2013年後,你看著家裡的燈,你會告訴孩子,它的創造者不是愛迪生,而是一個名叫中村修二的日本人。

這顆小「砂粒」,叫作LED(light-emitting diode),顧名思義,就是會發光的半導體;一片直徑二吋的人造藍寶石(成分為氧化鋁)基板圓盤上,能同時排上一萬顆LED的晶粒。這一顆顆小晶粒,碰到電流後就會發光。

對比傳統的白熾電燈,LED燈泡只需要三成的電力,壽命卻是後者的五十倍,而且,沒有汙染問題;也因為體積小,拇指大的手電筒、貼在牆壁上的電視因此能被設計出來。

LED,正在全球「發光」。

美國紐約最重要的地標帝國大廈,在夜空中格外耀眼,去年開始,大廈尖頂的探照燈悄悄換成LED燈,一年省下一○%、約新台幣三千三百萬元的電費。

2001年,三星率先把LED導入手機,造成LED全球大缺貨。一支手機所需要的LED顆數,是手機的六倍
March 2009,三星推出LED 電視,價格只有過去的三分之一,半年內賣出一百萬台銷量,甚至缺貨的消息傳出後,震撼全球,三星包下晶電好幾個廠的產能,這確認LED產業明年供不應求的趨勢。
2010年,LED電視的銷量,全球將達二千四百萬台,也就是說,LED電視正式崛起的第二年,對LED的需求量就比全球手機市場需求多出一倍。一台電視所需要的LED顆數,是手機的八十一倍。LED TV市場在3-5年內會達到高原期,滲透率將達70%
2009年,連賣了逾五十年傳統燈具的中國電器,也開始力推LED燈具,「這是未來的趨勢!」中國電器副總董顯元說。友達跟奇美兩個面板產業的對手,竟然有志一同的投資了中國電器,希望掌握先機。
2009年開始,隨著各國政策推動,從家中到街道的燈泡全換成LED燈,如中國就計畫從2009年到2011年,把六百萬盞路燈變成LED燈。「照明,又是手機加電視市場用量的十倍大。」燈具廠商預估五到十年後,LED燈的成本會和一般燈泡相近。

市調公司LEDinside預估,全球LED市場今年產值七十六億美元(約合新台幣二千四百五十七億元),三年後,產值將增加近一倍(約合新台幣四千二百三十億元)。

LED也有一套海茲定律(Haitz's Law),每十八到二十四個月,發光的亮度就會提高一倍,但又以二○%的速度降價。這代表,LED的產品只會更有競爭力。

LED市場的大爆發,來自兩種力量的交集。其一,價格拉力,因為LED價格下降,刺激需求,增加應用;其二,法規推力,讓企業改賣LED燈。

LCD的世界大廠如三星、LG、友達等陸續投入LED產業,電視和顯示器也紛紛自行開發LED背光模組,未來的價格戰已是大勢所趨;但是,如果電視和個人電腦的需求不見起色,生產過剩的HB LED也會瘋狂殺進其他應用領域。

全球的有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)機台
2008年,   700台 (TW 280台)
2009年,  1000台
2010年,  1700台 (TW 400台   三星&LG320台)

面板產業的友達,擁有通路優勢。過去,他們把LCD面板出貨給客戶如筆記型電腦、電視廠商,現在,他們直接跨入LED產業,幫客戶的LCD面板背後直接裝上LED,然後直接出貨。因此友達成立隆達,計畫投入兩百億元購置設備,今年會裝設十五台機台。

全 球最大半導體廠台積電則擁有技術優勢。因為半導體跟LED封裝的製程類似,若一舉切入,成本優勢不言而喻。此外,台積電投資美國LED大廠 BridgeLux,並取得一席董事,該公司創辦人暨技術長劉恒,就是LED設備機台(MOCVD)的原創者,高階主管分別來自擁有眾多LED專利的飛利 浦、Lumileds與Cree等大廠,技術實力相當堅強。

聯電集團則有先進者優勢。聯電是晶電的大股東,早已卡位,旗下的封裝廠宏齊,是全球表面黏著元件(SMD)LED封裝大廠,加上轉投資IC設計公司聯陽、聯詠;從磊晶到封裝、IC,聯電在此領域的布局最完整。

光寶集團則靠的是在LED產業的經驗。光寶從LED起家,自然不會坐視市場被瓜分。九月,光寶把分散在天津、江蘇等四個LED廠遷到常州,整合成一個巨型的LED生產中心,第一期的規模就達一千畝。光寶執行長滕光中宣示,要吃下筆電背光模組兩成市占率。

產業頻繁的整合動作,顯示大家已意識到一場大戰即將開打。只是,大廠怎麼都在今日大動作跨入LED?

(1)LED開始進入規模戰。
這些大廠看的是,未來的照明商機。」隨著各國政府制定標準,產業將進入規模競爭,這正是大廠的強項。

(2)LED要建立競爭門檻。
LED只能發出藍綠黃紅四 種顏色,全球氮化鎵(GaN)的藍、綠光 LED 市場是由日本的日亞化(Nichia)、豐田合成(Toyoda Gosei)及美國的克立(Cree)和歐洲的歐斯朗奧托半導體(OSRAM Opto Semiconductors)等廠商所掌握,其中在專利及技術最強的是Nichia ,但最近Nichia 的專利權已不是一項牢不可破的障礙,因此未來藍、綠光的競爭勢必更加激烈。
如果要發出白光,需要用互補原理產生白光,目前白光的(YGA螢光粉)製造專利被日本(日亞化)綁住,如要製造白光就要繳交權利金,所以白光價錢最高。紅光價格最低。
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不同基板用不同磊晶方式會發出不同光芒
以AlGaInP四種元素為發光層材料在砷化鎵基板上磊晶者,發出紅、橙、黃光 之琥珀色系,通稱為四元LED;
以GaN為材料所生產的藍、綠光LED,則稱為氮化物LED,一般以藍寶石(Sapphire)為基板,美國大廠CREE 則發展出以碳化矽(SiC)為基板的製程。
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台 灣缺乏專利,全球LED磊晶產業,其實布滿了Lumileds、歐司朗、Cree與日亞化等歐美日大廠的專利,若無專利,即使打進電視廠商,只要產品賣進 歐美等先進國家,大廠就能以侵權為由,聲請扣押。沒有專利的晶粒,只能賣到大陸、印度等市場,「我們的技術也許不如日本,但是價格有競爭力,品質比大陸、印度好得多。」

友 達,鴻海跨入LED計畫和日本LED廠日亞化(Nichia)合作,解決專利問題。台積電介由併購BridgeLux取得專利。國內主要面板廠投資的磊晶 廠都是向豐田合成(Toyota-Gosei)授權,藍光混螢光粉的白光專利掌握在日亞化手中,而日亞化的白光晶粒較一般亮度高。

約從1990年開始了LED相關專利申請,到了2010年有效專利期限20年保護將逐漸到期,產業專利結構將產生變化,是台灣廠商切入市場的新機會。現階段包括日亞化、豐田合成、Cree、Philips、OSRAM等歐美與日本重要的LED大廠,開始展開與其他業者交叉授權的方式,一來規避專利問題,二來形成聯盟陣營。

日亞化學擁有許多LED材料及核心技術專利,與OSRAM及Philips Lumileds並列為全球三大LED廠商。日亞化學對LED技術市場的策略,一向採取技術交叉授權為主,以集中LED技術研發減少與同業互告造成內耗。

隨 著2010年LED市場大好,即將開打的戰役,將決定很多事情。德士達光電照明科技(深圳)有限公司總經理熊映翔給出了一個誇張而又不無憂慮的數據:“整 個LED產業投資中,外行投機的占40%,醉翁之意的占40%,死守陣地的占20%。”「只有前三名能存活。」。深圳一家LED封裝企業的總經理告訴記 者,這個產業“每天都有兩三家公司進來,每天也都有兩三家公司垮掉”

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友達
全球最大中小尺寸面板廠,可把LED直接搭配面板出貨給國際代工客戶
陣營成員:隆達、威力盟、凱鼎、奈普、輔祥、達方、中電
優勢 掌握代工客戶

奇美
目前在大陸液晶電視面板市占率第一,LED產品將可望順勢切入
陣營成員:奇力、璨圓、奇菱、奇景、中電
優勢 掌握中國市場

大同
通路布局完整,目前積極經營筆記型電腦背光模組和大陸路燈市場
陣營成員:璨圓、大同光電能源科技、福華、華映、誠創
優勢 銷售通路多元
 
台積電
新進者,但半導體製程技術一流,可有效降低LED生產成本
陣營成員:BridgeLux
優勢 研發實力堅強

聯電
LED布局最早最完整的晶圓廠,是台灣最大LED廠晶電跟封裝廠宏齊的股東
陣營成員:晶電、研晶、宏齊、聯陽、聯詠
優勢 台最早布局上游

光寶
台灣LED廠的高階主管多來自光寶,旗下光林電子經營號誌燈市場多年,技術經驗豐富
陣營成員:晶電 /SemiLEDs、 光寶、光林
優勢 全台最早的LED封裝廠

鴻海
全球最大EMS廠,擅長整合上中下游供應鏈,節省電力的Smart town是郭台銘的下一個大計畫
陣營成員:晶電、鴻準、天鈺、鑫晶鑽
優勢 擅長整合供應鏈
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台積電
BridgeLux 雖然也有設備生產部門,不過,生產不是該公司的強項,它比較類似LED界的設計公司(design house),而台積電的專長就是生產製造,尤其LED的磊晶,類似半導體製程,也就是台積電所擅長的領域,雙方因此一拍即合,攜手切入照明領域。 台積電透過外圍的投資公司與BridgeLux結盟,就是要先解決專利問題,否則其LED事業難以像晶圓代工一樣,做到國際級的水準。在2008年的12 月29日,Cree與BridgeLux這兩家公司的專利訴訟紛爭,終於達成許可協議和供貨協議。

LED照明產品包括光、電、熱元素,其中最關鍵的 就是。高亮度LED,其典型的光能轉換效率也還不到25%,輸入功率的大部分都轉變成無用的熱能,因此封裝的熱管理技術擁有最大的改善空間,也是各家公司競爭勝出之所在。而且,這個領域也是最能夠降低成本的地方。Yole Développement分析師Philippe Roussel解釋說,經由逆向還原工程研究業界知名產品,發現各家的晶片技術都採用相同的智財(IP),然而在封裝上面卻完全不同。分析顯示這完全是基於成本結構的考慮,據推測,封裝部分占總成本比率可能超過70%改善熱管理有一個關鍵,也就是占封裝總成本一半的封裝基板(占總成本35%)。低功率的元模造樹脂基板高功率的元件,轉向鋁或AlN的陶瓷基板,以及晶片與封裝基板間陶瓷或矽材質承載版的技術。。

新事業處負責LED照明的陳嘉南處長今(24)日表示,台積電將先切入LED後段,並將光、電、熱處理整合在矽基板上,提供照明產品所需元件。台積電在LED產業目前從後段介入,從光源處理、電力驅動到散熱模組等,全部整合在矽晶圓上頭。矽晶圓基板的優勢,在於標準化大量生產,且散熱是陶瓷基板的3倍,光透鏡也一次在矽基板上磨成,準確度高,加上矽晶圓基板耐高溫,可靠信也大為提高。LED的磊晶與晶片製程,本來就是半導體的長薄膜與黃光製程,LED布局上台積電也以此出發。董事長張忠謀透露,LED則計畫自己蓋廠。

目前符合LED照明標準的產品良率只 有30-40%,如果台積電可以提高量率,整個產業會風雲變色。(晶電、璨圓、新世紀)都只是做低階部分且良率低,台積電一定是做中高階的,而且台積電持續往下吃低階市場,也是指日可待。





藍光LED磊晶長晶可採用藍寶石(Sapphire)與碳化矽(SiC)作為基板材質,因為碳化矽基板單價高(照明),因此在氮化鎵系發光二極體的生產上,以藍寶石基板應用較為普遍。藍寶石基板具有價格便宜、硬度高、耐高溫、耐化學侵蝕特性,但低導熱與導電特性,使LED效能不佳,不過因為低功率LED產生熱有限,因此藍寶石基板在低功率市場(LED TV)有優勢2010年造成藍寶石缺貨漲價的原因,是在於NB、TV、監視器背光源的滲透率迅速拉升,而背光源幾乎都以藍光LED晶粒加螢光粉作為白光背光源,而造成藍光LED應用需求上揚。

晶格常數匹配度較高的碳化矽基板,更適合GaN磊晶製作,而碳化矽基板除在晶格匹配度上較藍寶石基板為佳以外,因為碳化矽本身為半導體材料,適合利用半導體製程技術進行加工,因此利用半導體製程方式,在碳化矽基板進行幾何形狀處理,以降低光線在晶粒中的內全反射現象,使晶粒的取出效率可大幅提升。

矽雖然導熱性佳,但矽絕緣性較差,對於抗突波效果差,必須加上絕緣體,但當絕緣體越厚價格就越高,因此在LED價格不斷下滑,絕緣體使用上是一大考量。且矽基板易脆,使得LED將不耐摔/不耐震,將可能影響LED可靠度問題,此為矽封裝必須考量的因素。

LED供應鏈最上游之藍寶石晶棒,全球前3大產地:
俄羅斯(龍頭廠商:Mono Crystal)、美國(龍頭廠商:Rubicon)、日本(龍頭廠商:京瓷)佔全球近7成的產出。越峰(台聚轉投資)、尚志(大同轉投資)及鑫晶鑽。

藍寶石基板的供應方面目前有美國的Rubicon、Honeywell、Crystal Systems、Saint-Gobain、俄羅斯的Monocrystal、ATLAS Sapphire、日本的京都陶瓷(Kyocera)、Namiki、Mahk,及國內兆遠(晶電)、兆晶(奇美轉投資)、晶美公司。

友達
依據隆達的規劃,將由磊晶、晶粒、封裝一路做到光機模組,就是從LED的上游一路做到下游的背光模組,今年營收將達到6,400 萬元,明年預估為13.1億元,2010年達到17.34億元,並在2010 年開始獲利。

友達副董暨執行長陳炫彬昨(22)日表示,隆達會從磊晶開始做,也就是先從事背光源的晶片事業,預期三到五年後,會跨入照明市場,可以說是全方位的LED公司,由於隆達也做照明,因此,不適合在友達內部,必須獨立出去成為一家公司。

晶電
晶電目前的技術水準只落後日本日亞化半年,晶電的產能夠大,卻因為專利的天羅地網,無法在歐、美、日市場大展身手,即使LED在NB的滲透率不斷提高,晶電只能用為日本豐田合成代工的方式打入市場。

晶 電供應全球逾五成的LED電視背光源,是全球最大的紅光LED與前三大的藍光LED業者(前兩大是日本日亞化和美國CREE),但這二家沒有生產紅光 LED,當他們需要紅光LED晶粒時,仍需要回過頭來向晶電採購。目前世界的LED大廠日亞化、CREE、歐司朗、日本豐田合成、Lumileds、晶電 等,只有晶電聚焦在上游,可以跟客戶維持很強的信任度,其餘皆跨入下游封裝。在LED上游磊晶專利部分,晶電更佈下天羅地網。日亞化並在95年全面撤銷訴訟案,日後也成為晶電的客戶。目前都在晶電高階主管,都是出身於工研院光電所。

2010 取得廣鎵光電達47.88%的股權,泛晶電集團旗下的藍光MOCVD機台已達296台(Samsung+LG 320台),成為全球藍光LED最大廠。
 
晶 電的三大股東中,億光是有上下游合作關係的策略投資夥伴,股權不易變動;萬海集團則是傾向財務投資;至於聯電,目前也是價格至上的標準。晶電能夠快速崛 起,關鍵是晶電在短短的四年內陸續納入國聯、元砷、聯詮和連勇四家公司,最早成立時實收資本額只有2.2億元,在14年內快速成長成為一家資本額 76.89億元的國際大廠。

Samsung LED、台積電挾著龐大的資金、人才與技術進入LED產業,全球LED產業勢必因此洗牌,首當其衝的就是這些規模比較小的LED磊晶與晶片廠(晶電、璨圓、新世紀)。

億光
億光看好2010年大尺吋背光市場,卡位晶電(持股7.5%)、廣鎵(持股10%)和泰谷(持股近15.9%)等磊晶廠,料源掌握度強。
與德國歐司朗(OSRAM)簽署非獨有專利交叉授權,專利延伸至汽車及一般照明,且同時簽訂代工協定,交叉授權具備指標意義,除億光不再需要支付權利金外(毛利率貢獻約增加1.6ppt),且可專心切入LED一般照明及車用等市場。

韓國下游封裝 LED大廠--漢城半導體,預估2006年營業額約為台灣最大LED 封裝廠的億光營收的6.2倍
不可輕忽
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*LED供應鏈有哪些廠商?
有60%-70%的利潤在基板與磊晶,技術難度極高上游的投資門檻在1-2億元。
生產基板:製作LED的基礎原料,主要以人工藍寶石製成,國內已有廠商開始自製。 代表廠商:鑫晶鑽、合晶

製造磊晶:磊有堆疊之意,將一層層的材料,以半導體製程方式疊在基板上。
代表廠商:晶電、璨圓、新世紀 台積電

LED封裝和照明應用只分別占有10%-20%的利潤空間,進入壁壘很低,缺乏核心技術中游封裝的投資門檻在1000-2000萬元,下游應用組裝的資金門檻只需100-200萬元。

晶圓切割:產出的磊晶片,須再經過下游廠商進行切割、分類。
代表廠商:久元

晶粒封裝:將LED晶粒加上導架、螢光粉,再加上防水膠後,就成為LED晶粒。
代表廠商:億光、宏齊、東貝、艾笛森

模組組裝:把晶粒再加上散熱器、驅動電路等零件,就成為類似燈泡的模組。
代表廠商:奈普、奇菱


LED上游是先從單晶片作為成長用的基板,再利用各種的磊晶成長法(如LPE 、MOCVD 、MBE 等)做成磊晶片,把這些磊晶片送給中游製作電極,進行平台蝕刻後切割磊晶片,最後再將磊晶片崩裂成單顆晶粒,中游再把晶粒交給下游封裝,封裝完成的LED 成品依各種市場需求組裝成各種應用產品,如指示燈(Lamp)、數字顯示器、點矩陣顯示器、紅外線發射器等產品。

1台LED背光LCD TV需要300-500顆LED,推算到2014年時(LED TV滲透率100%),全球TV背光源就約需要使用780億顆-1300億顆LED,亦即需要710-1180台MOCVD機台足以支應,2010年全球新增MOCVD機台數達720台,將吃下全球近70%以上的LED背光TV需求,其中以韓國、台灣及中國新增機台最多,分別占新增總數的36%、32%及26%。


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