隨著亮度增加和價格降低,白光LED在通用照明領域的市場潛力越來越大。白光LED在通用照明產業的使用,將對國家或地區的能源策略和環保策略產生積極的影響。
白光L E D
具有體積小,使用可進行平面封裝,或根據使用環境或狀況使用多顆或進行多種組合,并且具有發熱量低,發光壽命長( 5
萬小時以上)、不易破,極具耐震與耐沖擊性,可在較惡劣的情況下使用等特性。白光LED發光效率高,省電、無熱幅射、不含水銀等重金屬,無污染及廢棄物處理問題等眾多優點,被視為"綠色照明光源"的明日之星,在不久的將來,將取代目前為照明市場的主流白熾燈泡及螢(日)光燈。白光LED照明產業的發展將影響到一個國家和地區的能源戰略和環保戰略,因此,各個國家紛紛進行將LED半導體照明產業例為國家重大發展進行支持,我國臺灣地區也投入巨資進行研究和開發。國際性大公司如GE、西門子、飛利浦、西門子、惠普等都已積極投入白光LED
的研發工作。
白光LED的市場,是被LED業界最被看好的具有強大市場潛力的照明光源市場。根據Frost &
Sullivan的預估顯示,全球照明光源市場平均每年以5%的成長率穩定爬升;其中,白光LED較易進入的是白熾燈泡及螢光燈市場,此兩項產品是民用照明最普及的光源,未來白光LED的市場潛力可說是相當的巨大。
一.白光LED發光原理
白光LED發光的方式主要按使用LED發光二極管的使用數量可以分為單晶型和多晶型兩種類型。無錫惠隆電子材料有限公司www.wlepoxy.com
第一種是單晶型,即一只單色的LED發光二極管加上相應的熒光粉,就如同日光燈的發光方式一樣,采用LED發光二極管激發熒光粉發光。通常采用兩種方式,一種方式是藍光LED發光二極管激發黃色熒光粉產生白光,另一種方式是紫外光LED激發RGB三波長螢光粉來產生白光。許多廠商主要從事白光LED的研究,通常都先從藍光LED開始研發及量產,有了藍光LED的技術之后再開始研發白光LED,然而目前最常用藍光LED激發黃色螢光粉來產生白光,但是用藍光LED來發白光的方式的發光效率仍然不足,許多廠商開始向另外一個方向就是往紫外光LED來發展,利用紫外光LED加RGB三波長螢光粉來達到白光的效果,其發光效率比藍光好上許多。而紫外光LED加RGB三波長螢光粉的方法,則關鍵技術在高效率的熒光體合成法,也就是如何把熒光粉有效的附著在晶粒上的一項技術。
另一種是多晶型,即使用兩個或兩個以上的互補的2色LED發光二極管或把3原色LED發光二極管做混光而形成白光。采用多晶型的產生白光的方式,因為不同的色彩的LED發光二極管的驅動電壓、發光輸出、溫度特性及壽命各不相同,因此在使用多晶型LED發光二極管的方式產生白光,比單晶型LED產生白光的方式復雜,也因LED發光二極管的數量多,也使得多晶型LED的成本亦較高;若采用單晶型,則只要用一種單色LED發光二極管元素即可,而且在驅動電路上的設計會較為容易。因此,現在很多廠商均把單晶型LED作為白光LED發展方向。
二.市場概況:
LED技術在最近幾年發展迅速,亮度不斷提高,價格也不斷降低,除LED原有市場外,在通用照明方面,市場也不斷擴大,亮度與價格均逐漸接近傳統源。因世界產油地區的局勢動蕩,全球能源短缺問題也再度成為關注的焦點。而LED產業的發展對一個地區的能源政策和環保政策將產生巨大的影響。美國、日本、歐洲、南韓,都紛紛成立國家型研發組織,加速技術開發和量產。
就現階段而言,距離實際進入白光LED照明時代,還有很長一段距離。因白光LED發光效率和成本的考慮,約在2010年時,白光LED的發光效率可達100lm/W,而在2020年時可達200lm/W。如果白光LED的進程加快,則是可在2005年慢慢出現商品化的產品,2010后便開始大量使用。
在照明市場方面,根據Frost &
Sullivan的預估,2000年白熾燈泡及日光燈的全球市場規模約為43億美元,每年成長率約為5%,是2000年全球可見光LED市場規模的2.5倍左右,因此照明市場的發展空間頗大。Reed
Electronics
Research全球白光LED估計2000年將可成長至1.18億美元的市場規模,未來3年均將保持40%左右的成長速度,在2003年達到2.7億美元的市場規模。未來在白光LED成本進一步降低,除現有的手機背光源與小尺寸LCD背光源外,如果通用照明的市場開始啟動,則白光LED的市場會有較大的市場潛力,白光LED估計從2004年開始,市場能量會逐步釋放,需求會逐漸加大。
在現階段,白光LED的應用,在照明方面,主要是供汽車內閱讀燈、裝飾燈等使用,其余約有95%以上是供小尺寸LCD背光源使用。
1.白光LED市場以彩色手機之屏幕背光源的市場為最大
雖然白光LED使用壽命最高可達十萬小時,但是必須在低電流的環境下操作,目前該產品主要是供小尺寸背光源使用,就各應用市場來看,由于彩色屏幕手機需要搭配白光LED為背光源,而彩屏手機在未來幾年成為手機市場的發展趨勢,根據業界對彩屏手機的市場預測,2004年彩色手機比例約四成,2005年則預估將達55%至60%,如以彩屏手機一年需求量約4.5億支及屏幕用背光源需2-
4顆白光LED來估計,彩色手機用屏幕背光源一年需求約5--10億顆,另外,由于白光LED已開始采用于手機附數字相機的閃光燈,今年手機附數字相機比重約15%,明年則預計將提升至20%,如以閃光燈約需3-
4顆估,則一年需求量約4億顆。其次,在PDA及數字相機用背光源方面,根據臺灣工研院經資中心預估值來看,PDA在2003年的出貨量約2500萬臺,每臺約使用6-8顆白光LED來估算,約需5000萬顆;若以數碼相機來看,全球2003年數字相機出貨量約3000萬臺,以每臺使用4-6顆估,需求量約2億顆左右。以此來看,白光LED需求仍將以彩屏手機背光源市場為主。
2.白光LED目前以小尺寸LCD背光源為主
冷陰極熒光燈(CCFL)相較于其它背光源技術具有亮度較亮且發光效率高的優點,但在小尺寸LCD方面,對背光源的尺寸要求比較嚴格,但由于制造小管徑的冷陰極熒光燈技術難度較高,成本也無太大優勢,因此冷陰極熒光燈多使用于4吋以上的顯示器(而一般手機用屏幕尺寸多在1.5吋至2.2吋間,數碼相機因輕薄考慮,尺寸也在此之間),在大尺寸LCD背光源方面,現階段冷陰極熒光燈在大尺寸所需之輝度及價格方面具有絕對優勢,因此在大尺寸的LCD背光源以采用冷陰極熒光燈。因此,白光LED作為LCD背光源與以冷陰極熒光燈作為LCD背光源的分界點在于,小尺寸LCD多使用白光LED,大、中尺寸LCD(如LCD顯示屏,LCD
TV)則多使用冷陰極熒光燈,如白光LED的亮度提高、成本進一步改善,則在大尺寸LCD方面,白光LED將時替換冷陰極熒光燈作為背光源使用。如此一項,考慮到大尺寸LCD在PC和TV方面的市場潛力,作為大尺寸LCD背光源的白光LED需求量是十分驚人的。
3.白光LED市場最大的是通用照明市場
業界對白光LED市場最看好的是通用照明市場,現階段白光LED發光效率已可達30lm/W(普通的白熾燈泡發光效率為15lm/W),但是,如果白光LED真正在通用照明市場上占據一定的市場,需要白光LED發光的效率提升到60-100lm/W時方有機會,從發光效率來看,白光LED一旦超過60lm/W后(相當于20W日光燈),在照明市場便可開始普及化,若能將效率提升至80lm/W,則將普及到一般家庭各式燈具。但白光LED要真正占據通用照明市場,要除了發光效率及功率仍有極大的改善外,成本也是非常重要的因素,在發光效率與成本比率上,2001年白光LED的成本約1美元/lm,2002年降至0.1美元/lm,如果能將成本降至0.01美元/lm,因白光LED屬于綠色環保能源,則預計將有可完全取代現有通用照明的大多數市場。
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