LED产业分析报告.doc

led产业分析报告2011-2-22（一）led产业简介从全球来来看，led产业已形成以美国、亚洲、欧洲三大区域为主导的三足鼎立的产业分布与竞争格局。随着市场的快速发展，美国、日本、欧洲各主要厂商纷纷扩产，加快抢占市场份额。根据全球led产业发展情况，预计led照明将使全球照明用电减少一半，2007年起，澳大利亚、加拿大、美国、欧盟、日本及中国台湾等国家和地区已陆续宣布将逐步淘汰白炽灯，发展led照明成为全球产业的焦点。中国led产业起步于20世纪70年代，经过30多年的发展，中国led产业已经形成了包括led外延片的生产、led芯片的制备、led芯片的封闭以及led产品应用在内的较为完整的产业链。在“国家led照明工程推动下，形成了上海、大连、南昌、厦门、深圳、扬州和石家庄七个国家led照明工程产业化基地。长三角、珠三角、闽三角及北方地区则成为中国led产业发展的聚集地。目前，中国led照明产业发展向好，外延芯片企业的发展尤其迅速、封装企业规模保持较快增长、照明应用取得较大进展。2007年中国led应用产品产值已超过300亿元，成为led全彩显示屏、太阳能led、景观照明等应用产品世界最大的生产和出口国，led照明产业链逐步完善。国内在照明领域已经形成一定特色，其中户外照明发展最快，已有上百家led路灯企业并建设了几十条示范道路，但国内在大尺寸lcd背光和汽车前照灯方面仍显落后。从长远看来，随着全球节能减排发展，环保和节能成为市场热点，led产业也开始升温。而我国led产业经过30多年的发展，虽然先后实现了自主生产器件、芯片和外延片，但自产的led芯片、外延片产量仍有限，其产品以中、低档为主，产业化规模偏小，只能满足国内封装企业需求量的2030%。大部分高性能led和功率led产品均要依赖进口。政府的大力推广和全球产业梯次转移，未来我国led将成为市场上最具诱惑力的蛋糕，。预计2015年产业规模达到5000亿元以上。我国进入led产业的企业与日俱增，产业市场竞争将更加激烈。led（light emitting diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。led的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附着 led灯株 贴片led在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是p型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是n型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“p-n结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向p区，在p区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是led发光的原理。而光的波长决定光的颜色，是由形成p-n结材料决定的。 （二）led优点1、体积小led基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面，所以它非常小，非常轻。 2、耗电量低led耗电相当低，直流驱动，超低功耗（单管0.03-0.06瓦），电光功率转换接近100%。一般来说led的工作电压是2-3.6v，工作电流是0.02-0.03a；这就是说，它消耗的电能不超过0.1w，相同照明效果比传统光源节能80%以上。 3、使用寿命长有人称led光源为长寿灯。它为固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰等缺点，在恰当的电流和电压下，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。 4、高亮度、低热量led使用冷发光技术，发热量比普通照明灯具低很多。 5、环保led是由无毒的材料作成，不像荧光灯含水银会造成污染，同时led也可以回收再利用。光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源 6、坚固耐用led被完全封装在环氧树脂里面，比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分，使得led不易损坏。 led灯7、多变幻led光源可利用红、绿、蓝三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，即可产生25625625616777216种颜色，形成不同光色的组合变化多端，实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。 8、技术先进与传统光源单调的发光效果相比，led光源是低压微电子产品。它成功融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式控制技术等，所以亦是数字信息化产品，是半导体光电器件“高新尖”技术，具有在线编程、无限升级、灵活多变的特点。（三）led分类1、按发光管发光颜色分 按发光管发光颜色分，可分成红色、橙色、绿色（又细分黄绿、标准绿和纯绿）、蓝光等另外，有的发光二极管中包含二种或三种颜色的芯片。 根据发光二极管出光处掺或不掺散射剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分成有色透明、无色透明、有色散射和无色散射四种类型。散射型发光二极管和达于做指示灯用。 2、按发光管出光面特征分 按发光管出光面特征分圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管、表面安装用微型管等。圆形灯按直径分为2mm、4.4mm、5mm、8mm、10mm及20mm等。国外通常把3mm的发光二极管记作t-1；把5mm的记作t-1（3/4）；把4.4mm的记作t-1（1/4）。 由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。 从发光强度角分布图来分有三类： （1）高指向性。一般为尖头环氧封装，或是带金属反射腔封装，且不加散射剂。半值角为520或更小，具有很高的指向性，可作局部照明光源用，或与光检出器联用以组成自动检测系统。 （2）标准型。通常作指示灯用，其半值角为2045。 （3）散射型。这是视角较大的指示灯，半值角为4590或更大，散射剂的量较大。 3、按发光二极管的结构分 按发光二极管的结构分有全环氧包封、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装及玻璃封装等结构。 4、按发光强度和工作电流分 按发光强度和工作电流分有普通亮度的led（发光强度100mcd）；把发光强度在10100mcd间的叫高亮度发光二极管。一般led的工作电流在十几ma至几十ma，而低电流led的工作电流在2ma以下（亮度与普通发光管相同）。 除上述分类方法外，还有按芯片材料分类及按功能分类的方法。（四）led应用鉴于led 的自身优势，目前主要应用于以下几大方面： (1) 显示屏、交通讯号显示光源的应用led 灯具有抗震耐冲击、光响应速度快、省电和寿命长等特点，广泛应用于各种室内、户外显示屏，分为全色、三色和单色显示屏，全国共有100 多个单位在开发生产。交通信号灯主要用超高亮度红、绿、黄色led, 因为采用led 信号灯既节能，可靠性又高，所以在全国范围内，交通信号灯正在逐步更新换代，而且推广速度快，市场需求量很大，是个很好的市场机会。 (2) 汽车工业上的应用汽车用灯包含汽车内部的仪表板、音响指示灯、开关的背光源、阅读灯和外部的刹车灯、尾灯、侧灯以及头灯等。汽车用白炽灯不耐震动撞击、易损坏、寿命短，需要经常更换。1987年，我国开始在汽车上安装高位刹车灯。由于led响应速度快, 可以及早提醒司机刹车，减少汽车追尾事故，在发达国家，使用led 制造的中央后置高位刹车灯已成为汽车的标准件，美国hp 公司在1996年 半导体照明推出的led 汽车尾灯模组可以随意组合成各种汽车尾灯。此外，在汽车仪表板及其他各种照明部分的光源，都可用超高亮度发光灯来担当，所以均在逐步采用led 显示。我国汽车工业正处于大发展时期，是推广超高亮度led 的极好时机。近几年内会形成年产10亿元的产值，5 年内会形成每年30 亿元的产值。 (3) led 背光源以高效侧发光的背光源最为引人注目，led 作为lcd 背光源应用，具有寿命长、发光效率高、无干扰和性价比高等特点， 已广泛应用于电子手表、手机、bp 机、电子计算器和刷卡机上，随着便携电子产品日趋小型化，led 背光源更具优势，因此背光源制作技术将向更薄型、低功耗和均匀一致方面发展。led 是手机关键器件，一部普通手机或小灵通约需使用10 只led 器件，而一部彩屏和带有照相功能的手机则需要使用约20 只led 器件。现阶段手机背光源用量非常大，一年要用35 亿只led 芯片。目前我国手机生产量很大，而且大部分led 背光源还是进口的，对于国产led 产品来说，这是个极好的市场机会。 (4)led 照明光源早期的产品发光效率低，光强一般只能达到几个到几十个mcd，适用在室内场合，在家电、仪器仪表、通讯设备、微机及玩具等方面应用。目前直接目标是led 光源替代白炽灯和荧光灯，这种替代趋势已从局部应用领域开始发展。日本为节约能源，正在计划替代白炽灯的发光二极管项目( 称为 照亮日本) ，头五年的预算为50 亿日元，如果led 替代半数的白炽灯和荧光灯，每年可节约相当于60 亿升原油的能源, 相当于五个1.35 106kw 核电站的发电量，并可减少二氧化碳和其它温室气体的产生，改善人们生活居住的环境。我国也于2004 年投资50 亿大力发展节能环保的半导体照明计划。 (5) 其它应用例如一种受到儿童欢迎的闪光鞋，走路时内置的led 会闪烁发光，仅温州地区一年要用5 亿只发光二极管；利用发光二极管作为电动牙刷的电量指示灯，据国内正在投产的制造商介绍, 该公司已有少量保健牙刷上市，预计批量生产时每年需要3 亿只发光灯；正在流行的led 圣诞灯，由于造型新颖、色彩丰富、不易碎破以及低压使用的安全性，近期在香港等东南亚地区销势强劲，受到人们普遍的欢迎，正在威胁和替代现有电泡的圣诞市场。 （6）家用室内照明的led产品越来受人欢迎，led筒灯，led天花灯，led日光灯，led光纤灯已悄悄地进入家庭！（五）led产业链产业链节点产品类型投资规模利润占比（%）市场规模比例上游（外延片）gan基外延片、四元外延片6千万1亿元以上701中游（芯片）蓝绿芯片、红黄芯片35千万以上4下游（封闭）2千万以上10209应用产品如信号灯、景观灯几十万到几百万1020led产业链大致可以分为五个部分。一、原材料。二、led上游产业，主要包括外延材料和芯片制造。三、led中游产业，主要包括各种led器件和封装。四、led下游产业，主要包括各种led的应用产品产业。五、测试仪器和生产设备。 关于led上游、中游和下游产业，下面将有详细介绍这里重点介绍原材料产业和测试仪器和生产设备产业。 led发光材料和器件的原材料包括衬底材料砷化镓单晶、氮化铝单晶等。它们大部分是iii-v族化合物半导体单晶，生产工艺比较成熟，已有开启即用的抛光征供货。其他原材料还有金属高纯镓，高纯金属有机物源如三甲基镓、三乙基镓、三甲基烟、三甲基铝等，高纯气体氨、氮氢等。原材料的纯度一般都要在6n以上。封装材料有环氧树脂、abs、pc、ppd等。 外延材料的测试仪器主要有x射线双晶衍射仪，荧光谱仪、卢瑟福背散射沟道谱仪等。芯片、器件测试仪器主要有led光电特性测试仪，光谱分析仪等，主要测试参数为正反向电压、电流特性、法向光强、光强角分布、光通量、峰值波长、主波长、色光标、显色指数等。生产设备则有mocvd设备、液相外延炉、镀膜机、光刻机、划片机、全自动固晶机、金丝球焊机、硅铝丝超声压焊机、灌胶机、真空烘箱、芯片计数仪、芯片检测仪、倒膜机、光色电全自动分选机等。(六)世界led产业发展现状1led发展史及世界各国的led产业发展。11907年lenryjosephround第一次在一块碳化硅里观察到电致发光现象。2二十世纪50年代，英国科学家在电致发光的实验中使用半导体砷化镓发明了第一个具有现代意义的led，并于60年代面世。370年代中期，磷化镓被用作为发光光源，随后就发出灰白绿光，led采用双层磷化镓芯片（一个红色另一个是绿色）能够发出黄色光；70年代末期俄国科学家利用金刚砂制造出发出纯绿色的光。480年代早期到中期对砷化镓磷化侣的使用使得第一代高亮度的led的诞生，先是红色，接着就是黄色，最后为绿色。590年代早期，采用铟铝磷化镓生产出了桔红、橙、黄和绿光的led。690年代中期出现了超亮度的氮化镓led，随即又制造出能产生高强度的绿光和蓝光铟氮镓led。日本于1998年率先实施“21世纪照明”计划，并在2006年完成用led照明替代50%的传统照明。目前，日本正计划到2010年实现led的发光效率达到120lm/w。2008年4月日本政府呼吁力争到2012年为止，全面实现由白炽灯向荧光灯转换。美国“半导体照明国家研究项目”由美国能源部制定，计划用10年时间，投资5亿美元开发半导体照明，目的是为了使美国在未来照明光源市场竞争中领先于日本、欧洲及韩国等竞争对手。计划的时间节点是2002年达20 lm/w，2007年达75 lm/w，2012年达150 lm/w。预计到2010年，55%的白炽灯和荧光灯被led灯取代；到2025年，固态照明光源的使用将使照明用电减少一半，每年节电额达350亿美元。2008年欧盟春季首脑会议上达成协议，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2010年12月签署法案，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。近日，著名的光专家、中国照明学会理事长王锦燧透露说，中国国家发改委目前正在制订“白炽灯淘汰路线图”，计划在2011年“两会”后公布。初步计划是，到2015年以后100瓦以上的白炽灯不再生产，2018年起国内基本不再使用白炽灯。2全球led产业竞争格局led产业已形成以美国、亚洲、欧洲三大区域为主导三足鼎立的产业分布与竞争格局，这些地区的厂商垄断着高端产品市场。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gree以及欧洲的philipslumiledslinghting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，目前日本是便于最大的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。其中日亚公司为便于最大的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，是全球inganled的领导者，以生产高亮度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。目前平方根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。欧美也是led的传统强势区域，其主要厂商是gree和philipslumiledslinghting。美国gree虽然是新兴照明企业，但以其技术先进性成为led照明产业的先锋仪表。2008年3月，gree完成对元老级厂商ledlightingfixnureinc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财年gree的销售收入达到5亿美元。philipslumiledslinghting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，开发固态照明解决方案的开创者。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，其中最大的是晶元（epistar）（36年整合另外两家小厂元砷、连勇而壮大），2007年销售收入102亿新台币，合25亿人民币。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年2005年产量增长率过100%的快速增长后，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到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。3欧日美控制高端产品（1）核心专利欧日美五大国际厂商代表了当今led的最高水平，对产业的发展具有重大的影响。他们对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。据cmpconsulting统计led50%以上的核心专利都掌握在五大厂商手中。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，以获取高额市场利益。cmpconsulting曾经对1992年至2003年6月间美国、欧洲和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为一，共得到235件本领域的核心专利，如表所示。全球领导厂商的专利数量产业链creelumiledsnichiatoyodagosei其他总数主要厂商占比%外延121010316412749.6工艺52151774684.6封装691182568应用4441132650荧光粉022071136.4总计272732509923557.9同时，五大厂商在产品与市场方面各具特色，日亚化学和丰田合成在led发展中上有重要地位，都形成了led完整的产业链，其中日亚化学1994年第一个生产出蓝光芯片，并在专利技术方面具有垄断优势；cree、gelcone等都有自己成熟的技术体系，但其在产业链上只集中在外延和芯片的制备上；lumileds则关注于大功率led的研发，在白光照明领域实力雄厚。led上游产品为芯片、中游产品为晶粒、下游主要为封装应用，日本厂商市占率约达31%,位居第1名，而台湾与韩国分别达到2成左右，欧洲、美国各占10%左右，其中，韩国业者在2009年市占率仅约10%,但在1年内已快速跳升至20%,与台湾led产业并驾齐驱。（2）关键设备mocv（有机金属化学汽相沉积系统）设备是制备氮化镓发光二极管和激光器外延片关键设备，同时也是制备砷化镓、磷化铟等光电子材料和器件的主流方法，在半导体制造中必不可少。目前mocvd设备制造商主要有两家：分别是德国爱思强（aixtron）公司和美国veeco公司。aixtron公司占60%的国际市场份额，而veeco公司占30%。其他市场基本限于日本国内。此外，日亚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mocvd设备在全球市场的主要分布为：台湾地区48%，美国15%，日本15%，韩国11%，中国7%，欧盟4%。值得庆幸的是mocvd的主要厂商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。主要厂商mocvd设备aixtron、veeco、日本酸索、日新电机原材料基板gaas日立电线、住友电气、三菱化学、同和矿业、信越半导体、美国axtsapphirekyocera 、bicron、 shinkosha、 honeywell 晶向有机金属shipley,、akxo nobel、,epichem、,sumltomo荧光粉根本特殊化学（nenoto）、化成optonix、南帝化工、飞利浦epoxy宜加、义典、epifine(japan)、 hysol(usa)、 nitto(japan)（七）我国led产业现状及发展前景2010年是我国半导体照明产业快速发展的一年，也是产业规模迅速扩大和产业环境明显改善的一年。2010年，我国半导体照明完全摆脱了金融危机的影响，在国内产业政策和国际市场需求的双重拉动下，我国成为全球半导体照明产业发展最快的区域，其中外延芯片和照明应用产品的发展最为突出。我国半导体照明开始进入一个快速发展的周期，预计未来3-5年内，我国半导体照明产业规模和产业格局将发生较大的改变，在国际半导体照明产业体系的地位和影响也将大大增强。 2010年，在芯片市场供货偏紧和各地政策支持力度加大的背景下，我国外延芯片企业产能扩充迅速，mocvd设备定货量占到全球设备订单的1/3。据统计，2010年我国已经到厂安装的ganmocvd超过270台，四元系mocvd30台左右，mocvd设备总数达到300台。全国40多家外延芯片企业在未来3年的设备购进计划超过1000台。 2010年，我国芯片产值达到50亿元，较2009年的23亿实现倍增。2010年国产gan芯片产能增加最为突出，较2009年增长150%，达到5600kk/月，实际年产量达到390亿只，国产率也提升到了65%。国产芯片的性能得到较大提升，在显示屏、景观照明、信号灯等市场领域已经占据主流地位，在照明、中小尺寸背光等应用领域也逐步获得认可。 2010年，我国led封装产值达到250亿元，较2008年的204亿元增长23%；产量则由2009年的1056亿只增加到1335亿只，其中高亮led产值达到230亿元，占led总销售额的90%以上。从产品和企业结构来看，smd和大功率led封装增长较为明显，成为led封装的主要扩产方向，但就总量来看，smd所占比例相比台湾地区仍然偏低。 表12010年度国内led产量、芯片产量及芯片国产率 种类led产量(亿只)芯片产量(亿只)芯片国产率（%）gan led60039065%四元led47527057%普亮led26017065%合计133583062%图1我国led封装市场规模及增长率变化 (数据来源：国家半导体照明工程研发及产业联盟，麦肯桥资讯） 2010年，我国半导体照明应用的增长非常突出，应用领域的整体规模达到900亿元，整体增长率达到50%；其中，背光应用和通用照明应用的增长最为突出。基于led在液晶电视等大尺寸背光领域展现强大的爆发力，led背光行业高速增长，2010年我国led背光产值的年增长率达到167%，其市场渗透率不断攀升，led背光液晶电视渗透率从2009年的2.3%上升到8.9%。随着中国城镇化进程的持续进行以及节能减排的迫切需求，led照明产品的市场规模迅速扩大，2010年增长率达153%；led等高效照明产品逐步替代白炽灯等低效照明产品已成为大势所趋，通用照明将是未来最具潜力的应用领域，2011年有望成led照明发展元年。此外，led在显示屏、景观照明、信号、指示等应用方面也继续保持了较高的增长速度。 表2我国2010年半导体照明产值及增长率产业链环节2009年产值（亿元）年增