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LED(Light Emitting Diode;LED)產業現況分析

近年來由於原油價格高漲,再加上「京都議定書」對溫室氣體排放之 全球性管制等因素下,政府在 94 年 6 月第二次全國能源會議中決議應集中 資源、擴大能源科技整合發展,加速推動多項技術發展,提高自主能源,

扶助綠色科技產業。由於 LED 具有體積小、發熱量低、耗電量小、壽命長、

無汞、耐震、少廢棄等優點,符合省電節能、改善生活品質之二十一世紀 環保新光源。發光二極體(Light Emitting Diode;LED),屬於一種化合物半 導體元件,主要以 III-V 族元素所組成,元件具有兩個電極端子,藉由在端 子間施加電壓,所產生的微小電流使正極的電洞與負極的電子結合而放光。

2.3.1 LED 產業發展

LED 可以說是繼 200 萬年前人類開始使用火,以及 1879 年愛迪生發明 電燈以後,照明市場的另一次革命性突破。儘管現在看來 LED 的產業前景 一片大好,應用市場十分寬廣,但是 LED 技術演進,仍然歷經了漫長發展 歷程。

1907 年,美國人 Henry Joseph Round 首度發現在 10V 的偏壓下,當半 導體中的電子與電洞結合時,過剩的能量會以光的形式釋出,並產生暗淡 的黃光和橙光,被稱之為激發光(Electroluminescence)。

1923 年,俄國的 O.W.Losseve 將電流注入意外形成的 SiC(碳化矽)半 導體材料中,使其能發出藍光,被視為是 LED 的開山始祖。其後的 30~40 年間,包括英、法等國的科學家都陸續進行各種半導體的激發光實驗。直 到 1962 年美國 GE 公司成功開發出全球第一顆磷砷化鎵的紅光 LED,並在 4 年後正式量產,LED 至此終於進入商品化階段。

1970 年代到 1980 年代中期,LED 處在亮度偏低、發光區域集中在紅、

黃、橙、綠等所謂的傳統 LED 時代。至於採用有機材料的發光二極體(即 OLED,有機發光二極體),則在 1980 年代末期開始出現。到了 1991 年,

由 HP 與東芝合作開發出四元化合物 LED(磷化鋁鎵銦),可發出高亮度紅 光與琥珀色光,才正式揭開高亮度 LED 時代序幕。

此後,LED 的技術演進如同搭上特快車,1993 年日亞化學開發出以氮 化鎵銦為材質的藍光 LED,配合 MOCVD 的磊晶技術,可製作出高亮度的 純綠光及藍光 LED,打開邁向全彩化目標的新里程碑。1996 年,日亞化學 終於成功以藍光為基礎,發展出白光 LED,成為全球照明市場最受矚目的 新興光源。

至於台灣的 LED 產業發展歷史,也相當早,自從 1972 年德儀(TI) 在 台灣設立第一條 LED 封裝線開始,將 LED 產業帶進台灣;隨後 1974 年 TI 結束在台的 LED 生產線;次年當時的光寶電子公司建立 LED 封裝生產線,

成為台灣最早投入 LED 產業的公司,並且開啟了台灣 LED 產業之路。台灣 的 LED 產業可說是由下而上發展的,早期以發展 LED 下游封裝為主,然 後再發展至上游的磊晶片與晶粒。發展初期以下游家庭代工封裝業務為 主,上中游的磊晶片與晶粒均需仰賴美、日大廠的供應。直到 1983 至 1988 年,光磊、鼎元等公司相繼成立後,台灣才逐漸跨入 LED 產業的中游。

至於上游的磊晶片,在 1993 年國聯公司成立國內第一家上游磊晶片 廠,才再跨向上游。但當時主要只生產四元產品,即藍光磊晶片部分。直 至 1996 年,工業技術研究院與國內下游封裝廠合資成立晶元光電,至此 歷經 20 多年的發展,台灣才建立了完整的 LED 產業上中下游生產供應鏈。

截至目前,國內 LED 產業上游磊晶廠商,分別有晶電、璨圓、華上、

晶專等公司;中游晶粒切割廠商,則有晶電、華上、晶專、鼎元、光磊、

元砷、連勇、聯亞、漢光、廣鎵、洲磊等公司;下游封裝廠商,分別為光 寶、億光、佰鴻、宏齊、東貝、華興、光鼎、立碁、李洲、恆嘉等公司。

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2.3.2 LED 結構與作動原理

圖2.6 LED 結構圖

LED(發光二極體)由光電半導體材料製成,其極性包括P及N型兩種,

經由通以順向電壓便可使其發光。

LED的基本發光原理:一種藉由外加偏壓激發電子,進而放出光的半 導體體元件。當電流通過時,電子與電洞互相結合,剩餘能量便釋放出光。

根據使用材料的不同其電子、電洞所佔的能階也有所不同,能階的高低差 影響結合後光子的能量,便產生不同波長的光。(9)

2.3.3 LED特點

LED最大的特點在於:無須暖燈時間(idling time)、反應速度快(約在10-9 秒)、體積小、用電省、耐震、污染低、適合量產,具高可靠度,容易配合 應用上的需要製成極小或陣列式的元件。LED較傳統光源的照明優勢共有 以下幾點:(9)

1.有許多小型且不同尺寸可供設計選擇。

2.可承受高衝擊力。

3.低的功率損失。

4.亮度衰減較緩慢。

5.極長的使用壽命約5萬至10萬小時,比傳統鎢絲燈壽命高出5~10倍。

6.省電,低消耗功率,新環保燈泡。

7.全系列發光顏色皆有生產(由藍色460nm至暗紅色660nm)。

8.白色照明光源。

9.提供高功率使用與高亮度產品。

10.利用紅、綠、藍3原色晶片封裝技術製作單顆全彩機種(three in one) 11.冷光,發熱度低,不會損壞燈座安全性高

2.3.4 LED應用

一般亮度 LED GaP、GaAsP、

A1GaAs

GaAs、A1GaAs IRDA 模組 遙控器

圖2.7 LED 台灣產業結構與製程(9)

表2.2 LED台灣產業之結構 項目 主要材料 產品 廠商

上游 單晶片 磊晶片 鼎元、信越、晶電(國聯)、全 新、台科、漢光、興光、璨圓、

元砷、華上

中游 磊晶片 晶粒 光磊、鼎元、台科漢光、元砷、

下游 晶粒、樹脂、

導線架、模具 金線、銀膠

燈泡、數字顯示、

表面黏著及點矩 陣等 LED

光寶、億光、興華、東貝、今台、

佰鴻、先益、立碁、光鼎、李洲 應用 燈泡、數字顯

示、表面黏著 及點矩陣等 LED

大型看板、第三煞 車燈、交通號誌、

背光源、遙控模組

瑩寶、光磊、恒嘉、興華、東貝、

新眾、台灣松下、仲鼎、康申、

星衍、英伍、夆典、優百利等、

宏齊

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