LED發光大商機－人類自鑽木取火以來，第二次的照明技術革命

壹、前言

　　在LED產業中，中小型廠商由於資源受限與獲利需求，多以系統組裝應用的價值活動為主，並運用政府資源強化本身終端產品價值或功效；此外，產業鏈中上游之研發活動所需之資源與投入較大，故中小型企業相對願意投入於研發活動較小，技術層次亦有限；由於不同研發活動之性質，單件補助以磊晶&晶粒製造為高。

　　LED產業供應鏈包括上游的晶棒與基板、磊晶，中游的晶粒製作，到下游的封裝與系統組裝應用，目前台灣在這些領域都已形成很完整的供應鏈。上游的晶棒與基板之研發技術重點為大尺寸、低缺陷、圖案化藍寶石晶棒與晶圓；磊晶之研發技術重點為大尺寸晶圓之磊晶、圖案化藍寶石基板之磊晶、LED表面粗化與光子晶體之製作、垂直式氮化鎵LED；下游的封裝與系統組裝應用之研發技術重點則呈現百家齊鳴爭輝的景象。此外，台灣許多上游的晶棒與基板業界也著手開發碳化矽晶圓（應用於高功率電子元件）；上游的磊晶業界也努力開發紫外線LED（UV-LED）、矽基的GaN LED、微晶粒LED（MicroLED）、與有機LED（OLED）；下游的封裝與系統組裝應用之業界也進行矽基晶圓級的封裝、LED製程設備與檢測設備的開發。這些上中下游的廠商業界，也都朝向具有高附加價值的產品而努力。

貳、LED產業背景與全球概況

一、LED的介紹與應用

　　發光二極體(Light Emitting Diode，LED)，是一種特殊的二極體，加正向電壓時，發光二極體能發出單色、不連續的光，這是電致發光效應的一種。改變所採用半導體材料的化學組成成分，可使發光二極體發出在近紫外線、可見光或紅外線的光。初時多用作為指示燈、顯示板等；隨著白光LED的出現，也被用作照明。它被譽為21世紀的新型光源，具有效率高，壽命長，不易破損等傳統光源無法與之比較的優點 。

　　根據工研院產業經濟與趨勢研究中心指出，LED產品的應用領域相當的廣，例如手機、全彩看板、單色看板、LCD顯示器背光源、汽車、交通號誌及照明等，由表1可以看出不同亮度的LED之產品應用。

 表1  LED產品可應用範圍

二、全球LED產值

　　2011年以日本為主的LED照明市場起飛。因應節能政策、教育推廣，以及311地震後的限電措施，日本LED照明應用需求逐步提升；且在各家競爭下，每千流明價格持續下滑，讓電價補足購置成本的時間大幅縮短，刺激了一般民眾以LED汰換傳統光源意願，也帶動了LED照明相關元件在銷售上的提升。

　　以全球2009~2011年各區域LED元件產業規模來看（含LED磊晶片、晶粒、封裝、模組總計）， 2011年仍勉強守在持平的狀況，如圖1所示。

 圖1  主要國家LED產業概況

　　根據研究指出全球LED照明市場將持續成長，惟力道減緩。2011年全球LED照明光電產值為316億美元(LED元件模組占41%(↓5%)，LED背光模組占25%(↑107%)，LED照明占22%(↑42%)，LED車燈占12%(↑28%)，由於LED元件/模組市場成長遲滯，整體產業成長率(32%)不若2010年亮眼(57%)。2012年雖受歐美景氣不佳影響，但全球LED照明光電市場產值約390億美元，較2011年成長23.%  。林明輝(2012)則推估2011~2015年整體LED產業產值成長率將在2012年達16.4%，2013年降至9.7%且逐年下滑，由圖2可以看出2011年至2013年TV/MN呈現成長趨勢，但從2013年至2015年則開始出現下滑；而照明應用則是呈現逐年成長之趨勢。 

圖2  LED應用範圍變動情況

　　需特別說明的是，台灣LED產業相較於其他國家有所不同：台灣LED產業鏈分工相當的細，上游LED磊晶片、晶粒的專業廠商，以及專精下游LED封裝、模組廠商，各自有不同產品定位；少部份資金雄厚的廠商才會進行上中下游及應用整合。但美國、日本、韓國、歐洲等，則幾乎都是垂直整合型公司居多，即國際大廠多是LED磊晶片、晶粒、封裝、模組等上中游元件整合型公司，部份國際照明集團甚至連各式LED應用產品、品牌通路都一手包辦。

　　2011年全球各區域LED元件產業規模比例如圖3所示，台灣LED元件產業規模位居首位，全球占比達28％，因其獨特的產業分工相當發達，例如上游LED磊晶片、晶粒專業製造廠，除了供應本國的LED封裝、模組廠商所需之外，亦可以用代工、銷售等模式切入日本、韓國、中國等同業或封裝廠商；而台灣LED封裝、模組也同樣切入各國同業廠商與應用商。

圖3  全球各區域LED元件產業規模占比

　　日本LED元件產業規模居次，全球占比約25％。在日本幾乎各家廠商都是以LED磊晶片、晶粒、封裝、模組的LED元件一條龍式生產，部份大廠有外賣LED磊晶片、晶粒，但大部分都是銷售給日本國內封裝、模組業者為主。

　　韓國在全球LED產業規模占比約20％，列居於第三。由於韓國為全球液晶顯示器的霸主，發展LED封裝、模組以LED背光應用產品最為快速，尤其在2009、2010年韓系廠商三星、LG有透過子公司大舉佈局上游磊晶片、晶粒，且直接從4吋LED磊晶片開始發展，2011年更是切入上游藍寶石基板生產，並同時大打LED照明品牌產品入市，企圖心相當強烈。但整體LED磊晶片、晶粒產能利用率一直無法有效拉升，故仍會透過向台灣外購晶粒以補其不足。

參、我國LED發展概況

　　台灣 LED 產業早期受限於專利、技術、規模不及歐、美、日，隨著LED 進入照明時代，無論是國際間或台灣均期待透過彼此合作，提升本身於LED 產業的競爭力，因此台灣近幾年也在產業掀起合併或異業結盟風潮，各上、中、下游透過不斷的合併、投資、異業結盟以擴大規模、通路、技術及專利交互授權以快速提升國際競爭力。目前台灣LED的生產，從上游晶粒到中下游的模組、封裝、應用一應俱全，產業鏈相當完整，再加上製程相近的半導體產業可做為後盾，發展LED產業更是具有先天優勢。

一、我國LED產業概況

　　我國LED產業發展至今已近30年，除了在上游部分原物料供應能力較弱外，我國LED產業已建構出相當完整價值鏈，在全球產業競爭中也扮演重要供應國的角色。雖然2008年及2009年受到金融風暴影響，產業表現不佳。但在2010年全球經濟持續復甦、系統廠商於中大尺寸產品持續導入LED做為背光源以及LED照明市場持續滲透之下，台灣LED產業2010年產值達新台幣904億元，較2009年大幅成長62％。就台灣LED產業各階段產值分析，晶粒端在2009年第2季開始大幅復甦，成長幅度都超過封裝端，主要是受惠於韓國系統廠商推出LED TV，使得我國晶粒廠商受惠，並開始投入擴廠。時至2010年，系統廠商於中大尺寸背光源持續導入LED以及擴產產能持續開出，台灣LED產值於第3季達到最高峰，雖第4季受制於LCD-TV需求不如預期，產值呈現衰退現象，但整體而言，如圖4所示。2010年我國LED晶粒端產值接近新台幣600億元，較2009年大幅成長70％左右。

圖4  台灣LED磊晶片及晶粒產值

　　封裝與模組部分，過去由台灣廠商盤據的中低階市場，近幾年持續受中國大陸廠商低價侵蝕而萎縮，使得台灣廠商於中低階市場占有率逐漸下降。所幸2010年全球經濟景氣全面復甦，使得終端市場需求增加，以及廠商持續往LED TV背光源和照明市場發展，因此2010年我國LED封裝及模組產值約為新台幣850億元，較2009年大幅成長54％左右，創下相當不錯的佳績，如圖5所示。預估2012至2014年封裝及模組產值將逐年成長。

圖5  台灣LED封裝與模組產值

二、LED照明產業競爭條件

　　由於LED照明市場應用目前仍以一般照明為主，見圖6，未來將朝向室內照明，但室內照明技術上要解決上述三個問題外，市場上也需要以品牌作為後盾，方能有機會與現全球室內照明品牌的Osram、Philips、美國GE等大廠競爭。

圖6  台灣LED照明應用市場成長狀態

　　若根據上述未來照明市場走向室內照明應用的趨勢，LED取代傳統照明條件，須先解決技術要件與問題，包括電源轉換（交流轉直流）、驅動與控制電路、散熱處理與光學器件（LED過度集中的點光源必須透過光學器件輔助表現），若將LED照明之技術問題，從各價值活動中廠商的角度分析的話，如圖7所示，各價值位置之廠商的關鍵角點不同，此外，價格、產業標準未定、產品本身之光通量（亮度必須達到至少 450 流明）等，亦是LED照明產業內急待解決之問題。因此，目前台灣LED照明技術發展重點有四，分別為發光強度與效率、光品質（包含舒適度、光感、光色彩控制、人因工程及光源設計情境）、價格、產品壽命；現階段，台灣LED磊晶與製程業界生產的LED晶粒發光強度率已可達到 140-150 lm/W，封裝後的照明燈具也可達到90-120 lm/W，已具有照明應用的條件，但仍缺乏高演色性與低效率衰減（low efficiency droop）的高品質光源與穩定散熱的品質，以致競爭力仍有待提升。

圖7  LED照明產業各價值活動廠商之技術重點

三、我國LED廠商分佈情況

　　台灣上游LED磊晶片與晶粒廠商的大客戶－韓系液晶電視品牌廠，積極透過LED電視背光源設計變更來試圖壓低整機銷售成本，另一方面連帶要求台灣廠商持續拉高LED產品規格來降低LED的使用顆數，但卻導致產出的LED中Bin率一直無法拉高至最佳狀況，營收與利潤也都普遍不佳。

　　近幾年LED照明應用則是各家積極轉攻的領域，除了LED照明產業穩健成長之外，也有助於降低公司業務過於集中在少數的液晶電視品牌廠客戶手上。相形之下，一般照明廠商規模較小，對其可有較多的交涉空間，使得利潤也普遍較佳。整體而言，台灣在LED照明產業是相當具有競爭力，表2為目前的照明產業結構。

表2  LED照明產業鏈廠商分佈情況

四、SBIR計畫效益

　　根據研究調查，98-100年政府補助SBIR計畫中與LED相關研究計畫共有41件，總計投入252,624（仟元），政府補助款部分為99,468（仟元），如表3所示，周邊材料設備計有4件、磊晶&晶粒製造計有2件、封裝計有6件、系統組裝應用計有29件，由價值活動別可以看出，廠商的研發活動多集中在下游端，而這也與廠商規模有高度關係。此外，藉由科專計畫的補助，其商業化效益超過新台幣11億元，同時帶動廠商後續投資8,591萬元。另也促使廠商於計畫結案後共新聘79人。例如，常鴻新科技股份有限公司在執行「全自動化LED晶粒外觀檢測機台研發」，除提高檢測良率達99%。在計畫結束後，也持續投入約100萬元於產品開發。頂瑞機械股份有限公司執行「全自動LED光罩清洗機」，透過該計畫之技術，衍生出5件之產品，並產品產出成效超過1,500萬元。顯見藉由政府補助不僅提升廠商競爭力，同時亦對產業產生衍生效益。另外，經濟部技術處亦鼓勵廠商透過聯盟方式執行SBIR計畫，期望藉由聯盟方式促使廠商進行垂直或水平合作，以發揮策略綜效。

五、SBIR個案分析

　　除透過量化分析以了解政府補助LED產業所衍生之效益外，同時亦可透過廠商執行SBIR計畫過程，了解無法透過量化數據所能呈現之深層涵意。

1.麗鴻科技股份有限公司所執行「高功率輕量化LED照明系統研究開發」計畫。該計畫突破熱導管直接與LED結合之光模組技術，並成功開發可提升550mm鎂合金件之成型技術，為首創模組化設計，此設計榮獲101年績優SBIR創新技術獎，以及輕金屬創新應用設計競賽之殊榮，證明執行廠商具有自主研發之能力。麗鴻所開發之燈具已獲眾多市場採用，未來將大幅提升市佔率，預估防爆燈具市場總產值約新台幣10億元，該項產品於100年底產值達新台幣400萬元，提升廠商10%產品利潤，並帶動後續投資140萬元，透過計畫補助除提升廠商之商業價值及永續計畫補助之成效。 本計畫同時以聯盟型態執行，成功整合上、中、下游產業，並結合傳統產業投入頗具前景之LED照明產業。此創新技術由傳統產業開發而成，成功的提升中小企業之技術能量與技術升級，績效卓著。

2.綜泰科技有限公司所執行「高亮度LED封裝用之高折射率透明聚矽氧烷聚合物開發」計畫。為符合高折射率、高光穿透性、高耐紫外光性及高耐溫性之LED封裝規格要求，該計畫透過合成方法與試產設備，完成高亮度LED封裝用之高折射率透明聚矽氧烷聚合物開發。該計畫產品至100年底共衍生6件產品，創造產值達新台幣1,200萬元，產品利潤增加30％。並引導後續於產品研發、通路行銷、專利申請與維護等超過2,000萬元投資，同時誘導廠商開發LED產業周邊材料設備之多元性。

3.頂瑞機械股份有限公司所執行「全自動LED光罩清洗機」計畫。為維護製造生產品質、提升良率，頂瑞機械針對LED黃光區之光罩清洗機，進行規劃設計與與開發。清洗機台研發出可依製程需求調整位置與速度，並在機器執行過程中，同時處理毛刷、廢氣廢水之有毒物質，以免造成二次汙染，並以二流體式噴嘴清洗，已達到節能之功效。透過該計畫之技術，衍生出5件之產品，其成效超過1500萬元。

4.新美化精機工廠股份有限公司所執行「LED封裝設備研發」計畫。新美化突破LED發光原件與散熱技術、安全規格與達到節能標準之瓶頸，以研發LED照明的控制驅動IC，具有高功率因數(>0.95)、高效率(>90%)，並適用於世界各國不同之交流電規格。同時可應用於其他規格包括：可驅動至100W多顆串、並聯LED，高速過電壓保護，過電流保護，過溫保護，抗雷擊測試，耐8kV靜電放電測試，數位式及類比式調亮度裝置。新美化成功研發出高效率、高功因、電壓穩定度高並具有環保應用之技術。此技術研發構想，獲得99年傑出SBIR研發成果獎之青睞。由於研發技術之特性與功能，計畫產出之IC已取得數十萬顆之訂單(毛利率高達50%)，同時搶得產業市場需求之商機，再創產業技術之價值。

5.常鴻新科技股份有限公司所執行「全自動化LED晶粒外觀檢測機台研發」計畫。該計畫展顯現出公司技術研發能力，針對LED晶粒外觀測機台，創新開發「立體化機械視覺」auto-catch功能，可快速檢測LED晶粒外觀缺陷，提高檢測良率達99%，確保LED晶粒檢測之品質與效率。計畫執行成果共衍生9項相關產品，並能確實掌握產業整體市場趨勢與脈絡，有利規劃市場的行銷策略，而計畫產值達2,300萬元，提升廠商將近80萬元之效益。在計畫結束後，亦持續投入約100萬元於產品開發。

6.翌驊實業股份有限公司所提「高能LED用光固型高折射率透明封裝材料技術開發計畫」。該公司透過經費補助將TiO2奈米粉體添加於特殊型壓克力樹脂內，以提高其折射率並進一步與壓克力樹脂調配成高能LED用光固型高折射率透明封裝材料，除提供一具適當黏度之樹脂組成作為高能LED封裝用途外，並可取代目前使用之環氧樹脂封裝材料，而擺脫對國外產品之依賴。

7.新譜光科技股份有限公司所提「高畫質微距LED全彩顯示看板開發計畫」。計畫完成後，產品不僅在規格上與數位化技術接軌，更擴大與其他競爭公司之技術差距，亦可衍生各尺寸之LED TV。其研發成果已至國內外重大展覽﹝NDT、OSRAM、花博、光電展（100吋面板）、魯台會﹞會場中測試市場反應，後續將持續投入研發資金約新臺幣200萬元。研發成果除可應用於LED TV及大尺寸LED看板外，尚可與廣告業及租賃市場配合，預估全球市場需求約美金15億元。該計畫產品已成功上市，產值為新臺幣1,239萬元，佔營收比例18.6%。

8.新綠科技股份有限公司所提「高耐壓高功率因數之LED照明驅動IC」。該計畫以最精簡的LED照明驅動線路達到92%效率，95%功因，±3%電壓穩定度，可調光，同時免用電解電容，燈具壽命達35,000小時。正弦正激轉換線路整體線路功能，遠超越其他正激或反激線路，使用正弦正激轉換線路之LED照明整體成本亦較低。相較於國際大廠之產品，該計畫產品體積較小，性能較佳，整體成本較低，並可直接取代原廠驅動電路。該計畫新穎高效率LED照明驅動電路技術可延伸應用至多項產品，並與歐美日IC設計大廠洽談專利技術授權中。可調光IC，具市場需求，適用於賣場和大樓。本計畫產出之IC已取得數量數十萬顆之訂單，毛利率高達50%。預期未來銷售量將可明顯提高至千萬顆以上。

9.永煜機械設備股份有限公司所提「LED黃金電極與線路製作計畫」。該公司將透過經費補助開發LED黃金電極化學鍍金法，除可取代傳統的真空蒸鍍製程，節省LED廠商鍍金之成本、提升產品產量及良率外，未來將可取代國外進口蒸鍍設備，提升LED中游產業品質及技術。

10.天極照明科技有限公司所提「LED船用燈具創新研發」。計畫開發高效能LED船用燈具，具備節能、環保效益，且適用於海洋環境之LED船用燈具，以符合節能減碳與環保之目標。研發高效能LED船用燈具，促進LED產業結合燈具產業，使LED產業增加另一廣闊的產品應用領域，將可取代進口，並外銷歐美等國，達到價值創造之產業效益，預計將促成相關研發投資2,500萬元，同時輔導燈具業提升二次光學設計、散熱技術等，協助產業建立產品差異化能力，強化產業應用，預估年產值達新台幣1億元。

肆、結論與建議

一、結論

經由上述量化分析與個案分析，SBIR計畫補助於LED產業之效益，可分為下列四點說明：

1.進口替代：廠商藉由執行SBIR計畫，自行開發必須高度依賴國外產品之關鏈材料，藉此降低對國外廠商的依賴程度，同時亦可提供給國內其他廠商使用，強化競爭力。

2.產業聯盟或整合：SBIR計畫能促使LED產業內之廠商進行結盟、併購或創立新公司。例如：天極照明科技有限公司與其他廠商共同組成「照明器具產業研發聯盟」；百竤股份有限公司與其他廠商組成「高效能之汽車用LED晝行燈開發聯盟」；麗鴻科技股份有限公司藉由SBIR計畫成功整合上、中、下游產業。

3.帶動其他產業發展：由於SBIR計畫的研發投入導致新的應用產品開發，使其他產業受惠。例如：麗鴻科技股份有限公司結合傳統產業投入LED照明產業，將LED與傳統產業結合，成功的提升中小企業技術能力。

4.研發能力與國際接軌：廠商透過SBIR計畫的執行，使得產業內製造品質或技術水準可與國際市場接軌甚或超越國際水準。例如新綠科技股份有限公司所開發之產品不僅體積較小、性能較佳、整體成本較低外，還可直接取代原廠驅動電路，已與歐美日IC設計大廠洽談專利授權。

二、LED廠商發展之障礙與建議

1.缺乏市場需求：台灣LED廠商生產的產品性質過於接近，LED品質不夠好，產量過多，但LED應用的海外市場及需求有限，導致台灣LED廠商為了增加營收業績，往往降低利潤求售或設廠於工資低廉的中國大陸。這部份LED廠商需要更加強研發LED的應用市場，例如LED電視機、醫療用光源（手術用光源、內視鏡光源、醫美用光源等）、手機上的微投影的光源、與可見光通訊用光源等，創造出各家LED廠商生產的產品特色。此外，政府亦可以協助拓展海外貿易，定期舉辦海外市場說明會，協助廠商海外考察等。

2.專利過於分散：雖然台灣LED廠商很動視研發成果的專利產出，亦對專利的研發人員予以鼓勵，但為維持公司生存營運，利潤導向，仍是以生產為優先考量。導致許多原創性或關鍵性專利都掌握於日亞、日產與Philips等大廠手中。國際LED大廠交叉授權所構築的專利壁壘，讓台灣的LED廠商僅能在夾縫中求生存，無法用自有品牌行銷國際，只能接受低利潤的代工模式來迴避專利訴訟。要取得國際LED大廠的授權才能突破專利壁壘，但授權金之高非一般LED廠商所能承受。這部份可由政府出面以國際招商的模式，促成台灣廠商與國際大廠的技術合作進一步達成交互授權的目的，一方面可以降低授權金，另一方面讓外商加碼對台灣的投資。

3.技術瓶頸：多數LED廠商都希望能藉由政府的補助協助公司的研發，以減輕公司的經費負擔。當然，政府這十多年來一直努力在扮演這方面的研發計畫經費補助，也確實有看到許多績效與成果。然而，根本解決之道是政府要扶植國內的LED廠商與國內頂尖大學共同開發基礎性智慧財產權及上位專利，方能擺脫國際大廠的專利掣肘。代工產業曾造就台灣的經濟榮景，卻也因此國內產業往往將成本考量無限上綱，擠壓成本以創造利潤顯然是較為普遍接受的營運模式。然而此舉常「越界」成了廠商研發過程（非生產過程）中的緊箍咒，大大降低了技術突破與創新的或然率。為此，除廠商自身應力求轉型之外，政府亦應提供適當的輔導或激勵措施，例如足以吸引重大技術創新的獎勵方案、科技創新園區的設置等。

4.形成產業標準速度過慢：以白光LED為例，雖然台灣LED廠商已生產各種光源LED，發光的亮度也足以與國外LED大廠匹敵，但在重要特性的效率衰減（efficiency droop，即在高輸入電流下LED外部量子效率的衰減率）與可靠度（長時間工作下的穩定性），卻難以競爭。加上螢光粉技術能力完全掌握於國外大廠，更不容易取得產品的優勢。這些因素進而造成LED廠商開發的應用產品無法先一步制定產業標準與規格，失去了許多商機。這問題的解決方法，主要還是得先解決前述的市場需求、專利分散、技術瓶頸之問題，提升LED的性能，加強LED的應用層面，開發LED的創新應用，方能有機會迅速形成產業的標準。

5.上游原材料設備仍需靠進口：以LED產業供應鏈而言，上游的晶棒與基板、磊晶，其中的晶棒合成材料（氧化鋁粉末，藍寶石晶種）與合成晶棒的長晶爐都需仰賴進口；磊晶的有機金屬氣相磊晶系統與有機金屬材料源，更是完全依賴進口。中游的晶粒製作，如光阻劑與蒸鍍金屬材料、薄膜成長與乾式蝕刻設備、黃光顯影曝光機，到下游封裝所需的螢光粉，也幾乎都要仰賴進口。這些原材料設備的開發，要配合材料、化工、與機械領域的全面發展，在現階段的執行上有實際的困難。要解決這些問題，可由政府主導研發方針，擬訂重點材料與設備項目（非由廠商自行提出），鼓勵台灣相關業界提出研發計畫申請，並由政府給予經費補助。如此將具有國內業界整合資源的功效，也易於形成台灣LED產業的完全供應鏈。

6.人才流失：台灣原本的優勢是高品質、易於訓練的人力，這是台灣數十年來教育所紮下的根基；面對對岸大陸的崛起，許多公司辛苦培養訓練的技術團隊或人員大量出走，或效力於對岸的公司，或整廠外移至對岸，不但削弱台灣的生產力，減少台灣的就業機會，也助長對手的競爭優勢。現今許多公司廠商實施的「台灣接單，海外出貨」，雖然對於台灣的外匯收入有增加，但並沒有增加就業的工作機會，時間一久，將會導致失業率的上升。針對這些問題，除了提高台灣LED產品的創新性與高附加價值外，別無他徑。畢竟人工低廉只是解決目前門檻不高的生產技術之暫時權宜措施，長久之計還是要提升自身的研發能力與創新產品。

參考資料：101年度小型企業創新研發計畫(SBIR)成效評估報告。