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由日本LED NEXT STAGE展會,看新技術發展趨勢
ITIS智網黃孟嬌
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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。

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。

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。

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。

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。

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)

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