蓝宝石LED行业分析1.docx
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蓝宝石LED行业分析1
LED行业简要分析报告
BriefAnalysisReportof
LightEmittingDiodeIndustry
目录
一、LED概述2
（一）LED基本原理2
（二）LED的应用领域2
二、LED产业链4
（一）外延片生产4
（二）芯片制备8
（三）封装与测试10
三、全球LED产业状况13
（一）全球LED产业概况13
（二）全球LED应用领域比重14
（三）全球LED厂商分布15
（四）全球LED专利竞争18
四、国内LED产业状况19
（一）国内LED产业发展现状19
（二）国内LED产业地区分布22
（三）国内LED重点厂商情况23
五、LED应用市场分析24
（一）LED显示屏24
（二）消费电子用LED25
（三）照明用LED28
（四）车用LED29
六、LED行业发展前景展望与投资建议30
（一）国家相关产业政策30
（二）发展有利和不利因素31
（三）行业未来发展前景32
（四）公司在LED行业投资的相关建议32
附录：
34
（一）目前具有LED相关业务的上市公司汇总34
一、LED概述
（一）LED基本原理
半导体发光二极管（LED，LightEmittingDiode），也叫发光二极管，是一种利用半导体芯片作为发光材料、直接将电能转换为光能的发光器件，当半导体芯片两端加上正向电压，半导体中的电子和空穴发生复合从而辐射发出光子，光子透过芯片即发出光能。
表1：
LED特点
特点
说明
体积小
LED发光面积小，属于点光源，可多颗结合成面光源
寿命长
LED光源寿命可达10万小时
驱动电压低
LED为半导体元件，可在低电压或者直流电下操作
反应速度快
白炽灯需要0.2秒，荧光灯约数秒，LED只要100ns
高指向性
传统光源为全向性，LED是高指向性
环保
由无毒材料组成，废弃物可回收，无污染
安全
属于冷光源，发热量低
（二）LED的应用领域
LED最初用于仪表仪器的指示性照明，随后扩展到交通信号灯，再到景观照明、车用照明和手机键盘及背光源。
由于LED芯片的细微可控性，LED在小尺寸照明上和CCFL有明显的成本和技术优势，但在大尺寸上成本仍然较高。
随着LED技术的不断进步，发光效率不断提高，大尺寸LED价格逐步下降，未来发展空间非常广阔。
目前笔记本液晶面板背光已经开始启动，渗透率有望在近几年内获得极大提高。
之后是更大尺寸的液晶显示器和液晶电视，最后是普通照明。
图1：
LED应用领域广阔
不同的LED技术应用于不同的产品。
从大类上来看，按照发光波长可以分为不可见光（850～1550mm）和可见光（450～780mm）两类，可见光中又分为一般亮度LED和高亮度LED，目前发展的重点是高亮度LED。
在各种可见光中，红橙黄光芯片技术成熟较早，于上个世纪80年代即已投入商业应用，而蓝绿光芯片技术直至1992年日亚化学研发出适合GaN晶格的衬底才真正获得突破。
目前，红橙黄光芯片使用四元的AlGaInP作为材料，蓝绿光芯片则用三元的InGaN。
在蓝光技术成熟后，更具通用性的白光LED也可以通过不同技术生成，为LED进入各类照明领域铺平了道路。
表2：
LED分类及应用领域
LED分类
材料
应用
可见光LED
（波长为450—780nm）
一般亮度
GaP、GaAs、AlGaAs
3C家电
消费电子
高亮度
AlGaInP（红、橙、黄）
户外显示屏
交通信号灯
背光源
车用照明
InGaN（蓝、绿）
白光LED
背光源
照明
不可见光LED
（波长为850-1550nm）
短波长红外光
（850-950nm）
GaAs、AlGaAs
IRDA模组
遥控器
长波长红外光
（1300-1550nm）
AlGaAs
光通讯光源
二、LED产业链
（一）外延片生产
1、外延生长的基本原理
外延片为在单晶上生长多层不同厚度的单晶薄膜，AlGaAs、AlGaInP、InGaN等，用以实现不同颜色或波长的LED。
其中前两者能发出红、黄光，后者发出蓝绿光。
外延生长的基本原理是：
在一块加热至适当温度的衬底基片上，气态物质In，Ga，Al，P有控制的输送到衬底表面，生长出特定单晶薄膜。
常见的外延方法有液相外延法（LPE）、气相外延法（VPE）以及金属有机化学汽相沉积（MOCVD）等，其中VPE和LPE技术都已相当成熟，可用来生长一般亮度LED。
而生长高亮度LED必须采用有机金属化学气相沉积（MOCVD）方法。
2、外延片生产流程及对应生产设备
3、核心设备
●MOCVD设备
MOCVD设备将Ⅱ或Ⅲ族金属有机化合物与Ⅳ或Ⅴ族元素的氢化物相混合后通入反应腔，混合气体流经加热的衬底表面时，在衬底表面发生热分解反应，并外延生长成化合物单晶薄膜。
图4MOCVD工艺流程图
目前，MOCVD设备生产商主要为德国爱思强Aixtron（70%国际市场占有率）、美国维易科Veeco和英国ThomasSwan（被Aixtron收购）、美国Emcore（被Veeco收购）、日本大阳酸素（Sanso，7%国际市场占有率，主要在本国销售），它们产品的差异主要在于反应室。
目前爱思强和维易科这两大厂商设备供应量约为180台/年（源自中投证券分析师王海军推算）。
由于维易科预估2010年全球MOCVD机台需求量将达400~500台以上，因此规划扩充MOCVD机台产能，2010年第1季将达45台、第2季目标70台、至2010年底提升至120台。
欧美企业对材料的研究有限，因此设备的工艺参数不够完善。
而行业内最领先的日本企业对技术严格封锁，其中对GaN材料研究最成功的日本日亚化学和丰田合成（ToyodaGosei）的MOCVD设备则根本不对外销售，另一家技术比较成熟的日本酸素（Sanso）公司的设备则只限于日本境内出售。
目前，国内LED厂家所需的设备必须进口，而此类设备每台约需1500万元，购置成本约占整个LED生产线购置成本的近2/3。
根据最新消息，国产MOCVD设备近日在广东昭信半导体装备制造有限公司成功下线。
2009年1月，昭信集团与华中科技大学签约研发LED外延芯片核心设备MOCVD，不到一年，这一设备成功推向市场。
但是，国产MOCVD设备的成功下线能否改变LED外延芯片核心装备市场格局还有待市场的检验。
4、原材料：
●单晶片衬底
单晶片为制造LED的基底，也称作衬底。
红黄光LED主要采用GaP和GaAs作为衬底，未产业化的还有蓝宝石Al2O3和Si衬底。
蓝绿光LED用于商业化生产的为蓝宝石Al2O3和碳化硅SiC衬底，其他如GaN、Si、ZnO、GaSe尚处于研究阶段。
选择衬底需考虑的因素有：
1、衬底与外延膜的晶格结构匹配；
2、衬底与外延膜的热膨胀系数匹配；
3、衬底与外延膜的化学稳定性匹配；
4、材料制备的难易程度及成本的高低。
因此，不同材料的半导体芯片找到合适的衬底存在较高的技术难度。
Ø红黄光LED衬底
GaAs是目前LED中使用得比较广泛的衬底材料，它用来生长GaAs、GaP、AlGaAs和AlInGaP等发光材料的外延层。
GaAs的优点是晶格常数非常匹配，可以制成无位错单晶，加工方便，价格比较便宜；缺点是它为吸光材料，影响LED的发光效率。
Ø蓝绿光LED衬底
目前常用的能发出蓝绿光的半导体材料仅为氮化物，因此必须选择与之配合的衬底。
用于GaN生长最普遍的衬底是蓝宝石，采用该衬底的厂商主要为日亚化学。
该衬底的优点是化学稳定性好，不吸收可见光、价格适中、制造技术相对成熟。
缺点是晶格失配性差，硬度较高不易切割；导热性能较差，用于大功率器件的工作电流时问题较为突出。
其中，晶格失配性以通过过渡层生长技术克服；导电性差用同侧P、N电极克服；不易切割用激光划片解决；导热性能差用芯片倒装技术克服。
关于蓝宝石衬底详细内容参考《蓝宝石衬底行业研究分析》。
SiC作为衬底材料应用的广泛程度仅次于蓝宝石，采用该衬底主要为Cree。
其优点在于化学稳定性好、导电性能好、导热性能好、不吸收可见光等，缺点在于价格较高，晶体质量难以达到Al2O3的标准。
图3采用蓝宝石衬底与碳化硅衬底的LED芯片
Si衬底优点为晶体质量高，尺寸大，成本低，易加工，有良好的导电性、导热性和热稳定性。
但GaN外延层与Si衬底之间存在巨大的晶格失配和热失配，在外延生长过程中会形成非晶SiN。
此外，由于Si衬底对光吸收严重，LED的发光效率低。
目前国内的晶能光电采用的是该技术路线，该公司由淡马锡、金沙江创投投资设立。
●MO源（高纯金属有机化合物）
外延片生产中另一重要的原材料为高纯金属有机化合物，针对不同LED芯片，该化合物成分有所不同，以InGaAlP外延片为例，所需源为TMGa、TEGa、TMIn、TMAl、PH3、AsH3。
国内有生产型MOCVD设备两百台左右，国内市场对高纯金属有机化合物的需求呈现快速增长的势头，全年至少要有10000公斤高纯金属有机化合物，市场容量6亿人民币，目前国际有MOCVD设备五百余台，初步计算需高纯金属有机化合物30000公斤/年，市场容量15亿人民币。
目前高纯度的MO源基本都由国外厂商提供，国内仅南大光电材料宣称能提供该原料。
（二）芯片制备
中游厂商根据LED的性能需求进行器件结构和工艺设计，通过外延片扩散、然后金属镀膜，再进行光刻、热处理、形成金属电极，接着将基板磨薄抛光后进行切割，并进行测试，最终完成芯片制备。
芯片制造的难度仅次于材料制备，同属于技术和资本密集型产业，进入壁垒仍然很高。
其技术上的难题主要包括提高发光效率、有效散热。
目前核心技术（芯片与电极间加厚窗口层、表面粗糙化技术、倒装芯片技术、剥离与透明衬底技术、微芯片阵列、异形芯片技术）仍掌握在大企业手中，如美国HP、Cree、德国Osram等。
各公司的技术路线略有差别。
1、芯片生产流程及对应设备
（三）封装与测试
1、LED封装的基本原理与分类
LED封装是指将外引线连接到LED芯片的电极上，形成LED器件，封装起着保护LED芯片和提高光取出效率的作用。
LED封装技术大都是在分立器件封装技术基础上发展与演变而来的，但却有很大的特殊性。
一般情况下，分立器件的管芯被密封在封装体内，封装的作用主要是保护管芯和完成电气互连。
而LED封装则是完成输出电信号，保护管芯正常工作，输出：
可见光的功能，既有电参数，又有光参数的设计及技术要求，无法简单地将分立器件的封装用于LED。
目前LED产品的封装类型主要有直插式（又称引脚式，支架式、lamp）、表贴式（SMD）。
Ø直插式LED（lamp）
直插式封装是最先研发并成功投放市场的封装结构，品种繁多，技术成熟度高，封装内结构与反射层仍在不断改进。
典型的传统LED安置在能承受0.1W输入功率的包封内，其90％的热量是由负极的引脚架散发至PCB板，再散发到空气中，如何降低工作时p-n结的温升是封装与应用必须考虑的。
包封材料多采用高温固化环氧树脂，其光性能优良，工艺适应性好，产品可靠性高，可做成有色透明或无色透明和有色散射或无色散射的透镜封装，不同的透镜形状构成多种外形及尺寸，例如，圆形按直径分为Φ2mm、Φ3mm、Φ4.4mm、Φ5mm、Φ7mm等数种，环氧树脂的不同组份可产生不同的发光效果。
目前直插式LED的设计已相对成熟，目前主要在衰减寿命、光学匹配、失效率等方面可进一步上台阶。
Ø贴片式LED（表面组装封装，SMD）
在2002年，表面组装封装的LED（SMDLED）逐渐被市场所接受，并获得一定的市场份额，从引脚式封装转向SMD符合整个电子行业发展大趋势，很多生产厂商推出此类产品。
表面组装技术（SMD）是一种可以直接将封装好的器件贴、焊到PCB表面指定位置上的一种封装技术。
具体而言，就是用特定的工具或设备将芯片引脚对准预先涂覆了粘接剂和焊膏的焊盘图形上，然后直接贴装到未钻安装孔的PCB表面上，经过波峰焊或再流焊后，使器件和电路之间建立可靠的机械和电气连接。
SMT技术具有可靠性高、高频特性好、易于实现自动化等优点。
2、LED封装流程及对应设备
LED芯片
3、封装与测试设备
LED主要封装生产设备包括固晶机、焊线机、封胶机、分光分色机、点胶机、智能烤箱等。
LED主要测试设备包括IS标准仪、光电综合测试仪、TG点测试仪、积分球流明测试仪、荧光粉测试仪等及冷热冲击、高温高湿等可靠性试验设备。
除标准仪主要来自德国和美国外，其它设备目前均有国产厂家生产供应。
●固晶机
4、封装材料
除芯片外，在LED封装中的原材料还有LED支架，荧光粉（用于白光LED），导电银胶，环氧树脂，LED透镜，LED散热架，金线等。
其中芯片约占成本60%，框架（包括LED支架，散热架、透镜）约占成本的20%，环氧树脂约占6%，金线约占2%，荧光粉约占2%，其他约10%。
下图为 3528SMD封装的成本结构 。
LED产业链从上游到下游行业的进入门槛逐步降低。
上游为单晶片及其外延，中游为LED芯片加工，下游为封装测试以及应用。
其中，上游和中游技术含量较高，资本投入密度大，为国际竞争最激烈、经营风险最大领域。
在LED产业链中，LED外延片与芯片约占行业70%利润，LED封装约占10~20%，而LED应用大概也占10~20%。
图5LED产业链各环节的平均毛利率
三、全球LED产业状况
（一）全球LED产业概况
在过去的5年里，全球LED市场处于快速增长阶段，到2008年底，全球LED市场销售的总规模达到了89.2亿美元，比2007年增长了11.8%。
我们认为，尽管受到金融危机影响，2008年全球LED市场增长率较2007年有所下降，但与其他电子器件及集成电路产品市场的个位数甚至负增长相比，仍然保持了两位数以上的快速增长。
未来随着高亮度LED在景观照明、汽车车灯、大尺寸LCD背光源、LED路灯等应用领域的驱动下，市场还将加速成长。
图6全球LED产业发展趋势
全球LED产业主要分布在日本、中国台湾地区、欧美、韩国和中国大陆等国家与地区。
其中日本约占据50%的份额，是全球LED产业最大生产国，其动向几乎为LED行业的指针。
日本的日亚化学（Nichia）是全球最大的高亮度LED供货商，丰田合成（ToyodaGosei）是全球第四、日本第二大高亮度LED生产厂商。
欧美地区的欧司朗（OsramOpto）为全球第二大也是欧洲最大高亮度LED厂商。
我国台湾地区产值第二。
由于台湾是全球消费电子产品生产基地，其LED业以可见光LED为主，目前是全球第一大下游封装及中游芯片生产地。
（二）全球LED应用领域比重
2006年到2008年LED的成长来源主要是手机背光源、汽车照明、特殊照
明（如景观照明、LED显示屏、交通信号灯等）及15寸以下液晶面板的背光源，液晶显示器和液晶电视（LCD）面板的背光源在2008年出现大规模量产。
据StrategiesUnlimited统计，2007年全球LED照明市场猛增60%，达到3.3亿美元。
该公司预计2012年该市场总额将达14亿美元。
图72008年全球LED应用领域比重
（三）全球LED厂商分布
1、全球供应国和地区
日本凭借在高亮度蓝光和白光LED的专利技术优势，在全球高亮度LED市场居于领导地位，市场占有率达到50%。
台湾在全球LED的产值排名第二，市场占有率约24%，台湾以低价策略逐渐威胁到日本的领导地位，基本占据了全球中低端LED的绝大部分市场。
其他地区，比如韩国和中国大陆，由于MOCVD的相继投产，也带动产能的释放，出现增长。
2、全球LED供应厂商
全球主要LED厂商所处产业链的分布
图8：
全球LED上、中、下游供应商
全球五大厂商
全球LED高端市场由五大厂商Cree、Lumileds、Nichina（日亚）、Osram和Toyoda（丰田合成）所控制。
五大厂商在全球高亮度LED的市场占有率超过50%。
美国Cree以生产SiC基蓝光LED芯片闻名，美国Lumileds在大功率LED封装产品技术上领先，日本日亚是全球GaN蓝光LED和白光LED技术的领导者，德国欧司朗光电拥有白光LED专利荧光粉的技术，日本丰田合成与日亚一样同样为GaN蓝光LED的先驱。
图9：
全球LED五大厂商
台湾厂商
目前台湾蓝光LED产能占全球的35%。
随着四元化合物InGaAIPLED及传统LED价格滑落，日商逐渐退出低端市场，而台湾厂商乘机占有全球四元化合物InGaAIPLED市场，四元LED产能达到全球的80%。
台湾生产的GaN和InGaAIPLED单价较低，产品属于中低端，台湾LED产值只占到全球市场的24%左右。
台湾LED上游企业以晶电、元坤、华上、璨圆四家企业为主，其中2005年晶元光电合并国联后，一举成为全球第六大LED厂商，紧随五大厂商之后，新晶电的四元InGaAIP红橙黄光LED产能全球第一，GaN蓝光LED产能全球第四，2004年度合并销售收入达到1.8亿美元。
元坤合并联诠后蓝光LED产能也进入全球前五名。
台湾LED中游企业以光磊、鼎元为主，其中光磊与日亚合作，由日亚提供外延片，光磊生产蓝光LED芯片。
下游封装企业主要有光宝、亿光、宏齐、佰鸿等，光宝为台湾第一大LED封装企业。
（四）全球LED专利竞争
市场的不断扩大，国际上相当重视LED知识产权的保护和测试标准的制订，主要厂商利用专利优势，企图通过设置专利壁垒和制订行业标准来控制市场。
日本和欧美企业盘踞产业高端，手中握有大量专利，新兴地区如台湾、韩国企业不断遭遇日本及欧美公司的专利诉讼，处于被动局面。
日本的日亚化学公司在2002年前，凭着其十年来研发取得的涵盖LED结构、外延、封装和工艺以及荧光粉等相关原材料的专利权，在LED市场拥有相当的垄断地位。
图102008-2009年专利授权关系图
不过由于20年专利期限将到，许多LED专利的将于2010年起逐渐失效。
届时原有的产业专利结构将出现较大调整。
新兴厂商有望获得新的发展契机。
现在持有大量专利技术的LED大厂纷纷展开相互授权的方式来规避专利问题，并利用原有的规模优势，大力开发新的专利技术。
因此对于新兴业者如国内LED厂商而言，专利到期既是机遇又是挑战。
国内拥有外延、LED芯片设计和制造等上游技术能力的厂商，更有希望抓住机遇，在外延衬底及芯片技术上取得突破，扭转不利的专业格局，成为LED产业新一波重组趋势的受益者。
四、国内LED产业状况
（一）国内LED产业发展现状
我国第一只LED是1969年由中科院长春物理所（现中科院长春光学精密机械与物理研究所）研制成功的GaAsP红色LED。
我国功率型LED的发展，则经历了进口器件销售—进口管芯封装（1998年前100%进口）—进口外延片制管、封装—自主生产四个阶段。
1999年至2003年，我国LED产值的年均增长率为30%。
2003年至2007年，LED器件产值年均增速提高到33.4%，到2007年已经突破了300亿元。
图11：
我国LED器件产值（单位：
亿元）
上游外延片生产和芯片制造环节技术要求较高，在大陆发展较迟，但增长迅速。
2007年，我国LED芯片业实现产量380亿粒，产值15亿元。
2003年至2007年，LED芯片产量复合增长率58.48%，芯片产值复合增长率44.29%，均呈现出快速增长的势头。
2009年，我国芯片产值增长25%达到23亿元，与2008年的26%的增速基本持平。
2009年国产GaN芯片产能增加非常突出，较2008年增长60%，达到22.4亿只/月，而实际年产量增加40%，达到182亿只，国产率也提升到了46%。
国产芯片的性能得到较大提升，在显示屏、信号灯、户外照明、中小尺寸背光等高端应用获得认可，大功率芯片的性能和产量也得到很大提升。
2009年，随着金融危机的影响逐步减弱和企业经营状况的迅速好转，国内芯片企业在2009年获得了一个较好的经营环境，预计未来几年，国内芯片产能和企业经营状况仍将处于一个快速的提升过程之中。
图12：
我国LED芯片产量
下游封装行业技术壁垒较低，技术投资适中，进入相对容易，目前我国具有一定规模的LED封装的企业有600多家，总量则在1000家以上，数量众多，规模偏小。
较大的有佛山国星、富阳新颖、宁波和普、深圳量子光电、厦门华联电子和福日科光等。
2009年，我国LED封装产值达到204亿元，较2008年的185亿元增长10%；产量则由2008年的940亿只增加10%，达到1056亿只，其中高亮LED产值达到186亿元，占LED总销售额的90%。
同时从产品和企业结构来看国内也有较大改善，SMD和大功率LED封装增长较快。
图13我国LED封装市场规模及增长率变化
2009年，我国半导体照明应用在摆脱金融危机的影响后取得了较快的增长，整体增长30%以上，产值达到600亿元。
LED全彩显示屏、太阳能LED、景观照明、消费类电子背光、信号、指示等作为主要应用领域，增长较为平稳。
在LED-TV加速应用的背景下，我国LED大尺寸背光应用取得了重要进展，主要电视品牌均推出了LED背光电视，并作为今后几年的重点开发和推广产品。
在我国“十城万盏”应用示范工程的带动下，LED路灯等道路照明、LED射灯等室内照明应用发展迅速。
LCD背光和照明在2009年的增长明显，正在逐步成为我国半导体照明的主要应用领域。
2009年半导体照明应用构成如下表所示。
（二）国内LED产业地区分布
我国LED产业的地区分布较为集中，基本都分布在长三角、珠三角、江西及福建、环渤海湾等地区，其中上海、南昌、厦门和大连是国家首批制定的LED生产制造基地。
长三角地区，主要企业有上海兰宝光电（GaN外延、芯片）、上海蓝光（GaN外延、芯片），上海金桥大晨（红黄芯片、封装），上海南北机械、上海小糸车灯（汽车应用）、上海三思（显示屏）、江苏镇江奥雷（GaN芯片、封装）、浙江富阳新颖电子（封装、应用）、浙江宁波和普（封装）等。
珠三角地区，主要企业有广州普光（外延、芯片）、深圳方大国科（GaN外延、芯片）、深圳量子光电（封装）、深圳海洋王（应用）、深圳嘉伟实业（太阳能半导体照明应用）、佛山国星光电（封装、应用）、惠州德赛光电（显示屏）等。
江西及福建地区，主要企业有江西福科（GaN外延）、江西联创光电（GaN外延、芯片、封装、应用）、欣磊光电（芯片）、厦门三安电子（GaN外延、芯片）、厦门华联电子（封装、应用）、福日科光（封装、应用）等。
环渤海湾地区，主要企业有大连路美（GaN外延、芯片）、大连路明（荧光粉）、北京有研稀土（荧光粉）、北京睿源（GaN功率型芯片）、廊坊鑫谷光电（封装、应用）等。
在研发方面，以中科院半导体所、物理所、北京大学、清华大学、信息产业部13所等科研院所为代表，从“九五”开始积极介入第三代半导体材料氮化镓（GaN）LED领域的研发，并在“九五”、“十五”期间逐步将技术成果进行转化，如中科院半导体所和深圳方大、福日电子，物理所和上海兰宝，北京大学和上海蓝光，清华大学和山东英克莱，13所和厦门三安。
（三）国内LED重点厂商情况
我国现有LED企业3000多家，企业主要集中在下游封装和应用领域，国内从事LED上游外延片和中游芯片的企业大约在60余家，主要企业有厦门三安电子、大连路
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