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從全球LED大廠在藍白光LED發展趨勢可以看出，目前各廠商開始往紫外光加上螢光粉發出白光來發展，而紫外光LED以美國Cree所做的紫外光LED技術層級最高，其發光效率已達21 lm/W(目前市售藍光LED約為4 lm/W)。但以紫外光專利數來看，目前研究紫外光LED專利數目最多的是日本，因此我們認為日本的Toyoda Gosel和Nichia在白光亮度後來居上的機會最大。在單價方面，日本希望持續降低藍光LED晶粒的售價到5元日幣以下，換算臺幣約1~2元左右，可預見未來藍光LED仍有50%的下降空間。

就國內廠商的技術方面，國內上游廠商為了生產藍光LED，所用的基板主要都以藍寶石為主。若以MOCVD機臺數來看，國聯的機臺數目較多，而未來MOCVD機臺技術會往增加片數(從6片增加到20片)或增加尺吋(4吋或8吋)來發展。在下游封裝技術方面，主要的技術難度在如何耐高電流、具高散熱性及提高發光的亮度，所以發展出「低接觸阻抗電極」、「耐熱抗UV樹脂材料」來耐高電流及提高散熱性，並藉「高反射率」、「高效率的螢光體合成法」以及「照明設計」等技術來提高發光亮度。

LED技術簡介：

壹、發光二極體(LED)發光原理

發光二極體(LED)是利用半導體中電子與電洞結合時，過剩的能量會以光的形式釋放，而不同的材料會發出不同的波長，也就會看到不同顏色的光。由表一可以看到，我們可以藉由混晶比例來調整要發出的波長，但不同材料會受本身禁制帶寬度的限制，所以能控制的光波長也有一定的限度。我們由公式及表一得知，當禁制帶寬度(El)越大，則發出的波長越短，發光顏色會偏向藍光及紫光，而GaN的禁制帶寬度為3.39eV，因此通常用GaN來做藍光的磊晶材料。

表一 各材料禁制帶寬度比較

貳、白光LED發光原理

發出白光的方式主要可分成兩種(見表二)，一種是單晶型，這種方式與日光燈的發光方式一樣，就是把藍光加上黃色螢光粉或紫外光LED加上RGB三波長螢光粉來產生白光。另一種是多晶型，即利用互補的2色或把3原色做混光而形成白光。若採用多晶型的方式，基於不同LED的驅動電壓、發光輸出、溫度特性及壽命各不相同，因此造成用此方法會有很多要控制的因素，也使得所產生的成本亦較高；若採用單晶型，則只要用一種元素即可，而且在驅動回路上的設計會較為容易，因此，可以發現目前多數廠商較傾向往單晶型的方式來做研發的方向。

表二 白光發光原理

參、LED衡量單位簡介

LED技術領域可看到許多的衡量單位常常讓人搞不清要如何衡量，因此我們先就這些衡量單位作一個簡單的介紹(見表三)。在上游的晶片(Wafer)磊晶的部份，通常會衡量該晶片磊晶完後的波長及均勻度等；到晶粒(Chip)部份，則要衡量該晶粒能夠發的光的亮度如何，因此我們通常用mW或mcd(毫燭光)來衡量；到下游封裝完後，要衡量封裝完後該LED的亮度則常用cd(燭光)或mcd(毫燭光)來衡量。而白光照明衡量單位較為特殊，我們常用lm/W(流明/瓦)來衡量。

表三 LED亮度衡量單位

註：鎢絲燈泡約6lm/W，日光燈約在45 lm/W

壹、LED主要大廠技術發展趨勢

一、往藍光、紫外光及白光LED來發展

由表四我們可以發現，各廠商主要都先從藍光LED開始研發及量產，有了藍光的技術之後再開始研發白光LED，然而目前最常用藍光加上黃色螢光粉來產生白光，但是用藍光LED來發白光的發光效率仍然不足，因此另外一個方向就是往紫外光LED來發展，利用紫外光加RGB三波長螢光粉來達到白光的效果，其發光效率比藍光好上許多，研究顯示若發光波長能到254nm，則可以不加螢光粉也能自發白光。目前紫外光LED以美國Cree所做的紫外光LED技術層級最高，已達21 lm/W(目前市售藍光LED約為4 lm/W)，這樣的研發進度超乎原先預期，因此預估白光LED要取代照明很可能在十年內發生。

未來在照明市場可取得一席之地的國家，我們以研究紫外光LED專利數來觀察，認為日本的機會最大。就專利數來看，日本的專利數目最多，發展的專利件數達105件，佔全球紫外光LED專利數的86%，若以各別廠商來看，可以發現以Toyoda Gosel和Nichia發展的最積極，紫外光LED的專利數分別為15件及11件。若我們仔細分別這些紫外光LED專利，可以發現所著重的技術並不相同，以元件結構的專利比重最大，佔56%，而製程技術佔19%、元件組裝佔16%、磊晶技術只佔9%。所以就專利數來看，紫外光LED的廠商以Toyoda Gosel和Nichia最有後來居上的可能。

二、近期發展藍光及紫光雷射二極體(LD)

雷射二極體可應用的範圍很廣，包括光通訊、光儲存、醫學、影像記錄及感測器…等市場，目前應用領域最主要是光通訊及光儲存。雷射二極體最常見的是紅光LD，而現在最新發展的是藍光及紫光LD，藍光及紫光LD對儲存媒體的影響很大，可使CD-R及DVD-R有更大的儲存能力，可使DVD儲存能力高達20GB。因此ELSEVIER該研究單位認為從2002年到2005年每年會有22.5%的複合成長率，其成長空間很大。

就技術能力來看，紫光LD技術能力最好的是Nichia，目前已可生產30mW的紫光LD。另外Toyoda Gosel有生產藍紫光LD發光功率為3mW，而CREE也有藍光LD發光功率約3mW與Toyoda Gosel相差不多。

表四 世界LED大廠技術動向

貳、各國未來LED發展方向

我們觀察各國在LED的投入及發展方向可以發現(見表五)，主要著重在材料以及製程技術的研發，並且以美國及日本較為積極，因其訂出的研究項目及技術指標較為明確，投入的資金也相對較大，參與廠商也是各世界重量級的廠商，所以我們認為在未來5~10年仍然是以美日在LED市場的領先者。

以各國規劃的進度來看，在白光發光效率方面，因為白光LED的發光效率要超過100lm/W以上才能進入廣大的照明市場，對目前的日光燈(約60~100lm/W)才有取代的效果，所以各國均以達到100lm/W以上為目標。就單價來看，日本希望持續降低藍光LED晶粒的售價到5元日幣以下，換算臺幣約1~2元左右，可預見未來藍光LED仍有50%的下降空間。

表五 各國未來十年LED發展計劃

國內技術狀況：

壹、上中游關鍵技術發展

上中游生產製程如下：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，進行平臺蝕刻後切割磊晶片，最後再將磊晶片崩裂成單顆晶粒。

在LED產業價值鍵中，以上游的技術層次最高，且常面臨專利權的問題，另外，有些原料均需由國外進口，如基板及有機金屬等，以基板為例，要採用哪一種基板也會影響後續要避開哪些專利、要使用哪種技術以及影響產品的亮度及波長。

以下就一些上中游的關鍵技術做詳細的闡述：

一、基板

現今藍光LED常用的基板主要有兩種(見表六)，一是Nichia所主張藍寶石，二是Cree所推行的SiC，就成本方面，使用藍寶石的基板成本較使用SiC高，且硬度較高不易切割，但在穩定性與晶格配合上則是藍寶石優於碳化矽，其各自有其優缺點。雖然SiC基板價格較藍寶石基板貴，但是SiC能以較低的成本形成共振面，所整體成本比藍寶石低，且其散熱性較佳，磊晶過程速度也較快，但最大的缺點是先天上與GaN的晶格不符。

國內上游廠商為了生產藍光LED，所用的基板主要都以藍寶石為主，主要原因是除了SiC基板與GaN的晶格不符之外，另外是因為國內藍光LED主要是用在手機上，所以就操作電壓的考量下，進而選擇藍寶石基板。

表六 基板優缺點比較表

二、磊晶方法

LED的主要磊晶方法有LPE(液相磊晶法)、VPE(氣相磊晶法)及MOCVD(有機金屬氣相磊晶法)(見表七)。磊晶關心的重點有磊晶長成的速度、量產能力、磊晶薄度及平整度的控制能力如何，由這幾個方面加以比較我們可以發現，LPE及VPE的磊晶長成的速度和量產能力較MOCVD佳，但在磊晶薄度及平整度的控制能力就不如MOCVD好，但是MOCVD有成本較高，良率低而且原料取得不易等缺點。基於以上因素，造成在不同的產品所應用的磊晶方法也不同(見圖一)，在傳統亮度的LED上(如GaP、GaAsP及AlGaAs)常用LPE(液相磊晶法)，若是高亮度LED(如AlGaInP及GaN等)則要求的品質較為嚴格，因此則要用MOCVD(有機金屬氣相磊晶法)。

由圖一可知靠氮化物(GaN)為材料的磊晶方式則要藉由MOCVD磊晶技術，因為目前藍、白光為各家廠商發展的重點，因此氮化物的MOCVD磊晶技術為主流。而國內上游的上市櫃廠商主要有國聯和晶電，以下就國聯和晶電所採用的基板及MOCVD機臺數做一比較。

表七 各種磊晶方法比較

圖一 各材料的磊晶技術及發光顏色比較圖

目前藍光LED仍然供不應求，所以國內上游廠商持續投入MOCVD機臺來擴充產能，由表八可知，目前晶電藍光LED用的MOCVD機臺數有7臺，其中有一次可磊晶6片的，也有11片的MOCVD機臺，預計在10月會再進一臺20片的MOCVD機臺。而國聯目前MOCVD機臺有30臺，預計還要再導入3臺MOCVD機臺。

就MOCVD機臺的技術來看，目前最普遍的機臺為一片2吋/一次6片的機臺，而未來走向一片2吋/一次20片以上的機臺以及一片3吋/一次5片的機臺，甚至發展到往4吋及8吋的方向走，只是至少還要3~5年的時間來會發展成熟。

表八 國內上游LED廠商技術比較

貳、下游關鍵技術發展

下游主要是將晶粒做封裝，製造流程從固晶、打線、壓模、切割、測試到包裝，封裝的型式有Lamp、數字顯示型、SMD及、點矩陣型，要用哪一種封裝型式主要是要看用在哪一種應用產品上，目前最熱門的是SMD型封裝，主要是用在可攜式產品上，如手機、PDA等產品。然而下游封裝有不少的專利技術，因此也有其技術難度，而封裝的主要重點是在如何提升發光的效率，因此以下就這個議題加以探討。

一、封裝技術難度

封裝的技術難度在如何耐高電流、具高散熱性及減少晶粒亮度的衰減，其實電流、阻抗和熱度有密不可分的關係，當電流越大且阻抗越大，則所產生的熱度就越高，因此要找散熱性更佳的材料來封裝，同理可證，若我們可以把阻抗降低，我們就可以把熱度降低，所以目前正發展「低接觸阻抗電極」技術，也就是在相同的熱度之下，降低電極阻抗，則可以耐更高的電流。另外在散熱性方面，發展中的「耐熱抗UV樹脂材料」可以提升散熱性。在減少晶粒亮度的衰減方面，目前則是發展「高反射率」的技術，使所發出的光不會因基板或封裝材料所吸收，進而提高晶粒的亮度。另外，現在產品走向均往輕薄短小來發展，因此如何縮小封裝的體積，亦是封裝的重點，因此目前SMD是最流行的封裝技術，Flip Chip技術則是未來發展的重點封裝技術。

二、高效率的螢光體合成法提升白光LED發光效率

而在白光方面，要讓晶粒產生白光目前主要有兩種方法，一種是把RGB三種顏色混光，或互補色混光來形成白光；另一種方法與日光燈的發光方式一樣，就是把藍光加上黃色螢光粉或紫外光LED加上RGB三波長螢光粉來產生白光。就第一種方法而言，目前的技術關鍵在RGB全彩白光材料的選擇以及混合比例的方法；而第二種用螢光粉的方法，則關鍵技術在高效率的螢光體合成法，也就是如何把螢光粉有效的附著在晶粒上的一項技術。

三、利用照明設計提升白光亮度

在照明設計方面，因為目前白光的亮度仍然不足，但我們可以利用一些方法來提高白光的亮度，在照明燈具上做一些提高亮度的設計是一種可行的方法之一，因此發展出Array LED配光以及光強度的分佈技術，另外LED發光會產生熱能，雖然在封裝時已利用一些技術減少發出的熱能，但當許多LED放在一起時，所聚集的熱能仍是很強的，因此如何設計燈具系統來降低熱能也是可發展的一個重點，因此目前正在發展「燈具系統散熱及電路設計」等技術。

參、照明光源應用

以目前的白光亮度仍然無法進入室內照明市場，但是已可以在特殊照明市場有一番作為了，所以我們進一步了解特殊照明有哪些應用範圍及未來白光亮度提升後又有哪些應用領域，以下就一般照明及工業用照明兩部份作一闡述。

由圖二可知，一般照明方面，最簡單的可從手電筒開始作起，接下來可往店面裝飾燈、橋樑裝飾燈以及庭園燈來著手；工業用照明方面，則可從植物栽培燈、手機背光源及PDA背光源等開始著手，我們也觀察到這些應用範圍目前已經有廠商開始進行。但這樣的應用範圍始終仍是太過侷限，成長到一定程度後會有所限制，因此要等到白光的亮度達到100lm/W以上，則可發展的範圍會擴大不少，在一般照明方面則可應用到室內燈、檯燈及戶外燈，而工業用照明則會有投影機燈源及閃光燈等需強光的應用。可應用的範圍變得十分廣泛，需求會急劇增加，這也LED未來最大的市場。

由以上討論看來，我們認為由於磊晶技術不斷成長，晶片發光亮度也成倍數的提升，以藍光及紫外光晶片所延伸出白光的產品，正逐漸朝向室內照明的應用，未來有機會取代目前的照明設備，業界一般認為白光LED照明市場可望在2010年左右趨於成熟，則美國將有10%的室內照明可被LED取代。

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