白光LED簡介

白光LED的技術概況

自從出現發光二極體LED以來，人們一直在努力追求實現固體光源，隨著發光二極體LED製造工藝的不斷進步和新型材料（氮化物晶體和熒光粉）的開發及應用，使發白色光的LED半導體固體光源性能不斷完善並進入實用階段。白光LED的出現，使高亮度LED應用領域跨足至高效率照明光源市場。曾經有人指出，高亮度LED將是人類繼艾狄生發明白熾燈泡之后，最偉大的發明之一。所謂白光是多種顏色混合而成的光，以人類眼睛所能見的白光形式至少須兩種光混合，如二波長光(藍色光+黃色光)或三波長光(藍色光+綠色光+紅色光)，目前已商品化的產品僅有二波長藍光單晶片加上YAG黃色熒光粉，在未來較被看好的是三波長光，以無機紫外光晶片加R.G.B三顏色熒光粉，此外有機單層三波長型白光LED也有成本低、製作容易的優點。預計三波長白光LED今年有商品化的機機會，未來應用在取代熒光燈、緊湊型節能熒光燈泡及LCD背光源等市場，對白光LED的市場成長有很大的幫助。

在技術方面白光LED目前主要分為兩種發光模式:目前主要的商品化作法是日亞化學(Nichia)以460nm波長的InGaN藍光晶粒涂上一層YAG熒光物質，利用藍光LED照射此一熒光物質以產生與藍光互補的555nm波長黃光，再利用透鏡原理將互補的黃光、藍光予以混合，便可得出肉眼所需的白光。白光LED開發基礎在于藍光技術，目前在藍光LED技術方面仍以日亞化學領先，擁有眾多專利權。第二種是日本住友電工亦開發出以ZnSe為材料的白光LED，不過發光效率較差，但由於目前白光LED市場熱銷，仍呈現供不應由求現象。

業界概況

在LED業者中，日亞化學是最早運用上述技術工藝研發出不同波長的高亮度LED，以及藍紫光半導體鐳射（Laser Diode；LD），是業界握有藍光LED專利權的重量級業者。在日亞化學取得蘭色LED生產及電極構造等眾多基本專利后，堅持不對外提供授權，僅采自行生產策略，意圖獨佔市場，使得藍光LED價格高昂。但其他已具備生產能力的業者相當不以為然，部分日系LED業者認為，日亞化工的策略，將使日本在藍光及白光LED競爭中，逐步被歐美及其他國家的LED業者搶得先機，屆時將對整體日本LED產業造成嚴重傷害。因此許多業者便千方百計進行藍光LED的研發生產。目前除日亞化學和住友電工外，還有豐田合成、羅沐、東芝和夏普，美商Cree，全球3大照明廠奇異、飛利浦、歐司朗以及HP、Siemens、 Research、EMCORE等都投入了該產品的研發生產，對促進白光LED產品的產業化、市場化方面起到了積極的促進作用。

白光LED的特色

白光LED是最被看好的LED新興產品，其在照明市場的發展潛力值得期待。與白熾鎢絲燈泡及熒光燈相比，LED具有體積小(多顆、多種組合)、發熱量低(沒有熱幅射)、耗電量小(低電壓、低電流起動)、壽命長(1萬小時以上)、回應速度快(可在高頻操作)、環保(耐震、耐衝擊不易破、廢棄物可回收，沒有污染)、可平面封裝易開發成輕薄短小產品等優點，沒有白熾燈泡高耗電、易碎及日光燈廢棄物含汞污染的問題等缺點，是被業界看好在未來10年內，成為替代道統照明器具的一大潛力商品。

表一:白光LED與現行照明設備比較

照明模式 特點

白光LED 具有發熱量低、耗電量少（白熾燈泡的八分之一，熒光燈泡的二分之一）、壽命長（數萬小時以上，是熒光燈的10倍）、回應速度快、體積小可平面封裝等優點，易開發成輕薄短小的產品，是被業界看好在未來10年內，成為替代道統照明器具的一潛力商品。
熒光燈 熒光燈省電，但廢棄物有汞污染、易碎等問題。
白熾鎢絲燈泡 低效率、高耗電、壽命短、易碎。

目前白光LED仍處于初期發展階段，在使用壽命上仍待改進，但基本上沒有白熾燈泡、熒光燈的缺點，價格過高是未能普及的主要原因。據日本業者估計，LED晶粒成本需由99年的每顆1美元降至0.2美元以下，市場才有更高的接受度。未來白光LED的應用市場將非常廣泛，包括手電筒、裝飾燈、LCD背光源、汽車內部照明市場、投影燈源等，不過最被看好的市場以及最大的市場還是取代白熾鎢絲燈泡及熒光燈。

表二:白光LED照明效益分析

地區＼條件‧效益 條件 能源節約 降低二氧化碳排放
美國 55％白熾燈及55％日光燈被白光LED取代 每年節省350億美元電費。 每年減少7.55億公頓二氧化碳排放量。
日本 100％白熾燈被白光LED取代 可減少1-2座核電廠發電量。 每年節省10億公升以上的原油消耗。
台灣 25％白熾燈及100％日光燈被白光LED取代 節省110億度電，約合1座核電廠發電量。

表二所示是對白光市場的經濟和環境效益預測，對于十分倚賴能源進口的國家如日本，發展白光LED在照明市場取代部份道統照明器具是一項極有價價值的計畫，若是其100％的白熾燈泡被白光LED所取代，則每年可省下相當于1～2座發電廠的發電量。間接減少大約10億公升的耗油量，而發電過程中排放的二氧化碳也會減少，抑制地球的溫室效應擴散，因此在日本對白光LED的研發有著及其重要的作用和地位，日本通產省早在1998年就主導編製了「21世紀光計畫」，針對新世紀照明用LED光源進行實用化研究。

白光LED的應用與市場規模

新世紀照明主流是高亮度白光LED的終極目標。對白光LED而言，照明替換市場是相當有潛力的。過去常規LED只能在產品上充當指示燈號，而今隨著技術進步、亮度提升，高亮度白光LED正一步步進軍潛力龐大無比的燈光照明市場。根據Frost Sullivan的統計，當前全球照明市場的年均成長率約為5.5％，2000年市場規模達45億美元，是可見光LED的2倍以上。若以每年白光LED發光效率平均成長60％的速度開發下去，要達到大型化、低價化、使用壽命長的照明用光源並非不可能。業界一般認為，白光LED照明市場可望在2010年左右趨于成熟。目前日亞化工、豐田合成、SONY、住友電工等業者都已有初步的照明產品問世，唯因價格與常規燈泡相比仍有很大的差距。預計未來10年內，高亮度LED對全球照明工業將造成巨大的衝擊。正因為此，各界都對白光LED寄以濃望，有[綠色照明光源]之稱。

表三:白光LED市場概況 單位︰百萬美元

年份 1998 1999 2000 2001 2002 2003
汽車用 10 13 18 23 31 41
電腦用 13 16 21 28 37 49
民用 19 24 32 42 55 73
工業用 6 8 11 14 18 24
軍事/天文用 6 7 9 12 16 22
通訊用 13 17 22 30 39 51
其他 3 4 5 6 8 11
總計 70 88 118 156 204 270

資料來源︰ReedElectronicsResearch，1999/7

在照明市場方面，根據Reed Electronics Research統計，99年全球白光LED市場有8800萬美元的市場，估計2000年將可成長至1.18億美元的規模，未來3年均將保持40％左右的成長速度，在2003年可達到2.7億美元的市場規規模。未來在白光LED成本進一步降低、照明應用領域陸續開發的情形下，預計白光LED從2004年開始，還會有更為可觀的市場規模突破，顯示出此一產品具有相當大的市場爆發力。

另外，車用市場亦將是白光LED的高成長領域。以2000年全球新車市場需求約5,300萬台計算，每輛汽車內裝約100顆LED，用于儀表板、空調音響面板等照明燈、后座閱讀燈等用途，則可得出車用LED市場年需求約為53億顆。當前車用LED市場主要由HP及Osram Opto佔有大部分，其他加入業者有Siemens等。

未來白光LED在技術上有朝三波長全彩發展的趨勢，在亮度上目前每瓦15流明，未來目標是達到每瓦50流明；在價格上現階段每個20元台幣，未來目標降至5元台幣；因此三波長全彩、高流明、低成本是白光LED的發展趨勢，目前全球大廠也積極努力中，預估在2010年前可達成此目標。

表四:白光LED未來研發動向

發展方向
目前指標 研發目標
提升光效率 15 lm/W 100 lm/W
1．GaN無機UV─LED短波激發光源研發 460 nm 254 nm
2．外部能量轉換效率研發 10% 40%
3．高熒光材料能量轉換效率研發 60% 90%
降低成本 2 lm/$ 2000 lm/$
1．無機LED晶體成本 1個/$ 0．2個/$
2．高操作功率技術研發