我国LED外延芯片行业概况研究Word文件下载.docx
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成不同的颜色。
LED具有能耗低、体积小、寿命长、无污染、响应快、驱动电
压低、抗震性强、色彩纯度高等特性，被誉为新一代照明光源及绿色光源。
LED作为第四代半导体光源具有如下优点：
①光效率高、能耗小：
光电转换效率可以达到50%以上，而白炽灯仅为
10%-20%。
另外，LED单体功率一般在0.05-1W，通过集群方式可以量体裁衣地满足不同的需要，降低能耗，以其作为光源，在同样亮度下耗电量仅为普通白炽灯的1/8-1/10。
②寿命长：
光通量衰减到50%的理论寿命是10万小时。
③可靠耐用：
没有钨丝、玻壳等容易损坏的部件，非正常报废率很低，维护
费用低廉。
④应用灵活：
体积小，可以平面封装，易开发成轻薄短小的产品，做成点、
线、面各种形式的具体应用产品。
⑤安全：
单位工作电压大致在2.8-5V之间。
⑥绿色环保：
废弃物可回收，没有污染，不含汞，在生产和使用中不会因为
破裂导致有毒金属污染环境。
⑦响应时间短：
适应频繁开关以及高频运作的场合。
（2）LED产业链
LED产业链包括LED衬底制作、LED外延生长、LED芯片制造、LED封装
和LED应用五个主要环节，一般将衬底制作、外延生长和芯片制造视为LED产
业的上游，封装视为中游，应用视为下游。
LED外延生长与LED芯片制造环节是全产业链的关键环节。
LED衬底的主要功能是承载，是生产外延片的主要原材料，目前LED衬底
材料主要有四种，分别是蓝宝石、SiC、Si及GaAs，其中蓝宝石、SiC及Si应
用于生产蓝、绿光LED，GaAs应用于生产红、黄光LED。
LED外延生长指在LED衬底上利用各种外延生长法如气相淀积法、液相
淀积法和金属有机化学气相淀积法，形成半导体发光材料薄膜从而制成LED外
延片的过程。
外延片的制作对生产设备、技术、工艺、生产管理要求最高，生产
工艺最复杂，LED外延片的品质对下游产品的质量具有重要影响。
目前生产高
亮度LED外延片的主流技术是金属有机化学气相淀积法。
LED芯片制造环节首先需根据下游产品性能需求进行LED芯片结构和工艺
设计，然后通过退火、光刻、刻蚀、金属电极蒸发、合金化和介质膜等工序形成
发光二极管结构，通过关键指标测试后再进行磨片、切割、分选和包装。
LED
芯片制造所涉及的工序精细且繁多，工序流程管理及制造工艺水平将直接影响到
LED芯片的质量及成品率。
LED封装是指将外引线连接至LED芯片电极，形成LED器件的环节。
封
装的主要作用在于保护LED芯片与提高光提取效率。
目前，LED封装基本采用
表面贴装、倒装焊等通用的半导体封装结构。
LED应用环节是针对各类市场需求利用LED器件制成面向终端用户的LED
应用产品，如指示灯、显示屏、LCD背光源、LED照明灯具等，此环节技术主
要体现在系统集成方面，技术面较宽，呈现多样化特征。
全球范围内，LED产业链各环节参与企业数量呈金字塔型分布。
上游衬底
制作、外延生长和芯片制造具有技术和资本密集的特点，参与竞争的企业数量相
对较少。
上游既是技术进步的瓶颈，也是整个LED产业发展的关键，上游企业
资源比较集中，同时利润率也较高；
中游封装与下游应用的进入门槛相对较低，
参与其中的企业数量较多，利润率较低。
2、LED主要应用市场
LED被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积
小等特点，广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等
领域。
根据使用功能的不同，可以将其划分为信息显示、信号灯、车用灯具、液
晶屏背光源、通用照明五大类。
（1）显示屏应用
LED显示屏具有亮度高、视角大、可视距离远、造型灵活多变、色彩丰富
等优点，目前主要应用于广告传媒、体育场馆、舞台背景、市政工程等户外领域。
近年来，随着LED芯片材料技术进步和控制技术的不断提升，LED显示屏综合
性价比优势日益突出，使用范围不断扩大，增长速度明显快于传统的单双色显示
屏。
随着LED显示屏应用技术的进步，特别是成本和价格的降低，LED显示屏
的市场潜力被进一步发掘，未来小间距LED显示屏将逐步从户外扩展至室内，
很可能全面替代现有电视、笔记本电脑、平板电脑的LCD拼接屏、DLP拼接屏
技术。
根据国家半导体照明工程研发及产业联盟数据显示，2010年我国LED显示屏应用市场产值约为150亿元，2016年我国LED显示屏应用市场产值已达到约548亿元，此期间年复合增长率达24.10%，近三年发展增速均保持在30%左右，是LED行业未来发展的重要方向之一。
（2）背光源应用
液晶显示屏需使用背光模组作为驱动光源。
在色彩显示上，LED背光可以
提供前所未有的色彩还原性，还可以利用LED瞬间启动的优势消除普通液晶显
示在显示快速移动物体时出现的拖尾模糊现象，画面质量将显著提升；
在生产成
本上，利用LED背光中不同单色灯的瞬间切换，实现场序显色，可以替代液晶
显示器中占成本30%左右的彩色滤光片；
在外观上，LED背光可以使液晶屏幕
变得更为轻薄；
在使用寿命上，LED背光具有节能省电的优点，以笔记本电脑
为例，通过使用LED背光源，电池使用时间可延长40%以上。
LED背光源有
不可比拟的优势，因而近年来在液晶屏背光源领域得到了广泛的应用。
根据国家
半导体照明工程研发及产业联盟数据，2010年我国LED背光源应用市场产值已达到约160亿，2016年我国LED背光源应用市场产值已达到约520亿元，
此期间年复合增长率达21.71%。
目前，LED在以手机、平板电脑、笔记本电脑
等为主的中小尺寸背光源市场和以液晶电视为主的大尺寸背光源市场渗透率均
已达100%，近三年来发展增速持续降低，此领域未来增长主要来自于各产品出货量的增长。
（3）照明应用
LED照明较普通照明具备了节能、响应时间短、使用时间长、绿色环保、
色彩可调、节能、寿命长等优势，决定了它是目前最理想的光源。
LED照明应
用市场主要可分为户外通用照明、建筑物外观照明、景观照明、交通信号照明、
室内空间展示照明、娱乐场所及舞台照明、车辆指示灯照明等。
LED照明市场
被认为是未来LED最重要且最具发展前景的应用之一。
早期由于LED发光效率较低、使用成本偏高，LED照明的推广受到制约。
近年来随着LED发光效率的提升、综合成本的逐步降低，以及政府大力推广节
能政策，LED通用照明迎来超快速发展期，我国LED照明市场渗透率短短几年内即由2011年的1%提升至2016年的42%。
根据国家半导体照明工程研发及产业联盟数据显示，2010年我国LED通用照明市场产值约190亿元，市场渗透率仅为0.64%；
2016年我国LED通用照明市场产值已达到约2,040亿元，市场渗透率达到42%，此期间年复合增长率分别达48.53%及100.84%。
2010年-2016年中国LED通用照明应用产值（亿元）
3、LED产业发展状况
（1）全球LED产业快速发展
LED产业正处于高速发展期，目前全球LED产业可以分为四大地区。
一是
欧美地区，以通用照明为主攻方向，强调产品的高可靠性和高亮度。
二是日本，
技术最为全面，无论是通用照明，还是背光显示，都具备很强实力，其发展方向
兼顾通用照明、汽车、手机和电视。
三是韩国和中国台湾地区，以笔记本电脑显
示屏背光、LED-TV背光和手机背光为主攻方向，出货量大，单价低，毛利低。
四是中国大陆，主攻户外显示屏、广告屏和照明灯等领域。
近年来，在我国对
LED产业的大力扶持下，我国大陆地区LED产业链各环节均得到快速发展，部分国内LED企业已达到世界领先水平。
全球LED市场保持快速增长的态势，主要得益于LED需求在室内通用照明、
建筑照明、景观照明、背光源和户外LED大屏幕等爆发式增长，在未来3-5年，
随着技术的成熟和成本的下降，LED在通用照明领域市场渗透率将进一步提高，
在汽车照明、特种照明、小间距LED显示屏等应用方向将进一步拓展，这将成
为未来推动LED新一轮爆发式增长的主要驱动力。
2010年-2016年全球LED照明市场规模（亿美元）
2010年-2016年全球LED照明市场渗透率
（2）我国LED产业迅速发展
我国LED产业开始于上世纪60年代末，由于当时应用领域较少，产业发展
较为缓慢，主要以科研院所或具备科研院所背景的企业所主导，产业化能力较为
薄弱。
进入21世纪，由于我国宏观经济持续增长，国家产业政策扶持，以及
LED技术的不断突破，国内LED产业发展迅速，近年来已形成了完整产业链，
在产业链各环节实现规模化国产。
从企业数量和产值来看大致呈金字塔状分布：
上游LED外延生长与芯片制造环节技术门槛高，设备投资强度大，具有规模化
生产能力的企业数量相对较少，且芯片产品尺寸规格小，一家芯片厂商能够为多
家封装企业供货，产值占比不到10%；
中游LED封装环节劳动密集的特点更为
突出，行业集中度较低，竞争激烈，产值占比约为20%；
下游LED应用遍布背
光源、显示屏、照明、信号灯、仪表等在内的多个领域，参与企业数量最多，产
值占比超过70%。
目前国内LED已逐渐在通用照明、背光源、景观照明、显示屏、交通信号
及车用照明等领域获得了较好应用和推广。
根据国家半导体照明工程研发及产业
联盟数据显示，2006年到2016年期间，包括芯片、封装及应用在内的LED整
体产值从356亿元增长至5,216亿元，年复合增长率高达28.75%。
2006年-2016年中国LED行业各环节产业规模（亿元）
2006至2014年期间，我国LED产业处于超快速发展期，除2012年外，
其他年份产值增速均超30%。
2009年，我国各地政府已逐步意识到LED产业
良好的发展前景，出台了一系列政策大力支持当地LED产业的发展，在政策刺
激下，长三角地区、珠三角地区和环渤海地区出现了一波LED产业投资热潮，
2010年LED产业增长幅度达到近十年来的峰值，增长率达45.10%。
2012年，
我国经济增速下滑明显，GDP增速由9.5%下降至7.7%，我国LED行业在经历多年超快速增长后，出现了一次短期调整，行业整体产值增长率较2011年下降6.92个百分点，达23.08%。
2013年下半年，因电视、手机、电脑等产品出货量回升，LED显示屏需求开始增加，同时LED照明需求从2013年四季度开始放量，LED应用需求增加拉动了LED全行业景气度回升，开始了新一轮快速增长，2013年和2014年LED行业整体产值增长率分别为34.17%和36.14%。
2015年，我国经济增速再次调整，二十五年以来GDP增速首度低于7%，以及国际经济环境变化导致我国LED产品出口受阻（根据国家半导体照明工程研发及产业联盟数据显示，2015年我国LED照明产品出口增速由上年69.8%下降至10.7%，下降59.1个百分点），我国LED行业发展增速再度出现调整，行业整体产值增长率下降至21.04%。
2016年，随着我国经济逐步企稳，LED产业链各环节均稳定了增长趋势，行业整体产值增长率回升至22.87%。
由于LED在能耗、使用寿命等方面相比其他光源具备明显的优势，LED在
应用方面逐渐替代传统光源、持续扩展应用领域将为行业发展带来动力。
由于全
球LED照明发光效率中位数已在150lm/w左右，最高发光效率已研发至
303lm/w，显著高于传统白炽灯（15lm/w）、卤素灯（20lm/w）、节能荧光灯（85lm/w）等传统光源，随着发光效率的不断提升、原材料成本下降，规模效应驱使灯具整体成本的持续下降，未来10年LED照明将成为主流照明光源。
2016年全球LED照明产品的市场渗透率为31%，我国LED照明产品的市场渗透率为42%，随着LED照明产品市场渗透率逐步提高，LED照明应用市场容量极大。
此外，虽然LED背光源应用市场渗透率已达100%，但显示屏应用仍有较
大发展空间。
LED显示屏应用目前仍以户外显示屏为主，受我国广告传媒、娱
乐文化等行业发展的带动，我国LED显示屏应用2015和2016年均保持了较
好的发展速度，市场规模保持30%左右的增长率。
未来，随着LED封装技术
不断进步，封装器件体积逐步缩小，LED小间距显示屏将逐步从户外扩展至室
内，由于具有色彩饱和度更高、分辨率更清晰、一致性更好、使用寿命更长等优
势，LED小间距显示屏将全面替代现有LCD拼接屏、DLP拼接屏等技术。
在照明和显示屏应用需求持续提高带动下，我国LED行业未来仍将保持较
快的发展速度，市场前景良好。
根据国家半导体照明工程研发及产业联盟预计，
2017年我国LED行业整体产值有望突破6,000亿元，行业发展增速仍将高于20%。
整体上，近十年间，我国LED行业处于快速增长期，期间2012年和2015
年出现短期调整，但未改变行业快速发展的趋势。
4、LED产品价格形成机制及趋势
根据LED行业近十几年的发展历程，以行业生命周期理论进行划分，LED
行业处于行业生命周期中的成长期。
处于成长期的LED行业技术进步十分迅速，
技术进步促使生产成本快速下降，LED产品价格呈现快速下降趋势。
LED应用
产品价格的下降刺激背光源、照明等终端需求快速提高，LED应用产品在各应
用领域渗透率逐渐提高，带动全行业快速发展；
同时，行业的快速发展引来更多
的资本参与，行业竞争加剧，需求拉动和市场竞争促使上游LED企业加快技术
进步，进一步降低生产成本，释放降价空间，从而推动应用产品渗透率提高，由
此形成技术进步、价格下降、渗透率提高、产能扩大的行业发展循环。
全球LED
照明市场规模从2010年的37亿美元增加到2016年的346亿美元，而LED灯泡价格（取代40W白炽灯）从2011年的45美元下降到2016年不足10美元，根据LED灯泡价格和全球照明市场规模变化趋势可以看到LED产品价格变化对行业发展的刺激作用，如下图所示：
近10年，包括LED芯片、封装灯珠、LED灯泡等LED产品价格呈现快
速下降趋势，但在特定时段，由于LED行业竞争较为充分，产品价格主要由市
场整体供需情况决定，同时在一定程度上受原材料价格变动和产品技术性能等因
素影响。
价格形成机制为LED上游企业与下游客户根据市场供需状态、参照各
自利润空间情况撮合确定各规格产品价格。
（三）LED外延芯片行业情况
1、LED外延芯片行业概况
（1）国际LED外延芯片行业发展状况
LED外延生长及芯片制造环节在LED产业链中技术含量高，设备投资强度
大，同时利润率也相对较高，是典型的资本、技术密集型行业，其技术及发展水
平对各国LED产业结构及各公司的市场地位起着决定性影响。
近年来，LED在
背光、照明等领域的渗透率不断提高，受下游需求拉动影响，LED外延芯片需
求呈现快速增长趋势。
（2）国内LED外延芯片行业发展状况
我国LED产业由封装起步发展，初期芯片主要依赖进口。
近年来，在下游
旺盛需求的拉动及各地政策的支持下，国内主要LED外延芯片企业加大研发投
入，积极制定扩产计划，外延芯片环节的投资力度不断提升，使得国内LED外
延芯片行业加速发展。
根据国家半导体照明工程研发及产业联盟的统计，截至
2014年我国芯片国产化率即已达到80%，随着国内芯片企业技术的快速进步，
目前芯片已基本实现全部国产化，并已有部分行业领先企业开始向国际市场出口
LED外延片或芯片产品。
2002年-2014年我国芯片国产化率趋势
近十年来，我国LED外延芯片环节与LED产业基本保持了同步增长趋势。
但因我国LED外延芯片环节起步相对封装、应用等较晚，其增长率略高于LED
产业整体增长幅度，根据国家半导体照明工程研发及产业联盟的统计，2006年
到2016年期间，LED外延芯片环节产值从10亿元增长至182亿元，年复合增长率达33.66%。
2015年，在我国LED行业整体增速下降情况下，LED外延芯片环节受到
更大冲击，增长率仅为9.42%，与封装和应用环节增长率18.96%和21.98%相比，增长幅度明显偏低。
2015年，我国LED外延片、芯片产量分别较上年增长31%和40%，但芯片价格下跌约30%，致使LED外延芯片产值增速下降，芯片价格下跌除行业整体发展增速下降因素外，还受该环节供需结构调整影响较大。
2009年以后我国各地政府对LED产业扶持中重要政策之一即是对LED芯片制造企业采购MOCVD进行高额补贴，引致国内资本纷纷涌入LED芯片行业，外延片和芯片设备投资增幅明显高于中下游封装和应用领域，在2015年行业发展增速出现大幅调整时，外延芯片环节产能相对过剩的效果被放大，导致产品价格下降较快。
由于近几年国内大部分地方政府均不再对企业购买MOCVD进行补贴，在
2015年LED芯片价格大幅下跌后，国内LED芯片企业购置MOCVD的预期大大降低，2016年，我国国内基本没有新增MOCVD设备，三安光电终止了47台德国AIXTRON的MOCVD设备采购计划，另外我国台湾地区晶元光电、美国科锐芯片业务也多次减产，芯片供给过剩得到有效缓解。
随着通用照明、显示屏等下游应用端需求继续放量，2016年我国LED外延芯片环节逐步回暖，产值增长率达20.53%，已基本回升至行业平均发展增速。
此外，MOCVD设备采购期和调试期均在半年左右，在行业景气度回升后，短时间内难有大量新增产能释放，并且外延芯片行业是规模效应显著的技术密集型行业，LED芯片行业现有领先企业不仅具有规模优势，经过多年经营磨合，技术和管理上也具有明显优势，未来也很难有新进入者进入该行业参与竞争，扩产主要集中在行业领先企业，我国LED外延芯片行业发展将由无序扩张转变为有序竞争，整体供需情况将保持相对稳定，持续与LED行业整体同步快速发展趋势。
2、LED外延芯片行业技术水平及其发展趋势
近年来，LED产业链中各环节的技术发展和工艺改进，推动了LED成本大幅下降，促进了LED应用全面发展。
LED外延生长和芯片制造是LED生产过程中最为核心的环节，其技术发展水平决定了LED应用的渗透范围。
提高发光效率（lm/W）和降低单位成本（元/lm）是LED外延芯片行业技术发展的主要目标。
发光效率是LED产品标志性技术指标，发光效率除了影响LED芯片的亮
度及能耗外，也影响着LED芯片的成本及可靠性。
近年来，为了提高发光效率，
研究人员在提升LED内量子效率及光提取效率方面做了大量的研发工作，提出
了PSS衬底外延片、粗化外延表面、金属键合剥离、倒装芯片结构、垂直芯片
结构等技术，使得LED发光效率得到了大幅提升。
目前，LED光源器件的封装
暖白发光效率已达到140lm/W左右、封装冷白发光效率已达到170lm/W左右，国际主流实验室水平已达到230lm/W。
LED行业领导者美国科锐公司2014年3月发布了发光效率为303lm/W的LED，实现LED技术发光效率进一步提升。
近几年，由于我国政府政策支持及企业研发资金密集投入，并伴随大量我国
台湾地区和韩国LED产业技术专家和团队加入本土企业，国内LED外延芯片企业的平均技术水平有了长足发展，已经达到国际先进水平。
降低外延、芯片成本对推广LED应用至关重要。
近年来，研究人员从新技
术、新结构、新工艺着手，通过技术创新，不断降低外延、芯片生产成本。
根据
美国能源部的预测，白光LED封装的成本将从2009年的25美元/klm降至2020年的0.7美元/klm，LED成本的终极目标为0.5美元/klm，平均每年的成本下降在30%以上。
除发光效率及单位成本外，在LED显示屏、背光源等应用领域，LED芯片
的光衰、亮度、色度一致性以及抗静电能力也是关系LED应用的关键技术指标。
从用户体验及经济性考虑，降低光衰、保证芯片的均匀性、提高芯片抗静电能力
以及在恶劣环境下的可靠性也是LED外延芯片行业技术发展的重要方向。
（四）行业竞争
1、LED外延芯片行业进入壁垒
（1）技术壁垒
LED外延生长及芯片制造过程需要多项专门技术，涉及光学、电学、化学、
物理学、材料学等专业学科知识，以及物理分析、结构设计、参数设置、设备调
控等多个生产环节，生产过程中需调控的工艺参数多达百余个，这不仅需要深厚
全面的理论知识，更需要长期的实验测试及海量的实验数据作为基础。
因此，传
统的半导体技术理论并不能完全解决外延芯片生产中的所有问题。
在LED外延
生长过程中，MOCVD设备温区设置、变温变压过程调节、生长速率控制、自
动化程度、载气与气源配比等操作参数设置，需要技术人员在生产经验和操作经
验方面具有较长时间的积累。
MOCVD属于
升级会员 