中国高新投资集团LED行业研究报告.docx
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中国高新投资集团LED行业研究报告
LED行业研究报告
业务发展部
2009年7月
一、半导体照明是目前最具前景的朝阳产业之一
1.半导体照明的优势
半导体照明优势突出。
照明行业已经历了三代产品，分别是第一代电光源：
白炽灯（卤钨灯）、第二代电光源：
荧光灯（日光灯、节能灯）和第三代电光源：
高强度气体放电灯（HID），目前正向第四代电光源----半导体照明发展。
半导体照明的实现方式是半导体发光二极管（LightEmittingDiode，缩写成LED），其发光原理是用P型半导体和N型半导体组成晶片，它们之间形成的过渡层叫P—N结，当P—N结加正向电压有电流输入时，电子和空穴复合而发光。
PN结材料的性质决定发出光的波长，即决定光的颜色。
中红光LED材料以GaP（二元系）、AlGaAs（三元系）和AlGaInP（四元系）为主；蓝/白光LED材料以GaN为主。
LED晶片的体积很小，通常只有几十到几百微米，选择适当的匹配材料和制造工艺，可使电能大部分转变成光能，理论上发光效率可达400lm/w，目前LED实验室最大发光效率为157lm/w。
LED是一种新型固态冷光源，它具有高效、节能、环保、使用寿命长、易维护体积小、响应快、可靠性高等特点。
在同样亮度下，耗电仅为普通白炽灯的1/10，荧光灯的1/3，而寿命却可以延长100倍，半导体照明是21世纪最具有发展的高技术领域之一，未来半导体照明将逐步替代白炽灯和荧光灯。
通过对比前三代照明产品的特点和优劣势可以看出半导体照明强大的生命力。
表1LED与前三代照明产品性能对比
G1G2G3G4
白炽灯日光灯HIDLED
卤钨灯紧凑型节能灯
高效荧光
发光效率（lm/W）8-1530-6060-80目前157，理论400
3055
80
寿命（小时）＜20006000-80001000-3000100000
500
体积大大大小
环保性能较好含汞、铅，较好绿色环保
有污染，
难以回收
2.LED的应用及前景
LED早已从最早的指示灯发展到照明领域，照明通常划分为通用照明和特殊照明两大领域。
随着LED发光效率和光强的不断提升，LED已经向特殊照明的纵深发展，并逐步进入通用照明领域。
LED的应用范围主要由LED芯片发光强度（mcd）和发光效率（lm/w）决定。
发光强度越大、发光效率越高，则运用越发广泛。
LED芯片按发光强度分为普通亮度LED、高亮度LED和超高亮度LED，发光强度<10mcd为普通亮度，10mcd～100mcd间的为高亮度，达到或超过100mcd的称超高亮度。
普通亮度主要用于指示灯；高亮度用于特殊照明；而超高亮度则可以进一步用于通用照明。
表2LED的应用领域
分类发光强度用途具体应用
普通亮度＜100mcd指示灯仪器仪表的指示光源、LED发光点阵组
成的小型字符或数字显示器，用于计算
器、测试仪器、指示牌等电子设备上
高亮度10mcd～100mcd特殊照明全彩显示屏、交通信号灯、汽车车灯、
背景光源、景观照明、特种工作照明（如
强调安全生产、特殊用途的矿灯、警示
灯、防爆灯、救援灯、野外工作灯等）、
军事及其它应用（玩具、礼品、轻工产
品等）
超高亮度>100mcd通用照明各种民用及工业用照明替代现有白炽
灯和荧光灯
从发光效率看，LED有着前三代照明产品无法比拟的优势，LED理论上的发光效率可以达到400lm/w，目前量产的水平70-90lm/w，实验室的水平是157lm/w左右。
而前三代产品的发光效率分别是从8-80lm/w不等。
发光效率越高意味着达到同样照明效果的功率降低，节能特性越突出。
目前LED已从早期的指示灯发展到交通信号灯、汽车车灯、背景光源、景观照明、特种工作照明、军事及其它应用领域，普通照明正在启动。
图1LED发展趋势
3.政策推动加快LED产业发展
日本于1998年率先实施“21世纪照明”计划，2006年完成用白光LED照明替代50%传统照明。
并计划2010年实现LED发光效率达到120lm/w。
2008年4月日本政府呼吁力争在2012年，全面实现由白炽灯向荧光灯及LED照明的转换。
美国总统奥巴马上台后积极推行环保高效的能源政策,最新消息显示Cree已与美国国防部达成合作，在五角大楼使用LED照明灯具。
另外美国能源部制定了“半导体照明国家研究项目”计划书，计划用10年时间，投资5亿美元用于半导体照明，使美国在未来照明光源市场竞争中，领先于日本、欧洲及韩国等竞争者。
并计划在2010年实现用LED取代55%的白炽灯和荧光灯；2012年LED发光效率达到150lm/w；2025年LED照明光源的使用将使照明用电减少一半，每年节电350亿美元。
2008年欧盟首脑会议达成协议，决定欧盟各国将逐步用节能灯取代白炽灯；欧盟各国也拟通过立法从2009年开始禁止生产白炽灯泡。
欧盟成员国能源部长要求欧盟委员会在2008年底前制订计划，从2010年起禁止在欧盟销售包括白炽灯在内的高耗能家用照明设备。
阿根廷2008年签署法案，决定从2011年起彻底禁止普通灯泡的使用。
新西兰能源部2007年表示，将从2009年开始，禁止使用白炽灯泡。
此外韩国、中国也启动了国家半导体照明工程（见表3）。
表3：
各国对LED产业扶持政策
国家
节能政策
LED路灯政策与动态
美国
加州等部分州将于2012年禁用白炽灯泡
美国能源部、光电子产业发展协会和国家电子制造商协会共同制定了美国2020年前的通用照明用半导体SSL-LED技术发展规划。
欧洲
07年宣布，2010年内各国实施节能型照明设施，2020年能源消耗减20%
欧盟ROHS法令禁止使用
含有汞的传统灯具。
韩国
LED照明15/30工程
政府投入4.72亿美元、
企业投入7.36亿美元启动；
2015年LED满足30%的照明需求，节约4百万吨油当量。
日本
2008年宣布，3年内逐渐停止在国内生产和销售白炽灯
政府投入12亿日元发展材料特性开发结构与LED灯具标准制定，日本大阪政府引入LED路灯，制订LED照明机器开发推进计划。
中国
未来10年内禁用白炽灯
“十一五”科技发展规划将半导体照明产品列为第一重点发展领域，科技部已经将“半导体照明产业化技术开发”项目列入国家科技攻关重大项目计划。
2006年初，国务院发布了《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020）》，“高效节能、长寿命的半导体照明产品”被列入中长期规划第一重点领域（能源）的第一优先主题（工业节能），在国内外引起广泛关注；财政部、国家发改委2008年联合发布《高效照明产品推广财政补贴资金管理暂行办法》，国家采取间接补贴方式进行推广高效照明产品，科技部“十城万盏”LED路灯示范计划也已经提出并开始实施
中国台湾地区
2009年起淘汰替换白炽灯，2010年陆续停产
将全台湾135万盏路灯列为推动节能的重点，并在08年12月正式推出LED路灯照明标准。
澳洲
2007年宣布，3年内取代白炽灯泡
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二、行业竞争格局分析
1.LED产业区域与投资规模
根据LED的生产流程，可以把行业分为上游外延片生产，中游芯片制造，下游芯片封装三个部分，其中上游和中游技术含量较高，资本投入密度大，为国际竞争比较激烈的领域；其次是中游芯片；下游封装行业低端进入容易，但事实上，目前封装对于高亮度芯片的散热、发光提出了更高的要求，技术含量也越来越高。
上游是单晶片及外延片生产。
单晶片是制造LED的基底，也称作衬底，多采用蓝宝石、碳化硅、GaAs、GaP为材料。
外延片是在单晶上生长多层不同厚度的单晶薄膜，如AlGaAs、AlGaInP、GaInN等，用以实现不同颜色的LED。
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）法等，其中VPE和LPE技术已相当成熟，可用来生长一般亮度LED。
而生长高亮度LED必须采用MOCVD方法。
目前全球MOVCD的主要制造厂家为德国的AIXTRON公司和美国VEECO公司，前者约占70%的国际市场份额，后者占据30%。
日本厂家生产的设备基本限于日本国内销售。
上游外延片成本及技术门槛高，良率的提升主要依赖技术人员对参数调整的经脸，并无太多标准可循，这对新进厂商形成较高的技术壁垒。
中游主要是芯片设计和加工。
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、金属镀膜，然后进行光刻、热处理、形成金属电极，并将基板磨薄抛光后进行切割。
下游包括LED芯片的封装测试和应用。
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芯片和提高光效的作用。
目前的封装类型主要有Lamp型、ThroughHole型、SMD型、DirectBonding型等。
在LED产业链中，LED外延片与芯片约占行业利润的70%，封装约占20%，应用约占10%。
图2：
LED产业区域
表4LED产业上下游产品投资规模
产业链节点产品类别投资规模
上游（外延片）GaN基外延片1亿元以上
（P\AL\As\Ga）四元外延片6000万元以上
中游（芯片）蓝绿芯片5000万元以上
红黄芯片3000万元以上
下游（封装）各种LED灯头2000万元以上
应用产品如手电筒、指示灯、信号灯等几十万或上百万
2.全球LED行业格局分析
从全球看LED的主导厂商是日本的日亚化学（Nichia）和丰田合成（ToyodaGosei）、美国的Cree以及欧洲的PhilipsLumileds和欧司朗（Osram）五大厂商。
他们无一例外都在上游拥有强大技术实力和产能。
从收入看，目前日本是全球最大的LED生产地，约占一半的市场份额，其主要厂商为日亚公司和丰田合成公司。
其中日亚公司为全球最大的LED生产商，专长生产荧光粉和各种颜色的LED，年销售收入超过10亿美元，以生产高亮度白光LED和大功率LED著称。
丰田合成从1986年开始LED的研究和开发，1991年成功开发出世界第一个氮化镓的蓝光LED，扫除了实现白光LED的最后障碍。
目前主要生产应用于移动手机的LED产品，高亮度LED年销售收入超过2.74亿美元。
台湾在全球市场份额中排名第二，其LED技术含量与日本、欧美的主要企业相比还存在一定距离。
台湾地区LED产业是典型的下游切入模式，即通过二十多年下游封装领域的经验积累，逐步延伸拓展到上游/中游的外延片/芯片领域。
目前上游已有多家较有实力的外延片厂商，其中最大的是晶（Epistar）（2006年整合另外两家小厂做强做大），2007年销售收入102亿新台币，合25亿人民币。
欧美也是LED的传统强势区域，其主要厂商是CREE和PhilipsLumileds。
美国Cree虽然是新兴照明企业，但以其技术先进性成为LED照明产业的先锋代表。
2008年3月，Cree完成对元老级厂LEDLightingFixtureInc公司的收购，使其在产品丰富性及技术先进性上得到进一步加强。
2008年CREE销售收入达到5亿美元。
PhilipsLumiledsLighting目前是飞利浦的全资子公司，总部设在加州圣何塞，是世界领先的高功率LED的制造商，同时也是为日常用途，包括汽车照明、照相机闪光灯、LCD显示器和电视、便携照明、投影和普通照明等领域，开发半导体照明解决方案的开创者。
表5全球LED主要厂商及产品特征
所在区域主要厂商产品特征
国外日亚、丰田合成、Cree、Osram、1.品质较高
Lumileds、SDK、Semileds、东芝2.蓝白光为主
3.价格较高
台湾地区LED晶粒:
光磊、晶电、华上、灿元、1.高、中、低端
泰谷、全新、鼎元、晶元、新世纪2.颜色、波长齐全
LED封裝:
亿光、宏齐、东贝、佰鸿、3.价格适中
华兴、立基、李洲、光鼎、卓研、广
稼、洲磊、洲技、联鼎、矩鑫、华上、
南亚、联晶、国通、联铨、联胜、汉
光、佳大、奇美、泰谷、茂彰、联亚、
巨鎵、光宏、全新、連勇、新元砷
大陆地区外延片、芯片：
厦门三安、大连路美、1.中低端为主
深圳方大、上海蓝光、上海蓝宝、山2.红黄光为主、
东华光、江西联创、南昌欣磊、上海蓝绿光已经量产
大晨、河北立德、河北汇能、深圳奥3.价格较低
伦德、杭州士兰明芯、广州普光、深
圳世纪晶源、杨州华夏集成、甘肃新
天电、江西晶能光电、厦门乾照、上
海宇体、廊坊清芯等公司
我国大陆地区LED起步较晚，也从下游封装做起，逐步进入上游外延片生产。
特别是在2000年开始加大了对高亮度四元芯片和GaN芯片的投资。
随着厦门三安、大连路美等一批高亮度芯片生产企业的产能释放，国内高亮度芯片产量出现井喷式增长。
在经历了2003-2005年产量增长率过100%的快速增长期后，2006年高亮度芯片产量继续保持过100%的增长速度，增长率达到101.4%，芯片产值增长率也达45%。
目前厦门三安、北京同方股份的清芯、深圳世纪晶源和江西晶能光电都在量产或投资扩产。
图32002-2006年中国LED芯片产业规模（数量）
贴图
3.全球五大厂商的技术垄断与专利联盟
全球五大厂商对LED的影响不仅体现在产品和收入上，更重要的是对技术的垄断。
LED核心技术指标主要包括功率、光效以及散热工艺。
产业竞争的焦点集中在高功率下如何提升单芯片的光效和使用寿命，目前美国Cree公司已经研发出了161lm/w高功率白光LED，但距离400lm/w（理论值）还有很大提升空间。
据统计LED50%以上的核心专利都掌握在五大厂商手中。
不过早期日亚在专利方面又有优势，2002年以前，日亚凭借1991年至2001年间取得的74件基本专利，涵盖了LED结构、外延、芯片、封装的制造全过程技术及荧光粉等相关原材料，在LED领域具有绝对垄断地位。
这个时期，日亚主要依靠构建专利壁垒及专利诉讼阻止其它厂商进入市场与其竞争，以获取高额的独占市场利益。
表6LED核心专利在各产业环节的占有状况
产业链CreeLumiledsNichiaToyodaGosei其他总数主要厂商占比
外延121010316412749.6%
工艺52151774684.8%
封装691182568.0%
应用4441132650.0%
荧光粉022071136.4%
总计272732509923557.9%
CMPConsulting曾经对1992年至2003年6月间美国、欧洲和日本GaN基LED专利共计14609件进行研究，并对其中最重要的1038件专利加以分析，最后将有系列性的专利归合为一，共得到235件本领域的核心专利，如表6所示。
随着Osram、丰田合成、Cree、Lumileds等公司在LED领域拥有的专利数不断增加，2001年起专利诉讼的方式已经开始损及自身。
使其不得不更改专利授权的态度，分别与上述公司达成了专利和解和授权协议，形成所谓专利联盟。
图3各厂商专利、技术授权及诉讼关系图
但对外，一旦有新企业威胁到各自利益，专利诉讼会随即发生。
例如：
2008年5月日亚在英国控告韩国首尔半导体及其产品销售商侵犯了日亚专利权。
此前日亚分别于2006年和2007年于美国、日本及韩国就相同专利控告首尔半导体侵权。
而2007年台湾厂商晶元因被PhilipsLumileds控告侵权其拥有的718号专利而被美国国际贸易委员会（ITC）发出禁令，禁止晶元的OMA、MB和GB系LED产品进口到美国，连包含该LED封装型LED产品及其组成的电路板都不能进口到美国，导致晶元停产该类产品。
与此同时，随着拥有核心专利的公司进一步增多，五大厂商一方面实施专利控制，另一方面也在积极地通过专利授权扩大自身在LED市场的影响力，并通过台湾及韩国企业的授权代工来扩大产品的市场份额。
4.全球LED关键设备制造商分析
表7上游主要设备及原材料厂商
（贴图）
目前MOCVD设备制造商主要有两家：
分别是德国AIXTRON公司和美国VEECO公司。
著名厂商英国THOMASSWAN公司已被AIXTRON收购。
另一家美国公司EMCORE则在2003年被VEECO收购。
AIXTRON公司（含THOMASSWAN公司）大约占60%的国际市场份额，累计销售超过1000台，而VEECO公司占约30%。
其他厂家主要包括日本酸素（NIPPONSanso）和日新电机（NissinElectric）等，其市场基本限于日本国内。
此外，日亚公司和丰田合成的设备主要是自己研发，其GaN-MOCVD设备不在市场上销售，仅供自用。
如果按生产能力计算，2006年GaN-MOCVD设备在全球市场的主要分布为：
中国台湾地区48%，美国15%，日本15%，韩国11%，中国大陆7%，欧盟4%。
不过MOCVD的主要厂商虽为欧美，但最大的两家AIXTRON和VEECO都是单纯设备制造商，不会对新进入厂商构成进入障碍。
三、LED行业需求分析
1.传统应用领域LED需求分析
未来几年传统领域总体需求增长平缓，部分需求迅速增长。
LED的成长将主要体现在高亮度（包括超高亮度）LED的增长。
图52006年LED传统应用领域占比
（贴图）
移动产品应用增长趋于平稳
移动产品（手机、相机等）是目前高亮度LED最大的应用领域，2006年全部移动产品LED应用市场合计占比为47%。
这部分的需求受到手机、PDA、数码相机增长放缓的影响，预计未来增长会趋于平稳，未来两年需求增速预计为10%左右。
景观照明有较大成长空间
LED景观照明除了节能环保外，还有色彩丰富多变、体积小、结构简单、设计灵活等优势，可实现照明设计个性化。
传统景观照明耗电大而且有辐射污染，将逐步被LED照明替代。
2007年中国LED景观照明占全球LED景观照明市场的近40%，说明中国在这方面已走在世界前列，也表明全球的LED景观照明市场还有较大发展空间，预计未来增速为15%左右。
交通信号灯增速放缓
LED信号灯的发光效率可达到传统信号灯的十倍，可以节约90%的能源。
此外，与传统信号灯相比LED信号灯还具有抗震、耐频繁启动、使用寿命长等优点。
随着LED信号灯在交通信号领域的普及，预计增长将放缓，未来增速在10%左右。
大型LED显示屏有望快速增长
大型LED显示屏是传统应用领域中成长最快的领域。
目前LED户外全彩显示屏具有、省电、使用寿命长、模块化易于维护等特点，且视觉效果震撼。
随着LED色彩表现力和亮度的提高，大型LED全彩显示屏的应用将更加广泛，可以预计LED显示屏未来将大量用于机场、车站、体育馆、各大城市的商业中心以及机场沿线的宣传广告牌，如配装太阳能电池和无线控制装置，广告牌可以随时调整发布内容，大大提高广告投放量和投放效率。
LED全彩显示屏还有一大优势是面积大，传统显示屏面积一般在几十平米，而LED显示屏面积常在100平米以上，一般户外每平方米LED的用量在10000粒。
目前国家为拉动经济增长加大基础设施投入，对LED显示屏的需求将有很大的促进作用，预计LED显示屏未来三年的复合增长率会超过25%。
汽车车灯光源
与传统车灯光源比较，LED的优势是
寿命长，免维护，理论上不用再更换灯具。
（2）节能。
比同等亮度的白炽灯节能至少一半以上。
（3）亮灯响应速度快。
普通自炽灯灯泡的启动时间一般100-300ms，而LED通常不足70ms，可降低制动距离4～7m，降低汽车追尾事故发生率5％。
（4）结构简单，抗震动和耐冲击性能强。
（5）体积小，设计灵活性大，可适用各种造型的汽车。
（6）LED的冷光特性，使灯具不会因长期受热而变形，提高灯具的寿命。
（7）受电压变化影响小。
汽车LCD仪表面板背光源和刹车灯是最早采用LED的部分，目前转向灯、雾灯、尾灯、牌照灯、阅读灯等也逐渐采用了LED，下一目标是最核心的前照灯。
所以在汽车照明系统中的应用是LED产业的一个重要的增长点，未来有望保持18%左右的增长。
表8汽车LED信号灯与白炽灯能耗的比较
表9汽车LED信号灯与白炽灯性能的比较
综上所述，传统应用领域未来几年总体复合增长率会在12.5%。
2.大尺寸LCD用LED背光源是未来几年市场重点增长动力
LED背光源的优势
表10LED与CCFL对比
CCFLLED
色温固定可变
频闪驱动需要不需要
上升/下降沿时间500毫秒20纳秒
寿命5万小时10万小时
功耗*110瓦415瓦
厚度*32.5毫米45毫米
灯/LED数量*16455
色域72%105%
LED作为LCD的背光源，与传统背光技术相比，除了省电的优势外，还有很多独特的优点：
1）LED的使用寿命可长达10万小时，大大延长了液晶电视的使用寿命；2）LED背光源有更好的色域，色彩还原好；3）亮度调整范围大；4）LED背光可以灵活调整发光频率，而且频率大大高于CCFL，因此能完美地呈现运动画面；5）红绿蓝三色独立发光，很容易实时色彩管理；6）可以调整的背光白平衡，同时保证整体对比度，而且不会牺牲亮度和对比度；7）具有很好的亮度均匀性，所需的辅助光学组件更简单，屏幕亮度均匀性更为出色；8）供电模块的设计也颇为简单，使用5～24V的低压电源，十分安全；9）LED光源没有任何射线产生，也没有水银之类的有毒物质，绿色环保。
10）抗震性能很出色。
上述数据测试于2007年8月，目前随着LED发光效率、亮度的提高，背光用LED数量减少，功率已经低于CCFL背光源。
NB对LED的需求分析
最新的数据显示LED背光笔记本比CCFL背光笔记本功耗40%，可延长电池续航时间1-1.5倍。
由于电池的正常充放电次数是500次，这样续航时间提高也变相减少了电池充放电次数，相当于延长了电池寿命。
厚度方面目前LED背光笔记本的厚度也已经取得优势，以13.3英寸白光LED笔记本面板为例，厚度可以薄40%，重量可以轻20%。
受下游笔记本厂商销售策略影响08年LED普及未达预期。
LED在各方面都优于CCFL，但其价格高于后者。
RGBLED背光比CCFL背光笔记本面板贵50至80美元；白光LED价格比CCFL高出不到25美元，但白光LED对CCF
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