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高亮度LED市場趨勢

林志勳 IEK產業分析師 / 2010-03-02

高亮度LED市場趨勢               文:林志勳 IEK產業分析師

高功率LED閃光燈體積小,相當符合手機輕薄短小需 求,應用至手機上有助於照相手機往更高畫素產品發展,進而取代部分數位相機市場,對於擴大照相手機市場或刺激換機均有相當大的幫助。再加上照相手機多使用 1W高功率LED產品,產品成熟度相對高,價格也較低,估計在2011年前將是高功率LED最大需求量市場,不過因產品單價低,市場需求值低於照明市場。

 
 
LED(Light Emitting Diode)是由半導體材料所製成之發光元件,元件具有兩個電極端子,在端子間施加電壓,通入極小電流,經由電子電洞之結合可將剩餘能量以光形式激發釋出,此即LED之基本發光原理。
不同於一般白熾燈泡,LED係屬冷發光,具有耗電量低、元件壽命長、無須暖燈時間、反應速度快等優點,再加上其體積小、耐震動、適合量產,容易配合應用 上的需求製成極小或陣列式元件,目前LED已普遍使用於資訊、通訊及消費性電子產品指示器與顯示裝置上,成為日常生活中不可或缺重要元件。
LED依發光波長分為可見光LED(波長450~680nm)與不可見光LED(波長850~1550nm)兩大類。若以其使用磊晶層材料可進一步分為 二元化合物(如GaAs、GaSb、GaN等)、三元化合物(如AlxGa1-xAs、AlxGa1-xP、In1-xGaxAs等)、四元化合物(如 AlInGaP、InAlGaAs、AlxGa1-xAsyP1-y 等)及GaN系化合物四大類。
高亮度LED是指以四元化合物及GaN系化合物所製成LED。若進一步依其驅動電流大小,可分為標準型(Standard)、高電流(High-current)與高功率(High power)三大類,詳如圖1。


資料來源: Strategies Unlimited(2007)
圖1  高亮度LED產品型態

  標準型產品泛指驅動電流≦20mA高亮度LED,封裝型態多為SMD或Lamp型,主要應用於可攜式產品等體積小應用市場;高電流型產品泛指驅動電流在 50~150mA高亮度LED,封裝型態多為食人魚型或PLCC型,主要應用在汽車、照明等要求高光通量輸出市場中;高功率產品泛指驅動電流≧150mA 高亮度LED,其中又以驅動電流350mA為主流。由於高功率LED輸入功率高,所衍生「熱」問題也較嚴重,所使用封裝結構與傳統LED有較明顯差異,並 無一致性產品型態,主要應用在汽車、照明、大尺寸LCD顯示器背光源等要求高光通量輸出市場中;多晶型產品為在單一封裝結構中,包含有兩顆以上不同光色晶 粒,藉此達到多光色表現,主要應用在手機指示光源、彩色看板、汽車車內光源與照明等場域中,詳如表1。

表1    高亮度LED應用市場及使用產品型態

資料來源:工研院IEK(2008)

2007市場發展概述

2007年全球高亮度LED維持穩定增長

2005年手機用高亮度LED市場飽和後,高亮度LED應用市場一直缺乏殺手級的新市場產生,雖然陸續開發手機閃光燈、數位相框等中小尺寸背光源新應 用,但其市場需求規模無法與手機市場相提並論。再加上亞洲各國產能擴充競賽,產品平均單價持續下滑,都使得全球高亮度LED市場維持緩慢成長趨勢。 2007年全球高亮度LED市場仍無法突破上述成長瓶頸,整體市場規模達46億美元,較2006年微幅成長10%,詳如圖2。

資料來源:工研院IEK(2008)
圖2  全球高亮度LED市場規模

可攜式產品為目前主流應用,不過市場佔有率逐年下滑

  高亮度LED應用市場大致可分為可攜式產品、看板/顯示器、汽車、交通號誌、照明、電子產品/其他六大領域。其中可攜式產品市場,由於有手機市場龐大需 求,成為高亮度LED最大應用市場。不過自2005年後由於手機市場成長趨緩,再加上LED在手機光源應用市場飽和度幾乎達100%,以致於市場佔有率自 2006年起及呈現下滑趨勢。2007年NB顯示器背光源開始應用高亮度LED,帶起新一波市場需求,不過由於市場滲透率仍偏低,無法彌補手機市場衰退, 導致2007年可攜式產品市場佔有率,由2006年48%進一步下滑至44%。
看板及顯示器與照明應用市場,由於中國大陸奧運建設及經濟成長,帶動顯示看板及建築裝飾照明需求成長,對於高亮度LED需求大量增加,使得這兩個應用市場呈現出明顯成長趨勢,2007年市場佔有率分別為17%及7%,詳如圖3。

資料來源:工研院IEK(2008); Strategies Unlimited(2008)
圖3    2007年高亮度LED應用市場變化

產品組合變動小,唯高功率LED市場佔有率明顯提高

  另就使用光色分析,白光LED廣泛應用在可攜式產品螢幕背光源、汽車車內光源、交通號誌(行人及部分道路號誌)、照明市場中。紅光及黃光高亮度LED主要 應用於汽車、交通號誌及單色看板市場中。藍光及綠光高亮度LED主要應用交通號誌及可攜式產品中。多晶粒LED主要應用於看板及可攜式產品市場中。
2007年白光LED市場呈現出穩定狀態。雖然可攜式產品背光源市場中,因為產品單價下滑,使得市場需求微幅衰退,但由於照明市場需求增加,而使得市場 佔有率仍維持在48%,與2006年相當。至於其他光色高亮度LED,由於市場穩定,市場佔有率分佈與2006年相較未有明顯變化。

資料來源:工研院IEK(2008); Strategies Unlimited(2008)
圖3    2007年高亮度LED光色分佈

  就產品型態分析,標準型產品仍為市場主流,2007年市場佔有率與2006年相當約80%左右。高功率型產品由於照相手機閃光燈、照明市場成長,市場規模 呈現出快速成長趨勢,2004至2007年複合成長率達56%,2007年市場佔有率達10%,超越多晶粒LED市場佔有率,詳如圖4。


資料來源:工研院IEK(2008); Strategies Unlimited(2008)
圖4    2007高亮度LED產品結構分佈

產品平均單價持續下滑,廠商毛利率普遍下滑

  技術與市場供需為影響高亮度LED產品單價兩個主要變數。近年來高亮度LED技術不斷進步,以白光LED發光效率為例,由2002年僅有20lm/W左 右,成長至2007年 100lm/W。雖然產品技術特性大幅成長,但為了擴大應用市場,產品單價卻維持不變,相對的代表產品平均售價下跌。舉例而言,2003年手機用白光 LED最高階產品發光亮度約在800mcd左右,售價約在新台幣18元/顆左右,2007年最高階產品成長至2000mcd,但產品售價維持不變,甚至於 下滑。
除了技術驅動產品單價下滑外,市場供需也是影響產品單價另一重要因素。特別是高亮度LED被視為未來明星產業,吸引許多廠商爭相進入此市場發展。特別是 台灣、中國大陸與南韓等亞洲新興國家,為了取得成本競爭優勢,爭相擴充產能來達到經濟規模,以至於市場供需失序,加速產品單價下滑。
2007年年全球高亮度LED平均售價,在這兩種力量交互應用下,較2006年下滑11%,為0.12美元/顆,詳如圖5。
由於產品單價持續下滑,使得產業內廠商毛利逐年下滑,特別是金屬支架、封裝材料等原物料價格上揚,各加深廠商毛利率下滑壓力。以全球第一大高亮度LED 廠商日亞化學為例,2004年毛利率高達60%,但至2007年毛利率下滑至40%左右。

資料來源:工研院IEK(2008); Strategies Unlimited(2008)
圖5    2007高亮度LED產品單價變化

市場發展趨勢

 2012年全球高亮度LED市場成長至114億美元

  展望未來高亮度LED產業發展,隨著產品特性成長,配合外在能源價格高漲,使得應用領域持續擴張。另外,由於能源價格持續增長,各國政府藉由政策鼓勵使用 節能產品。例如美國、歐盟、台灣、澳洲等國均已訂定出禁止白熾燈等低效率光源政策,轉而使用高效率光源,使得高亮度LED具有更佳發展環境。
在新興市場部分,2007年高亮度LED已進入NB背光模組市場。在此一應用市場中,產品沿用中小尺寸側光式設計,技術成熟度高。且薄型、輕量化、省電 產品特點符合消費者需求,雖然整體價格仍較CCFL背光模組高,但在高亮度LED價格持續下滑帶動下,截至2008年第二季兩者落差僅有10~20%左 右。再加上NB廠商企圖創造產品差異化下,2008年高亮度LED背光模組在NB市場將朝向全產品線與應用比重提高發展趨勢,估計市場滲透率將達 15%~18%左右。
另在車用高亮度LED發展上,尾燈與第三煞車燈使用比率將持續提高。由於全球汽車製造與銷售重心往亞洲移動,中國大陸將成為車用高亮度LED成長最快速 市場,日本與歐洲也會有不錯表現。日本車廠TOYOTA於2007年5月上市的“Lexus LS600h”為全球首部配備白光二極體頭燈的車型。使得2007年成為是白光LED頭燈發展元年。預計在2008年使用車款包括Audi車款R8的選配 件,美國通用汽車Cadillac Escalade Platinum車型。頭燈雖然是車用光源最大應用市場,但高亮度LED在此市場發展,面臨價格過高及HID燈的強大競爭,以過去發展經驗分析,估計在 2011年前白光LED頭燈市場滲透率難以突破3%。
最後在一般照明用市場,由於政府介入,可大幅降低高亮度LED與螢光燈等光源間價格落差,加速高亮度LED在照明市場滲透率成長。但從消費者價格接受度與商業模式成熟度低角度思考,期待2008市場大幅成長是不切實際。
雖然廠商期望以總成本(初始成本+能源成本(能源效率)+裝置/維護成本+廢棄物處理成本)相對白熾燈、螢光燈為低,來說服消費者使用。不過現實是殘酷 的,大型連鎖店像是Walmart、Home Depot和Lowes都標榜低成本,多數終端使用者仍以低成本為採購考量,較不在意高品質或是多功能特性。未來高亮度LED若要在一般照明市場普及,即 使有長壽命和安裝自由等優點,與傳統光源價格落差要控制在2~3倍以內。不過在商業照明市場,其對於價格敏感地相對低,且高亮度LED所帶來優勢也切合消 費者需要,短期內將是高亮度LED於照明市場主力應用。
在應用市場成長帶動下,估計2008年全球高亮LED市場將可成長至52億美元,預測2012年全球市場規模將成長至114億美元。

高功率LED市場持續成長

 高功率產品泛指驅動電流≧150mA高亮度LED,其中又以驅動電流350mA為主流。其產品訴求點,在於不改變單體封裝結構下,以更高驅動電流來獲得更大光輸出,以符合需高光通量應用市場。
表2列出未來高功率LED個別應用市場規模,其中又以照明、手機閃光燈、汽車與大尺寸顯示器背光源為最大應用市場,而這些應用市場發展又與高功率LED技術成熟度、產品單價與對終端產品價值息息相關。
表2高功率LED應用市場

資料來源:工研院IEK(2008); Strategies Unlimited(2007)

  高功率LED閃光燈體積小,相當符合手機輕薄短小需求,應用至手機上有助於照相手機往更高畫素產品發展,進而取代部分數位相機市場,對於擴大照相手機市場 或刺激換機均有相當大的幫助。再加上照相手機多使用1W高功率LED產品,產品成熟度相對高,價格也較低,估計在2011年前將是高功率LED最大需求量 市場,不過因產品單價低,市場需求值低於照明市場。
2004年SONY推出全球第一款LED背光之LCD-TV,讓全球LED業者樂觀看待高功率LED發展。不過由於產品單價與CCFL落差太大,高功率 LED色差、散熱技術未能有明顯突破,以致於產品發展仍處於早期市場階段,而韓國Samsung於2006推出小晶粒技術解決方案,讓高功率LED在 LCD-TV發展陷入混頓未明狀態。
基本上無論小晶粒或高功率LED技術解決方案,都有其優劣。小晶粒成本低,也比較容易做到動態控制,但晶粒數量多,電控及產品可靠度問題較為嚴重。高功 率成本高,但電控與產品可靠度問題較低。但對於龐大LCD-TV背光源市場,是所有LED廠商所不願放棄與缺席,因此,目前廠商多屬於鴨子划水階段,透過 研發極力尋求低成本高效率解決方案,克服市場發展瓶頸。
在照明市場發展,同樣也面臨小晶粒與高功率LED技術解決方案爭議,不過照明市場產品型態較為多元,未來這兩種產品應該都會並存。舉例而言,在LED手 電筒發展,目前市場上有高功率LED手電筒,也有鑰匙型低功率LED手電筒,兩者各有各的發展利基與市場。
就應用市場發展上,建築照明及零售展示照明為未來高功率LED在照明市場發展主力市場。

資料來源:IEK產業服務-產業情報網

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