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  • 高亮度LED不断扩充市场规模
    http://www.ic72.com 发布时间:2007/1/26 8:49:00
       前言:近年来,LED随著高辉度化的发展,整体市场规模获得相当快速的成长,特别是白光led的市场规模更是明显的扩大,所以对白光LED新用途的开发也不间断。为了扩大LED特别是白光LED的用途,如何提高发光的效率、相应的辉度、延长使用寿命,以及降低每单位照明的成本等条件。现在使用白光LED的发光效率,除了一部分的製品之外,大多都在30∼50lm/W左右。因此如果要代替白炙灯就需要将亮度提升到70∼80lm/W以上,如果要代替使用在汽车头灯上的HID与家用照明的话,就更需要提高到100lm/W以上的发光效率。

        在现有的发光效率下,如果需要一定程度高辉度,期望因为增加电流量来產生较大亮度的话,这就必须考量如何增加LED的面积来满足所增加的电流,或者利用将数颗小型LED封装在同一个模组之中,来实现封装模组对电流量容许值的提高。但是因为在发光时,会出现热效应比率提高的情况,因为如果投入的电流量提高,在目前的发光效率下,热效应也会成比例的上升。另外,大面积LED比小面积LED的电阻来得要高,使得大面积LED本身的效应也比较大。如果单纯以现有LED为基础来提高辉度的话,将会陷入一个因LED本身价格,和散热材料的成本过高而產生的恶性循环之中,这和以低成本化为基础的市场特性是背道而驰的,而且热效应量的上升会引起封装材料的热劣化,对其使用寿命也有很大的影响。 
        LED的发光效率可以达到80lm/W 
        由於上述理由,为了扩大未来的白光LED市场,业者就必须提高LED的外部量子效率,如果实现了LED高外部量子效率来提高发光效率的话,所出现的连锁反应就会下降,例如因为减少电流透过而使得热效应比率降低,实现成本的下降和长寿命化。关於这一方面,目前因为透过局部製程的改变、使用不同的化合物半导体材料、各种白色发光方法的开发,以及新一代萤光粉的开发,已经使得LED的发光效率可以达到80lm/W。 
        在使用寿命的方面,目前已经都能够实现4万小时后才开始进入高峰衰退期的使用时间,但这却只能满足照明的最低要求,照明领域所需要的是更高的使用寿命,现在已经有客户要求LED业者提高寿命的要求,要求4万小时是达到高峰期的70%,也就是说高峰衰退期的使用时间是5.7万小时,而整体的使用寿命题将会提高到11.4万小时,比起目前的8万小时增加了近1/3。但是另一方面,LED的高峰衰退期是根据投入电量和点灯方法的不同有很大的变动,所以不可能明确定义,使得这一方面还是有一些问题存在。具体上白光LED的长寿命化,大多是透过封装材料的改变来达到,例如由目前的epoxy变为silicon来防止树脂黄变,在此同时还能够维持光通量,此外还有包括,採用D/B材料和反射结构的劣化防止技术,来达到改善热效应实现低温驱动。 
        如何降低每1lm发光的成本 
        目前最大的问题是,如何降低每1lm发光的成本,虽然可以看到市场上白光LED的產品的增加和业者的激烈竞争下,使得单价已经大幅的降低,但是和其他的光源相较的话1lm白光LED的成本依然很高。更具体化一点来看,如果期望在各领域普及白光LED应用的话,就必须将现在30lm/W的成本降低1/2∼1/3。这样一来就必须朝向提高在LED生產和封装时的良率,以及使用材料的改变。不过最好的方法还是透过量產的方式来降低单价,但是为了得到更大的量產效果,终究还是必须增加白光LED在各方面的应用机会。因此现在各业者都在努力增加白光LED的应用领域,所以才能够使得1ml的成本持续降低,相信在未来数年内1m㎡的大面积led晶片的產品和高单价的高阶LED產品,能够有机会到达商品化实用的价格。 
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    高辉度LED应用范围正在扩大  
        就市场的变化而言,以高辉度为主的LED,应用范围正在扩大。例如在车用的方面,不仅是白光LED,包括红、黄光等等的可视光LED,都已经开始被应用在汽车中的仪表板背光和方向灯、尾灯,而车内外装饰部分的应用也都在急速的扩大中,从一些研究报告中可以发现,一部汽车对於LED的使用数量一直在增加,并且有很好的发展潜力。 

        而最近最受注目的还是应用在液晶面板的背光领域,在过去大多只是10吋以下的小型液晶面板,背光源才会使用白光LED,最近使用RGB3原色LED的高彩度面板背光和20吋的中型面板背光都开始使用LED了。因为液晶面板尺寸不断的增加,使得背光用的LED数量也增多了,在加上面板自身市场规模的扩大,也快速推动著高亮度LED的市场规模。面对未来,相信最大的应用市场应该是照明,在以前,低辉度的產品不论价格还是亮度都无法与萤光灯和白热灯相比,但是随著发光效率的提高和价格的下降,可以看出逐渐被实用化的趋势与机会。  

        LED将在亮度和成本方面与HID进行竞争  

        以目前来看,在车用领域最大的课题是将LED应用在汽车的头灯,例如在日本市场,由於受到法律的限制,无法在头灯使用LED。但是,这样的限制将在2007年开始出现转机,从2007年开始可以将LED应用在概念车上,从2008年开始,更可以扩大使用LED来作为头灯,并且在2010年以后应该可以以允许开始正式使用。从元件的性能来看,目前的白光LED已经可以代替卤素灯了,最大的挑战是如何取代HID。但是随著技术的发展,相信到2010年,LED将会有机会在亮度和成本两方面与HID进行竞争。  

        从基本来看,在汽车头灯使用LED的优点很多,首先是使用寿命,儘管与前述的LED的高峰衰减期也有一些关係,但是汽车的头灯不是平常的照明,所以与一般照明用途不同。接下来是设计的灵活度,头灯内的纵深将变薄,正面可以用来全面照明,使得设计的弹性度增加,而且因为LED是比较指向性强的光源,所以作为照明可以进行设计简单化和轻型化,除此之外,透过与可视光通讯技术的结合,非常有可能成为安全行驶用的资讯通讯元件。  

        在头灯之外,LED在汽车的应用也逐渐地增多,尾灯、方向灯和雾灯等外部照明,还有车内灯、脚灯、仪表板用灯、导航设备用的液晶背光,和其他自动设备的操作面板,应用可以说是相当的多,当然各个应用领域都有辉度要求,同时对於演色性也有所要求,另一方面也有只要成本低的情况,所以要求各不相同。  

        这彼此之间可以约略的进行区分,例如一般车外灯的要求会是以辉度为主,车辆内装则是以演色性为主。具体来说,头灯是需要光的到达距离,对色再现等等没有明确的要求,而车内灯会因为乘车人讨厌蓝色的光等等因素,所以对演色性的要求很高,而如果应用在仪錶板上的LED就和演色性无关,不过却会被要求低辉度和低成本。 

        白光LED侧光液晶用背光备受关注  

        应用在液晶面板背光的LED,会依据点灯方式是直下还是侧光式,用途是电视还是电脑萤幕,都更有不同。对於辉度的要求方面,电视会比电脑萤幕高,侧光式背光的话就会使用白光LED,如果是要求高辉度、高演色性的电视就会使用直下式背光。电脑萤幕的话,一般都使用侧光方式的RGB点灯,但是电视的话,採用白色直下和RGB侧光的方式不同,就热门程度而言,现在在LED市场上备受关注的是使用白光LED侧光方式的液晶用背光领域。  

    使用白光LED侧光方式的背光,本来是使用在手机上的,但是这种技术在应用上,传统上小型的主流是2吋左右的面板,大型的也只不过是车用导航使用的7吋。但是,目前应用尺寸已经逐渐扩及到20吋面板用,使用白光LED做为背光已经是被受相关业者的关心。以目前来说,主要是笔记型电脑萤幕的背光,例如在Sony的一部分產品上已经开始使用白光LED作为面板背光,其优点是可以达到PC本体的薄型化、轻型化,延长电池寿命等等的特色。现在的白光LED的红色spectre比较弱,有色再现性不足的缺点,但是对电脑萤幕画面,尤其是笔记型电脑,要求与电视同样高演色性的使用者不多,所以在这一方面色再现不会成为一个大问题,而且如果真有高演色性方面的需求,也可以使用RGB3原色背光和在白光LED的Rail配列中,利用定点混合红色LED的方法等等来解决,相信在未来,电脑萤幕用光源对於白光LED做为背光源的採用将会更加扩大。 

        另一方面,电视用RGB背光的市场化也是相当被看好,目前已经有相当多的业者将RGB3原色LED背光液晶电视商品化了,但是要将这些三原色的背光完全成为主流技术,需要解决的问题还很多,相信还需花费数年来解决这些问题。这是因为3原色背光的根本性问题在於成本,由於电视背光需要高辉度,所以使用的必须是1W以上的高辉度LED,而且因为是直下式的方式,所以在LED的使用数方面,也会因为面板面积而大幅度的增加,在加上为了色调同一,数百个LED全部都需根据发光波长严格选定,光是LED成本就很高。使用时还有冷却LED的散热鰭片和冷却风扇等解决热效应零件的成本,另外还需要调整各LED色差的RGB色度Sensor,以及将Sensor侦测出得内容送回LED的SensingAlgorithm等周边电路的成本,并且因为大量使用高辉度LED,导致的驱动电流的增加也是一大问题,所以以现今而言能够完成低价化还比较困难。  

        除了成本之外,也有一些问题需要克服,例如影像播放讯号的高解析度范围,现在的影像播放讯号只能发挥LED的3原色背光最基本演色解析度,因此要将3原色背光的潜能发挥出来,就必须强化内容高解析度,因此在目前的环境下,使用RGB3原色的背光是有点大材小用。因此,未来如果期望将3原色背光面板完全市场化的话,前提是必须降低成本,并且提高品质,建立採用新的全彩高解析色资讯的播放规格,并且基於这个规格来普及影像内容,所以现在说3原色背光已经市场化,其实还是言之过早,但是相信使用3原色背光的LCD面板,将来会达到实用化应该是毫无疑问的。  

        用於一般照明领域尚需时间研发  

        未来LED市场最大的领域就是一般照明市场,如果能够完全代替萤光灯的话,相信就可能有超过3,000亿美元以上的潜在市场规模,并且能够应用在更多不同的领域。但是事实上,如果期望LED能够完全取代传统灯源还是有一定的困难度。由於LED是点光源,因此在部分的產品可以开始利用LED来代替以往的白炽灯等灯泡,就实际的市场上而言,目前已经有包括吸顶灯、内部照明等开始採用,而市场规模也是逐年扩大之中。但是,在萤光灯等面光源领域的市场发展却较为缓慢,因为如果要把LED作为面光源来利用的话,只能像面板用的背光一样,以直下的方式将LED在固定面上铺满,或者以侧光的方式利用导光板来完成。但是这些方式都很难在发光功率和价格方面代替萤光灯,特别是在一般照明领域需要演色性高,这样一来就需要使用紫外光,或者使用以蓝色LED为基础,但可激发RGB的萤光粉,不过这却会造成发光效率的下降,因此期望满足100lm/W的照明效率需求还需要一段不算短的时间。  

        所以在发光功率不足状态下,虽然有人会认为RoHs有可能带来一些的契机,但是到目前为止,RoHS并没有全面禁止使用用於萤光管水银,除了本身的问题,其他的技术也正虎视眈眈的关注照明市场这一块大饼,例如像OLED这样面光源的发光技术也正积极的被开发中,所以也不会出现非得使用LED不可的情况。所以整体而言,将包括萤光灯在内的一般照明达到LED化,如果不基於技术层面而是基於市场化基础上的话,预计需要在3∼5年的时间才有可能出现一些机会。  

        LED超越传统光源创造更高品质  

        对於LED的新应用市场来说,早期一般所期待的是车用领域、LCD用背光灯领域,以及代替白炽灯等灯泡,或代替用於室外看板光源功能的一般照明领域,对於这些领域,LED可以说在辉度和演色性两方面都能够满足要求,只不过在部分的技术上还要进行开发和努力。  

        但是因为LED的技术还在不断的开发中,各种应用的可能性都还是相当的大,相信未来必定会因为发光效率的提高,和价格的降低被开发出更多的新应用领用,例如目前已经有业者开始开发利用LED作为液晶投影机的光源、可视光通讯用的光源等等。此外伴随著这些变化,在封装材料、热传导黏合剂等的封装相关领域也因此而有著相当多的改变,并且出现了相当大的连锁效应。  

        LED市场是一个尚包含著很多的课题和可能性的领域,正因为如此市场的潜力是相当的大,相信 
    在各领域的努力下,LED大有机会可以超越传统光源,创造更高品质的光源环境。 
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