国内半导体照明技术产业现状及投资.doc

国内半导体照明技术产业现状及投资2011年3月目 录摘要1、引言2、国内半导体照明技术产业现状2.1 半导体照明产业链2.2 LED产业基本概况2.3 外延生长、芯片制造2.4 LED器件封装2.5 LED应用产品3、LED产业发展特点与趋势及存在问题3.1 LED产业发展特点与趋势3.2 存在问题4、国内LED技术产业发展重点4.1 重点技术的研究、开发4.2 关键设备、原材料的研发、产业化4.3 扩大产业规模，提高国际竞争能力5、产业投资5.1 投资理由5.2 投资内容5.3 投资风险分析5.3.1 LED产业投资本身存在的风险5.3.2 LED产业投资现状分析5.3.3 有关投资的几点建议国内半导体照明技术产业现状及投资彭万华（中国光学光电子行业协会光电器件分会）摘要：本文描述半导体照明产业链,国内LED技术产业现状、产业发展特点与趋势及存在的主要问题、国内LED产业技术发展重点，以及着重对产业投资风险作具体分析。1、引言高亮度LED含四元系InGaAlP发红、橙、黄光和GaN基发蓝、绿、紫、紫外光，近十几年来技术上不断有新的突破，已进入功能性照明和商用照明领域，并将逐步进入普通照明领域，已形成较完善的高科技产业。根据各种LED应用产品的检测表明，不同的LED应用照明产品其节能效果达到20%80%，这正是一个很好节能低碳的高科技产业，所以倍受世界发达国家及相关大集团公司的高度重视。我国也紧跟世界该科技领域的发展前沿，加快投入研发和产业化工作，已具有一定的产业规模。但近来国内各方资源对LED产业投资很猛，是否投资过剩，引起不同意见的争论。本文先就产业链、技术产业现状、产业发展特点与趋势及存在问题作详细描述，并就产业发展重点和产业投资问题提出一些意见，仅供参考。现分叙如下：2、国内半导体照明技术产业现状15LamPSMDPowerHi-PowerGaN基、蓝、绿、InGaAlP红、黄产业化衬底Al2O3、Si、SiC、GaAsGaN基、InGaAlP信息指示、显示显示屏背光源交通信号灯显示照明LED灯具金属加工件塑料件模具驱动电源自动固晶机自动焊线机自动封胶机自动点胶机分选机测试仪器(光学、电学)荧光粉硅胶环氧透镜金属焊线模条陶瓷基座支架镀膜机光刻机划片机激光剥离机分选机检测仪器制造设备MOCVD检测仪器有机源Ga、Al、In三甲基Ga、Al、In、砷烷、磷烷制造设备测试仪器(电学、光学、色度学、照度)高纯金属光刻胶新衬底AlNZnOGaN应用产品器件封装芯片制造外延生长工衬底室外景观照明室内装饰照明功能性照明商用照明特种照明通用照明汽车灯。图1 LED产业链图2.1 半导体照明产业链半导体照明产业链准确应该称为半导体LED产业链，主要包含五个部分：衬底外延生长芯片制造器件封装应用产品，如图1所示，围绕这五个中心部分还有原材料、配套件、制造设备、检测仪器以及具体应用产品等，构成完整的LED产业链。2.2 LED产业基本概况我国半导体照明产业已进入快速发展阶段，外延芯片方面，产能发展迅速，技术不断进步，开始进入中高端应用领域，中游器件封装产品结构明显改善，下游应用产品蓬勃发展。据有关部门统计，2010年我国从事LED产业的企事业单位超过3000家，其中从事外延、芯片的研究和生产单位有50多家，器件封装企业也超过1000家，其他均为LED应用和产业配套的企业。2010年LED产业就业人员超过90万人。2009年LED器件和芯片的产量及增长率如表1所示：表1 LED器件、芯片产量 年 份 数名 称 量2009年2010年产量（亿只）增长率（%）产量（亿只）增长率（%）LED器件（所用芯片数）105620133526.4高亮度LED芯片4823465034.8其中蓝、绿芯片18251.626042.8其中红、橙、黄芯片30025390302010年半导体照明产业的产值为1200亿元，增长率为45%，其中芯片产值为50亿元，器件产值为250亿元，应用产品产值为900亿元。2010年已公布投资LED产业超过300亿元，半导体照明的整体产业链如图1所示，我国从原材料、外延生长、芯片制造、器件封装、应用产品以及配套、设备仪器等，已形成较完善的LED 产业链。2.3 外延生长、芯片制造LED的核心技术是外延生长和芯片制造技术，近几年来由于政府和相关研究机构高度重视，投入大量的人力和资金，开展LED的基础研究、研发和产业化工作。主要研究机构有北京大学、清华大学、南昌大学、中科院半导体所、物理所、中电13所、55所、北京工大、山东大学、南京大学、华南师范大学、厦门大学、西安电子科大、华中科技大学和深圳大学等。在外延生长、芯片制造方面展开多方位的研究，如采用不同衬底（AL2O3、Si、SiC、AlN、GaN）上生长GaN外延片、有图形化衬底外延、非极性外延、衬底转移、激光剥离、共晶焊接、ITO电极、表面粗化和光子晶体等新结构、新技术、新工艺的研究，提高内量子效率和外量子效率，均取得很好的研究成果。还开发出AlGaN深紫外（240390nm）LED和四元系InGaAlP红光功率LED，南昌大学研制有自主知识产权在Si衬底上生长GaN。其功率LED在350mA下，光输出功率为458mW，封成白色，色温5130K，显色指数69，其光效达103 lm/W，处于世界先进水平。国内从事LED外延生长和芯片制造的企业，主要有：厦门三安、大连路美、上海兰光、上海兰宝、杭州士兰明芯、山东华光、江西晶能、河北同辉、厦门乾照、武汉迪源、武汉华灿、沈阳方大、廊坊清芯、甘肃新天电、西安中为、扬州华夏集成、广州晶科、广州普光、江西联创、天津三安、鹤山丽得、南昌欣磊、上海大晨、江门真明丽、长沙华磊、杨州乾照、杨州中科、芜湖三安、惠州科锐、杭州亚威郎、上海龙德芯、深圳奥伦德、东莞福地、厦门晶宇、深圳世纪晶源等35家。另外，由于看好国内LED市场，近年来境内外相关单位大举投资LED外延芯片项目，已经发布信息及正在筹建的企业有：常州晶品、佛山旭瑞、长治华上、扬州璨杨、山东冠铨、成都源力、无锡茜诺、芜湖德豪润达、铜陵达明、大连德豪科技、深圳同方、北京太时、苏州聚灿、合肥彩虹、西安神元、武汉光谷、福州鼎元、莆田万邦、上海映瑞、苏州隆达、东莞洲磊、杨州银雨、厦门开发晶、惠州比亚迪、昆山新世纪、河北霸州旭丰、温州通领光电、成都士兰微电子、福建云宵嘉晶、西安华新联合、江西新余泰丰、佛山国星半导体、浙江宁海、天津三星、常州晶能、张家港协晶光电、苏州纳晶等37家。日亚今年也要在大陆投资芯片厂。上述已投产企业在芯片结构和工艺改进方面做了大量工作，在提高产品性能、成品率、工艺重复性、提高抗光衰能力和可靠性等方面均取得较大成果，保障芯片的批量生产，2010年生产高亮度芯片650亿只，其中GaN蓝、绿芯片260亿只，分别增长34.8%和42.8%，功率LED封装成白光，产业化水平的光效可达90 lm/w，封装最好的可达110 lm/w，接近世界先进水平。国内LED产业的主要设备和原材料研发有一定进展，云南蓝晶可提供蓝宝石衬底，江苏南大正可提供MO源，广东昭信、青岛杰生研发MOCVD设备取得很大进展。2.4 LED器件封装国内LED封装企业的特点是规模小，数量多，现有1000家以上。有一定规模，销售在千万元以上的企业约100家，主要有广州鸿利、佛山国星、厦门华联、四川九洲、惠州科锐、江苏稳润、宁波升谱、真明丽、深圳瑞丰、大族激光、深圳雷曼、大连九久、廊坊鑫谷等。我国LED封装产品经过多年努力和发展，已形成门类齐全的各类封装型号，与国外的封装产品型号基本同步，在国内基本上能找到各类进口产品的替代产品，2010年国内封装器件约1335亿只。其封装的水平，采用国产芯片，小功率光效可达110120 lm/w，功率LED可达100 lm/w，采用进口芯片，封装的光效可达134 lm/w，热阻可小于5/w。由于在功率LED封装结构设计和封装工艺上采用很多创新点，使封装产品的性能和可靠性不断提高，一些企业封装的水平接近国外先进水平。另外有些条件较好的企业研发COB集成封装和模块封装，并取得很好成果，用于照明产品上。国内LED封装材料和配套件的配套能力是很强，除了高性能的环氧树脂、硅胶和荧光粉需要进口外，其他均可国内配套提供。有关封装白光LED用的荧光粉，国内也有十几家企业正在研发和生产，并可批量生产。用于封装白光LED产品，其产品有YAG-Ce、硅酸盐和氮化物等多种荧光粉。2.5 LED应用产品由于LED技术不断发展，其应用领域也不断扩大，目前处于蓬勃发展的时期，有人提出2010年是LED进军功能性照明市场的元年，很多应用已经超越人们的预测和想象，并逐步进入到服务业，对社会发展将产生更大的影响。目前进入LED应用推广的企业有1000多家，国内几乎所有的照明大企业均介入LED照明的开发和推广之中，将极大地推动半导体照明产业发展，我国已经成为LED应用大国。据有关部门统计测算，2010年国内LED应用的产值为900亿元，增长率达50%以上，具体数值如表2所示。表2 2010年国内LED应用项目构成序号项目产值（亿元）增长率（%）1景观装饰照明210502显示屏150253各种照明1901534LCD背光源1601675信息指示6586汽车灯15257其他11062合计90050有人预测，今后5年国内LED应用产品将以4050%高速增长，至2015年LED应用产品的产值将达到40005000亿元。LED应用产品的技术开发主要是：大屏幕LED背光源、LED灯具二次光学设计、散热结构、驱动电源模块以及系统可靠性。根据LED技术发展和市场需求，近期以LED 背光源、汽车灯，20102012年以室内商用照明为主，并逐步推向道路照明，最终推广至通用照明。3、LED产业发展特点与趋势及存在问题3.1 LED产业发展特点与趋势半导体照明产业近几年由于技术上不断有新的突破，有力推动了产业的快速发展，呈现了明显的发展特点和发展趋势。3.1.1 产业快速发展首先是技术上有全面突破，国外主要技术指标：光效产业化水平已达130 lm/w，实验室超过200 lm/w，国内芯片产业化水平也到达90 lm/w，最高110 lm/w，芯片产量2010年以34.8%增长，应用产品增长率也超过50%，这说明LED产业已进入高速成长期，呈现技术、市场共同成长的特点。随着技术的快速提升，很多应用超越人们的预测和想象。3.1.2 国家重视和支持国家已经充分认识到LED 产业是下一个绿色产业，具有明显的节能环保优势，它是为数不多的战略性新兴低碳产业之一。所以各级政府主管部门如发改委、工信部、科技部及教育部等对发展LED产业给予极大的支持，包含资金的投入，各级地方政府也非常重视该产业的发展。据不完全统计，已经有15个省、市明确建设半导体照明工业园，把发展LED产业作为本地区的新兴产业来发展。这将会极大地推动LED产业的发展。它的发展不仅仅是技术的转型，更是包括模式、理念、服务、习惯在内的知识转型。3.1.3 积极投资国内半导体照明产业近期有大量投入，2010年有超过300亿元投资，投资衬底蓝宝石的企业有20多家，目前已宣布并在筹建的外延芯片公司已超过35家。其中包含美国、日本、韩国、台湾地区的LED公司，还有众多的国内私营资本积极投入，这些前工序外延芯片工厂的建设，将对我国半导体照明产业发展产生无法估量的效果。LED产业的价值链也将由制造业延伸至应用，并进入到服务业，对社会发展将产生更大的影响，中国将成为世界LED第一大国。3.1.4应用领域广、市场潜力大由于LED技术的不断提升，LED应用产品的深入开发，其应用领域将会不断扩大，现在几乎有光显示和光照明的地方，LED都将进入，这个市场潜力是超过万亿元。有很多应用将超过我们的预测和想象，其发展趋势将会为人们提供节能、环保、健康、适应的LED光显示和光照明的环境，以及超越照明范围的应用，如生物、医疗、促进农作物生长等等。3.2 存在问题我国半导体照明产业发展虽然非常迅速，但还存在不少问题，主要有下列几点：3.2.1 缺乏核心技术LED核心技术主要是外延生长的控制、芯片的结构设计及制造工艺等，这些核心技术被国外少数几家所垄断，并以专利形式加以长期保护。致使我国的LED技术发展处于非常被动的地位，LED产品长期处在中、低档水平，阻碍LED产业发展。3.2.2 企业规模偏小国内LED企业的特点是：企业数量多、规模小，无论是前工序的外延、芯片，还是后工序的封装及应用产品，均是这种结构形式，即使是国内最大的几家LED企业，与境外、国外同行相比，其规模还是小得多。这种企业形式将是缺乏研发力量，产品档次偏低，在市场上缺乏竞争力，对发展我国LED产业是很不利的。3.2.3 关键原材料、设备不能自给主要是外延生长所需的关键原材料，如蓝宝石、有机源、砷烷、磷烷等要依靠进口，以及最关键设备MOCVD全要进口，而且价位高，封装用的高性能硅胶、环氧、荧光粉等也要依靠进口。长期下去，使得产品成本过高，不具竞争力，将制约LED产业发展的全过程。3.2.4 核心技术人才缺乏国内掌握LED核心技术的领军人才缺乏，掌握LED产业链各环节关键技术的人才也不够，这将制约我国LED产业的技术升级，很难与国外同行竞争、对抗。这个问题应引起相关部门的重视。4、国内LED技术产业发展重点LED产业将成为具有战略价值的高科技产业，将逐步成为体现一个国家和地区综合科技实力的高科技产业之一。美国能源部和欧盟有关委员会在2009年分别召集了百余位科学家、企业家对LED产业进行了认真的研究，制定了具体的发展策略。我国LED产业发展需要政府从战略高度认真对待。LED产业是典型的高科技产业，具有高科技、大资本、高端人才密集型的特点，产业的发展必须依靠三者的有效、合理、科学的结合，才能够获得稳定、持续的发展，在产品市场中具有一定的竞争力，才能产生具有国际化的大型LED产业。从现阶段来看，要具体抓好如下几点：4.1重点技术的研究、开发LED产业的核心技术在外延、芯片制造部分，在各产业链中还有很多关键技术。应要重点支持这些重点技术的开发。4.1.1外延生长：主要是提高内量子效率，应采取非极性或半极性衬底生长外延技术，量子点、量子线有源区的设计和外延生长工艺等，降低位错密度，使内量子效率逐步达到90%。4.1.2芯片制造：主要是提高外量子效率，应对芯片结构设计、新工艺等开展研究，如采用薄膜垂直芯片、底面反射层、表面粗化、光子晶体、准光子晶体等等，使外量子效率达8090%。4.1.3器件封装：主要是提高取光效率、荧光粉效率和散热性能等，应对封装结构设计、新封装材料、新工艺、荧光粉性能、多基色荧光粉、散热机理作深入研究，使取光效率逐步达到90%，荧光粉激发效率逐步达到90%，开发出RGB多基色荧光粉，散热的热阻小于3/w。4.1.4应用产品：主要是LED灯具，要改变现有照明观念，根据LED特点，开发不同用途的LED灯具，要解决二次光学设计、灯具散热、提高灯具效率等重要技术问题，以及光源模块研究开发。为人们提供节能、环保、健康、舒适的LED照明环境。只要掌握上述LED核心技术和关键技术，才能摆脱国外企业的技术垄断及打破专利壁垒，才能促进我国LED产业更加快速、健康地发展。4.2 关键设备、原材料的研发、产业化国内LED产业链中关键制造设备和原材料，目前完全依赖进口，这将极大地制约我国LED产业的发展。4.2.1制造设备、仪器：主要是外延的MOCVD外延炉、芯片制造的测试分选机、器件封装用自动焊线机、检测用的高性能光学系统测试仪等仍依赖进口。4.2.2关键原材料：主要是外延用的衬底蓝宝石、有机源（Ga，Al，In）、砷烷、磷烷、三甲基（镓、铟、铝）等，封装用的高性能环氧、硅胶以及荧光粉等。国内在这些关键设备、原材料上也正在研发之中，但由于各种原因，进行较慢，政府相关部门要加大力度支持和加大投入，使其尽早出成果并产业化，支持半导体照明产业发展。4.3 扩大产业规模，提高国际竞争能力当前国内LED企业数量多，分散投资，规模偏小，缺乏竞争能力。要调整这种产业结构，政府要根据LED产业发展的特点，认真调查研究做好新规划，提出LED产业发展的新布局，出台相关产业调整的新政策，鼓励支持现有企业重组。分别对前工序外延、芯片企业，后工序封装企业和应用企业进行适当重组、整合，集中资源，含人力资源、制造设备、资金以及研发力量，增强新企业的研发创新能力和产业化水平。这是今后产业结构调整的必然规律，并重点支持和培育几个国际级的LED大企业，提高LED产业在国际上的全面竞争能力，使我国LED产业在世界上占有一席之地。5、产业投资从半导体照明产业发展的前景、市场需求来看，应该要加大投入，近来出现投资有些过热，以下就相关问题作些分析：5.1 投资理由LED产业是高科技产业，又是节能减排政策鼓励发展的产业，它本身又是环保型的产品。从目前LED产业的技术发展水平和市场需求来分析，还有很大的发展空间，前景是看好的。有以下二点原因：其一，LED的主要技术指标，发光效率目前是110 lm/w，将来会达到200 lm/w以上，总能效目前是20%左右，将来要达到50%以上，光色域目前是简单组合，将来是多基色组合成LED白光，并逐步仿太阳光谱。这些主要技术指标的完成需要1015年的时间，说明在技术上具有很大发展空间。其二，从市场分析来看，目前LED的应用还处于刚开始阶段，有人分析LED在显示与照明二大领域的应用的市场潜力超过万亿元，市场前景非常乐观。5.2 投资内容有关LED产业的投资内容是很丰富的，除了产业链的五个部分，还有重要的配套产业，如驱动电源模块、外延材料、封装材料、金属支架、底座材料、陶瓷材料等等。投资方可根据自身的现有条件和实力，以及对市场需求的详细分析，可以选择投资产业链五个主要部分（衬底、外延、芯片、封装、应用）中的任何一个或多个组合或全部产业链的内容，以及相关配套的产业。其中LED的应用产品范围很广、品种很多，要择优投资。5.3 投资风险分析投资风险分析是个很复杂的问题，在此提出几点分析意见，供投资者参考。5.3.1 LED产业投资本身存在的问题5.3.1.1 了解专利动向由于LED产业是属于高科技产业，现有2万多项专利，业内高度重视专利的保护。国内外有关专利纠纷不断，对投资者来说，要充分了解该技术领域的专利内容、专利保护和专利纠纷问题，在未了解之前，不要随意介入，以免因专利纠纷而引发投资风险。5.3.1.2 掌握核心技术投资者如果投资LED外延生长和芯片制造部分，要充分考虑其核心技术的来源，最好要有自主知识产权的核心技术，或有该领域的高端技术人才团队，否则重复投资LED的中、低档产品，其风险很大。5.3.1.3 市场竞争激烈在LED市场开拓上，要充分考虑到中国台湾、韩国等相关企业的产品在市场上激烈竞争，特别是中国台湾地区，目前LED的技术比大陆高一些，LED芯片产量多一些，对大陆市场又很了解，在市场竞争方面，对投资者具有很大的挑战性。5.3.2 LED产业投资现状分析近二年，全国各地对投资LED产业热情非常高，全国有15个以上，省、市建设半导体照明和光电产业开发区，据不完全统计，2009年投资LED产业超过220亿元，2010年超过300亿元。投资蓝宝石衬底的企业有20多家，提出年产均在100500万片。现已投产的外延、芯片企业有37家，目前已宣布或筹建外延、芯片企业超过37家。据有关统计和预测，国内投产的MOCVD设备，2009年为153台，2010年为300台左右，2011年预计500600台，2012年预计900台，2015年预计1500台。另外，国内规模较大的LED封装企业和传统照明企业，均投入LED照明产品的开发和生产。据有关部门估算，国内LED封装、应用、灯具及配套企业已有40005000家。根据这些投资情况，重点对衬底蓝宝石和外延、芯片投资作些分析，如下：5.3.2.1 投资蓝宝石衬底分析根据现有20多家投资蓝宝石衬底企业，每个企业平均年产200万片，以20个企业年产4000万片，据高工LED估算，到2012年全世界生产GaN蓝光的MOCVD设备约2490台，需要蓝宝石衬底3068万片（另有报导：2010年蓝宝石衬底需求量为4240片，均以2英寸标准计算）。国内企业生产的衬底片就大大超过，还有国外生产蓝宝石衬底企业的竞争。另外更重要的一点，从LED照明技术发展路线来分析，2010年国际会议上，专家已经提出“蓝宝石是否一定会被淘汰”，虽然现在尚未定论，但起码说明将来需求量不见得很大，甚至被淘汰。希望投资蓝宝石衬底的企业，认真研究上述二种意见，谨慎投入，否则风险太大。5.3.2.2 投资外延、芯片分析目前国内投资外延、芯片的速度太快，为了深入了解，以下从需求量和技术发展的层面来分析。其一：从产业发展的需求来看，由于LED应用最大部分将是照明，以照明来算，据有关预计，全世界照明全部采用LED，需要4000台MOCVD设备，2015年预计LED照明占4050%，假设国内占LED照明市场为40%，估算只需大约700台MOCVD，加上LED显示等其他方面应用，共需要MOCVD设备10001100台。上述预计约2015年安装1500台MOCVD设备是过剩的。其二：从技术发展的层面来看1）外延片的尺寸目前大部份是采用2英寸，并向4英寸过渡，2011年初已有Lumileds等三家宣布采用6英寸，Osram正在改装二个工厂生产线为6英寸生产，Aixtron和Veeco已开始考虑8英