以專利分析之觀點探討LED製程技術對中國LED產業及市場的影響 - 政大學術集成

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(1)國立政治大學智慧財產研究所碩士論文. 以專利分析之觀點探討 LED 製程技術對中國 LED 產業及市場的影響 The Impact of LED Manufacturing Process Technology on LED Industry and Market in China: Patent Analysis Perspective. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 指導教授 : 陳桂恒陳桂恒博士研究生 : 洪駿之撰中華民國 101 年 7 月 17 日.

(2) 以專利分析之觀點探討 LED 製程技術對中國 LED 產業及市場的影響. 謝辭. 謝辭想當年放下還算穩定的工作，來唸政大商院智慧財產研究所，其實是一個令人非常忐忑的決定，而身為一個不太 OK 的基督徒，還是很感恩上帝一直以來的看顧保守，讓我順利經歷了一個美好的過程。而在整個兩年學業過程中，也遇到太多陌生的挑戰，如果不是有許多人給予寶貴的支持跟幫助，這兩年真的不會有這麼多的快樂和成長。首先，要先誠摯地感謝我的恩師陳桂恒教授。老師總是非常願意給予學生時間，從一開始就協助學生發掘研究中的核心問題，依此建立正確的研究架構，並且在每. 政治大. 當學生遇到問題時，總能精準的找到學生的盲點，從最核心的根本再提出解決之法。. 立. 除了學業上的幫助，老師私下更是一個極度好相處的良師益友，永遠都有最開闊的. ‧ 國. 學. 態度眼光、及幽默歡樂的特質，加上老師的經驗閱歷豐富且全球化，真的讓我非常感恩當初有幸能入老師門下。. ‧. 此外，也要特別感謝論文口試老師徐小波老師及邱仁鈿老師。兩位老師都在. sit. y. Nat. 口試評論中提供了許多不同角度的寶貴建議，並且邱老師還常常恩准我亂入其門下. io. er. 學生的咪挺，對我的論文撰寫其實助益良多。另外有一位特別的老師，王偉霖教授，非常感謝王老師這兩年對我的關心照顧，且讓我從研究計畫中學到許多寶貴的實務. n. al. Ch. 經驗，實在是課堂以外相當大的收穫!. engchi. i n U. v. 在智財所的兩年生活，認識了一群最棒的朋友，他們絕對是我在智財所最大的收穫之一。欣婕跟于舒是我分憂解勞的好朋友，這兩年沒有你們真是撐過不去!!! 三星行銷比賽、企業併購比賽、公司實習都各有你們的身影陪伴，更別說在許多課程中一起同組討論報告的大小戰役，你們真是我最好的革命夥伴，其中差別化在於欣婕是個很可以談天說地的優質搞笑咖，而于舒更是好酒友兼看球友，顆顆。而同門的均豪、珮祺、復淳都常常在八樓跟我一起聊天相伴，每次有你們一起熬夜打報告真的是渡過這兩年的原動力，這兩年八樓王的頭銜真是不出我、復淳、還有均豪，珮祺常有許多優秀的想法，而均豪及復淳則是我 3C 的知識庫，而且我真的超欣賞均豪的口才機智的! 當然，超正妹雅竹則是我們揪團的必要成員，不但. i.

(3) 以專利分析之觀點探討 LED 製程技術對中國 LED 產業及市場的影響. 謝辭. 為人貼心，更兼顧美貌、氣質、及專業，這次去普吉島的畢業旅行殺了無數相機記憶體，真是萬中選一的優秀! 另外其他 99 級的同學如青洋、祥豪、毛毛、家綺、芳儀、咨甫，大家都有自己不同的專業背景，讓隨時交談討論都能帶出收穫，是這兩年在智財所多元學習的原因呢~ 最後，感謝所上默默付出的助理們：秋玲姐、瑞清和淑冠，在這兩年給予我許多協助。在生活上，雖然老爸、老媽、老妹可能人在國外也沒法給什麼指導，但是最重要的是大家都很支持我求學的這項決定，讓我開開心心地毫無後顧之憂。最要感謝的可能還是我女朋友如芸，這兩年風風雨雨一路走來始終如一，謝謝妳的支持跟細. 政治大年好友們，真的，因為有你們的陪伴，讓我碩士求學過程平安開心。希望無論是同立心照顧。另外、還有很多人其實無法一一致謝，如教會的師長朋友們，以及許多多. ‧. ‧ 國. 學. 學們、朋友們，都能在我畢業後一起為彼此帶來更多歡樂與幫助~!. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. ii. i n U. v.

(4) 以專利分析之觀點探討 LED 製程技術對中國 LED 產業及市場的影響. 中文摘要. 以專利分析之觀點探討 LED 製程技術對中國 LED 產業及市場的影響. 中文摘要在二十一世紀中， LED 發光二極體更是備受期待的節能產品。過去背光源一直是 LED 主要應用項目，而漸漸地照明也開始採用 LED 產品，甚至各國已宣布將禁用白熾燈。然而，在各國政府及業者大力推廣及投入 LED 產業之際，目前 LED 產品尚未能實現市場替代效應之事實卻不容忽視。細究其可能原因，是否 LED 產品. 政治大尚未成熟、品牌塑造尚待建立等因素，讓消費者暫時裹足不前? 立. 仍有技術功能缺陷，抑或其價格無法競爭，又者消費者對產品認知不足、終端通路. ‧ 國. 學. 鑒於台灣在 LED 產業中已有完整的上中下游布局，不但是下游封裝的全球最大供應中心，近年更也逐步紮根中游晶粒產品，甚至切入上游單晶基板、磊晶產品製. ‧. 程。故此，本研究希冀探查現有 LED 產品所遭遇之困難，以功能品質及經濟價值等. y. Nat. 角度，找尋可突破市場瓶頸之關鍵因素，並針對其中可進行專利檢索及分析的較具. io. sit. 技術性因素：LED 單晶基板，以中國大陸此成長最為顯著之市場作為專利檢索及分. al. n. 向。. er. 析之核心地理區域，探討 LED 單晶片基板之專利發展趨勢以及研發參考目標及方. Ch. engchi. i n U. v. 在進行專利檢索之前，本研究將先行剖析現有 LED 單晶片基板的應有功能、重點特性、4 大類基板材料選擇與其最新研發優勢，包含藍寶石、碳化矽、矽、氮化鎵，以助於後續專利檢索及分析結果之觀察思考。本研究的結論與建議將分別針對不同的 LED 單晶片基板材料選擇，以專利分析結果對照其市場發展近況，向台灣業者提出藍寶石、碳化矽已係過度競爭、不宜進入的項目，並在最後建議台灣業者仍可持續投入研發 LED 矽、氮化鎵基板材料，以及額外以技術與應用創新增加其產品的市場連結度及應用產業競爭利基。關鍵字： LED、單晶片基板、專利檢索及分析、藍寶石基板、碳化矽基板、矽基板、氮化鎵基板. iii.

(5) 以專利分析之觀點探討 LED 製程技術對中國 LED 產業及市場的影響. 英文摘要. The Impact of LED Manufacturing Process Technology on LED Industry and Market in China: Patent Analysis Perspective. Abstract Nowadays LED has become a future mainstream of highly expected energy-saving product. Back-lighting has been the main application for LED, such as in monitors, and furthermore lighting has grown its market size into significance. However, it should draw attention that LED products has not yet fully replace conventional lighting as expected, due to a number of possible factors, including functions, prices, consumer awareness, channeling, and/or branding.. 政治大 downstream packaging supply source, mature middle-stream wafer production and 立 In light of the fully established LED industry in Taiwan, including the largest. leading upstream epitaxy and substrate manufacturing, this study aims to seek and find. ‧ 國. 學. the patent searchable and analyzable part of the current LED obstacles in product quality. ‧. and economic value perspective. As a result, single crystal substrate falls into abovementioned criteria, including four major substrate materials: sapphire, silicon. Nat. sit. y. carbonate, silicon, and gallium nitrite. This study further concentrates the patent search. er. io. and analysis on China, the fastest growing LED market among all regions and the biggest. al. opportunity for Taiwan players.. n. v i n C h gives a detailed elucidation Before patent search, this study about four substrate engchi U. materials on functions, important traits, different types and respective R&D updates and breakthrough, followed by interpretation of and association with patent search and analysis. At the end of this study, conclusions and suggestions are given, based on Taiwan players’ current relative strength and weakness. In sum, sapphire substrates and silicon carbonate substrate have overly competitive patent and market situation, and silicon substrates and gallium nitrite substrate may allow Taiwan players to continue and/or reinforce R&D investment. Additionally, technology and application innovation could increase product-market linkage and competitive edge in LED application industry. Keyword: LED, single crystal substrate, patent search and analysis, sapphire substrate, silicon carbonate substrate, silicon substrate, gallium nitrite substrate. iv.

(6) 以專利分析之觀點探討 LED 製程技術對中國 LED 產業及市場的影響. 目錄. 目錄第一章緒論..................................................................................................................... 1 第一節研究背景..................................................................................................... 1 第二節研究動機及目的......................................................................................... 2 第三節研究範圍與限制......................................................................................... 3 第四節研究架構與流程......................................................................................... 3 第二章文獻探討............................................................................................................. 7. 政治大. 第一節專利的本質與定義..................................................................................... 7. 立. 第二節專利檢索..................................................................................................... 7. ‧ 國. 學. 第三節專利分析................................................................................................... 10. ‧. 壹、專利分析的種類................................................................................... 10. sit. y. Nat. 貳、專利分析的功能................................................................................... 11. io. al. n. 第三章. er. 第四節專利分析及檢索的工具選擇................................................................... 13. i n U. v. LED 產業及市場分析 ...................................................................................... 17. 第一節. Ch. engchi. LED 產業 .................................................................................................. 17. 壹、. LED 定義 .............................................................................................. 17. 貳、. LED 應用發展歷程 .............................................................................. 24. 第二節. LED 取代白熾燈可能性 .......................................................................... 27. 壹、全球各國禁用白熾燈情況................................................................... 28 貳、替代光源產品比較：LED、CFL 與白熾燈 ...................................... 30 第三節全球 LED 市場 ........................................................................................ 33 壹、全球 LED 市場 ..................................................................................... 33. v.

(7) 以專利分析之觀點探討 LED 製程技術對中國 LED 產業及市場的影響. 目錄. 貳、中國 LED 市場 .................................................................................... 35 第四節. LED 市場發展之現有瓶頸與突破關鍵 ................................................. 37. 壹、全球 LED 市場發展之現有瓶頸與突破關鍵 ..................................... 37 貳、中國 LED 市場發展之現有瓶頸與突破關鍵 ..................................... 40 第五節小結........................................................................................................... 42 第四章. LED 製造流程介紹及關鍵環節分析 .............................................................. 45. 第一節. LED 製程分析 .......................................................................................... 45. 政治大. 壹、. LED 製造流程 ...................................................................................... 45. 貳、. LED 製造成本分配 .............................................................................. 47. 立. ‧ 國. 學. 參、小結....................................................................................................... 49 第二節. ‧. LED 單晶片基板介紹及分析 .................................................................. 49. y. sit. LED 基板材料種類 .............................................................................. 51. io. n. al. er. 貳、. Nat. 壹、一般 LED 基板製造流程介紹 ............................................................. 49. i n U. v. 一、藍寶石........................................................................................... 52. Ch. engchi. 二、碳化矽........................................................................................... 55 三、矽................................................................................................... 58 四、氮化鎵........................................................................................... 59 參、. LED 基板材料特性比較 ...................................................................... 61. 第五章中國大陸 LED 基板材料專利分析 ................................................................. 63 第一節、檢索及分析方法介紹........................................................................... 63 壹、專利檢索策略....................................................................................... 63 貳、專利分析策略....................................................................................... 64. vi.

(8) 以專利分析之觀點探討 LED 製程技術對中國 LED 產業及市場的影響. 目錄. 第二節、藍寶石................................................................................................... 65 壹、中國大陸的藍寶石基板材料之整體申請趨勢分析........................... 65 貳、申請中國大陸的藍寶石基板材料專利之主要國家統計................... 66 參、中國大陸的藍寶石基板材料專利之主 IPC 分析 ............................. 67 肆、中國大陸的藍寶石基板材料專利之重要公司分析........................... 69 第二節、碳化矽................................................................................................... 70 壹、中國大陸的碳化矽基板材料專利之整體申請趨勢分析................... 70. 政治大. 貳、申請中國大陸的碳化矽基板材料專利之主要國家統計................... 71. 立. 參、中國大陸的碳化矽基板材料專利之主 IPC 分析 ............................. 72. ‧ 國. 學. 肆、中國大陸的碳化矽基板材料專利之重要公司分析........................... 76. ‧. 第三節、矽........................................................................................................... 77. sit. y. Nat. 壹、中國大陸的矽基板材料專利之整體申請趨勢分析........................... 78. io. n. al. er. 貳、申請中國大陸的矽基板材料專利之主要國家統計........................... 78. i n U. v. 參、中國大陸的矽基板材料專利之主 IPC 分析 ..................................... 79. Ch. engchi. 肆、中國大陸的矽基板材料專利之重要公司分析................................... 81 第四節、氮化鎵................................................................................................... 81 壹、中國大陸的氮化鎵基板材料專利之整體申請趨勢分析................... 82 貳、申請中國大陸的氮化鎵基板材料專利之主要國家統計................... 83 參、中國大陸的氮化鎵基板材料專利之之主 IPC 分析 ......................... 83 肆、中國大陸的氮化鎵基板材料專利之重要公司分析........................... 85 第五節、小結....................................................................................................... 86 第六章討論與建議....................................................................................................... 91. vii.

(9) 以專利分析之觀點探討 LED 製程技術對中國 LED 產業及市場的影響. 目錄. 第一節、研究分析結論....................................................................................... 91 第二節、研究建議............................................................................................... 95 第三節、後續研究之建議................................................................................... 97 參考文獻........................................................................................................................... 99 附錄一專利分析軟體 Patent Guider 2008 與市面上其他產品之功能特色比較表 103. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. viii. i n U. v.

(10) 以專利分析之觀點探討 LED 製程技術對中國 LED 產業及市場的影響. 目錄. 圖目錄圖 1. 研究流程圖............................................................................................................. 4. 圖 2. 日本相機專利數與市場佔有率的關係................................................................. 8. 圖 3. LED 點光源產品 .................................................................................................. 17. 圖 4. LED 照明產品結構圖 .......................................................................................... 18. 圖 5. LED 發光構造圖 .................................................................................................. 19. 圖 6. LED 中游產品，晶粒構造圖 .............................................................................. 20. 圖 7. 肉眼可見光波....................................................................................................... 20. 圖 8. 白光 LED 示意圖 ................................................................................................. 22. 圖 9. LED 光色及對應的磊晶化學組成之發展歷史 ................................................. 23. 圖 10. 全球 LED 應用趨勢（數量） ........................................................................... 25. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. Nat. sit. y. 圖 11 2008-2012 年全球 LED 應用結構對比 ............................................................ 26. n. al. er. io. 圖 12 2007 年至 2012 年全球 LED 應用出貨量 ........................................................ 26. Ch. i n U. v. 圖 13. 現今 LED 應用領域 ........................................................................................... 27. 圖 15. LED 和白熾燈、螢光燈的成本比較 ............................................................... 32. engchi. 圖 17 2009-2015 年全球高亮度 LED 產值增長趨勢圖 .......................................... 34 圖 18. LED 燈泡直接置換後的照度分佈 .................................................................... 38. 圖 19. LED 量產流程概圖 ............................................................................................ 45. 圖 20. LED 照明產業供應鏈 ........................................................................................ 47. 圖 21. LED 製程成本結構 ........................................................................................... 48. 圖 22. 晶棒長成主要製造流程圖................................................................................. 50. ix.

(11) 以專利分析之觀點探討 LED 製程技術對中國 LED 產業及市場的影響. 目錄. 圖 23. 藍寶石晶體及切片............................................................................................. 53. 圖 24. 藍寶石晶體切面圖............................................................................................. 54. 圖 25. 藍寶石與氮化鎵 GaN 的晶格差異 ................................................................... 54. 圖 26. 使用藍寶石基板的 LED 磊晶結構圖 ............................................................... 55. 圖 27. 碳化矽晶體及切片............................................................................................. 56. 圖 28. 使用碳化矽基板的 LED 磊晶結構圖 ............................................................... 57. 圖 29. 矽晶體及切片..................................................................................................... 58. 圖 30. 使用氮化鎵基板的 LED 磊晶結構圖 ............................................................... 60. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. x. i n U. v.

(12) 以專利分析之觀點探討 LED 製程技術對中國 LED 產業及市場的影響. 目錄. 表目錄表 1. 常見的專利檢索關鍵構面..................................................................................... 9. 表 2. 全球各國白熾燈禁用時間表............................................................................... 28. 表 3. 白熾燈、CFL 省電燈泡與 LED 燈泡比較 ........................................................ 31. 表 4. 中國大陸十二五規劃 LED 產值預估 ................................................................. 35. 表 5 GaN 磊晶 LED 基板材料之特性比較 ................................................................ 61 專利管理圖表之製作與功效............................................................................... 64. 立. 政治大. 學 ‧. ‧ 國 io. sit. y. Nat. n. al. er. 表 6. Ch. engchi. xi. i n U. v.

(13) 第一章緒論第一章緒論第一節研究背景近幾年全球環保意識及節能需求高漲，過去傳統白熾燈照明的高額耗電成本已不符時代所需，自 2007 年澳洲公開宣布將禁止白熾燈泡的使用之後，各國亦紛紛公開效法。而新一代的照明產品亦開始成為全球需求量最大的產業之一，其中發光二極體 LED (Light Emitting Diode)更是被預期為，比鹵鎢燈、螢光燈更加具有高亮度發光效能及樽節成本經濟價值的未來主流產品。. 政治大. LED 誕生在 1960 年代，其市場應用從一開始發光亮度較低的點光源產品，如. 立. 家電、電子產品或玩具等。經過技術突破後，LED 應用逐漸延伸到資訊、通訊及消. ‧ 國. 學. 費性電子產品指示與背光源上，如監視器、電腦、電視等顯示器背光源，並造成背光源產品替代效應，成為 LED 市場需求成長的最大應用來源。然而，業界對 LED. ‧. 背光源產品的替代效應似乎過度樂觀，2011 年高亮度 LED 背光市場的產值僅微幅成長，從個別應用來觀察，LED 於電視背光的產值僅 14 億美元，相較 2010 年減少. er. io. sit. y. Nat. 18%。. 此外，高功率、高亮度 LED 也已成功應用在照明產品上，並在過去數年一直處. n. al. Ch. i n U. v. 於高速增長階段(相較於市場進入初期的微小份額)，在 LED 中的比重將逐步加大，. engchi. 預計在未來 2 年後將慢慢開始取代 LED 背光源，成為 LED 主流應用產品。但是，在實際取代傳統照明方面，受限於 LED 價格和其他技術性功能(如發光效率等)，約至 2012 年後才開始有較大的替代效應出現。因此，LED 市場上的終端需求亦未如預期般爆發性成長。由於前文所述之全球背光源及照明等預期替代需求，近幾年各國的 LED 上中下游廠商爭先投入 LED 產業，搶食 LED 背光源或照明等預期的市場大餅，而相反的，終端需求未有持續高速成長，導致終端銷售不佳使得 LED 的單價下滑，加上 LED 的庫存持續增加導致 LED 產業短期供過於求。如何渡過短期內市場成長不佳、競爭激烈、產能過剩的情形，從而維持到長期 LED 替代效應必然帶來的龐大市場，將是台灣 LED 產業應努力思考之重點。. 1.

(14) 第一章緒論第二節研究動機及研究動機及目的在 LED 整個產業鏈結構中，上中游環節的單晶基板、磊晶片、晶圓片產品的品質好壞直接影響到了下游 LED 應用產品的工作性能，同時上中游產品的資本密集度和技術難度也是整個產業鏈中最高的，因此其進入門檻和技術附加值帶來的毛利率也相對可觀。據統計，上中游產業的利潤約占整個產業鏈環節的 70%；相對而言，在下游的晶片封裝和應用產品生產環節缺乏核心技術，因此，整個下游產業競爭激烈，且規模及盈利能力也較低，下游環節約占產業鏈 30%左右的利潤1。以台灣 LED 產業發展的角度而言，我國初期由 LED 下游封裝起家，逐步發展. 治政片的製造。目前從上中下游產業鏈相對完整，且台灣目前已成為全球可見光 LED 下大立游封裝產品最大供應中心，高亮度 LED 也已進入世界排名。. 至中游的晶粒，近幾年更切入上游單晶片(也就是本研究所探討的 LED 基板)及磊晶. ‧ 國. 學. 面對過去一年全球 LED 市場短期內成長不佳、競爭激烈、產能過剩的困境，台. ‧. 灣 LED 產業需衡外情、量己力，探究 LED 市場未來突破之關鍵因素為何，例如產業前端的產品研發或製程技術之品質與成本、具實際應用價值的產品功能、消費市. Nat. sit. y. 場對 LED 產品的認知推廣、銷售通路建置、終端品牌塑造等諸種可能條件，再就該. er. al. n. 可佔有一席之地。. io. 核心要素上分配投入企業資源，嘗試建立優勢能耐，以期在未來 LED 產業定位中仍. Ch. engchi. i n U. v. 有鑑於此，本研究希望藉由對目前 LED 市場環境的現況及未來發展機會分析，找尋在未來成功要素中可實際進行專利檢索及分析模式的技術性關鍵環節，在本研究的後續章節中，將詳細說明如何鎖定 LED 產品功能及經濟價值的關鍵所在：單晶基板作為本研究的專利標的。為順應全球 LED 市場發展而從中找尋對台灣 LED 業者的機會市場，本研究並將針對目前成長最快、最有利於台灣業者進入的市場區域：中國大陸，以進行專利檢索及分析來得知目前中國大陸 LED 產業鏈中單晶基板的發展分佈及趨勢，並就所. ：. 1 OFweek 2011. 年 LED 襯底行業深度分析報告，OFweek 半導體照明網，2011/09/30，. http://lights.ofweek.com/2011-09/ART-220020-8420-28483538_3.html. 2.

(15) 第一章緒論發現的專利分析結果，提出有利於台灣業者的相關專利技術之研發參考目標及方向，憑藉不斷創新與投入研發能量，協助企業建立長期穩定成長的優勢。. 第三節研究範圍研究範圍與範圍與限制在進行專利檢索時，首要設定是專利地區的選擇。相對全球其他地區持平或微幅衰推的 LED 產業成長，2011 年中國大陸 LED 產業則較 2010 年出現近 26%的大幅度成長。因此，考量中國大陸市場乃是全球 LED 需求成長速度及份額最大的地區，本研究將鎖定中國大陸專利資料庫為專利檢索及分析之主要地理區域。在本研究限制上，專利資料雖然很容易經由專利資料庫取得，但是實質上專利. 政治大. 分析是利用統計的方法，將專利文獻所包含的資訊，轉換為有用的知識情報，其可. 立. 以廣泛地應用於國家、產業、公司及技術領域上。因此，將專利視為技術發展的指. ‧ 國. 學. 標時，可能只有一部份的技術有正式提出專利申請，並符合專利的條件而獲核准通過，故在資料庫中具有專利保護的技術更只佔真正發生的技術發明的一小部份。. ‧. 因此，有鑑於專利分析的本質，若單純只以專利數量作為技術發明的分佈及趨. io. al. er. 發展分佈及趨勢。本研究或有可能遭遇以下 3 個限制：. sit. y. Nat. 勢指標，或恐無法完全精準的反映本研究之標的：LED 產業鏈中技術性關鍵環節的. v. 並非所有技術發明都是可專利的。. 2.. 並非所有可專利的技術發明都申請專利。. 3.. 所有申請專利的技術發明在品質上可能有很大的不同。. n. 1.. Ch. engchi. i n U. 幸而本研究所探討之標的為中國大陸 LED 整體產業鏈中的某技術環節的專利分析，並非任一企業的專利技術情況，若以同產業、同樣時間、相同的國家或主要市場國專利為研究對象，上述 3 個限制所可能對本研究之專利分析造成的誤差影響將極為有限。. 第四節研究架構與流程研究架構與流程本研究之論文流程如圖 1 所示。在第一階段，首先說明 LED 產業相關的研究. 3.

(16) 第一章緒論背景之後，敘述所引發的研究之動機及目的，並再確認本研究所欲討論之範圍及限制。接著，進行專利分析的相關文獻資料的蒐集與整理，透過比較相關理論與做法，進而建立研究架構，以及研究指標。. 第一階段. 研究架構建立與文獻探討. 研究背景研究之動機及目的研究之範圍及限制研究之架構及流程. 立. 政治文獻探討大 LED的起源與原理 LED的起源與原理與應用的起源與原理與應用. ‧ 國. 個案分析. LED產業之未來機會 LED產業之未來機會. ‧. 第二階段. 學. LED市場的發態勢 LED市場的發態勢. LED技術 LED技術性技術性專利檢索與分析. n. al. er. io. sit. y. Nat. LED產業鏈核心價值技術環節 LED產業鏈核心價值技術環節定位產業鏈核心價值技術環節定位. 總結. 第三階段. Ch. i n U. v. 分析成果與發現. engchi. 結論與建議. 後續研究之建議. 圖 1. 研究流程圖. 資料來源：本研究整理第二階段為研究個案分析。第一部份，先介紹 LED 的起源與原理、其不同材料與結構組成種類，及所產生的不同發光顏色與相對應之市場應用歷程。第二部份，將討論 LED 產品過去受到大眾預測為下一世代照明主流產品的原因，和近年來實際市場的發展態勢，並討論 LED 預期和實際成長情形是否具有一致性，與其可能發生. 4.

(17) 第一章緒論落差之原因，並嘗試提出 LED 產業之未來機會所在。第三部份，會持續針對第二部分所討論的 LED 產業未來發展機會，找尋 LED 產業鏈中較具有專利檢索與分析可行性的核心價值技術環節，並在解析該環節之技術性關鍵因素之後，希冀以所發掘之專利分析結果，最後繪製成圖形以便觀察並且協助後續確認核心技術發展分佈及未來發展趨勢。最後第三階段部分為總結。首先歸結第二階段的分析成果，提出相對應的研究發現，並討論該發現對於台灣 LED 業者對於進入中國 LED 市場的助益與貢獻。最後，再針對研究架構及研究問題作完整的探討，並提出後續研究之建議。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 5. i n U. v.

(18) 第一章緒論. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 6. i n U. v.

(19) 第二章文獻探討第二章文獻探討文獻探討第一節專利的專利的本質與定義本質與定義關於智慧財產權之保護，為國家以立法方式保護人類精神智慧產物，並給予創作人享有專屬排他的權利，乃是因時代潮流趨勢、強化對知識財產的重視而來。而專利權屬於智慧財產權之一種。有關專利權之定義，乃係當人們發明或創作一種新的物品或方法，而該物品或方法能夠被重複實施、生產或製造；亦即可以提供產業上的利用時，為保護該物或方法的正當權益，可向政府提出「專利權」的申請。若. 政治大或為上述目的進口該物品，亦不得利用該方法製造、販賣、使用或為上述目的進口立經許可，則一定期間內，他人不得在未徵得專利權人同意之下，製造、販賣、使用. 該方法直接製成的物品2。. ‧ 國. 學. 由上可知，專利權乃是財產權之一種，賦予權利人在一定期間內，透過公權力. ‧. 之介入，享有合法之排他權利，但本質上並非自然產生天賦之權利，而是國家為其產業政策目的，鼓勵專利權人傳揚其專利技術，確保權利人得以藉此獲得適當的報. y. Nat. sit. 酬而來，若基於此立場觀之，專利的確擁有「獨占」的本質。除賦予專利排他的權. er. io. 利外，專利權之另一項特色：「公開」，蓋予以排他權利之用意，係透過法律規定. al. n. v i n Ch 研究之生成，而及早公開發明此舉，不但積極促進產業進步發展、資源共享的目的， engchi U. 保護專利的同時，將專利之實施方法公諸於世，希冀進而刺激將來其他或相關發明. 及消極避免重複研發造成的不經濟，而達到提升整體社會科技水準、造福大眾，並促進商品生產，造就富裕進步的社會。. 第二節專利檢索專利通常視為技術轉變的領先指標，而這類技術轉變則常以新型產品上市或競爭者已達到技術轉變，對產品提供一新的供應來源來表示。圖 2 是日本 35mm 相機. 資料來源：經濟部智慧財產局網站。另，中華民國專利法於民國 100 年 11 月 29 日立法院三讀通過，正式條文以總統公佈為準。. 2. 7.

(20) 第二章文獻探討歷年申請美國專利件數與其在美國進口相機市場佔有率的變化，從資料可發現雖然 1964 年以前，日本就已經取代德國成為美國進口相機的主要供應者，但是在 1964 年到 1977 年進口相機數量呈現三倍成長的主要原因，是價格與功能的大幅改善，而日本在這期間大幅成長的相機專利技術申請，所反應的新技術發展，正符合市場成長的變化情況。但是這些領先時間都很短，通常最多只有 2～3 年，因此專利活動通常用來輔助那些，可以提供較長時間警訊，但是比較缺少細節的領先指標3。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. 圖 2. Ch. engchi. i n U. v. 日本相機專利數與市場佔有率的關係資料來源：Martino (2005). 因此，專利檢索可以將專利資訊轉換成更有用的專利資訊，為技術研發及研發資源規劃與智慧財產權管理的有效工具，也可以作為技術競爭分析、技術趨勢分析和範圍界定的依據。專利說明書及專利公報等專利相關文件均必須將技術詳細闡明清楚，而透過檢索分析後即可以作為研發技術策略規劃之輔助工具。進一步的透過. 年。中文書名：產業分析之技術預測方法與實例 (袁建中、謝志宏與彭弼聲譯)，臺北市：麥格羅‧希爾國際出版，2010 年。. 3. Joseph Paul. Martino, Technological Forecasting for Decision Making, McGraw, 2005. 8.

(21) 第二章文獻探討專利檢索(Patent mining)、專利監控(Patent monitoring)、專利分析(Patent analysis)與專利組合(Patent portfolio)等動作後，可以用來解釋企業、國家或產業的技術研發方向，當然也能由專利的檢索分析得知技術趨勢、企業動態、國家競爭力及企業競合可能性評估之依據4。一般專利檢索的方式如下表 1 所列。若以針對單一技術發展的話大都以關鍵字，產業分類碼及專利引證的資料作為切入重點。但是這樣的檢索方式太過依賴檢索人員的經驗以及特定產業的專業背景，在人員流動或是產業更替的時候，不免要浪費ㄧ定的資源作人員訓練。況且就技術以專利方式公開時，就已經利用分類號對專利所屬類別作一分類，另一方面就如同前文所述，可能所使用的關鍵字與分類方式只. 治政是一種較為籠統的分類方式，但是優點在於對於技術動作不會有遺漏的指標進行專大立利分析，詳細檢索方式將於第五章第貳節專利分析策略中做進一步說明。檢索方法. Patent. Classification,. IPC)、美. sit. 國際專利分類(International. y. 探討議題的相關技術用語、上位技術用語、同意取代用語等。. Nat. 分類號. 常見的專利檢索關鍵構面. ‧. 關鍵字. 表 1. 學. 檢索方式. ‧ 國. 適合目前的產業狀況，本研究希望能從專利產生的緣由，透過一可能對於專利技術. er. 專利審查單位在審查過程中所引用的專利前案資料，可提供適. al. n. 引證的專利資料. io. 國專利分類(U.S. Patent Classification, UPC)、資料庫特有分類。. Ch. i n U. v. 當的關鍵字或專利分類號等相關線索。國家別. engchi. 主要是分析各個區域內，各所屬國專利件數產出情形與專利權人數之比較，以了解該國投入此產業技術研發的情形。. 專利權人分析. 主要是分析各專利權人之專利件數產出和相互引證情形之比較。在各公司相互引證方面，主要是用以了解各公司專利技術的從屬關係，以及在技術領域的影響力參考數據。資料來源：楊勝印，2008 年5；本研究整理. 謝銘洋，智慧財產權之基礎理論，翰盧圖書出版有限公司，2004 年。楊勝印，應用 TRIZ 觀點於專利分析之研究-以半導體雷射為例，逢甲大學科技管理所碩士論文，頁 18，2008 年。. 4 5. 9.

(22) 第二章文獻探討第三節專利分析壹、專利分析的種類專利的檢索完成以後，在手中的是一筆筆數量繁多可用的資料，這時仍要透過一些方法去整理分析才能成為有用的資訊，以供技術研發人員或公司管理階層便於使用。專利分析的種類有下列九種6： 1.. 生產力分析：針對專利文獻的各個欄位進行數量統計分析。像是專利數、專利分類號及國家別等。. 2.. 趨勢分析：將專利文獻各欄位的統計數量依特定時間軸展開，繪製成適當. 政治大. 的圖表。藉此了解分析對象或特定技術領域的成長率或變化趨勢。. 立. 影響力分析：以專利文獻的引用資訊做為專利文獻間影響力的衡量參考。. 學. ‧ 國. 3.. 一件專利被其他專利引用的次數越多，顯示該專利在這個技術領域有較高的參考價值，對其他專利的可專利性具有影響力。所以其他專利說明書才. ‧. 會註明引用該筆專利。. y. Nat. 指標分析：藉由一些指標公式的計算來比較專利或研究客體間的特性。常. sit. 4.. al. er. io. 用的專利指標有專利被引用次數(Forward Citation)、即時影響指數(CII)、. v. n. 科學強度(SS)及技術強度(TS)等。專利指標最好為計算邏輯清楚易懂且大. Ch. 多數人較常採用為宜。 5.. engchi. i n U. 引用網絡分析：使用專利文獻間引用(Backward Citation)與被引用 (Forward Citation)的關係，描繪出專利的引用關係網絡。網絡引用分析可以將包含特定的技術的專利群集，並藉此找出特定相關專利間的關係程度。. 6.. 技術功效矩陣分析：技術功效矩陣將某技術領域的專利其應用的技術方式，與該項技術方式所達成的功效，在一張圖表中呈現，例如表格的列位項目為專利所主張的技術，欄位項目則為技術項目所想達成的功效。矩陣中的. 6. 陳達仁、黃慕萱，專利資訊檢索分析與策略，臺北市：華泰文化事業股份有限公司，2009 年。 10.

(23) 第二章文獻探討空格可以填入專利數、專利號碼、公司名稱等數據。由此表可知該技術領域的專利技術分布區域及強調的功效範圍。對企業在研發方向的決定上有相當大的助益。另外，除了用矩陣之外，亦可用魚骨圖來呈現不同技術或功效的分布情形。 7.. 專利家族分析：有兩種不同的定義。一種為某件專利在全球所有國家申請的同一案件；另一種為某專利申請案，其接續所產生的連續案、部分連續案或分割案等。由於專利制度為屬地主義，所以對於了解個別企業的潛在布局市場，可以透過專利家族的分析來了解。. 8.. 法律狀態分析：法律狀態分析的作法為收集案件訴訟紀錄與專利權維護紀. 政治大有訴訟案及維護費繳交情形。若有專利被提訴訟表示該專利之技術品質高，立錄等資訊，以此方式來了解該專利是否已審核通過、有無被舉發過、是否. ‧ 國. 學. 在市場上可以使產品有競爭力。而專利維護費用高且採逐期提高的制度，因此如果不是有商業價值的專利，企業是不會花大錢去做專利維護的工作。. ‧. 總的來說，法律狀態分析可以讓我們了解判斷該專利是否為有高品質及商業價值的評估標準之一。. y. Nat. 申請專利範圍分析：在專利說明書中會記載專利的申請範圍，依據此紀錄. sit. 9.. n. al. er. io. 可以做可專利性比對及侵權性比對的前置作業。在撰寫專利說明書時，將. i n U. v. 過去專利的專利範圍做分析，可以做可專利性比對。若遭遇侵權情形時，. Ch. engchi. 則可利用申請專利範圍分析做侵權比對，釐清雙方專利範圍差異，確保自己的專利權益，而不會被對方予取予求。. 貳、專利分析的功能根據歐洲專利局的定義，專利資訊（Patent Information）泛指所有可以從專利局所出版的文件中獲得的技術資訊、市場資訊、法律資訊和其他有關公司的任何資訊。而依據世界智慧財產權組織統計，專利資訊中含有 90%～95%具有經濟價值的世界研發成果，而且其中 80%並未記載在其他文獻例如期刊、雜誌、百科全書中。因此，專利分析可應用的層面非常廣泛，本節就本研究可能應用到的功能做說. 11.

(24) 第二章文獻探討明。首先專利分析的主要功能為分析產業/企業技術發展重點及發展趨勢7。其中技術發展重點可使用技術功效矩陣圖來分析，可以大略觀察某領域或某企業在該一技術領域的發展重點為何。要探究某技術發展的方向可使用引用網絡(citation network) 分析，藉此分析來知悉技術顯現的時間順序與彼此的關聯度也可看出該領域的技術演進歷程。此外對企業而言，妥善的運用專利資訊的效益，還可縮短研發時程 60%，並且減少研發經費 40%8。另一個專利分析的重要功能為確認研發策略之風險性9。通常要投入資源，研發一項技術之前，可以透過專利分析了解研發標的的可專利性與侵權風險。如使用申請專利範圍分析及法律狀態分析來檢驗。企業在申請專利前，將與相似的專利進行. 治政專利權的可能時，先確認專利是否仍為有效狀態。若是在專利保護期限內，則需做大立專利範圍的分析比對，以做為下一步要採取行動的依據。專利範圍比對，可以提高專利申請成功的機會。若是公司產品或技術有侵犯到他人. ‧ 國. 學. 以下列舉專利檢索分析對企業可以產生的六種相關效益10：避免重覆投入，避免侵犯已取得專利的裝置、製程、或是技術。專利權範. ‧. 1.. 圍以專利公報公告之「專利申請範圍」之內容為準。未得專利權人同意，. y. Nat. al. n. 2.. Ch. er. io. 方法及使用、販賣、進口該方法之製品。. sit. 任何人不得製造、販賣、使用或進口有專利權之物品，或使用有專利權之. i n U. v. 追蹤全球的研究機構或是競爭對手的研發成果，監測是否侵權。透過專利. engchi. 資訊的追蹤，可以知道那些廠商已經投入特定產品的研發、目前的研發成果如何，更可以知道企業的主要競爭對手是誰及其研究方向，以研擬因應的研發或競爭策略。在採取專利攻擊策略，例如專利訴訟時，專利檢索可以協助談判代表掌握對手可能的答辯，預先進行分析與模擬，以增進談判的勝算。. 7 8 9 10. 陳達仁、黃慕萱，專利資訊檢索分析與策略。臺北市：華泰文化事業股份有限公司，2009 年。夏文龍，專利對產業界的價值，臺北：智慧財產權管理，1998 年 1 月第 16 卷，頁 20-21。陳達仁、黃慕萱，專利資訊檢索分析與策略。臺北市：華泰文化事業股份有限公司，2009 年。陳達仁、黃慕萱。專利資訊與專利檢索。臺北市：文華圖書館管理資訊，2002 年。 12.

(25) 第二章文獻探討 3.. 為研發團隊激發新的創意與調整研發方向、或為研發上的問題尋求解決方案。系統性、計劃性地蒐集、分析競爭對手或產品、關鍵技術的專利資訊，是協助企業掌握技術情報和進行預測最有效的方法。. 4.. 由新興技術之專利公告、購買和授權件數來評估市場趨勢。. 5.. 尋訪專家、顧問、發明人、潛在員工、顧客、授權人或者是潛在的購併對象。. 6.. 監督專利權利的相關資訊，例如存續期間、是否繼續有效、審查、再授與、專利分割、專利繼續和展延。. 治. 政及檢索的第四節專利分析及檢索專利分析的工具選擇及檢索大. 立. ‧ 國. 學. 本研究選擇分別使用 WEBPAT 以及 Patent Guider 2008 為專利分析及檢索的工具，兩者為同一廠商開發，在使用介面及檔案相容性上皆無衝突。. ‧. 「WEBPAT」全球專利資訊網係一全球性之專利資料檢索系統，資料來源分別. y. Nat. 收錄台灣(TIPO)、美國(USPTO)、歐盟(EPO)、中國(SIPO)、日本(JPO)的專利書目、. io. sit. 全文影像。相較於分別至各國專利系統查詢，WEBPAT 除具備一站檢索多國專利的. n. al. er. 便利性外，更增加引用關係、專利家族、資料匯出等加值功能，方便使用者針對專. i n U. 利資源的延伸檢索與再利用，其重點加值功能如下： 1.. Ch. engchi. v. 後分類功能：透過主申請人、物品分類號、公開年份等屬性將檢索結果分群，便於綜觀某次檢索結果的屬性分布。. 2.. 後引證：呈現出各專利被其他專利或其他文獻引用的情形，便於追蹤專利發展脈絡。. 3.. 專利家族：串聯 EPO 查詢該專利是否在其他國家有做過申請。. 4.. 匯出功能：可將查詢結果匯出存檔、或以 e-mail 方式取得檢索結果。. 各國專利於 WEBPAT 中的收錄年份與功能細節： 1.. 中國專利：提供批次下載專利 PDF 全文功能。WEBPAT 的另一優點為，. 13.

(26) 第二章文獻探討由於開發商為台灣廠商，故在檢索中國專利時，可使用中文檢索，此點極為重要，亦是本研究選擇使用 WEBPAT 作為檢索工具的主因之一。 2.. 臺灣專利 (核准 / 公開)：提供批次下載專利 PDF 全文功能。. 3.. 美國專利 (核准 / 公開) ：提供批次下載專利 PDF 全文功能。. 4.. 歐盟專利 (核准 / 公開) ：提供批次下載專利 PDF 全文功能。. 5.. 日本專利 (核准 / 公開) ：提供批次下載專利 PDF 全文功能。. 在分析工具方面，「Patent Guider」除了提供了專利檢索的功能，更可將檢索結果轉化成統計的圖表供作各種數值的解讀與分析。檢索結果的資料來源也可有多種相容選擇：. 立. 由外部檔案方式匯入 Patent Guider：係幫助分析者將其它專利資料庫匯. 學. ‧ 國. 1.. 政治大. 入 Patent Guider 內，或是將之前由 Patent Guider 匯出的專利檔案再匯入系統內，進行專利分析，其相容格式可為 txt 及 excel 檔案，本研究即是. ‧. 以 WEBPAT 輸出的檢索結果 txt 檔案匯入 Patent Guider 以進行後續分. y. sit. er. Patent Guider 線上搜尋專利：使用 Patent Guider 直接搜尋專利，來源包. io. 2.. Nat. 析；. al. 含了七個資料庫，USPTO Issued（美國核准公告資料庫）、DELPHION、. n. v i n Ch TWPAT（中華民國專利資訊網）、WebPat（全球主題式專利資料庫）、 engchi U USPTO Published Applications（美國早期公開資料庫）、EPO Issued（歐. 盟專利資料庫）、WIPO PCT（全球專利資料庫）。 Patent Guider 提供的檢索界面有兩種，列出控制語言檢索欄位以填入關鍵字詞或專利分類號，以及進階搜尋美國專利，其中該資料庫檢索語法和 USPTO 語法相同。然而在使用 Patent Guider 線上搜尋專利功能下載專利的資料時，由於最新完整的專利資料必須從各國資料庫中一筆一筆下載資料，檢索結果數量多時，速度可能因此過於緩慢，須耐心等候數個小時才能獲得 200 多筆資料，故本研究捨棄使用 Patent Guider 的檢索功能，改採同一開發商製作的 WEBPAT 檢索專用系統較為便捷，且因開發廠商相同之故，在檢索結果的檔案輸出入相容性上並無衝突。. 14.

(27) 第二章文獻探討專利管理圖分析共包含七大分類：專利件數分析、國家別分析、公司別分析、發明人分析、引證率分析、IPC 分析、UPC 分析等七大功能，本研究中將使用專利件數分析、國家別分析、公司別分析、IPC 分析等功能。若將專利分析軟體 Patent Guider 2008 與市面上其他產品比較，則其具有相對明顯之特殊優勢，詳細功能特色比較表請參閱附錄一。雖然基於軟體開發過程中所必須的功能簡化和取捨，單一軟體通常難以符合各類型使用者的多元需求，但 WEBPAT 以及 Patent Guider 2008 系列軟體涵蓋專利 (1)資料庫、(2)管理、(3)分析等三大類型功能，故其對於使用者的方便性及貢獻度相對綿密完整；且 WEBPAT 以及 Patent Guider 2008 擁有以下三大優點 (1)完善之檢索/管理/分析功能、(2)絕對. 治政 WEBPAT 以及 Patent Guider 2008 作為專利檢索及分析的工具。大立. 人性化之使用介面、以及(3)一鍵取得之圖表分析流程，因此，本研究選擇使用. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 15. i n U. v.

(28) 第二章文獻探討. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 16. i n U. v.

(29) 第三章. LED. 產業及市場分析. 第三章 LED 產業及市場產業及市場分析及市場分析第一節 LED 產業壹、 LED 定義 LED 簡介發光二極體 LED (Light Emitting Diode) 是半導體材料製成的元件，也是一種微小的固態光源，可將電能轉換成光。下圖 3 為 LED 點光源產品。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. 圖 3. Ch. i n U. LED 點光源產品. engchi. er. io. sit. y. Nat. al. v. 圖片來源：中國照明網11. 發光二極體沒有燈絲會燒壞，所以壽命就更長。並且發光二極體的小小塑性燈泡使得發光二極體更持久耐用。發光二極體所發出的熱非常少，相對來說，越多電能直接發光就是越大程度上減少對電能的需求。相對來說，傳統白熾燈的發光過程包含了產生大量熱量，這完全是浪費能源。此外，LED 由於具有容易控制、反應速率快、低壓直流驅動、組合後色彩表現豐富、使用壽命長等優點，能夠配合各種應用設備的輕、薄及小型化之需求，因此已成為日常生活中十分普及的發光應用產品。. 11. 中國照明網：http://www.zmads.com/product/pro_view.asp?id=3892，last visited on 2012/6/25。 17.

(30) 第三章. 立圖 4. LED. 產業及市場分析. 政治大 LED 照明產品結構圖. ‧ 國. 學. 圖片來源：MoneyDJ LED 照明網12. ‧. 上圖 4 為簡易的 LED 照明產品結構圖，其中 LED 基板(單晶片)為 LED 製程中的上游第一階段產品，並在其表面上接續生長製作 LED 磊晶，為上游第二階段產品。. y. Nat. sit. 而後，LED 基板(單晶片)與磊晶經由蝕刻切割等過程後整體產出 LED 製程中的中游. n. al. er. io. 產品，稱為 LED 晶粒。而本研究將以上游的 LED 基板材料為專利分析之標的。 LED 發光原理與構造. Ch. engchi. i n U. v. LED 是利用電能直接轉化為光能的原理。在原子中，電子在原子的四周圍以軌道形式移動。電子在不同的軌函數有著不同等的能量。通常來說，有著更大能量的電子會以軌道路線的方式面面移動遠離核子。而當電子從一個更低的軌道跳到一個更高的軌道，能量水準就增高，反過來，當從更高軌函數跌落到更低的軌函數裏時電子就會釋放能量。能量是以光子形式釋放出來的13。. 12. MoneyDJ LED. 2012/6/25. 。. 照明網：http://www.moneydj.com/hotproduct/html/pa17-1.html，last visited on. ，發光理論，2008/02/20，http://www.ledinside.com.tw/led_light_th_200802，last visited on 2012/6/25。 13. LED Inside LED. 18.

(31) 第三章. LED. 產業及市場分析. 因此，LED 發光構造是單單由半導體材料裏的電子移動而使它發光。在半導體內正負極 2 個端子 P 型半導體與 N 型半導體接合形成 P-N 接面，再對其施以順向電壓後，當電流通過 ( P 區的電洞往 N 區移動，同時 N 區的電子也向 P 區移動)，電子與電洞在接面之活性層 (亦為發光層)可進行直接互相結合，在電子與電洞結合的過程中，自由電子從 P 型層通過二極體落入空的電子空穴，也就從傳導帶跌落到一個更低的軌函數，所以電子就是以光子形式釋放剩餘能量14。如圖 5 所示，自由電子在活性層產生光子，屬於冷光發光，所發出的熱非常少，不同於鎢絲燈泡的熱發光原理，只要在 LED 元件兩端通入極小電流便可發光。. 政治大. 此接面為活性層，亦為發光層. 立. N 型半導體圖 5 LED 發光構造圖. Nat. y. ‧. ‧ 國. 學. P 型半導體. er. io. sit. 圖片來源：本研究繪製. 如圖 6 所示，以上 LED 的發光原理及過程發生在 P 層至 N 層的區域，在 LED. n. al. Ch. i n U. v. 的產品結構中一般稱為 LED 磊晶(層)，此為 LED 製程中的上游第二階段產品，接. engchi. 續在 LED 單晶基板製程之後。而後，LED 單晶基板與磊晶經由蝕刻切割等過程後整體產出 LED 製程中的中游產品，稱為 LED 晶粒。. 劉國雄、林樹均、李勝隆、鄭晃忠、葉均為，工程材料科學，ISBN 957-21-0830-1，第 44 頁，1996 年。 14. 19.

(32) 第三章. LED. 產業及市場分析. P 層至 N 層為 LED 磊晶層. LED 單晶基板材料為本研究專利分析之標的. 圖 6. LED 中游產品，晶粒構造圖圖片來源：本研究繪製. LED 的發光顏色. 立. 政治大. 依 LED 使用的材料的不同及元件結構變化，其能階高低使光子能量產生不同波. ‧ 國. 學. 長的光，人眼所能接受到各種顏色的光，如紅、橙、黃、綠、藍、紫等各顏色，以及紅外、紫外等不可見光，如圖 7 橫座標所示，其波長介於 400-780nm，在此區間. ‧. 之外則為不可見光，包括紅外光及紫外光(UV)。. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. 圖 7. i n U. 肉眼可見光波. 20. v.

(33) 第三章圖片來源：Johnson & Johnson Vision Care, Inc.. LED. 產業及市場分析. 15. 1962 年通用電氣公司（General Electric，GE）用磷砷化鎵(GaAsP)首次將紅光 LED 商品化16。最初的紅光 LED 的光通量為 0.1lm/W，約是普通燈光的 1/150，其發光效率大約每 10 年提高一個數量級。隨後，藍光、綠光 LED 也已經實用化17，且其發光強度超過 AlGaAs 類的紅色 LED。這種藍光、綠光 LED 採用氮化物半導體（氮化銦鎵 InGaN）作活性（發光）層的量子阱結構，其發光強度超過 10cd1819。若將紅、藍、綠色的 LED 做適當的排列混光，或是將單色的 LED 配合螢光體20，即可得到均勻的白光，最後用環氧樹脂將晶片周圍密封21。而隨著亮度增加和價格降低，白光 LED 具有發熱量低，發光壽命長( 5 萬小時以上)、不易破，極具耐. 政治大. 震與耐衝擊性，可在較惡劣的情況下使用等特性，因此在通用照明領域的市場潛力. 立. 越來越大。. ‧. ‧ 國. 學 y. sit. n. er. io. 16. Nat. 圖片來源：Johnson & Johnson Vision Care, Inc.，http://www.ecp.acuvue.com/en_US/uv-damage-cnt1.jsp， last visited on 2012/6/25。 1962 年，通用電氣公司的尼克· 何倫亞克 (Nick Holonyak Jr.) 開發出第一種實際應用的可見光發 al v i 光二極體。 n Ch 1993 年，當時在日本日亞化工（Nichia Shuji Nakamura）發明了基 eCorporation hi U n g c ）工作的中村修二（於寬禁帶半導體材料氮化鎵（GaN）和銦氮化鎵（InGaN）的具有商業應用價值的藍光 LED。坎德拉（cd）是發光強度的單位，用以表示可見光 LED 發光強度的指標。發光強度 I 可用光通量 Φ 和立體角 Ω 表示。 I=dΦ/dΩ[cd]Φ=Km∫V（λ）Pλdλ[lm]其中，Km 為在波長 555nm 範圍內的最大可見度（683nm），綠色對人眼是最亮的。 V（λ）是在波長為 λ 時的相對可見度[V(555nm)=1],Pλ 為光譜輻射通量。 In、Ga、N 混晶的氮化物半導體，其量子效率超過 20%。此外，還開發了外部量子效率超過 50% 的 AIInGaP 紅光 LED（630nm）和琥珀色光 LED（595nm）。銦氮化鎵（InGaN）的綠光、藍光 LED 的量子效率也接近上述值。黃凡，無線電技術月刊，第 468 期，2012/06， 15. 17. 18. 19. 20. http://www.electronictechnology.com/apm/mgad.php?sublnk=article&mcontentid=2881&contentid=MQ=. ，last visited on 2012/6/25。 1996 年由 Nichia Corporation 開發出製作白光 LED 的方法，在藍光 LED (near-UV，波長 450 nm 至 470 nm)上覆蓋一層淡黃色螢光粉塗層，並從開始用在生產白光 LED 上。 =. 21. 21.

(34) 第三章. 圖 8. 立. LED. 產業及市場分析. 白光 LED 示意圖. 治政圖片來源：友達網站大 22. ‧ 國. 學. 白光 LED 基本上有兩種方式。一種是多晶片型，一種是單晶片型，兩種方式（單晶片型和多晶片型）都可得到色調效果好的白光。前者是將紅綠藍（R.G.B）三種. ‧. LED 封裝在一起，同時使其發光並調整其個別亮度來達到白光，一般來說，紅、綠、藍的亮度比應為 3：6 ：1，或者只用紅、綠或藍、黃兩顆 LED 調整其個別亮度來. Nat. sit. n. al. er. io. 出白光23。. y. 發出白光；後者是把藍光或者紫光、紫外光的 LED 作為光源，在配合使用螢光粉發. i n U. v. 前者的方式，必須將各種 LED 的特性組合起來，在 LED 的驅動電壓或發光輸. Ch. engchi. 出上有缺陷，而且在溫度特徴或器件壽命上也存在問題，另外最大的缺點就是造價較高，不利於商品化發展；後者單晶片型的話，LED 只有 1 種物件即可，在驅動電路的電路設計上比較容易。白光 LED 單晶片型進一步分成兩類，一類是發光源使用藍光 LED，另一類是使用近紫外和紫外光： 1.用藍色 LED 激勵發黃光的螢光體。這種白光構體就是將藍光 LED 與 YAG 螢. 友達網站，http://auo.com/?sn=59&lang=zh-TW，last visited on 2012/6/25。 LED Inside，高亮度白光 LED 基本結構，2007/10/17， http://www.ledinside.com.tw/hw_led_basic_str_200710，last visited on 2012/6/25。 22 23. 22.

(35) 第三章. LED. 產業及市場分析. 光物質放在一起，用藍光激發螢光物質，這樣它發出的光譜就是白光。在這方面日亞化學公司擁有世界性的專利。 2.用近紫外和紫外光 LED 激勵 R.G.B 螢光體。激勵螢光體的白色 LED 照明光源因螢光體組拿來不同可發射白光以外的各種顏色的光，因而可廣泛應用於照明。用 R.G.B 三基色 LED 開發了白色 LED，現實驗室水準的發光效率已超過 50lm/W，近幾年內可望超過 100lm/W，而紅光部份最佳的發光效率已超過 100 lm/W。現在，市場上的白光 LED 大多數是藍光 LED 配合 YAG 螢光粉。另外，還有一種是藍光 LED 加上 RG 螢光粉的組合24。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. 圖 9. Ch. engchi. i n U. v. LED 光色及對應的磊晶化學組成之發展歷史圖片來源：連展科技25. ，簡述 LED 發光原理，2008/02/20，http://www.ledinside.com.tw/led_light_200710，last visited on 2012/6/25。簡文祥，LED 產業市場技術與產品，連展科技創新事業處，2010/03。 24. LED Inside. 25. 23.

(36) 第三章. LED. 產業及市場分析. 貳、 LED 應用發展歷程 LED 誕生在 1960 年代，從紅光 LED、綠光 LED，一路開發到藍光 LED，到 1998 年才真正看到商品化26。LED 屬於冷性發光，具有節能、省電、體積小、壽命長、污染低、高可靠度、模組彈性大、無須暖機、應答時間快速等優點，再加上其耐震動、適合量產及設計自由度大，因此繼藍光 LED 技術突破後，白光 LED 已經啟動了廣泛的應用風潮27。 LED 產品從早期指示型應用進展至現階段照明應用，各應用領域成長動力不同。早期 LED 由於發光亮度較低，因此主要最先應用於家電、電子產品或玩具等點光源應用領域。之後，針對 LED 具有省電、開關速度快等功能，市場應用在資訊、通訊. 政治大. 及消費性電子產品指示與顯示器背光源上，如監視器、戶外顯示板、交通號誌燈及. 立. 平面照明等。. ‧ 國. 學. 但自 2000 年後，隨著磊晶技術、封裝技術、機電整合技術、光學設計及散熱技術等不斷提升下，高功率、高亮度 LED 的發光效率逐年提升、成本逐漸降低，已廣. ‧. 泛取代日常生活中之白熾燈、鹵鎢燈、螢光燈，並加速進入面板背光源。而近年隨. y. Nat. 著高亮度 LED 產品亮度與效率增進，2005 至 2008 年 LED 開始大幅以倍數成長，. sit. 主要應用來源為手機背光源、汽車照明、特殊照明（如景觀照明、戶外看版、交通. al. n. 器等。. er. io. 號誌、路燈等高效率照明）和 15 吋以下(小尺吋)液晶面板的背光源，如 DVD 顯示. Ch. engchi. i n U. v. 早期的 LED 結構以磷化砷鎵(GaAsl-xPx)的三元結構為主，並以控制砷與磷比例的方式，使 LED 發光波長涵蓋紅外光譜至可見綠光的範圍，惟波長最短的磷化鎵(AsP)亦只能達到綠光，欠缺藍光，使 LED 產業無法順利突破全彩顯示技術，到了 1990 年左右，業界以磷化鋁鎵銦(AlGaInP)的四元結構，研發出亮度在 1cd/m2 以上的高亮度可見光 LED，其波長包含了 570nm 的黃光、590nm 的橙光以及 620nm 的紅光，1995 年業界又研發出高亮度藍光 LED 結構氮化鎵(GaN)，波長包含 450nm 的藍光、525nm 的藍綠光。後續更有業者以 GaN 藍光 LED 為基礎藉由佈上發光磷粉的方式，將藍光轉成白色光源。值得注意的是白光 LED 的出現，使得高亮度 LED 應用領域跨足至全彩背光源市場，以及高效率的照明光源市場。 LED 應用市場蓄勢待發，工業技術研究院，2006/3/17， 26. 27. http://www.itri.org.tw/chi/focus/focus_detail.asp?year=2006&RootNodeId=010&NodeId=010&FocusNew sNBR=32. ，last visited on 2012/6/25。. 24.

(37) 第三章. 圖 10. 產業及市場分析. 政治大. 學. 全球 LED 應用趨勢（數量）. 圖片來源：Display Search28. ‧. ‧ 國. 立. LED. Nat. sit. y. 而自 2002 年起可攜式產品（如手機、PDA、數位相機等）大量使用做為產品. io. er. 螢幕或按鍵光源，配合可攜式產品市場成長，使得可攜式產品在 2008 年成為 LED 最大應用市場，比重達 40％29。另外，2008 年起才有量產產品出現在液晶顯示器和. al. n. v i n 液晶電視面板的(大尺吋)背光源，總體而言， C，h也快速成為 LED 市場的最大應用來源 engchi U. 液晶顯示器背光源在 2012 年佔 LED 最大應用市場，比重達 31％。. 28. ，LED Market Continues to Grow Rapidly, Transitioning to Lighting Applications，. Display Search. 2011/08/24. ，. http://www.displaysearch.com/cps/rde/xchg/displaysearch/hs.xsl/110824_led_market_continues_to_grow_r. ，last visited on 2012/6/25。黃孟嬌，節能明星產業 5 大趨勢 LED 打開低碳經濟大門，工業技術與資訊月刊，225 期，工業技術研究院 IEK，2010/07，http://www.itri.org.tw/chi/publication/publication-content.asp?ArticleNBR=2626， last visited on 2012/6/25。 apidly_transitioning_to_lighting_applications.asp 29. 25.

(38) 第三章. LED. 產業及市場分析. 圖 11 2008-2012 年全球 LED 應用結構對比資料來源：Strategies Unlimited. 政治大. 近年來，隨著 LED 在照明、大中小尺寸面板背光源以及室內照明等新應用領域. 立. 逐漸擴展，高亮度 LED 過去數年一直處於高速增長階段，在 LED 中的比重將逐步. ‧ 國. 學. 加大，已成為 LED 主流產品，然而在取代傳統照明方面，受限於 LED 價格和發光效率，約至 2012 年後才開始有較大的替代效應出現。其中各類高亮度產品之近年. ‧. 成長如下圖所示。. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. engchi. i n U. v. 圖 12 2007 年至 2012 年全球 LED 應用出貨量. 26.

(39) 第三章. LED. 產業及市場分析. 資料來源：Strategies Unlimited30 現今 LED 應用主要可分為可見光與不可見光31，其中可見光 LED 產品包括紅、黃及橘光等 LED 產品，應用面為手機背光源及按鍵、PDA 背光源、資訊與消費性電子產品的指示燈、工業儀表設備、汽車用儀表指示燈與煞車燈、大型廣告看板、交通號誌等，而不可見光 LED 包括 IrDA、VCSEL 及 LD 等，應用面以通訊為主，主要分為二種，短波長紅外光應用在無線通訊用(如 IrDA 模組)、遙控器、感測器，長波長紅外光則用在短距離中通訊用光源，如圖 13 所示。. 立. 政治大. ‧. ‧ 國. 學. n. er. io. sit. y. Nat. al. Ch. 圖 13. i n U. v. i e現今 n gLED c h應用領域. 資料來源：陳龍建，發光二極體之原理與製程(2006)32. 第二節 LED 取代白熾燈取代白熾燈可能性白熾燈可能性. 專題報導：照明掀世代革命，LED 突圍放光明，MoneyDJ LED 照明網，2011/08/29， http://www.moneydj.com/Topics/led/，last visited on 2012/6/25。許嘉紋、黃淑禎、李巡天、林志浩、陳文彬，高性能 LED 透明封裝材料發展趨勢，工研院電子報第 10010 期，工研院材化所，2011/10/20，http://edm.itri.org.tw/enews/epaper/10010/e01.htm，last visited on 2012/6/25。陳龍建，發光二極體之原理與製程。臺北：全華圖書公司，2006 年。 30. 31. 32. 27.

(40) 第三章. LED. 產業及市場分析. 壹、全球各國禁用白熾燈情全球各國禁用白熾燈情況各國禁用白熾燈情況隨著地球溫暖化日趨嚴峻，溫室氣體減量已刻不容緩，節能減碳已是全球共同的訴求。白熾燈泡由於發光效率僅有 8~20 lm/W，且整體照明系統效率僅約 50 lm/W，用於一般照明的確是相當浪費能源，加上高效率的替代品省電燈泡已相當普及，價格及品質亦已達到符合經濟效益的替換條件，以省電燈泡全面替換白熾燈泡是可行及易於推動的節能政策，同時能達到立竿見影的效益，因此有越來越多的國家宣示未來幾年要禁用白熾燈泡。 2007 年 2 月 20 日澳洲總理約翰霍華德和環境部長 Malcolm Turnbull 宣佈在 2010 年以前，澳洲將禁止白熾燈泡的使用，以促進照明節約能源，減緩溫室氣體排放。. 政治大相繼宣示要立法汰換白熾燈泡。我國經濟部能源局於 2008 年 3 月召開記者會，宣佈立. 隨後歐盟、美加及部分亞洲國家，如菲律賓、越南、泰國等，皆認同澳洲的作法，. ‧ 國. 學. 我國預定自 2012 年起全面汰換白熾燈泡，和美加歐盟等先進國家同步，以促進照明節能減碳。下表先介紹歐盟美加及紐澳中日等國家汰換白熾燈泡之時程與措施33。. 逐步禁止使用傳統的白熾燈泡。. sit. 燈具，最晚在 2010 年開始逐步禁止使用傳統. 的白熾燈。加拿大是繼澳洲後第二個宣布將禁用白熾燈. 加拿 2012 年起禁用白的國家。加拿大自然資源部部長加裏.倫恩大. 熾燈. 2007 年 4 月 25 日宣布，加拿大定於 2012 年開始禁止銷售白熾燈。. 美國緩衝期 2012 年 1 2007 年能源獨立和安全法案規定：從 2012 年. 代之以更加節能的省電燈泡(Compact. v i n Ch U 月 20 日宣布將在 e n g c2009 h i 年停止生產這類耗電. 傳統白熾燈的國家。澳大利亞政府 2007 年 2. 替代形式 Fluorescent Lamps；CFLs)、LED 燈、. al. n. 澳洲. 產，2010 年起已. 預估. OLED 照明等節能燈具照明的需求。. 澳大利亞是世界上第一個計劃全面禁止使用. io. 2009 年停止生. y. (禁售禁售)時間禁售時間. er. 地區. 情況介紹. ‧. 預計禁用. 全球各國白熾燈禁用時間表. Nat. 國家. 表 2. 黃傳興、林俊宏、楊政晁、鄒金台、莊逢輝，我國汰換白熾燈泡推動措施探討，財團法人台灣大電力研究試驗中心、經濟部能源局，2008 年。. 33. 28.

(41) 第三章. LED. 月到 2014 年 1 1 月到 2014 年 1 月間，美國要逐步淘汰 40W、月。大多數白熾 60W、75W 及 100W 白熾燈泡，以節能燈泡燈泡 2014 年起取代替換。在美禁止銷售。 2010 年已開始執策，預計 2012 年全面禁產。. 關、飯店、醫院甚至一般住家，預訂三年後逐步停產，預定最遲在 2012 年起全面停產、禁用白熾燈泡. 到 2012 年止，停日本止製造並銷售高能耗白熾燈。 2013 年底前禁止. 汰普通照明用白. 政治大國家發改委已與聯合國開發計劃署立（UNDP）、全球環境基金（GEF）合作共同將全面禁止使用白熾燈。. 開展“中國逐步淘汰白熾燈、加快推廣節能燈” 項目，支持研究編制《中國逐步淘汰白熾燈、. ‧. ‧ 國. 中國 2016 年將徹底淘. 日本政府於 2008 年宣布截至 2012 年，日本. 學. 使用白熾燈，. 加快推廣節能燈行動計劃》。發改委預計 10. Nat. y. 年內禁用（禁售）白熾燈. 歐洲聯盟 2009 年 9 月起禁止銷售 100 瓦傳統. sit. 熾燈。. 佈該年起已逐步推動傳統白熾燈退出公家機. io. 燈泡，2012 年起禁用使用瓦數的傳統燈泡。. er. 台灣. 行白熾燈禁產政. 經濟部能源局於 2008 年 3 月召開記者會，宣. al. v i n C h 起禁用所有瓦數的傳統燈泡。英燈泡，2012 engchi U 國首相布朗 2007 年上任後也宣布英國將一體. n. 歐盟 2009 年 9 月歐盟將於 2009 年 9 月起禁止銷售 100 瓦傳統歐盟起禁止銷售 100 各國瓦傳統燈泡， (英. 2012 年起禁用所遵行，改用省電日光燈。2008 年，零售商開. 國). 有瓦數的傳統燈始停賣 150 瓦燈泡，2009 年將停賣 60 瓦燈泡。. 泡。目前，零售賣場就開始停止 100 瓦燈泡補貨，自願停售期到 2012 年結束，之後政府才頒懲罰規則。. 韓國. 2013 年底前禁止使用白熾燈. 南韓[ 第四次能源利用合理化基本計劃] 決定，將階段性地調高光能源僅占 5%，而熱散發量高達 95%的白熾燈的最低能耗標準，並. 29. 產業及市場分析.

(42) 第三章. LED. 產業及市場分析. 在 2013 年底前予以淘汰。資料來源：LED Inside34. 本研究繪製. 可替代白熾燈泡的光源有很多，包括 CFL 螢光燈、LED 照明光源、OLED 照明光源等等。隨著各國陸續停止生產、禁用白熾燈泡，其他替代照明的普及度會慢慢提高，並依據光源的屬性和特點，在不同的領域中享有優勢。而在取代白熾燈成為照明界霸主的新光源中，LED 的發展前景顯得相當廣闊，許多國家對於其本土 LED 產業都開始進行培植計畫，例如日本政府除了推動節電政策外，更針對東京電力公司管轄區域內的約 1,900 萬戶家庭，實施新的發放節能贈品獎勵節電制度，贈品包含 LED 球泡燈兌換券及其他相關節能贈品35。以大陸為例，2011 年確定的七大戰略. 政治大成部分，大陸部分 LED 產品可望在今年納入國家綠色照明工程，並享受到財政補貼立性新興產業中，節能環保排在首位。而 LED 產業將是其節能環保產業規劃的重要組. 。. 學. ‧ 國. 36. 貳、替代光源產品比較：、CFL 與白熾燈替代光源產品比較：LED、. ‧. 在白熾燈泡即將走入歷史的情況下，尋求替代光源則成為目前各國政府最為積. y. sit. io. er. 源特性比較。. Nat. 極的下一步。以下針對目前最常使用的 CFL 省電燈泡以及 LED 燈泡，進行不同光. al. v i n 發現，就消費電力而言，CFLC 省電燈泡可以省下燈泡可以省 U h e n g c h i 75~80%的電力，LED n. 將目前常用的省電燈泡與市場上討論度極高的 LED 燈泡做一比較，從圖二可以. 下 85~88%的電力；就目前燈泡壽命來看，白熾燈泡壽命僅有 1,000 小時，省電燈泡最長可達 13,000 小時，而 LED 燈泡壽命更高達 40,000 小時。. ，全球白熾燈禁用時間表 (2009.01)，2009/01/09， http://www.ledinside.com.tw/global_f_f_200901，last visited on 2012/6/25。拼節電日政府送 1900 萬戶家庭 LED 泡燈兌換券，MoneyDJ 財經知識庫，2011/06/02， 34. LED Inside. 35. http://www.moneydj.com/KMDJ/News/NewsViewer.aspx?a=65bb2197-d45e-4406-ad25-716cad3fdd76#ix. ，last visited on 2012/6/25。大陸 LED 補貼可望轉至消費者，十二五成長拚兩倍，MoneyDJ 財經知識庫，2011/05/13，. zz1ynLhQfqb 36. http://www.moneydj.com/KMDJ/News/NewsViewer.aspx?a=0f5a4db1-f573-40e0-8e19-a67f498a1d15 last visited on 2012/6/25. 。. 30. ，.

(43) 第三章. LED. 產業及市場分析. 發光效率部份，白熾燈目前平均約為 15 lm/w，CFL 省電燈泡為 62.3~67.5 lm/w，而 LED 燈泡則分暖白光與冷白光的不同，發光效率約在 48~82.6 lm/w 之間。從不同光源特性來看，歷史悠久的白熾燈，演色性佳、成本低是其優勢，但發光效率低以及壽命過短則是其致命傷，使其慢慢步入被淘汰的危機。而 CFL 省電燈泡雖然較為省電，壽命也較白熾燈泡長，但其含汞此一不符合環境生態發展的缺點，則為其成為替代光源使用上的劣勢所在。表 3. 白熾燈、CFL 省電燈泡與 LED 燈泡比較. 項目. 白光 LED. 發光特性. 冷性發光. 耗電(W). 6~8. 反應速度. <1 秒. 壽命. 40,000 小時. ‧ 國. 約 62.3~67.5 約 75. 壽命長. 省點、價格中等. 低耗電. 有廢棄物含汞汙染. 單價高. 問題. n. Ch. engchi U. 約 15 約 95 演色性佳. v ni. 價格便宜. y. sit. er. io. al. 1000 小時. ‧. 約 80. Nat. 特點. <150 秒. 學. 冷白光約. 54. 6,000~13,000 小時. 74.7~82.6. 演色性(CRI 值). 加熱發光. 氣體放電 10~13 政治 <60 秒大. 立. 發光效率(lm/W). 白熾燈泡. CFL 省電燈泡. 壽命短低效率. 資料來源：工業技術研究院37. 李芷氤，白熾燈泡走入歷史，誰是最佳接班人?，IEK 分析報告，工業技術研究院 IEK，2010/10， http://edm.itri.org.tw/enews/epaper/9912/c02.htm，last visited on 2012/6/25。 37. 31.