產業技術評析

一、LED NEXT STAGE簡介
 

LED NEXT STAGE由日本Lighting Fair主辦單位Nikkei Inc.舉辦，其有鑑於半導體照明市場逐漸成長需求，特別於2008年起，聯合日本LED照明推進協議會(JLEDS)一同舉辦，該展會每2年舉辦一次，為相關業者再開闢一個新舞台，2018年看展人數約42,568人。相較於2016年所舉辦的展會，2018年規模明顯縮小許多，日本主要照明大廠也在此次展會中缺席，取代而之的是中國大陸廠商，且中國大陸廠商站參展數一半左右，可見中國大陸廠商相當積極發展海外市場。
 

二、技術發展趨勢
 

1.LED元件技術配合照明需求發展，提高光品質
 

此次展會中，Toyoda Gosei主要展出新產品為太陽光LED(Sunlight LED)。太陽光LED主要是可以符合太陽所能提供的光譜(全波長均勻性)，不像一般LED，是由藍光LED透過螢光粉激發，使得藍光波長較為顯著。因此太陽光LED具有高演色性、色彩鮮明、顏色忠實呈現、較少色差等特性，詳如圖1所示。
 

資料來源：TG(2018/03)。
圖1 太陽光LED與一般高演色性LED比較。
 

Toyoda Gosei的太陽光LED採用紫色LED加上R、G、B螢光粉製作而成，最後呈現的光譜相較於目前LED結構來說，更能貼近太陽光光譜以及作出更高光品質、演色性(Ra)更高達98，更有利於應用要求高光品質場所、植物照明與人因照明上，詳如圖2所示。
 

資料來源：TG(2018/03)。
圖2 太陽光LED、一般高演色性LED以及一般LED比較。
 

2.LED元件技術發展朝利基型市場發展
 

LED元件發展至今，在背光領域以及3C產品上已相當成熟，市場滲透率也都達100%，未來在此領域市場將呈現衰退情形。雖然目前照明應用市場持續成長，但也因價格競爭激烈，廠商不易獲利，呈現量大增，但營收緩步成長情況，促使各家廠商積極尋找其他新應用領域。
 

以UV LED發展為例，UV LED是近2年來最受關注的LED新藍海市場，因此吸引許多廠商積極布局投入；此次展會中，也有多家廠商展出相關產品，代表廠商包括Toyoda Gosei的UV LED封裝產品，以及Nitride Semiconductors UVC LED產品開發最受關注。Nitride Semiconductors更是一UVC LED垂直整合廠商，從上游磊晶，乃至下游成品皆有推出相關產品，詳如圖3所示。
 

資料來源：Nitride；工研院IEK整理(2018/03)。
圖3 Nitride UV LED應用產品。
 

另外，日本知名零組件大廠Rohm也參與此次展會，此次主要推出微小型LED封裝產品，主攻高階顯示市場。代表產品為1608系列新產品中，紅綠雙色晶片LED安裝於與單色晶片型相同尺寸之1.6x0.8mm封裝，可節省空間並提供多樣色彩。相較於傳統雙色式（1.5x1.3mm），不僅減少35%的空間，同時也有助於其應用裝置之顯示面板薄型化。而Rohm的1608系列產品早在2017年就裝置在汽車製造商豐田正式發售一款名為「KIROBO mini」的語音機械人，主要用於眼睛周圍的顏色顯示，詳如圖4所示。
 

資料來源：Rohm(2018/03)。
圖4 Rohm 1608系列產品以及KIROBO mini機器人。
 

3.前瞻技術：Micro LED以及Laser發展備受關注
 

首先，Micro LED顯示器主要結構組成包括µLED元件(一般是透過半導體製程生成)，再加上驅動µLED元件的TFT驅動背板以及其它電路結構所組合而成，為微型化LED陣列結構，與一般LED不同，具有主動式發光特性，每一點畫素(pixel)都能定址化單獨發光。
 

在不考慮Micro LED晶圓移轉難度上，Micro LED顯示器結構相較於TFT LCD顯示器簡化許多，不需要背光模組、偏光片、彩色濾光片、液晶、導光板等。且還具有壽命長、低耗電以及高PPI等特性，因此成為下一代明星顯示技術；不過因目前技術仍在開發中，多數廠商仍在試量產，且因為彩色Micro LED顯示器需要採用分次轉貼紅、藍、綠Micro LED，因此成本居高不下，成為Micro LED顯示技術發展阻礙。
 

由於Micro LED仍屬於前瞻技術，因此展場上並無相關產品展出，僅在研討會上針對Micro LED進行探討，其中包括日本工業大學本田徹教授，本田徹教授認為在集成許多LED晶粒時，仍存在許多技術問題且成本非常高，雖然提出相關技術解決方式，但仍需要時間投入研發。
 

另外，Laser一直是被視為LED之後，最具有發展潛力的新一代光源，因此此次展會也特別邀請到大阪大學山本和久教授，針對Laser照明技術發展方向進行演說。其中提及經濟產業省所管轄新能源產業技術綜合開發機構(NEDO)於2015-2017年委託大阪大學山本和久教授、島津製作所、QD Laser以及10多家協力廠商，針對Laser技術投入研發。
 

在NEDO技術項目中，計畫中可見光半導體Laser可能的應用領域分成三部分，依照不同領域開發最優化的Laser模組。此三種應用第一個是「走查型レーザー」，如頭戴式顯示器（HMD）和抬頭顯示器（HUD），第二個為電視和投影機的「高亮度顯示設備」，以及第三種「Laser照明應用」，例如車燈、一般照明等。
 

依據該研究計畫預估，至2030年全球Laser市場規模將超過50兆日元，一開始主要應用市場在於電視和投影機的「高亮度顯示設備」，之後隨著技術提升，將逐漸進入「走查型レーザー投射」。最後，至2030年後，將有可能進入一般照明市場。
 

三、主要大廠發展動態
 

觀察2018 LED NEXT STAGE展覽中，LED元件主要代表廠商為Toyoda Gosei(日商)、Rohm(日商)、Nitride Semiconductors (日商)等。Toyoda Gosei為日本LED元件主要製造商之一，亦為全球五大專利廠商之一。觀察其主要發展方向可以發現，因應照明市場需求，技術開發除持續提高效率之外，提高光品質也是發展重點之一。另外，為因應部份應用市場飽和，也積極布局UV LED新應用市場。
 

日本知名零組件大廠Rohm也參與此次展會，此次主要推出微小型LED封裝產品，主攻高階顯示市場。而Nitride Semiconductors則是專攻UVC LED廠商，採用一條龍生產方式，由上游磊晶，至下游成品皆有之，詳如表1所示。
 

資料來源：各廠商資料；工研院IEK整理(2018/03)。
 

四、結論
 

LED元件發光效率已達一定程度，應用市場也一路由指示燈、手機背光、NB背光、TV背光、照明擴展，發展至今，可說是無所不在的境地。但因市場潛量大的背光市場已飽和，而LED照明應用市場價格競爭激烈，因此廠商積極尋找其他可能的應用市場以及投入前瞻技術。
 

UV LED是近2年來最受關注的LED新藍海市場，因此許多廠商積極布局投入；不過以現階段而言，大多數廠商推出技術含量較低以及單價較低的UVA LED產品為主。而對於技術難度高的UVB/UVC產品而言，不論是國際大廠與專業UV LED廠商商品化的產品仍相當有限。
 

另外，Micro LED可說是前瞻的新一代顯示技術，技術仍有許多問題需要解決，包括磊晶均勻性、巨量移轉技術、驅動設計等。巨量移轉技術為各家廠商布局重點，不過主要相關廠商數量不多、規模偏小、無量產成品，可見技術發展仍需要一段時間。驅動技術部分，紅光LED、綠光LED、藍光LED各別發光特性、電流、亮度皆不同，使得趨動設計難度更高，預期近期仍有廠商DEMO相關產品，但若要量產上市，仍需要3-5年時間醞釀。
 

最後，Laser雖然是繼LED之後最被重視的新光源，但若要進入一般照明市場，仍有一段路要走，雖然日本研究機構預估有機會在2030年進到一般照明市場，但仍需要10多年時間投入技術研究。因此綜觀上述發展狀況，利基型市場以及前瞻技術(如Micro LED以及Laser)仍有研發資源持續投入，且需要長期投入的準備，短期之內效益無法彰顯。因此我國廠商若要投入則須審慎評估技術難度、研發資源、系統應用等，並有長期發展的準備。若政府要投入研發計畫發展，則必須有長期投入的準備。
 

(本文作者為工研院IEK執行產業技術基磐研究與知識服務計畫產業分析師)