LED的发展

1.2LED的沿革

1.3LED的原理

1.4LED灯的颜色如何决定

1.5LED如何发出白光

1.6LED的制程

1.7LED发光的特性

1.8覆晶封装技术

1.9供需关联

1.10技术专利

1.11相关法令

1.11.1国内法令

1.11.2欧盟法规

1.11.3其他国家

1.12相关优惠、奖励政策

1.13LED产业大记事

1.14LED产品应用

1.15高亮度白光LED趋势

1.15.1手持行动装置

1.15.2汽车

1.15.3交通号志

1.15.4大型广告牌、特殊光源

1.15.5LED照明、路灯

1.15.6平面显示器背光源

1.15.7大尺寸显示器背光源限制

2.国际市场动态

2.1全球产值变化趋势

2.2全球主要产品结构分布概况

2.3全球产值之市占率分布概况

2.4全球车用市场产值概况

3.国内市场情势

3.1整体产业概况

3.22007年国内LED产业变化

3.32007年国内LED产销概况

3.42007年国内LED进出口

4.厂商营运概况

4.1成本结构

4.2营运绩效

4.2.1我国LED厂商转投资中国市场营运概况

4.2.2我国LED业主要厂商营运概况

光磊、亿光、晶电、璨圆、宏齐

5.市场未来

5.1我国LED业产值预估

5.2全球LED业下游应用市场区隔预估

5.3我国LED海外产值预估

5.4LED背光源与CCFL光源之价差变化趋势

6.结论建议

7.参考文献

壹.LED产品及消费市场简介

1.1LED的发展

发光二极管（LightEmittingDiode；LED）是一种化合物半导体，由于是自体发光，用手触摸不会感觉热，寿命可达10万小时以上，具有低驱动电压、高寿命、安全和省电特性。

其所发出的可见光依颜色、亮度、波长等不同，可做为各种电子产品的光源与显示，如LED广告牌、电话背光源、第三煞车灯等。

早在1923年，德国学者罗塞夫（O．W．LOSSEW）将探针插在当时作检波器的碳化硅上，加上直流电压后观察到这种物质发光现象。

到了50年代，人们在对砷化镓的电光效应研究日益加深的基础上，又对磷化镓进行研究，认识到在某些半导体材料的pn结上加正向电压，使其pn结势垒下降后，n区的电子和p区的空穴分别越过势垒进入p区和n区，由于注入少数载流子在与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放，从而把电能直接转换成光能。

pn结加反向电压时，结势垒升高，少数载流子难以注入，故不发光。

这种利用所谓注入式电致发光原理制作的二极管就叫发光二极管，通称LED。

1950年代，以GaN为主要制造材料的蓝光LED率先于美国问世；可是它却经历了数十年才真正成为可量产的技术。

LED的发光颜色与发光效率和制作LED的材料及生产工艺有关。

1962年第一支红色LED问世，它是用磷砷镓混晶制作的，1969年利用磷化镓掺氮工艺制作出发绿光的LED，而能发蓝色光的LED却一直由于发光效率低和制作成本高而难以普及应用。

近来，由于蓝色LED在生产工艺上的突破，蓝色管的价格已大幅度下降，普及用三基色LED作显示屏已为期不远。

LED具有省电、轻巧、寿命长、高耐久性等特征，70年代开始商业化之后，便快速朝向高辉度、多色化以及高发光效率方向发展，80年代陆续出现GaAsP高辉度红光LED与AlGaAs绿光LED，90年代则有AlGaInP高辉度红光、橙色LED与GaInN蓝光、绿光LED被开发。

LED的用途从早期的警示、广告为主，逐渐转移到一般照明领域，尤其是高亮度蓝光LED的实用化后，使得白光LED照明光源的发展动向备受欧美日各国的重视。

随着高亮度LED的实用化，不论是由用途或是省能源的观点来看，低成本、高效率化、可靠性、高亮度的提升，将是LED未来发展的主要方向。

LED在1970年代，便开发出以磷化镓（GaP）、磷化砷镓（GaAsP）为材质的LED，波长在550nm以上，主要发光区域为红、黄、橘、绿等，即为一般所称之传统LED。

由于亮度偏低，因此应用市场以各种指示灯、数字显示灯等为主，为目前普遍被使用的发光材料。

1991年HP（后LED部门独立为今日的Lumileds）与东芝共同开发出以磷化铝镓铟（InGaAlP、AlGaAs）（即一般所称的四元LED）为材料的LED，由于是直接能隙的高效能光转换材料，其亮度较传统LED高出许多，属于高亮度LED，近年来开始被广泛大量使用，其中AlGaAs仍采用LPE技术，而AlGaInP则采MOCVD技术，四元LED因为组成元素的特性，因此发光波长只能得到红、黄、橘、绿光等，而蓝、紫光的发展仍未能商业化，因此使LED的全彩化梦想一直无法实现。

1993年日亚化学成功开发出以氮化镓铟（InGaN）为材质的LED，采用MOCVD的磊晶技术，制作出高亮度纯绿光及蓝光LED，成为全球第一个商业化的蓝、紫光LED产品，至此LED全彩化终于得以实现。

日本科学家中村修二（ShujiNakamura）教授可说是整个蓝光LED技术突破的主要推手。

中村博士于1990年代中就职于日亚化学工业时，带领其研发团队率先生产高亮度蓝光LED，继而以生产蓝宝石（Sapphire）基板为主要基板材料来制造蓝光。

这个突破不但影响整个照明事业之技术发展，紧接着台湾、中国大陆及南韩的GaNLED生产量更在2004年前成长超过3倍，成为全球蓝光LED主要生产区域。

台湾已成为全球以氮化镓（GaN）为主要制造材料的蓝光二极管（LED）制造大本营。

GaN不过才发明10年，现在已成为SSL（Solid-statelighting）建造的LED照明的重要组件。

1.2LED的沿革

（一）萌芽期：

1968～1990年

照明光源依照发光原理可分成热辐射灯、放电灯、电子光与雷射光四类，发光二极管（LED,LightEmittingDiode）即属于电子光之一种。

发光二极管自1968年美国Monsanto、HP公司相继推出GaAsP/GaAs红色LED商品后，发展迄今已有40余年。

1970年代起LED开始应用在指示灯之产品，1973年因石油危机之故，全球对于能源之消耗逐渐重视，而红色GaPLED因其寿命长、反应速率快、低耗电及耐震、操作温度范围大等优异性质获得重视，日本乃开始发展单晶成长、磊晶制备，并进入GaAsP、GaP可见光LED之市场，使LED亦开始广泛使用在家电、OA机器、汽车仪表及室内显示器等各类指示灯等各项产品。

1980年代，随着高亮度红色GaAlAsLED之推出，日本开拓了用于车站、高速公路之信息广告牌及户外广告广告牌、第三煞车灯等应用市场。

1990年后，业界更积极发展AlGaInP四元化合物红、橙、黄等色高亮度LED，以及ZnSe、SiC及GaN等蓝色LED、低制造成本的有机材料LED等开发。

（二）导入期：

1991～1999年

全球LED主要领导国―日本于1993年底研发出高亮度蓝光LED，而1995年亦开发出高亮度绿光，使得全彩化LED广告牌市场得以成长，而LED在交通号志的应用亦更上一层楼。

但是，日本于1992年国内经济泡沬化，使其LED产值呈现下滑趋势，相对而言，我国虽然在过去十多年来一直以技术层次较低之下游封装业为主，但自1995年以后我国在可见光LED产值已居全球第三位，仅次于日本、美国。

但在中游晶粒制造方面，由于大部分上游材料仍倚赖日本，故我国自1993年以后开始积极发展中上游之晶粒、芯片制造，并以AlGaInP四元化合物之高亮度磊芯片切入市场，使得本产业之产制技术逐渐提高，而竞争力亦大幅提升。

1996年日本日亚化（Nichia）开发出GaN蓝光LED，红蓝绿全彩化得以实现之后，继之而起的为白光LED的发展，我国白光LED产业自1999年中开始发展，首先量产的厂商是亿光电子，而台湾光宝电子、今台电子、琭旦电子等均有白光LED的产品，但受限于日本Nichia专利的问题，国内LED封装厂商大都采Cree的蓝光LED晶粒，但亮度仍不及Nichia产品。

而由于2000年1月Nichia对Cree提出侵权控诉之后，蓝光LED的晶粒就更加难以取得。

（三）成长期：

2000～2004年

1999年我国LED产业跌到谷底，2000年LED产业景气复苏，各公司纷纷调涨产品单价，其中以中下游厂商特别明显。

上游厂商纷纷将主力移到无线手机功率放大器所需之砷化镓（GaAs）磊芯片上，上下游厂商则积极进行策略联盟，如国联于2000年4月购入光宝传统LEDChip部门，以增加量产规模，此外，我国LED中下游厂商因为投入市场时间较久，制造技术与量产皆具规模，因此多朝向SMD、高亮度、红外光等高单价高毛利发展。

2001年3月日本ToyotaGosei与东芝合作开发出，采用380nm紫外光LED晶粒与红、蓝、绿荧光粉产生的白光LEDLamp，并在同年11月推出晶粒面积3mm2在20mA可发出40mcd的高亮度白光LEDLamp。

此外，以SiC为基板的GaN发光组件在避开Nichia专利及Cree技术一直有所突破的情况下，德国欧斯朗（Osram）也宣布开发出蓝光LED产品。

而我国LED厂商对GaN蓝、绿光LED磊芯片及晶粒也纷纷申请台湾、日本、德国、丹麦等国之专利。

2002年则在蓝光手机大量出货下，打开了台湾蓝光LED正式外销的通路，带动台湾大多数LED厂商的营运出现高倍数成长，如亿光2002年获利成长9.68倍，璨圆成长3.88倍，宏齐成长1.13倍，而晶电则由亏损转为获利4.18亿元。

（四）快速成长期：

2005年～迄今

2003年上半年虽面临SARS及美伊战争等因素，致使LED景气出现下滑情形，不过下半年起，随着全球景气逐渐复苏，加上彩色手机取代黑白手机之效应大幅发酵，对LED需求大幅成长，而我国亦在德国欧司朗（Osram）的积极开放授权下，亿光首先在2003年10月取得Osram的白光LED专利授权，而光宝亦在2004年1月继之取得Osram专利授权，宏齐及雅新则继之在2004年11月及2005年9月取得Osram授权，今台电子则于2006年2月取得Intermatix之荧光粉专利授权，自此我国LED的发展将可望逐渐摆脱日亚化的干扰。

此外，在应用市场发展方面，LED的应用亦逐年扩充，从手机、车灯、交通号志及户外广告广告牌等，因此带动我国LED产值逐年成长，并维持两成以上的高成长率，不过2005年在既有的手机等应用市场逐渐饱和，但NB背光源等新应用市场，却无法持续扩展下，LED产值年增率大幅降至5%以下，呈现大幅趋缓现象，所幸2006年起，在汽车车灯、7吋以下背光源等产品使用LED比重开始增多，2007年更逐步扩大到数字相框等7吋背光源、路灯等户外照明以及NB背光源等市场，故带动恢复成长动能，并逐年大幅攀升，显示LED产业在2005年起已开始步入快速成长阶段。

不过上游原物料蓝宝石基板及荧光粉自足供应的不足，将成为我国LED业发展的潜在风险。

而近年来我国LED厂商亦积极透过合并或策略联盟方式，以扩充市场规模经济，并进一步与国际大厂竞争，如元砷及联诠已在2005年8月1日进行合并，而晶电与国联亦在2005年12月30日进行合并，并进一步在2007年3月与元砷及连勇，完成三合一合并，带动晶电成为全球最大四元LED晶粒及第四大蓝光LED晶粒供货商，并已成为台湾独大的LED晶粒厂。

而由于LED与太阳能可进行整合，因此近年来我国LED业相继跨入太阳能光电业的发展，2007年以前多以下游的太阳能电池系统与模块发展为主，包括鼎元、立碁电及李洲等，不过2007年起，我国LED大厂亿光及晶电则开始跨入中上游的多晶硅及太阳能电池等产业发展，如亿光于2007年8月宣布与李长荣化工合资百亿元共组福聚太阳能公司，积极投入多晶硅市场布局，晶电亦于2007年9月宣布投入高效率聚光型太阳能电池领域，显示两者的整合发展亦将成为LED业的未来潜在市场之一，值得持续观察。

1.3LED的原理

发光二极管（LightEmittingDiode,LED）在1950年代末于实验室发展出来，1968年HP开始商业化量产，早期只有单调的暗红色电子产品指示灯（Lamp），1992年Nichia突破蓝光LED技术障碍后，逐渐衍生出多重色彩，亮度也大幅提高，并以显示器（Display）、表面黏着型（SMD等各种封装型态深入生活中各个层面。

LED是利用电能直接转化为光能的原理，在半导体内正负极2个端子施加电压，当电流通过，使电子与电洞相结合时，剩余能量便以光的形式释放，依其使用的材料的不同，其能阶高低使光子能量产生不同波长的光，人眼所能接受到各种颜色的光，其波长介于400-780nm，在此区间之外则为不可见光，包括红外光及紫外光（UV）。

半导体材料可区分为二类:

元素半导体与化合物半导体等二类。

化合物半导体，由字面上意思可知此材料内含两种或两种以上的元素。

也就是两种或两种以上的元素所组成的具有半导体特性之化合物，称之为化合物半导体材料。

二元化合物中最重要的是砷化镓（GaAs），其次是磷化铟（InP），另外化合物氮化镓（GaN）等。

三元化合物就有砷化铝镓（AlGaAs）、氮化铟镓（InGaN）等。

四元化合物就有磷砷化铟镓（InGaAsP）、磷砷化铝铟（AlGaAsP）等。

多数LED被称为Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体，是由Ⅴ族元素（氮N、磷P、砷As等）与Ⅲ族元素（铝Al、镓Ga、铟In等）结合而成，以与IC半导体所使用之硅（Si）等Ⅳ族元素区别。

传统液相磊晶法（LiquidPhaseEpitaxy,LPE）与气相磊晶法（VaporPhaseEpitaxy,VPE），以磷化镓（GaP）或砷化镓（GaAs）为基板，用于生产中低亮度LED及红外光IrDa晶粒，其亮度在1烛光（1000mcd）以下。

有机金属气相磊晶法（MetalOrganicVaporEpitaxy,MOCVD）用于生产高亮度LED，其亮度约在6000-8000mcd。

以AlGaInP四种元素为发光层材料在砷化镓基板上磊晶者，发出红、橙、黄光之琥珀色系，通称为四元LED；以GaN为材料所生产的蓝、绿光LED，则称为氮化物LED，一般以蓝宝石（Sapphire）为基板，美国大厂CREE则发展出以碳化硅（SiC）为基板的制程。

1.4LED灯的颜色如何决定

LED灯会因为二极晶圆制造过程中所添加的金属元素不同，成分比例不同，而发出不同波长的光，以波长在470发蓝光，530发绿光，570发黄光，630发红光，其中又以蓝光及绿光价格较高，因为蓝绿光的特殊金属在晶圆磊晶需成长在蓝宝石上，故每颗蓝绿光LED芯片都是由蓝宝石制成的。

1.5LED如何发出白光

1.日亚化专利：

以蓝光LED照射YGA黄色荧光粉，将荧光粉激发而发出白光，此方式会倍增原本的亮度，发出高亮度的白光。

2.避开日亚化专利：

以绿光照射红色荧光粉或是红光照射绿色荧光粉而发出白光，但亮度远小于日亚专利。

3.也有厂商使用红蓝绿三种LED混色发出白光但成本相对提高需多，市场接受度不高。

4.未来会使用紫外光的LED（验钞灯）激发荧光粉来得到白光，其原理与日光灯以高压电极使汞蒸气发出紫外光照射灯管壁的荧光粉再激发产生白光原理相同，但目前此方式还未普及。

在技术方面白光LED目前主要分为2种发光方式：

目前主要的商品化作法是日亚化（Nichia）以460nm波长的InGaN蓝光晶粒涂上一层YAG荧光物质，利用蓝光LED照射此一荧光物质以产生与蓝光互补的555nm波长黄光，再利用透镜原理将互补的黄光、蓝光予以混合，便可得出内眼所需的白光。

第二种是日本住友电工亦开发出以ZnSe为材料的白光LED，不过发光效率较差，但由于目前白光LED市场热络，仍呈现供不应求现象。

此外HP、Siemens、CreeResearch、EMCORE是其他几家生产高亮度LED的代表性厂商，对白光LED的开发也颇积极。

显然白光LED开发基础在蓝光技术，目前蓝光LED技术以日亚化学领先，且有众多的专利权，台湾厂商虽积极发展，但目前不易突破。

现在全球的白光LED95%都是使用荧光粉加蓝光芯片所组成的（NICHIA的专利）。

LED只能发出蓝绿黄红四种颜色，如果要发出白光需要用互补原理产生白光，目前白光的（YGA荧光粉）制造专利被日本（日亚化）绑住，如要制造白光就要缴交权利金。

蓝光+荧光粉

紫外光LED

RGB多晶型

其它

方法

InGaN/YAG荧光粉

InGaN/RGB荧光粉

蓝（InGaN）+绿光+红光

蓝宝石为基板,ZnSe为材料,发出白光

原理

以蓝光激发荧光粉

以紫外光激发三原色荧光粉

三原色成一组

用蓝光与其它色混成白光

限制

专利权与色偏

专利权,易变暗

成本较高

专利权

1.6LED的制程

机台简介：

使用磊晶材料的不同可分为四元及氮化物，在机台设备方面，全球主要设备商包含Axtron、Thomas-swan、Veeco。

目前最新LED生产机台，一次制程分别可生产42个、20个2”磊晶，皆为MOCVD法（机台不共享）。

.twn泰谷光电

1.上游主要为单芯片与磊芯片。

LED发光颜色与亮度由磊晶材料决定，且磊晶占LED制造成本70%左右，对LED产业极为重要。

上游磊晶制程顺序为：

单芯片（III-V族基板）、结构设计、结晶成长、材料特性/厚度测量，目前多用MOCVD制程。

2.中游就是将这些芯片加以切割，形成为上万个晶粒。

依照芯片的大小，可以切割为二万到四万个晶粒。

晶粒制程顺序为：

磊芯片、金属膜蒸镀、光罩、蚀刻、热处理、切割、崩裂、测量。

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3.下游主要是晶粒封装，将晶粒黏于导线架，将晶粒封装成各类型LED，目前封装后产品的类型有Lamp、集束型、数字显示、点矩阵型与表面黏着型（SMD）下游封装顺序为：

晶粒、固晶、黏着、打线、树脂封装、长烤、镀锡、剪脚、测试。

1.7LED发光的特性

LED是属于冷光发光，不同于钨丝灯泡的热发光，只要在LED组件两端通入极小电流便可发光。

LED因其使用的材料不同，其内电子、电洞所占的能量也有所不同，能量的高低差影响结合后光子的能量而产生不同波长的光，也就是不同颜色的光，LED若依照其发光的特性区分为可见光与不可见光两大类。

可见光包括传统LED、高亮度磷化铝镓铟的红、橙、黄光LED以及氮化铟镓的蓝、绿光LED以及白光LED，可见光LED部分，依亮度的的不同可应用于计算机与周边以及家电用品的指示灯、手机用按键光源与面板背光源、室内外显示广告牌、交通号志灯、汽车尾灯、方向灯与第三煞车灯、照明与辅助照明等，应用层面相当广泛。

在不可见光LED（波长850至1550nm）方面，短波长红外光可作为红外线无线通信使用，主要是应用于收发模块如遥控器与无线传输IrDA模块、以及续断器（Interrupter）、光连接器（photolink）、光耦合器（photocoupler）、光纤传输模块等，至于长波长红外光则使用在中短距离光纤通讯。

紫外光LED（UVLED）除用于杀菌灯之外，主要用于照明的部分仍在研发的阶段，至今仍未商业化。

LED之特性与目前面临的障碍

LED特性

应用市场

考虑重点

问题症结

指向性的光

局部照明灯具

省电、不需反射板、高效率灯具

价格高、

无高瓦数产品

回路设计

特殊用途配光灯具

灯泡数量、颜色、投射角度

价格高

发热量少

天井照明

空调效率增加

光通量需足够

价格高

长寿命

难以维修地点

节省维修

LED信赖性无标准LED与照明间之技术交流

重量轻

移动工具所需之灯具

重量减低、运转效率提高

与其他产业间技术交流不足

体积小

与家俱、建筑设计合为一体

与其他产业间技术交流不足

低温特性强

寒带地区、冷冻库之灯具

与特殊区域技术交流不足

干扰少

医疗仪器搭配之灯具

数据源：

2005照明季刊秋季版、PIDA、台经院产经数据库整理，2006年5月

1.8覆晶封装技术

FlipChip结构系将传统的组件反置，并将p型电极上方制作反射率较高的反射层，藉以将原先从组件上方发出的光线从组件其他的发光角度导出，而由蓝宝石基板端缘取光，此方法因为降低在电极侧的光损耗，会有接近传统封装方式两倍左右的光量输出，此外，因为覆晶结构可直接藉由电极或凸块与封装结构中的散热结构直接接触，大幅提升组件的散热效果，进一步提升组件的光量。

数据源：

新电子科技杂志，2004年5月。

1.9供需关联

上游供给产业

产业代码

产业名称

说明

C1711

基本化学工业制造业

提供LED荧光粉制造所需之氮气等各类化学元素制造原料。

C1790

其他化学材料制造业

提供LED晶粒制造所需之硅、砷、镓、磷等各类化学元素制造原料。

C2109

其他塑料制品制造业

提供LED生产所需之其他塑料制品。

C2548

电子及半导体生产设备制造修配业

提供LED生产时所需之生产设备。

C3010

精密仪器制造业

提供LED封装时所需测试仪器。

注：

本表所指之产业代码为该产业于台湾经济研究院产经数据库所属之产业代码。

下游需求产业

产业代码

产业名称

说明

C2613

计算机接口设备制造业

提供光源及指示型LED应用于计算机接口设备

C2614

计算机组件业

提供光源及指示型LED应用于计算机组件设备

C2621

有线通信机械器材制造业

提供LED应用于电话按键之背光源

C2622

无线通信机械器材制造业

提供LED应用于电话按键之背光源

C2631

电视机、录放机制造业

提供LED应用于电视机部分产品之背光源

C2639

其他视听电子产品制造业

提供LED应用于大型电子广告牌

C27922

显示器面板

提供LED应用于LCD部分产品之背光源

C2831

电灯泡及灯管制造业

高亮度、寿命长之LED可应用于灯泡光源产品

C2931

汽车制造业

提供LED应用于汽车内外车灯之背光源

IND31

休闲旅游业

提供LED应用于招牌及显示设备

E3801

一般土木工程业

提供LED应用于运动场、停车场及游泳池等户外照明

E4200

其他营造业

提供LED应用于公路号志

注：

本表所指之产业代码为该产业于台湾经济研究院产经数据库所属之产业代码。

发光二极管制造业上中下游产业结构一般可区分为上游发光二极管磊芯片制造，中游发光二极管晶粒制造以及下游发光二极管等三大部分。

目前我国LED上游芯片厂商大部分亦均有生产中游的晶粒，且在技术逐渐发展下，我国LED发展重心亦逐渐由下游LED封装转为中上游的磊晶/晶粒制造，不过目前下游LED封装厂商数目仍多于中上游厂商，有关我国LED上下游厂商结构如图所示。

发光二极管上、中、下游产业关联表

数据源：

工研院IEK-ITIS计划，2005年3月。

1.10技术专利

产业专利细分为：

晶粒、磷粉与封装制程。

关于全球LED产业专利交互授权或合作的剖析，在这里面主要集团还是以日亚化学