2007年可以說是高亮度LED元年。在這一年里，LED將進(jìn)入40吋級液晶電視市場，并在各種照明、戶外建筑及手機(jī)背光源等領(lǐng)域普及。其中，中國LED生產(chǎn)在2007年增長30%，LED商業(yè)照明市場將在這一年起飛。

1、LED技術(shù)

LED是繼1950年代硅(Si)半導(dǎo)體技術(shù)后，由三五族(III-V族)化合物半導(dǎo)體發(fā)展的半導(dǎo)體器件。LED的發(fā)光原理是利用半導(dǎo)體中的電子和空穴結(jié)合而發(fā)出光子，不同于燈泡需要在3000度以上的高溫下操作，也不必像日光燈需使用高電壓激發(fā)電子束，LED和一般的電子元件相同，只需要2-4V的電壓，在常溫下就可以正常動作，因此其壽命也比傳統(tǒng)光源來得更長。

LED所發(fā)出的顏色，主要是取決于電子與空穴結(jié)合所釋放出來的能量高低，也就是由所用的半導(dǎo)體材料的能隙所決定。同一種材料的波長都很接近，因此每一顆LED的光色都很純正，與傳統(tǒng)光源都混有多種顏色相比，LED可說是一種數(shù)字化的光源。

LED晶片大小可以因用途而隨意切割，常用的大小為0.3-1.0mm左右，跟傳統(tǒng)的燈泡或日光燈相比，體積相對小得多。為了使用方便，LED通常都使用樹脂包裝，做成5mm左右的各種形狀，十分堅(jiān)固耐震。

LED的制作過程與制作硅晶圓IC很相似，首先使用化學(xué)周期表中超高純度的III族元素——鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)，以及V族元素——氮(N)、磷(P)、砷(As)為材料，在高溫下反應(yīng)成為化合物，經(jīng)過單晶生長技術(shù)，制成單晶棒，經(jīng)過切割、研磨、拋光成為晶片，再將其作為基板(substrate)，使用磊晶技術(shù)將發(fā)光材料生長在基板上，制成的磊晶片經(jīng)過半導(dǎo)體鍍金和蝕刻工藝后，通過細(xì)切加工成LED晶粒。

值得注意的是，除了大家常見的可見光外，LED還有不可見光，如“紫外光”與“紅外光”等，例如電視遙控器就是一種紅外光應(yīng)用，其波長約為900nm，而紫外光則因?yàn)榫哂袣⒕δ�，所以被廣泛應(yīng)用在醫(yī)療用途上。

(1)提高發(fā)光強(qiáng)度及發(fā)光效率

作為指示燈方面的應(yīng)用，有幾個(gè)mcd的發(fā)光強(qiáng)度也可以了，但由LED組成的數(shù)碼管或字符管則顯得亮度不足，若要用于戶外作信號或標(biāo)志顯示，則其亮度太低，不能滿足使用的要求。所以LED的主要發(fā)展方向是提高發(fā)光強(qiáng)度(也就是一般所指的提高亮度)。隨著半導(dǎo)體材料及半導(dǎo)體工藝技術(shù)、設(shè)備的發(fā)展，LED的亮度不斷提高，開發(fā)出高亮度及超高亮度LED，并且不斷創(chuàng)造新記錄。

LED另一個(gè)重要性能指標(biāo)是發(fā)光效率η，用lm/W來表達(dá)。30多年來，LED的發(fā)光效率提高了250倍以上。1970-1990年LED發(fā)光效率提高較慢，1990-2005年則提高較快。例如，Cree公司生產(chǎn)的1W白光LED XL7090WHT，其發(fā)光效率可達(dá)60lm/W。

LED的發(fā)光強(qiáng)度及發(fā)光效率的提高主要取決于采用的半導(dǎo)體材料及其工藝技術(shù)的發(fā)展。早期的LED主要用GaAs、GaP(二元素半導(dǎo)體材料)和GaAsP(三元素半導(dǎo)體材料)，1994年左右采用AlInGaP(四元素半導(dǎo)體材料)后，其發(fā)光強(qiáng)度及發(fā)光效率有很大的提高。另外，在工藝技術(shù)上采用在GaAs襯底上用AlInGaP材料生產(chǎn)的紅光、黃光LED及在SiC襯底上用InGaN材料生產(chǎn)的綠光、藍(lán)光LED，在發(fā)光強(qiáng)度及發(fā)光效率上有較大的改進(jìn)。

(2)提高LED功率

LED的發(fā)光強(qiáng)度與正向電流IF幾乎成線性關(guān)系，即增加正向電流IF可增加發(fā)光強(qiáng)度。但LED有一個(gè)最大功耗PD值的限制，PD=VF×IF(VF為正向壓降)，若過大地增加IF而使PD超過最大值時(shí)，LED會過熱而損壞。為了要提高發(fā)光強(qiáng)度，開發(fā)出中功率LED(一般為幾百mW)，其工作電流也提高到70mA。近年來，為進(jìn)一步提高發(fā)光強(qiáng)度，開發(fā)出大功率LED，其功率一般為1-10W(有一些還大于10W)。它的工作電流一般為350-700mA，有些可達(dá)1A以上。

雖然說小功率LED與大功率LED的發(fā)光效率是差不多的，但LUMILEDS公司的研究表明，大功率白光LED比Φ5白光LED的壽命更長。另外，采用很多小功率白光LED組成的燈泡可靠性也差一些，燈泡體積也較大。例如，用1W白光LED做成燈具，其尺寸為50.8×50.8×7.1mm，而采用Φ5白光LED來做，其體積則要大得多。但目前大功率LED投產(chǎn)時(shí)間不長，價(jià)位較高，所以目前大部分LED燈泡仍是用小功率LED做的。

（3）白光LED時(shí)代的來臨

白光LED是LED家族中最后一個(gè)問世的，它的誕生是LED生產(chǎn)中一個(gè)重要的突破，它將成為新的照明光源。白光是復(fù)合光，可以用紅、綠、藍(lán)(R、G、B)三基色LED混合成白光。1995年前后生產(chǎn)的一種集成LED白光燈(或稱全色LED燈)由2個(gè)高亮度藍(lán)光LED、15個(gè)綠光LED及5個(gè)紅光LED組成。這種白光LED燈尺寸大、白光純度不高、發(fā)光效率也不高。但這種三基色燈用單片機(jī)來控制可發(fā)出七色光及白光的變色燈，可用于娛樂場所，增加節(jié)日氣氛。另外，采用RGB三種管芯組成的RGB LED常用于手機(jī)的變色背光。

在上世紀(jì)末，可能受熒光燈的啟發(fā)，人們在高亮度藍(lán)光LED管芯上加一層熒光粉，用藍(lán)光激發(fā)熒光粉發(fā)出白光的白光LED。采用不同的熒光粉，可發(fā)出冷白光(色溫為4500-10000K)及暖白光(色溫為2850-3800K)的白光LED。目前，白光LED的發(fā)光效率大都已超過30lm/W，某些產(chǎn)品已超過50lm/W的水平，它給用于照明的LED燈泡創(chuàng)造良好的條件。

在2005年，業(yè)界開發(fā)成功了無熒光粉、Φ5透明樹脂封裝的白光LED。該白光LED采用藍(lán)寶石(Al2O3)為襯底，采用InGaN工藝技術(shù)制成。在IF為20mA時(shí)，發(fā)光強(qiáng)度為700-1200mcd，為LED的普及應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

2、市場趨勢

（1）中國將成為LED產(chǎn)業(yè)基地之一

2003年6月，中國半導(dǎo)體照明工程協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組的成立標(biāo)志國家半導(dǎo)體照明工程開始啟動。隨著更多制造商提高它們的生產(chǎn)力來滿足不斷增長的需求，預(yù)計(jì)中國LED生產(chǎn)在2007年增長30%，主要需求包括城市照明、交通燈、背光、室內(nèi)外照明裝飾、彩色大屏幕顯示屏、汽車燈和手機(jī)等。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國大陸大約600家LED制造商。目前，本地LED制造商更多是專注于高端LED產(chǎn)品，比如高亮度LED，白光LED，高功率LED，紅外LED和芯片LED。2006年，中國大陸LED輸出預(yù)計(jì)達(dá)到350億個(gè)單位，比2005年上升50億個(gè)單位。高亮度LED技術(shù)的快速提高增加了LED在近期作為普通照明光源的可能性。中國大陸的LED領(lǐng)域已經(jīng)取得很多產(chǎn)品技術(shù)突破。比如，高亮度LED芯片的功率提高，達(dá)到180mW，而白光LED已經(jīng)達(dá)到60流明每瓦。標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)光芯片已經(jīng)從2003年3mW-4mW變到6mW-8mW等。

2006年中國高亮度芯片產(chǎn)量比2005年增長了1倍左右，廈門三安，大連路美是高亮度芯片的主要生產(chǎn)企業(yè)。看好國內(nèi)LED的潛在市場，外資企業(yè)也紛紛進(jìn)入中國設(shè)廠，并已經(jīng)從早期的以封裝廠為主轉(zhuǎn)向技術(shù)含量更高的芯片環(huán)節(jié)。未來幾年，中國將成為繼日本、臺灣之后另一個(gè)LED產(chǎn)業(yè)基地。

（2）LED將進(jìn)入40等級液晶電視市場

LED被視為大尺寸液晶電視的主要背光源應(yīng)用之一，且由于LED的色彩飽和度迫近100%，優(yōu)于CCFL的表現(xiàn)，因此即使目前LED應(yīng)用在大尺寸液晶電視的成本，高于CCFL甚多，但在LED具有高色彩飽和、無汞等特點(diǎn)之下，市場對LED在大尺寸背光源的應(yīng)用依然寄予厚望。
 
液晶電視年需求近4,200萬臺的規(guī)模，且預(yù)估2010年市場總量可成長到近1億臺的水準(zhǔn)。根據(jù)Insight Media的調(diào)查指出，LED在40至44吋液晶電視背光源的應(yīng)用，到2007年才會出現(xiàn)，預(yù)計(jì)初期以LED出貨的背光模組只有20萬片，CCFL仍為主要應(yīng)用，出貨量達(dá)430萬片。不過，到2010年時(shí)，LED應(yīng)用在背光模組占比例將會超過一半，達(dá)1,150萬片。以32吋的液晶電視為例，若用低功率、由RGB所組成的白光LED需要用到180顆，但若改以高功率、由RGB所組成的白光晶粒，只需用到135顆，前者具有價(jià)格較低、后者則有品質(zhì)穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。因此，未來LED產(chǎn)業(yè)本身也必須經(jīng)過一番競爭。

此外，CCFL的技術(shù)不斷精進(jìn)．即便LED在大尺寸液晶螢?zāi)槐彻庠吹膽?yīng)用看似機(jī)會龐大，但是否真能蓬勃發(fā)展，尚無確切的答案。主因在于CCFL的色彩飽和度已可達(dá)90%以上，同時(shí)發(fā)熱量低于LED，加上短期內(nèi)LED價(jià)格欲趕上CCFL不易，因此LED當(dāng)成大尺寸螢?zāi)槐彻庠淳烤箷卸啻蟮氖袌�，目前并無定論。

DisplaySearch指出，當(dāng)色彩飽和度達(dá)9成以上后，人體的視覺泰半對此已經(jīng)無法判別。不過也由于CCFL提高色彩飽和度，主要透過改善對螢光粉的激發(fā)亮度而來，如此也恐讓CCFL的壽命由原有的平均6萬小時(shí)減少約15%左右，因此后續(xù)CCFL與LED的競爭態(tài)勢究竟如何，確實(shí)仍需留意。

然對LED最有利的情勢，應(yīng)仍在于其無汞的特性。即便CCFL的含汞量已降低到2～3毫克，低于目前各區(qū)環(huán)保法規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)，但在環(huán)保意識抬頭，及各國政府力推的情況下，業(yè)者也認(rèn)為，恐是促使LED背光需求成長的最大動力所在。

3、LED市場的主要?jiǎng)恿Γ焊吡炼萀ED

一般來說，高亮度LED是指以四元化合物及GaN系化合物所制成的LED，一般亮度LED是指以GaN系以外二元化合物及三元化合物所制成的LED。自1968年惠普公司(Hewlett-Packard)開發(fā)出全球第一顆商用LED，隨著材料與制程的改進(jìn)，使得LED產(chǎn)品特性有達(dá)大幅度的提升。

根據(jù)Haitz定律，LED的亮度大致以每18~24個(gè)月提升一倍的軌跡在成長。在亮度提高的同時(shí)，產(chǎn)品單價(jià)以每十年下降到只有原來1/10的趨勢下降。

（1）高亮度LED產(chǎn)業(yè)格局

在LED產(chǎn)品價(jià)值大幅提升下，近年來高亮度LED的應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，除用于戶外各種顯在應(yīng)用市場持續(xù)成長示器及交通信號燈外，在汽車用光源、可攜式產(chǎn)品LCD顯示器背光源方面也表現(xiàn)卓著。在廠商的競爭態(tài)勢上，全球主要的供應(yīng)上仍以日本日亞化學(xué)、日本豐田合成、美國Lumileds、歐洲Osram等廠商為首，但以臺灣為首的亞洲新興廠商，憑借著本身的成本管控能力，以及韓國在手機(jī)市場的市占率，以低單價(jià)逐漸侵蝕領(lǐng)先廠商的市場。

雖然高亮度LED所代表的半導(dǎo)體照明技術(shù)，具有前述的產(chǎn)品特性優(yōu)勢，不過由于其成本高，在一般照明領(lǐng)域的應(yīng)用，仍有相當(dāng)大的限制。在手電筒、探照燈、野外燈、閃光燈、水下攝影燈、醫(yī)療儀器照明燈、建筑物等重點(diǎn)照明應(yīng)用上，高亮度LED正迅速逐漸侵蝕1~2W小型電球市場。在此一市場應(yīng)用，主要是運(yùn)用Cluster生產(chǎn)技術(shù)，將單顆或多顆高亮度LED封裝成傳統(tǒng)燈泡或特定形式的集合發(fā)光體，可直接應(yīng)用在現(xiàn)有照明器具或特定之照明用途，搭配光學(xué)鏡面可以達(dá)到聚/散光之需求。

整體而言，受限于產(chǎn)品單價(jià)，在未來幾年內(nèi)，高亮度LED在照明市場的應(yīng)用仍然不易擺脫基礎(chǔ)產(chǎn)品的發(fā)展型態(tài)。不過，在高亮度LED所具有的節(jié)能、體積小、易維護(hù)等產(chǎn)品特性及廠商積極投入的影響下，估計(jì)2008年高亮度LED于照明市場規(guī)模達(dá)7億美元以上，年復(fù)合成長率高達(dá)55%，相對于整體照明市場的市場占有率將可達(dá)5%左右。

（2）車外光源市場將成為高亮度LED于汽車市場成長動力

汽車用照明光源種類相當(dāng)繁多，平均每臺汽車使用60顆光源，依光源應(yīng)用區(qū)域可分為車內(nèi)照明與車外照明，車外用光源主要包括在夜間或不良視線的天氣環(huán)境下起照明作用的汽車前車燈(Headlight)、霧燈(Fog light)等，以及作為信號燈用的剎車燈(Stop light)、方向燈(Turn light)、車尾燈(Taillight)、牌照燈、裝飾燈、狀態(tài)燈及第三剎車燈等。

早在1997年左右，高亮度LED就已應(yīng)用車用光源中，作為汽車儀表板指示燈，近來其應(yīng)用領(lǐng)域以進(jìn)一步由儀表板背光源及電裝產(chǎn)品(如Switch indictors、Car radio indictors、Climate control indictors) 指示燈用途，擴(kuò)展到車內(nèi)照明使用，如閱讀燈(Vanity light)、車門燈(Door light)、車內(nèi)圓頂燈(Dome light)。

在車外光源的應(yīng)用上，第三剎車燈為最常見使用高亮度LED的汽車光源，近來由于高亮度LED發(fā)光效率大幅度的增進(jìn)、產(chǎn)品單價(jià)大幅下降，以及使用高亮度LED所衍生汽車外型設(shè)計(jì)彈性大、增加汽車可用空間、性能的優(yōu)勢，使得LED第三剎車燈的使用比例大幅增加，高亮度LED于車外光源的應(yīng)用領(lǐng)域也擴(kuò)展至剎車燈、方向燈、尾燈組(Tail functions) 、旁標(biāo)志燈(Sidemark lamp)、轉(zhuǎn)向照明燈(mirror-mount turn signal repeaters)、日行燈系統(tǒng)(Daytime running light, DRL)等。

目前，應(yīng)用高亮度LED作為車外光源，主要以剎車燈、方向燈、尾燈組等車后端照明為主。另在車廠的使用行為上，則以歐洲及日本廠商為首，包括歐洲Audi、Afla Romeo、BMW、Mercedes，及日本Mitsubishi、Toyota等車廠都有推出相關(guān)產(chǎn)品，且其應(yīng)用車種有由高價(jià)車往普及車發(fā)展的趨勢。

整體而言，高亮度LED于車外光源的應(yīng)用，將朝向應(yīng)用比重及應(yīng)用領(lǐng)域同步成長的趨勢發(fā)展。在應(yīng)用領(lǐng)域方面，高亮度LED尾燈組的應(yīng)用市場將大幅度的成長，預(yù)測至2008年期市場占有率將可高達(dá)30%以上。在車頭燈、日行燈、霧燈等前端照明部分，在產(chǎn)品特性與價(jià)格的考慮下，日行燈將領(lǐng)先進(jìn)入市場，另在車頭燈部分，預(yù)測需至2008年方能達(dá)到商品化的應(yīng)用。

在車外光源成長的帶動下，估計(jì)至2008年，高亮度LED于汽車市場規(guī)模達(dá)9億美元以上，年復(fù)合成長率高達(dá)20%。

（3）環(huán)保法規(guī)將加速高亮度LED取代冷陰極熒光燈腳步

液晶顯示器(Liquid Crystal Display, LCD)是非自發(fā)光的顯示器，需要冷陰極熒光燈(Cold Cathode Florescent Lamp；簡稱CCFL)及LED來提供外部光源。手機(jī)、PDA、數(shù)位相機(jī)等可攜式產(chǎn)品，受限于產(chǎn)品體積其所使用的顯示器多在4吋以下。在此一市場區(qū)隔中，高亮度LED所具有的節(jié)電、小型化等優(yōu)勢，使其相對于冷陰極熒光燈具有相當(dāng)高的競爭優(yōu)勢，幾乎主宰整個(gè)市場。

另在7~10吋移動產(chǎn)品背光源及10 吋以上大型液晶顯示器背光源市場，目前已有廠商推出以高亮度LED為背光源的液晶顯示器，其演色性高達(dá)95%，遠(yuǎn)高于以冷陰極熒光燈為背光源所能達(dá)到的75%，且在發(fā)光亮度上也能達(dá)到冷陰極熒光燈相同的水準(zhǔn)，但是由于高亮度LED發(fā)光效率低，因此其耗能較高，且其光源成本也是冷陰極熒光燈數(shù)十倍。

受限于產(chǎn)品單價(jià)亮度與售價(jià)，目前冷陰極熒光燈仍主宰整個(gè)7吋以上液晶顯示器背光源市場，不過冷陰極熒光燈的發(fā)光過程中需要用汞蒸氣作為放電介質(zhì)，由于汞蒸汽具有溫度依存性，低溫下不容易啟動。除此以外，汞會對人體產(chǎn)生危害，被列入歐盟特定有害物質(zhì)管制指令(Restriction of the use certain Hazardous Substance)中的禁用物質(zhì)，2006年后含汞的冷陰極熒光燈將無法在歐盟地區(qū)銷售，以2003全球冷陰極熒光燈高達(dá)3億支市場規(guī)模，高亮度LED若能取代冷陰極熒光燈，其所能創(chuàng)造出的市場潛力相當(dāng)龐大。

高亮度LED與冷陰極熒光燈目前仍存在明顯的成本差異，單以演色性等色彩表現(xiàn)的優(yōu)勢，要克服顯示器背光模組廠商使用，恐面臨相當(dāng)大的難度。目前高亮度LED廠商，除了積極改善產(chǎn)品特性及推出標(biāo)準(zhǔn)化高亮度LED光源模組，以降低成本及方便背光模組廠商產(chǎn)品設(shè)計(jì)外，也嘗試以環(huán)保角度作為切入市場的基礎(chǔ)。

（4）汽車市場成長腳步較快

展望未來，高亮度LED的發(fā)展，高亮度LED所具備節(jié)能、環(huán)保、輕薄短小易設(shè)計(jì)等特點(diǎn)，將是驅(qū)動其市場成長的主要?jiǎng)恿Γ鄬Φ某杀具^高及缺乏一致的標(biāo)準(zhǔn)將阻礙市場成長。

在汽車市場中，雖然高亮度LED產(chǎn)品單價(jià)遠(yuǎn)高于一般的白熾燈泡或鹵素?zé)�，但由于汽車單價(jià)高達(dá)數(shù)萬美元，使用高亮度LED為光源所增加的成本，占整體汽車成本比重相當(dāng)?shù)�。此外，使用高亮度LED為汽車光源，除了既有的節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)勢外，還能襯脫出汽車的獨(dú)特性。最后，在標(biāo)準(zhǔn)制訂方面，目前包括美國ASE、歐盟的ECE都有制訂以高亮度LED為汽車光源的標(biāo)準(zhǔn)，且積極進(jìn)行全球標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)和。

整體來看，高亮度LED在汽車市場中將能成功克服成本及標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)勢，預(yù)期2004年市場規(guī)模將能有明顯的成長。中型尺寸顯示器背光源，主要應(yīng)用于車用顯示器中，在汽車制造商積極朝向汽車無汞化的發(fā)展趨勢下，預(yù)期車用中型顯示器背光源，將繼汽車尾燈成為高亮度LED成長的市場。最后，在大型顯示器背光源及一般照明市場，短期內(nèi)高亮度LED需要克服其成本方面的不足，預(yù)期仍需須待3~5年后，市場才能大幅成長。至于較精確的時(shí)間，須視高亮度LED技術(shù)發(fā)展時(shí)程及成本降低的速度能否超越Haitz定律。