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高亮度白光LED技术及市场分析

作者:时间:2011-09-08来源:网络收藏
随着亮度增加和价格降低,LED在通用照明领域的市场潜力越来越大。LED在通用照明产业的使用,将对国家或地区的能源策略和环保策略产生积极的影响。

L E D 具有体积小,使用可进行平面封装,或根据使用环境或状况使用多颗或进行多种组合,并且具有发热量低,发光寿命长( 5 万小时以上)、不易破,极具耐震与耐冲击性,可在较恶劣的情况下使用等特性。白光LED发光效率高,省电、无热幅射、不含水银等重金属,无污染及废弃物处理问题等众多优点,被视为"绿色照明光源"的明日之星,在不久的将来,将取代目前为照明市场的主流白炽灯泡及萤(日)光灯。白光LED照明产业的发展将影响到一个国家和地区的能源战略和环保战略,因此,各个国家纷纷进行将LED半导体照明产业例为国家重大发展进行支持,我国台湾地区也投入巨资进行研究和开发。国际性大公司如GE、西门子飞利浦、西门子、惠普等都已积极投入白光LED 的研发工作。

白光LED的市场,是被LED业界最被看好的具有强大市场潜力的照明光源市场。根据Frost Sullivan的预估显示,全球照明光源市场平均每年以5%的成长率稳定爬升;其中,白光LED较易进入的是白炽灯泡及萤光灯市场,此两项产品是民用照明最普及的光源,未来白光LED的市场潜力可说是相当的巨大。

一、白光LED发光原理

白光LED发光的方式主要按使用LED发光二极管的使用数量可以分为单晶型和多晶型两种类型。

第一种是单晶型,即一只单色的LED发光二极管加上相应的荧光粉,就如同日光灯的发光方式一样,采用LED发光二极管激发荧光粉发光。通常采用两种方式,一种方式是蓝光LED发光二极管激发黄色荧光粉产生白光,另一种方式是紫外光LED激发RGB三波长萤光粉来产生白光。许多厂商主要从事白光LED的研究,通常都先从蓝光LED开始研发及量产,有了蓝光LED的技术之后再开始研发白光LED,然而目前最常用蓝光LED激发黄色萤光粉来产生白光,但是用蓝光LED来发白光的方式的发光效率仍然不足,许多厂商开始向另外一个方向就是往紫外光LED来发展,利用紫外光LED加RGB三波长萤光粉来达到白光的效果,其发光效率比蓝光好上许多。而紫外光LED加RGB三波长萤光粉的方法,则关键技术在高效率的荧光体合成法,也就是如何把荧光粉有效的附着在晶粒上的一项技术。

另一种是多晶型,即使用两个或两个以上的互补的2色LED发光二极管或把3原色LED发光二极管做混光而形成白光。采用多晶型的产生白光的方式,因为不同的色彩的LED发光二极管的驱动电压、发光输出、温度特性及寿命各不相同,因此在使用多晶型LED发光二极管的方式产生白光,比单晶型LED产生白光的方式复杂,也因LED发光二极管的数量多,也使得多晶型LED的成本亦较高;若采用单晶型,则只要用一种单色LED发光二极管元素即可,而且在驱动电路上的设计会较为容易。因此,现在很多厂商均把单晶型LED作为白光LED发展方向。

二.市场概况:

在最近几年发展迅速,亮度不断提高,价格也不断降低,除LED原有市场外,在通用照明方面,市场也不断扩大,亮度与价格均逐渐接近传统源。因世界产油地区的局势动荡,全球能源短缺问题也再度成为关注的焦点。而LED产业的发展对一个地区的能源政策和环保政策将产生巨大的影响。美国、日本、欧洲、南韩,都纷纷成立国家型研发组织,加速技术开发和量产。

就现阶段而言,距离实际进入白光LED照明时代,还有很长一段距离。因白光LED发光效率和成本的考虑,约在2010年时,白光LED的发光效率可达100lm/W,而在2020年时可达200lm/W。如果白光LED的进程加快,则是可在2005年慢慢出现商品化的产品,2010后便开始大量使用。

在照明市场方面,根据Frost Sullivan的预估,2000年白炽灯泡及日光灯的全球市场规模约为43亿美元,每年成长率约为5%,是2000年全球可见光LED市场规模的2.5倍左右,因此照明市场的发展空间颇大。Reed Electronics Research全球白光LED估计2000年将可成长至1.18亿美元的市场规模,未来3年均将保持40%左右的成长速度,在2003年达到2.7亿美元的市场规模。未来在白光LED成本进一步降低,除现有的手机背光源与小尺寸LCD背光源外,如果通用照明的市场开始启动,则白光LED的市场会有较大的市场潜力,白光LED估计从2004年开始,市场能量会逐步释放,需求会逐渐加大。

在现阶段,白光LED的应用,在照明方面,主要是供汽车内阅读灯、装饰灯等使用,其余约有95%以上是供小尺寸LCD背光源使用。

1.白光LED市场以彩色手机之屏幕背光源的市场为最大

虽然白光LED使用寿命最高可达十万小时,但是必须在低电流的环境下操作,目前该产品主要是供小尺寸背光源使用,就各应用市场来看,由于彩色屏幕手机需要搭配白光LED为背光源,而彩屏手机在未来几年成为手机市场的发展趋势,根据业界对彩屏手机的市场预测,2004年彩色手机比例约四成,2005年则预估将达55%至60%,如以彩屏手机一年需求量约4.5亿支及屏幕用背光源需2- 4颗白光LED来估计,彩色手机用屏幕背光源一年需求约5--10亿颗,另外,由于白光LED已开始采用于手机附数字相机的闪光灯,今年手机附数字相机比重约15%,明年则预计将提升至20%,如以闪光灯约需3- 4颗估,则一年需求量约4亿颗。其次,在PDA及数字相机用背光源方面,根据台湾工研院经资中心预估值来看,PDA在2003年的出货量约2500万台,每台约使用6-8颗白光LED来估算,约需5000万颗;若以数码相机来看,全球2003年数字相机出货量约3000万台,以每台使用4-6颗估,需求量约2亿颗左右。以此来看,白光LED需求仍将以彩屏手机背光源市场为主。

2.白光LED目前以小尺寸LCD背光源为主

冷阴极荧光灯(CCFL)相较于其它背光源技术具有亮度较亮且发光效率高的优点,但在小尺寸LCD方面,对背光源的尺寸要求比较严格,但由于制造小管径的冷阴极荧光灯技术难度较高,成本也无太大优势,因此冷阴极荧光灯多使用于4吋以上的显示器(而一般手机用屏幕尺寸多在1.5吋至2.2吋间,数码相机因轻薄考虑,尺寸也在此之间),在大尺寸LCD背光源方面,现阶段冷阴极荧光灯在大尺寸所需之辉度及价格方面具有绝对优势,因此在大尺寸的LCD背光源以采用冷阴极荧光灯。因此,白光LED作为LCD背光源与以冷阴极荧光灯作为LCD背光源的分界点在于,小尺寸LCD多使用白光LED,大、中尺寸LCD(如LCD显示屏,LCD TV)则多使用冷阴极荧光灯,如白光LED的亮度提高、成本进一步改善,则在大尺寸LCD方面,白光LED将时替换冷阴极荧光灯作为背光源使用。如此一项,考虑到大尺寸LCD在PC和TV方面的市场潜力,作为大尺寸LCD背光源的白光LED需求量是十分惊人的。

3.白光LED市场最大的是通用照明市场

业界对白光LED市场最看好的是通用照明市场,现阶段白光LED发光效率已可达30lm/W(普通的白炽灯泡发光效率为15lm/W),但是,如果白光LED真正在通用照明市场上占据一定的市场,需要白光LED发光的效率提升到60-100lm/W时方有机会,从发光效率来看,白光LED一旦超过60lm/W后(相当于20W日光灯),在照明市场便可开始普及化,若能将效率提升至80lm/W,则将普及到一般家庭各式灯具。但白光LED要真正占据通用照明市场,要除了发光效率及功率仍有极大的改善外,成本也是非常重要的因素,在发光效率与成本比率上,2001年白光LED的成本约1美元/lm,2002年降至0.1美元/lm,如果能将成本降至0.01美元/lm,因白光LED属于绿色环保能源,则预计将有可完全取代现有通用照明的大多数市场。

三、白光LED所涉及专利的问题

目前全球白光LED主要厂商: Nichia、Orsam、Matsushita、Lumileds、Toyota Gosei、Stanley、Toshiba、Citizen,这些厂商在LED材料和制程方面拥有较多专利,而一般不采用专利授

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关键词: 高亮度 白光 LED技术

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