LIGHTING JAPAN 2013

■ LED與OLED照明市場趨勢
野村綜合研究所在第一場LIGHTING JAPAN 2013專門技術研討會提出對於未來LED照明市場趨勢,由於LED發光效率提升、價格下降兩者因素下,將逐漸改善白光LED的成本效益。在LED滲透率方面,目前就只在特定的國家中有較高的使用率,今年應可望有更多的國家開始使用LED照明。未來LED照明系統將在家用、大樓能源管理系統(Energy Management System)扮演重要的角色,如LED照明不久將來成為電信設備之一環,LED照明導入將是一有效且簡單的方式削減不論是家用或辦公室的電力使用。

白色LED發光效率趨勢逐年成長(資料來源:Nomura Research Institute; Lighting Japan 2013專門技術研討會)白色LED發光效率趨勢逐年成長
(資料來源:Nomura Research Institute; Lighting Japan 2013專門技術研討會)

野村綜合研究所指出,全球照明市場未來仍繼續成長,到2015年將達到近1200億美金規模。從2000年至2015年(預測)的平均複合增長率(CAGR)為4.9%。  

全球照明市場趨勢(資料來源:Nomura Research;Lighting Japan 2013專門技術研討會)全球照明市場趨勢
(資料來源:Nomura Research;Lighting Japan 2013專門技術研討會)

LED照明大廠在日本的市佔規模
(資料來源:富士經濟; Lighting Japan 2013專門技術研討會)LED照明大廠在日本的市佔規模
(資料來源:富士經濟; Lighting Japan 2013專門技術研討會)

Frost & Sullivan研究指出,LED照明市場將於2018年達到232美金規模。預測LED照明市場從2013年至2018年的年增長率都超過30%,主要連續五年能夠持續成長的原因來自於技術的快速提升以及LED照明價格的下跌。過去這兩年多來,LED照明價格的持續下滑,與去年相較,最近的LED封裝價格下滑超過20%,另外,供過於求的LED晶粒(Chip)也是導致價格下跌的原因。  

LED照明市場趨勢(資料來源:Frost & Sullivan; Lighting Japan 2013專門技術研討會)LED照明市場趨勢
(資料來源:Frost & Sullivan; Lighting Japan 2013專門技術研討會)

各種不同的LED照明方案會根據不同的應用部門需求而真正實際影響的時間也有所不同。Frost & Sullivan預測,由於技術與光源效率快速改善與提升,公共部門的照明如街燈、道路、隧道照明約在2015年LED照明可得到全面性採用。在工業照明部份,由於LED具有高流明、一致性、指向性光源等特性,預計2017年可對工業照明有大幅度的影響,尤其在LED照明控制上會有較大的機會。在商業照明方面,由於回收成本大約需要8-10年的期間,所以LED要全面性應用在如一般零售業、餐廳、旅館、辦公室等商業處所,恐怕要等到2018年。至於LED要對住家照明上有大幅度的影響,預計2019年才有可能實現,儘管LED的各種優點,但對於一般住家上的應用還是不高。

LED市場的競爭基本上來自於對於各廠對於專利的掌握,其專利範圍聚焦在含括材料、設備、應用、封裝、組裝及其它製造等領域。如Osram Sylvania、Philips、GE照明大廠不管是透過內部研發、收購或交相授權,非常積極匯集緊密的專利組合,以求增強自己的競爭力,所以當LED大廠的競爭在專利權之爭時,小廠的機會就可能出現在利基市場,如LED調光驅動裝置、網絡的LED照明控制、添加螢光粉的創新或熱管理,皆是其它廠商積極發展的項目。  

LED照明大廠研發專利分佈(資料來源:Frost Sullivan analysis; Lighting Japan 2013專門技術研討會)LED照明大廠研發專利分佈
(資料來源:Frost Sullivan analysis; Lighting Japan 2013專門技術研討會)

Frost Sullivan analysis根據ELC-CELMA近日公佈的研究,到2020年超過95%的照明營業額皆以固態照明技術做為擴展照明產品的基礎,相當於全球520億美元照明設備和120億燈具及光引擎的市場規模。與現在的銷售水準比較,LED照明設備將有十倍的成長,LED燈具的銷售可望有4倍的成長。由於白熾燈及其它無效率傳統燈具技術的逐步淘汰,LED照明技術的滲透率期望可從現在7%增加至31%。對於未來的市場營收上,預計2012年LED技術還是能佔近50%的營收貢獻度。  

全球LED照明市場滲透率預估(資料來源:Frost Sullivan analysis; Lighting Japan 2013專門技術研討會) 全球LED照明市場滲透率預估
(資料來源:Frost Sullivan analysis; Lighting Japan 2013專門技術研討會)

PHILIPS強調數位照明將逐漸改變未來的環境,扣除汽車照明與LED零組件市場,LED照明將從2011年的18%至2015年成長至45%。目前佔全世界的74%中國市場主導全世界LED路燈的發展。預期未來八年中,LED價格將超過80%的降價讓全球照明應用的滲透率達到64%。 OSRAM在基調演講中指出,一般照明應用為最大且成長最快的照明產品市場。根據McKinsey市調報告(2012),從2011年到2020年一般照明應用的CAGR(年均複合增長率)有5%的成長,以應用市場來說,成長最大的前三大應用分別為辦公室照明、建築物照明及戶外照明,預估2020年LED照明於各應用市場的滲透率多能超過70%以上。在汽車照明應用部份,由於前車燈的廣泛運用將拉大固態照明的成長規模,不過LCD TV背光應用預計2013年即達到高峰,到2020年的CAGR將呈現負成長,顯示器部份如投影機可望在2020年成為最強的成長動力。  

2011~2020 LED各種應用的成長(資料來源:McKinsey; OSRAM; Lighting Japan 2013 基調研討會)

2011~2020 LED各種應用的成長(資料來源:McKinsey; OSRAM; Lighting Japan 2013 基調研討會)2011~2020 LED各種應用的成長
(資料來源:McKinsey; OSRAM; Lighting Japan 2013 基調研討會)

在基調演講中,針對全球LED照明市場的成長觀點,TOSHIBA表示2012年LED的成長由日本主導,2013年後的成長動能則由美國、歐洲、中國等國來主導,預計110%的成長來自於日本市場,140%的成長來自於美國與歐洲。由於LED商品化的關係,LED市場將在中國和其它新興國家中快速成長。由於日本受到消費稅增加的影響,預期2014年日本國內LED市場的成長率將比2013年來的少。對於家用照明市場的預測,LED與傳統照明的數量在2013年達到顛峰,但LED佔比將持續擴大,預計到2015年LED家用照明可達到59.8%。 

全球LED照明市場預測(資料來源:Toshiba; Lighting Japan 2013 基調研討會)全球LED照明市場預測
(資料來源:Toshiba; Lighting Japan 2013 基調研討會)

日本國內照明市場預測(資料來源:Toshiba; Lighting Japan 2013 基調研討會)日本國內照明市場預測
(資料來源:Toshiba; Lighting Japan 2013 基調研討會)

日本國內照明市場預測(資料來源:Toshiba; Lighting Japan 2013 基調研討會)日本國內照明市場預測
(資料來源:Toshiba; Lighting Japan 2013 基調研討會)

OLED照明市場趨勢
日本OLED照明廠商Konica Minolta指出,OLED照明技術已經接近量產化的成熟階段,加上各廠商計畫於2013-2015年期間陸續投產,OLED照明市場將從2015年後明顯成長。以樂觀的預估,到2020年9000億日幣的產值(約100億美金)。到2020年,全球照明市場超過50%是LED與OLED的次世代照明產品。  

OLED照明市場趨勢(資料來源:Konica Minolta; Lighting Japan 2013專門技術研討會)OLED照明市場趨勢
(資料來源:Konica Minolta; Lighting Japan 2013專門技術研討會)

從最近OLED照明技術的快速發展,預估對未來全球照明市場的版塊將有所變化。依據2012年三月富士經濟的調查,Lumiotec表示OLED逐漸在2012年在照明市場嶄露頭角,市場規模在2013年可望比去年成長四倍,由於OLED商品化的加入以及LED逐漸加速在市場上的滲透率,固態照明預計到2020年將可操控50%的照明市場,OLED要超越LED可能要到2030年才有可能。  

全球照明市場預估(資料來源:Lumiotec; Lighting Japan 2013專門技術研討會)全球照明市場預估
(資料來源:Lumiotec; Lighting Japan 2013專門技術研討會)

日本各OLED照明廠的產品推出時程(資料來源:Lumiotec; Lighting Japan 2013專門技術研討會) 日本各OLED照明廠的產品推出時程
(資料來源:Lumiotec; Lighting Japan 2013專門技術研討會)

■ OLED照明技術發展
Konica Minolta
Konica Minolta推出世界第一個全磷光系統的白光OLED照明產品Symfos,其效率達45lm/W、色溫為2,800K,具高效能、長壽命、高色溫之特性。在今年專門技術研討會中,Konica Minolta展示以新型藍色磷光發光材料及多層設計讓新一代的OLED面板達到更高的發光效率與超越過去產品70,000小時的壽命時間。據工研院材化所的研究人員說明,藍色磷光發光材料若採用類似Ir(ppy)3之Phenylpyridine為配位基的Ir金屬錯合物,例如FIrpic,其壽命將僅為Ir(ppy)3的0.01~0.001左右,故Konica Minolta自行開發長壽命的藍色磷光發光材料,以此材料製作之RGB三色光所組成的全磷光白光OLED,其半衰壽命可達到約80,000小時。更詳盡的技術解析請參考白光有機發光件技術發展現況。  

Konica Minolta的Symfos全磷光OLED面板效能Konica Minolta的Symfos全磷光OLED面板效能

Konica Minolta 開發新型藍色磷光發光材料有效提升壽命
(資料來源:Konica Minolta; Lighting Japan 2013專門技術研討會) Konica Minolta 開發新型藍色磷光發光材料有效提升壽命
(資料來源:Konica Minolta; Lighting Japan 2013專門技術研討會)

Konica Minolta 型OLED藍色磷光發光材料結構與效率改善Konica Minolta 型OLED藍色磷光發光材料結構與效率改善

關於OLED照明製程技術, Konica Minolta針對四層有機材料(包括電子傳輸層-ETL、發光層-EML、電洞傳輸層-HTL與電洞注入層-HIL)做真空蒸鍍製程與溶液塗佈製程之組合式比對。研究結果顯示,並非每一層從真空蒸鍍製程變更為溶液塗佈製程,對OLED照明元件壽命有相同的影響,僅有發光層溶液塗佈製程對元件壽命有最關鍵性的影響。 

比較不同製程技術對各塗層材料元件壽命的影響(資料來源:Konica Minolta; Lighting Japan 2013專門技術研討會) 比較不同製程技術對各塗層材料元件壽命的影響
(資料來源:Konica Minolta; Lighting Japan 2013專門技術研討會)

Konica Minolta研究,溶液塗佈製程OLED照明元件的壽命已經達到全蒸鍍製程的80%水準(資料來源:Konica Minolta; Lighting Japan 2013專門技術研討會) Konica Minolta研究,溶液塗佈製程OLED照明元件的壽命已經達到全蒸鍍製程的80%水準
(資料來源:Konica Minolta; Lighting Japan 2013專門技術研討會)

Konica Minolta表示該公司對於OLED的製作已有幾項成果,包括:
(1)利用新的透明導電材料讓片電阻值達1Ω/□。
(2)已完成試作大尺寸150mmx150mm的OLED照明面板。
(3)為實現可撓式OLED商品,阻隔膜將是未來持續穩定發展的方向。
(4)成功證實可以全面化R2R加工方式執行OLED面板製程,打通OLED照明應用商品化的可行性。
(5)未來將結合新材料與創新技術,加速發展OLED溶液塗佈製程。

德國Novaled公司在專門技術研討會中,說明該公司如何應用PIN結構技術及光取出材料NET61來提升OLED照明面板上的發光效率。為了滿足照明市場對於價格與效率的目標,Novaled認為合適的光取出技術應考量。
(1)以不昂貴的材料或前處理成本。
(2)處理內部取光模式及縮小光損失範圍,以提升光的效率。
(3)具可擴展性的大面積生產製程。
(4)如以低角度改善顏色變化傳遞高品質的光色。
所以Navaled以自行開發的散射材料NET-61,將NET-61膜層插入於n-doped電子傳輸層中做成具光取出結構的OLED元件(請見下圖),NET-61鍍膜時形成結晶化的散射層,由於結晶成膜使其表面產生皺褶,再鍍上電極時,電極層亦複製此表面形態,NET-61散射的功能及皺褶的表面,可減少表面電漿子效應的光損失而增加光取出效率,可提升發光效率1.4倍。Nevaled透過NET61內部取光材料結合外部的微透鏡陣列(MLA)膜,在1,000 cd/m2白光OLED光輸出可獲得60 lm/W、演色性指數(CRI)為87,10萬小時的壽命。  

Novaled 應用NET-61光取出材料的白光OLED元件結構Novaled 應用NET-61光取出材料的白光OLED元件結構

Novaled 60 lm/W白光OLED發光效率(資料來源:Novaled; Lighting Japan 2013專門技術研討會) Novaled 60 lm/W白光OLED發光效率
(資料來源:Novaled; Lighting Japan 2013專門技術研討會)

Novaled 白光OLED的壽命(資料來源:Novaled; Lighting Japan 2013專門技術研討會) Novaled 白光OLED的壽命
(資料來源:Novaled; Lighting Japan 2013專門技術研討會)

■ 第一屆東京照明展展示OLED & LED燈具
今年偌大的展場上,除了來自各國的科技大廠積極展示他們的新技術和新產品外,西區展覽館一隅還展現了一股濃濃的設計味。第一屆東京設計照明展(DESIGN LIGHTING TOKYO 2013)中,特別企畫了一個「Proto Lighting」企劃,展出多種尚未流通於市面上、才華洋溢的設計師所所創作出的設計。除了結合日本知名設計師的創意與靈感將生硬的科技產品打造成各種不同應用的照明情境外,還特別邀請台灣的袁宗南照明事務所、十聿照明設計中心參與開幕儀式。在展場上,以黑色背板做為各式燈具的襯底,讓不同造型、材質、功能的燈具作品更加突顯設計感。目前日本的LED燈具已經算是普遍,但是裝飾用的LED照明燈具卻少之又少。日本設計師以Hana為名的作品,希望以LED燈表現出4季之美或從白晝到黑夜的變化。另一以拉丁文命名Lectea,中文稱為銀河的多重螺旋造形OLED燈具,它的形狀可從二次元自由伸縮到三次元,摺疊後可變成平面,方便攜帶。在滿滿設計風格的攤位上,出現唯一一家來自台灣的廠家,卓茂股份有限公司是台灣知名的設計公司,產品設計主要結合該公司的獨特專利的導光板與LED燈源,得到LED面光源照明。 更多的照明燈具照片展示請參閱展覽現場快照。  

Hana利用LED燈表現出4季之美Hana利用LED燈表現出4季之美

Lactea的形狀可以自由伸縮從平面到立體的OLED燈具Lactea的形狀可以自由伸縮從平面到立體的OLED燈具

Lactea的形狀可以自由伸縮從平面到立體的OLED燈具Lactea的形狀可以自由伸縮從平面到立體的OLED燈具

台灣燈具公司展示不需擴散膜或導光板的各式LED燈具台灣燈具公司展示不需擴散膜或導光板的各式LED燈具

作者:材料世界網 編輯室

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