水涨船高的LED产业
洪培麟
LED产业发展已经超过三十年，因此应用市场相当广，随着个人化电子产品的需求量不断增加，尤其在手机产业的冲刺下，LED的市场也随之翻升，再加上汽车、交通号志、户外看板及照明市场的需求亦不断增加，因此LED产业也再度备受注目。
LED是由半导体材料所制成的发光组件，组件具有两个电极端子，在端子间施加电压，通入极小的电流，经由电子电洞的结合可将剩余能量以光的形式激发释出，此即LED的基本发光原理。而不同的材料因为发出不同的波长，因而产生不同颜色的光，因此可把LED分成可见光LED(波长450~780nm)及不可见光LED(850~1550nm)。
在可见光LED部份，若再依亮度来又分为传统亮度LED及高亮度LED，传统亮度LED主要以GaP、GaAsP及AlGaAs等材料做成，主要可发出黄色到红色的光；高亮度LED主要以AlGaInP及GaInN等材料做成，高亮度依不同的材料能做到的发光范围较传统亮度广，目前最热门的蓝光，主要是用GaInN所做的晶粒，而未来则非常看好白光LED的市场需求。
LED产品经封装后耐震性佳，组件寿命长可达十万小时以上，比寿命约一千小时的钨丝灯泡或约五千小时的日光灯高出甚多。可见光LED以显示用途为主，且以亮度1烛光作为一般LED和高亮度LED之分界。由于其发光原理、结构等皆与传统钨丝灯泡不同，具有体积小、可大量生产、高可靠度、可视性极佳、耐冲撞、颜色多、容易配合应用上的需求制成极小或数组式大型组件等优点，适合做室内或室外大型显示屏幕，再加上没有灯丝，耗电量小，无须暖灯时间，产品反应速度快，故可广泛应用于汽车、通讯、消费性电子及工业仪表等各种不同领域中。
在不可见光LED方面，又可分成红外线LED(波长850~950nm)及光通讯LED及LD(波长1300~1550nm)，红外线LED应用范围较为广泛，除了以往的摇控器、开关等传统应用之外，也包括信息设备、无线通讯及交通系统等新应用的IrDA模块；光通讯LED/LD主要是做为光通信模块、条形码读取头、CD读取头及半导体电射等用途。
LED分类及复合成长率
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分类
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材料
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应用领域
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可见光LED (450~780nm)
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传统亮度
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GaP、GaAsP、AlGaAs
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家电、信息产品、通讯产品、消费性电子产品
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高亮度
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AlGaInP (红、橙、黄光)
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大型看板、交通号志、背光源、汽车第三煞车灯
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GaInN (蓝、绿光)
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GaInN+萤光粉(白光)
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照明用
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不可见光LED
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红外线LED (850~950nm)
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GaAs、GaAlAs
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IrDA模块、摇控器
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光通讯LED/LD
(1300~1550nm)
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GaAlAs
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光通讯用光源
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资料来源：PIDA
白光LED制造方式
白光LED的生产技术大致可分为单晶型与多晶型两大类，顾名思义，单晶型技术乃用一个晶圆制造白光LED，多晶型则使用两个以上的晶圆来制造。单晶型白光LED虽然发光效率不及多晶型，但其生产成本较低，在价格影响应用市场规模的考虑下，单晶型白光LED生产技术成为厂商极力开发的重点。
多晶型白光LED生产技术大致可以区分为两种，一为透过红绿蓝（RGB）三色混光而产生白光，其次则是BCW蓝光与琥珀色黄光混光。单晶型白光LED生产技术进一步可区分为：(1)利用蓝光LED激发YAG萤光粉产生白光(2)利用紫外光LED激发RGB萤光粉产生白光。(3)硒化锌(ZnSe)材料产生白光等三种技术。其中利用紫外光LED激发RGB萤光粉具有较佳的演色性且萤光粉材料易找寻等优点，因此成为厂商极力发展的重点。
单晶型白光LED中利用蓝光LED激发YAG萤光粉产生白光的方式最为简单，市场上也最为普遍。而利用紫外光LED激发RGB萤光粉具有较佳的演色性且萤光粉材料易找寻等优点，成为厂商极力发展的重点。
目前白光LED主要制造方式
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方式
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实务
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优劣比较
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多芯片型
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RGB三色混光
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不易
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优
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1.材料来源简单
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劣
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1.使用三颗LED芯片，成本高
2.三色混光不易使光色相同，一致性差
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BCW蓝光+琥珀色黄光
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可行
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优
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1.一致性高
2.可用于高电量产品(ex:汽车)
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劣
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1.专利权在美商Gentex手中
2.由于电压高，有过热问题
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单芯片型
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蓝光+YAG萤光粉
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可行
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优
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1.材料来源简单，一致性高
2.可用于低电量产品(ex:手机)
3.低电压，没有过热问题
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劣
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1.专利权在Nichia手中
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UV+RGB萤光粉
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不易
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优
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1.亮度较亮，一致性佳，没有过热问题
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劣
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1.芯片、萤光粉的来源都不易，目前量产都有问题
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ZnSe
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难
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优
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劣
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1.制作不易，且属活泼性元素，信赖度待提升
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紫外光LED发展动态
目前利用紫外光LED激发RGB萤光粉产生白光最大的问题在于受限于紫外光本身的发光效率低，而使得其产生的白光发光效率较低。不过在厂商积极投入下，紫外光LED技术已有大幅的进展。
三菱电线、山口大学与Stanley便联合开发出中心波长为399nm，光输出功率为19.2mW的紫外光LED。该产品外部量子效率达31%，为目前各类LED中最高，而开发出紫外光LED之所以能大幅度提高外部量子效率，主要的原因为其使用400nm波长。另一，为其改变蓝宝石基板表面加工方式，透过将蓝宝石基板表面加工成线条状，形成GaN类半导体，而使得结晶缺陷降低到原产品的约1/3，外部量子效率提高至2.5倍，不过此种制造方法提也高LED芯片的生产成本。
产品及技术发展动向
全球LED产业中的领导厂商都拥有不同领域的技术及专利优势，在磷化铝镓铟(AlGaInP)的红、黄光LED市场主要的供货商有美国的LumiLeds、欧洲的OSRAM
Opto Semicondutors、日本的Toshiba以及台湾的晶元光电与国联光电等。
另外，全球氮化镓(GaN)的蓝、绿光LED市场是由日本的Nichia、Toyoda
Gosei及美国的Cree和欧洲的OSRAM Opto Semicondutors等厂商所掌握，其中在专利及技术最强的是Nichia，但最近Nichia的专利权已经被突破，因此未来蓝、绿光的竞争势必更加激烈，相对的成长也会更为快速。而美国的Cree所生产的亮度虽然不如Nichia，但该产品具有低成本与单电极打线等优点，所以成为全球蓝、绿光LED的最大产量的厂商。所以我们可以发现LED产业的发展是受磊晶与材料技术的演进而进步，所以产业价值链中最具附加价值的部份是磊晶与晶粒的制造上。
若以蓝光产品占营收比重及垂直整合的程度来看，以美国的LumiLeds、欧洲的OSRAM
Opto Semicondutors的垂直整合程度最高，但日本的Nichia及Toyoda Gosei则是在蓝光方面具有领先的技术及专利，因此蓝光占营收比重则较高。
LED市场应用概况
三十多年前HP首先将可见光LED产品商品化后，可见光LED的产品应用随发光效率的提升，逐渐由室内显示走向户外显示；而在日亚化学（Nichia）于90年代推出高亮度蓝光LED后，更进一步宣告全彩化世代的来临。加上近年白光LED的大量应用，更使得主要市场由彩色显示应用向照明应用大步前进。LED挟其寿命长、体积小、驱动电压低及反应速度快等优势，未来市场潜能一直都备受期待。
随着LED新产品及新技术的开发以及应用范围的增加，无论在可见光LED及红外线LED产品的需求均持续攀升。2001年全球可见光LED的市场规模为25.15亿美元，其中高亮度LED市场规模为12亿美元，约占LED市场规模的47.7%。由于大量应用与跌价因素，预料HB-LED将会取代传统LED成为主流，产品比率约5.5：4.5。
高亮度LED与非传统LED市场规模
资料来源Strategies Unlimited, TRI（2002/6）
高亮度LED在2001年的市场规模为12亿美元，在2002年成长至15%，达13.8亿美元，2003年成长20-30%达到16.56-17.94亿美元，而2006年市场规模将可高达30亿美元。
全球蓝光LED需求旺盛
2002年手机采用蓝光LED当背光源是由三星的“蓝眼睛”(A-288)手机而开始流行，此举使得另二大厂Nokia及Motorola新款手机也改采蓝光LED当背光源，进而造成蓝光LED的需求旺盛。由于手机使用蓝光当背光源的比例逐渐增加，
2002年手机采用蓝光LED占全球手机的比重约在15~20%，一般预估2003年时蓝光背光源的手机比重会维持在20%左右，若预估2003年手机销售量约4.55亿支计算，一支手机预计用10颗的蓝光LED(背光源约4颗，按键光源约6颗)，则2003年全年则有9.1亿颗的蓝光LED需求。
2003年蓝光LED需求预估
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当手机采蓝光比重
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10%
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15%
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20%
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25%
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30%
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2003年蓝光LED需求
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4.55亿颗
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6.83亿颗
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9.1亿颗
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11.37亿颗
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13.65亿颗
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LED市场发展趋势
2001年受到全球经济不景气及产品单价大幅下跌的影响，使得LED市场规模较2000年衰退约11%，2002年在高亮度LED市场大幅成长的带动下，全球市场走出2001年的阴霾，其市场规模达37亿元左右，而展望全球LED市场的发展，高亮度LED及白光LED将是带动市场持续成长的动力，尤其是白光LED，若能如预期般的进入一般照明市场，将改写整个LED市场竞争态势。为了加速白光LED市场的应用，厂商间的竞争模式也由过去的完全竞争，转变为既合作有竞争的模式。
高亮度LED市场比重持续增加
可见光LED依以亮度分为高亮度LED与一般亮度LED。近年来由于高亮度LED在发光亮度及寿命等特性持续增进，再加上产品单价大幅下跌，使得高亮度LED得以开拓许多新的应用市场。举例而言，过去高亮度LED于汽车市场主要作为汽车第三煞车灯，但最近包括Mercedes、Cadillac、Mazerati
Alfa Romeo、BMW等车厂，在比较LED与传统光源产品特性后，纷纷推出以LED作为光源车尾灯组。
2001年全球高亮度LED应用市场
资料来源：Strategies Unlimited（2002/2）
根据Strategies Unlimited公司发表市场调查资料，2001年全球高亮度LED市场规模为1200百万美元。展望未来的发展，高亮度LED将逐步取代原本的灯泡市场，尤其在汽车光源、交通号志及小尺寸背光模块其替代效果会相当明显，预测至2005年全球高亮度LED市场将将成长至2,640百万美元，年复合成长率达17%。
白光LED市场应用
LED产品之应用主要是封装成为LED灯泡，其中高亮度LED由于在户外阳光照射下，仍可清楚辨识，加以红、绿、蓝三原色的LED开发成功，使得产品得以进入全彩化目标，目前除了原已应用的指示、显示及光源用途外，现包括大型看板、汽车照明市场、交通号志、手机的背光源、全彩扫描仪、传真机用之光源及全彩背光模块等，用途相当广泛。
背光源应用市场：白光LED于2001年背光源应用市场共计3.6亿美元，占全体的30%，为应用市场中最大的部分，主要应用则来自手机、PDA及数字相机，其中又以手机应用为最大宗。手机市场主要是看好高亮度LED在手机背光源及按键光源的应用市场，因手机竞争越来越激烈，因此手机业者为了吸引消费者，在显示面板光源及按键光源做变化，目前最流行的背光源颜色是蓝光，因此蓝光的需求因而增加了许多，预计彩色面板的流行，使所需要的背光源转为白光，因此未来白光的需求会更大。
若以ITU对全球手机市场需求分析来看， 2002年的手机需求有4.57亿支，较去年的4.1亿支成长11.5%，预估2003年会比2002年有12.2%成长率。若我们以每支手机在背光源部份需要2颗高亮度LED，按键光源需要6颗LED，也就是一支手机需要用到8颗的LED来计算，2002年有4亿支的手机需求量，则2002年有32亿颗的高亮度LED的需求。
至于彩色PDA若以2001年1400万台的规模计算，每台使用约8～12颗白光LED，则有1.12～1.68亿颗的市场规模。数字相机以2500万台估计，也将有1亿颗以上的规模，因此，预估2003年的白光LED在背光源应用市场将会有7～13亿颗的规模。
全球手机市场需求预测
单位：百万支
资料来源：ITU，2001/12
车用应用市场：汽车的应用市场，可分为汽车外部使用及内部使用。汽车内部使用包括仪表板、空调、音响等所有的指示灯以及汽车内照明用灯；汽车外部使用方面，则包括第三煞车灯、尾灯、方向灯、侧灯等，因此一部车大约内、外各需用掉100颗LED，目前全车内部采用LED的车厂如奥迪、宝马及福斯等车厂，而其它各车厂也已陆续将汽车内部指示灯改成LED；而汽车外部使用LED方面，如欧系汽车，将第三煞车灯改成LED的比率已超过70%，日系车系也超过25%，由以上看来各车厂正陆续采用LED的趋势仍然不变。
LED在汽车市场的主要成长来源是替代原有指示灯及灯泡照明，因此若以每年汽车出货量为6000万台来计算，汽车内部若全面替换成LED，则有60亿颗的需求，若外部也全面替换的话，亦有60亿颗LED的需求，一旦以LED全面取代旧式灯炮后，则一年在汽车市场则有120亿颗LED的需求，较手机的市场还要庞大，显示汽车应用市场有很大的潜力。
显示看板应用市场：由于HB-LED明亮、耗电量低、寿命长等特点，非常适合户外大型全彩显示看板的应用。在运动市场兴起后，全球各主要球场内都可以见到大型全彩显示屏幕看板，除配合慢动作及放大画面外，亦可穿插广告，此外全球各地繁华市区的重要建筑、广场或交通要道，也都可以见到全彩大型LED显示看板。目前户外全彩大型LED显示屏，在全球各地的大型体育场，几乎已成为标准配备。(平均一个户外大型全彩显示屏1024*768，即需要786,432组R.G.B三原色的LED，约236万颗白光LED)。预计2003年展示板市场，也将有3.3亿美元以上的规模。
交通号志应用市场：根据Strategies Unlimited 统计，使用LED的交通号志从2000年的40万具以下，至2001年提升为1百万具，成长了150%，占高亮度LED的4%，此外，依据资料显示目前全世界约有2000万座红、黄、绿灯，而一组交通号志所需的灯泡数目随着LED亮度及灯具设计进步下，已由几年前的数百个降到目前约20个左右，因此若全世界的交通号志全都换成LED则会有4亿颗的市场需求。如果再考虑每年新设或旧有更换的红、黄、绿灯，估计每年约有200万座，也就是全面更新后的每年会4000万颗的需求。不过，交通号志的大量使用，并不会使用到白光LED。
照明应用市场：白光LED主要具有省电的优点，因此在全球能源危机下，为了节省能源，采用白光LED是一种必然的趋势。而目前生产白光主要有两种方法，一是利用混光的模式，另一种是将蓝光加上萤光粉做成白光。预计白光可进入许多的应用领域，就室内方面，可用在室内照明、汽车内部照明、背光源、装饰灯、卤素灯、闪光灯等。而室外方面，则有霓虹灯、显示屏、室外看板等应用。
照明应用市场在2001年高亮度LED在照明设备上的应用占全体HB-LED的4%，虽是比重最少，但却是最具潜力、最值得开发的市场，根据Reed
Electronics Research预估，在2003年全球白光LED市场规模将达2.7亿美元。因此若LED能进入室内及室外的照明市场，则LED未来的潜力无穷。
白光LED与日光灯、白炽灯的比较
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比较
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白光LED
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日光灯
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白炽灯泡
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反应时间
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＜ 1秒
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＜ 60秒
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＜ 150秒
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发光现象
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晶粒冷发光
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汞气体发光
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加热发光
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发光方向
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可依需要设计
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发散
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发散
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寿命
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约60,000小时
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约6,000小时
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约1,000小时
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耗电量
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10％
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50％
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100％
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耐震动性
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强（固体）
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弱（气体加液体）
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弱（易碎）
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缺点
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价格高、亮度不足、技术未成熟
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汞污染、易碎
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高耗电、寿命短、易碎
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资料来源：TRI（2002/6）
中国大陆厂商动向
大陆LED产业起源可回溯至1970年中科院长春物理所红光LED产品的研制成功，之后开始有厂商投入生产的行列。1990年代，在各式LED显示屏应用及车用第三剎车灯与雾灯的发展引爆下，LED新市场应声而起，至今大陆LED厂商已高达100家以上，不过在高亮度蓝、绿光LED部分仍距世界级厂商有段较大的差距。
目前大陆LED厂商内外资企业各半，以区域划分，大陆内资企业主要位于华南及华东，华南地区包含有佛山光电器材、江门启华无线电厂、潮洲无线电厂、中山朗玛光电、厦门华联电子、江西联创光电等厂商；华东地区则有苏州半导体、上海半导体器件厂、上海新港半导体器件厂等，其它部份为天津光电通信公司、长春半导体、哈尔滨特种元器件厂等。外资厂商据点主要位落于两广、福建沿海及华东地区，厂商有上海英伍电子、无钖华新电子、日商Stanley公司、美商AXT等公司，整体产业结构较分散，其中方大集团为大陆第一家以研究、开发及生产GaN
LED的光电半导体厂商，2001年进入量产阶段并先后成立了江西方大福科信息材料有限公司和深圳市方大国科光电技术有限公司，为研究、开发和生产硅半导体材料及光电组件。
此外，方大福科和南昌大学合作，并从英国引进GaN材料生长及检测设备，而方大国科光电则与中国科学院半导体研究所进行技术交流分享，也从日本、欧美、引进了生产、研发及检测等设备，目前已可批量生产GaN磊芯片，可用来封装成蓝、绿、紫及白光LED，并积极的朝向LED白光照明技术研发。由于方大集团的GaN
LED光电半导体材料及光电组件生产计划已被列为“国家级863计划”及2001国家“火炬计划”，显示大陆LED产业已慢慢的在填补高亮度蓝、绿光LED的空白。
中国台湾LED厂商目前现况
目前台湾LED整体产量已居全球第二，仅次于日本，但若以产值来看，则与日本的差距仍然很大。目前LED厂商产值大部份仍集中在可见光的产品，而不可见光的部份在全球的占有率甚低。在LED上游部分，LED上游单芯片与磊芯片制造是台湾厂商较弱的部份，其中95%的重要材料(如基板)仍需要仰赖日本进口，但目前AlInGaP该材料台湾已能全量供应，不需要仰赖日本进口，而在传统产品GaP的上游材料方面，由于较不具未来性，台湾厂商在这方面未投入更多资源，目前台湾的需求主要由日本信越提供。
在LED中游的晶粒制作，台湾已占全球第二的地位，除GaInN蓝光晶粒仍由日本的Nichia及美国的Cree主导外，台湾在中游晶粒制造方面已超越日本厂商。就材料来看，高亮度的磊芯片仍有95%仰赖进口，而传统的部份多自行供应。
至于LED下游部分，台湾封装为全球第一，产值也占整体产值相当大的比重，但主要是集中在可见光LED的生产，目前台湾内部做可见光LED的厂商有40余家，家数相当多，竞争也较为激烈，较具规模的下游LED厂商开始往不可见光LED来发展，因此仍有很大的成长空间。
虽然LED应用产品众多，不过台湾LED厂商比较无法打入国外车厂的零件供货商，其主要原因一是技术能力的问题，因为厂商主要的优势在于成本节省的能力及量产能力，生产的LED就亮度及品质并不如国外大厂的佳，但是在汽车上非常着重安全性的考量，因此对各零件的品质要求也十分严格，所以国外车厂也较不愿意用台湾生产的LED。
其次要成为车厂的零件供货商，要花长时间与车厂做认证，通常至少要3年以上的时间。因此，既使拥有不错的技术能力，但是认证的时间很长，也使得要进入该市场的进入障碍相对提高。以东贝为例，东贝的策略不是直接找车厂合作，而是藉由汽车通路商GENTEX来做切入，但东贝取得GENTEX的订单也花了近5年的时间才有机会和该公司合作，因此台湾业者欲切入此市场必须再行提升。
发光二极管产业SWOT竞争分析
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优势
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产业分布完整
专业分工
政府大力支持
低成本产品走向
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劣势
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专利权自主性低
产品纟统整合能力较弱
自行技术研发能待加强
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机会
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高亮度 LED 市场成长快速
经济不景气，易造成价格竞争
善用大陆之人力资源，加大成本之竞争力
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威胁
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大陆投资环境开放，国内厂商纷纷外移，当地厂商也看好市场，大量成立
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资料来源：台湾工研院经资中心ITIS计划2002
