半导体照明行业分析报告(2010年6月).doc

版版权权所有所有,严严禁复制禁复制 第 1 页 共 73 页 半导体照明(led)行业 分析报告 中南大学商学院mba2009秋季班 刘志辉 二一年六月 版版权权所有所有,严严禁复制禁复制 第 2 页 共 73 页 目 录 一、前言/引言4 二、半导体照明行业概览4 （一）什么是半导体照明？4 （二）led 的技术原理和结构.5 1、led 发光的原理.5 2、led 的基本结构.6 （三）led 产品应用与分类.7 （四）led 照明行业产业链、价值链及供应链构成.8 1、led 照明行业产业链.8 2、原材料及配件8 3、led 外延与芯片制造.9 4、led 封装技术及产品结构。.12 5、led 照明行业价值链。.13 6、led 照明行业供应链.13 （五）led 与其他照明光源比较.13 1、能效转换、使用寿命及特点比较13 2、成本比较14 （六）为什么 led 光源称为绿色光源17 1不含汞17 2没有紫外线辐射18 3无电磁辐射18 三、世界半导体照明行业的发展状况18 （一）各国政府竞相出台措施扶持半导体照明行业发展18 （二）全球 led 市场情况19 1、全球 led 市场状况19 2、led 照明市场前景广阔.20 （三）全球 led 市场竞争格局23 1、led 外延片及芯片市场格局.23 2、led 封装市场格局.24 3、国别和地区产值比较25 4、企业竞争格局26 （四）技术发展及专利壁垒27 四、我国半导体照明行业的外部环境29 （一）我国的国家产业战略及政策29 （二）受益于政策推动和技术进步，近年 led 市场规模迅速扩大31 （三）行业技术进展及专利情况33 国内 led 照明专利分析35 1、专利类型分析35 2、申请量与公开量的趋势分析35 3、前 10 位申请人(专利权人)及拥有专利件数分布.36 4、我国半导体照明专利技术与外国专利技术的差距37 （四）行业产品标准化及认证工作已正式启动38 五、产业结构布局39 版版权权所有所有,严严禁复制禁复制 第 3 页 共 73 页 （一）led 照明行业的区域布局与产业集群.39 （二）led 照明行业的产业链布局.42 六、市场结构与市场竞争43 （一）市场发展状况及产品结构43 （二）行业市场前景46 1、未来 led 背光显示在液晶电视中的渗透率不断提高47 2、led 在电脑液晶显示领域市场规模迅速扩大.48 3、在政府政策支持和财政补贴推动下，景观照明市场仍然将快速成长49 （三）led 芯片和封装器件的生产规模与市场占有情况.49 1、led 芯片生产规模与市场占有情况.49 2、led 封装器件生产竞争格局.52 （四）行业产能扩张与行业投资情况53 七、影响行业发展的几个重要因素57 （一）替代品的威胁57 （二）行业标准的重要作用59 （三）核心技术人才和关键设备、原材料的制约59 1、关键生产设备的制约59 2、核心技术人才缺乏60 （四）led 专利技术壁垒.61 八、龙头企业生产经营情况分析62 三安光电股份有限公司63 （一）08 年以来三安光电股票价格走势（复权后）.63 （二）三安光电公司基本情况63 （三）三安光电公司主要财务指标64 （四）三安光电公司近年生产经营情况65 （五）企业主要竞争策略65 （六）券商对业绩的预测66 九、对我国半导体照明行业的基本判断67 十、投资风险与策略68 （一）技术风险69 （二）市场风险69 （三）拟投资企业的竞争力69 （四）投资时机的选择70 部分主要参考资料目录71 版版权权所有所有,严严禁复制禁复制 第 4 页 共 73 页 半导体照明行业分析报告半导体照明行业分析报告 一、前言一、前言/ /引言引言 半导体照明作为一种节能减排的新光源，以其节能、环保等诸多优势，作 为一个新兴产业越来越受到国内外的广泛关注。2003年开始，美国和日本先后 启动了“下一代照明计划(ngli)”和“21世纪照明计划”。为加速我国半导体 照明技术和产业化发展，2003年6月，我国科技部启动了国家半导体照明工程。 2008年科技部又推出了“十城万盏”led应用试点示范城市思路，由中央补助 试点城市在公共空间如道路、隧道、停车场与加油站等地方安装led照明灯具。 2009年10月13日，国家发改委发布了半导体照明节能行业发展意见 。意见指 出，到2015年，半导体照明节能行业产值年均增长率在30左右。2010年2月3 日，胡锦涛总书记呼吁加快经济发展方式转变，提高内需与新兴创新产业在经 济发展中的作用。 各种迹象表明，中国已着手将刺激政策的重点转向产业升级，依靠科技进 步、劳动力素质提高、管理创新来推动经济发展，经济发展方式的转变已成为 一项该不容缓的任务。而半导体照明以其节能、环保的特色，与其他绿色低碳 经济将一起成为经济增长、产业升级的主要动力之一。 二、半导体照明行业概览二、半导体照明行业概览 （一）什么是半导体照明？ 当代照明光源可分成白炽灯，气体放电灯、固态光源三大类。半导体照明 亦称固态照明光源,是指用固态发光器件作为光源的照明,包括发光二极管(led) 和有机发光二极管(oled)。半导体照明具有耗电量少、寿命长、色彩丰富、耐 震动、可控性强等特点。按国民经济行业分类与代码（gb/t 47542002），半半 导体照明归属导体照明归属于通信设备、计算机及其他电子设备制造业（40）下电子器件制 造行业（405）中的光电子器件制造及其他电子器件制造子行业光电子器件制造及其他电子器件制造子行业。 版版权权所有所有,严严禁复制禁复制 第 5 页 共 73 页 1、led 是取自 light emitting diode 三个字的缩写，中文译为“发光二极 管”，顾名思义发光二极管是一种可以将电能转化为光能的电子器件，具有二极 管的特性。自20世纪60年代世界第一个半导体发光二极管诞生以来，作为一种 全新的照明技术，led利用半导体芯片作为发光材料、直接将电能转换为光能， 以其发光效率高、耗电量少、使用寿命长、安全可靠性强、环保卫生等优越性， 被业界认为是人类继爱迪生发明白炽灯泡后最伟大的发明之一。本文所讨论的 半导体照明未经说明即指led照明。 2、oled 是英文organiclight-emittingdiode的缩写，即有机发光二极管或 有机发光显示器的英文简称，其无需背光源，可以自己发光，其发光原理与 led相似，且可视度、亮度较高，厚度更薄，结构也相对简单，若采用可挠式 基板，则可变化成不同形状。如果说led 是未来的发展方向,那么oled 就是 未来的未来。由于oled技术的超前性，目前虽然研发投资增长较快，但由于 成本高、市场占有率很少，短期内看不到盈利前景，本文不作重点讨论。 （二）led 的技术原理和结构 1、led发光的原理发光的原理：发光二极管是由-族化合物，如gaas（砷化 镓）、gap（磷化镓）、gaasp（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是pn结。 因此它具有一般p-n结的i-n特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外， 在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由n区注入p区，空穴 由p区注入n区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多 子）复合时,多余的能量便以光的形式释放出来,从而把电能直接转换为光能。 资料来源:财富证券 资料来源:互联网 图1：led 发光原理（1） 图2：led 发光原理（2） 理论上,将 1w 能量全部转化为 555nm 波长的黄光时产生的光通量可达 683lm/w,若全部转换为白光则约为 360lm/w。目前所报导的 led 最高光效只达 版版权权所有所有,严严禁复制禁复制 第 6 页 共 73 页 到这一理想值的 1/2 ,这正是人们认为 led 尚有巨大潜力可挖、对其寄以厚望的 原因所在。 2、led 的基本结构的基本结构 led 是一块电致发光的半导体材料，置于一个 有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用。led 的核心是半导体芯片由两部分组成的：一部分是 p 型半导体，其中里面空穴占 主导地位，另一端是 n 型半导体，其中主要是电子。 资料来源:互联网 表 1：led 材料与对应波长和光色 资料来源:互联网 图3:led发光二极管的两种结构 版版权权所有所有,严严禁复制禁复制 第 7 页 共 73 页 （三）led 产品应用与分类 从发展历程来看，led 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，毫坎德拉）和发光效率（lm/w，流明/瓦） 决定。发光强度越大、发光效率约高，则运用越发广泛。 常用 led 产品分类方法有以下几种： 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。 按发光管出光面特征分为圆灯、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）。 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。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。 资料来源：iek 图 4：led 分类及产品应用 版版权权所有所有,严严禁复制禁复制 第 8 页 共 73 页 （四）led 照明行业产业链、价值链及供应链构成 1、led 照明行业产业链照明行业产业链。led 产业链大致可以分为四个部分：上游 产业（材料及配件，主要包括外延材料和芯片制造） 、中游产业（主要包括各种 led 器件和封装） 、下游产业（主要包括各种 led 的应用产品产业）以及测试 仪器和生产设备。具体见下图。 中游上游下游 衬衬底底材材料料（ （p、 、ga、 、as等等） ） 衬衬底底（ （硅硅片片、 、玻玻璃璃） ） 外外延延生生长长 led芯芯片片 制制作作电电极极 镀镀膜膜 衬衬底底减减薄薄 抛抛光光 划划片片 单单晶晶合合成成 led 封装封装 指示灯指示灯显显示屏示屏背光源背光源景景观观照照明明交通交通其他其他 led 应应用用 图 5：led 产业链 也有按 led 生产流程分，把 led 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的。 2、原材料及配件、原材料及配件。通常看 led 有五大原物料：芯片，支架，银胶，金 线，环氧树脂，其中芯片是最重要的组成部分。如细分的话，原材料和配件主 要包括 led 用胶、led 辅料、荧光粉、铝基板、el 冷光片、lkd 透镜、led 驱动器、电源、外延片、芯片及其它 led 材料及配件和 led 控制 ic 等。 常用来制造 led 发光二极管的半导体材料（基板材料和发光层材料）主要 有砷化镓、磷化镓、镓铝砷、磷砷化镓、铟镓氮、铟镓铝磷等 iii-v 族化合物半 导体材料，其他还有 iv 族化合物半导体碳化硅、ii-vi 族化合物硒化锌等。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。其他还有金属高纯 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。制造 led 发光二极管的原材料纯度一般都要在 6n 以上。 版版权权所有所有,严严禁复制禁复制 第 9 页 共 73 页 不同的基板材料，和不同的发光层材料，对应不同的波长，也对应不同的 颜色。由于蓝绿光和白光是未来的发展方向，也是现在的主流产品，蓝宝石作 为基板目前使用最多。 表 2：不同基板材料和不同发光材料与波长、颜色 用于封装的材料有环氧树脂、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。 3、led 外延与芯片制造外延与芯片制造。led 的外延片生长主要有 lpe（液相外延） 、vpe（气相外延）和 mocvd（有机金属气相外延）技术，前两者主要用来 生产传统 led，后者用于生产高亮度 led。超高亮 led 的外延方法主要有两 种，即液相外延生产 algaas led 和金属有机物化学气相淀积（mocvd）生 产 algaas、algainp 和 ingan led，以 mocvd 方法为主。 led 芯片是由 p 层半导体元素，n 层半导体元素靠电子移动而重新排列组 合成的 pn 结合体。主要由金垫、p 极、n 极、pn 结、背金层构成（双 pad 芯 片无背金层）组成。 led 芯片按极性分类可分为：n/p，p/n。按发光部位分为表面发光型（光 线大部分从芯片表面发出）和五面发光型（表面，侧面都有较多的光线射出） 。 如果按组成分可分为：二元、三元、四元 led 芯片。所谓的二元、三元、四元 版版权权所有所有,严严禁复制禁复制 第 10 页 共 73 页 led 芯片，是指该芯片中所含有效元素的数目。如果按组成元素分可以分为以 下几种类型: a.二元芯片(磷、鎵):h、g 等 （有两种有效元素） b.三元芯片（磷、鎵、砷）:sr、hr、ur 等 （有三种有效元素） c.四元芯片(磷、铝、鎵、銦): srf、hrf、urf、vy、hy、uy、uys、ue、he、ug 等。 三元 led 芯片是指主要含有三种元素的 led 芯片，如 hy、ho、ir、sr 等产品，被称为三元 led。其可见光亮度一般较四元（四种元素）led 要低， 全彩显示幕所用的红光芯片大部分是四元系产品，其特点是亮度高。三元 led 芯片和四元 led 芯片的区分，主要在于它们的发光区的半导体材料不同。如三 元 led 芯片有 gaalas gaasp 等。 四元芯片是指 ingaalp 。虽然三元与四 元的材质不同，四元亮度较高，但四元 led 有 ir 等电性不良比三元多，要防 静电，较难作业。 图 6：芯片制造流程 目前，全球主要 led 芯片供应商有： 国外主要芯片供应商： 克雷（cree） ，惠普（hp） ，日亚化学（nichia） ，丰田合成（toyodagosei） ， 大洋日酸，东芝（toshiba） 、昭和电工（sdk） ，lumileds，旭明（smileds） ， genelite，欧司朗（osram） ，gelcore，首尔半导体（ssc）等，普瑞，韩国安 萤（epivalley）等。 1、nichia：日亚化学，著名 led 芯片制造商，日本公司，成立于 1956 年， 开发出世界第一颗蓝色 led(1993 年),世界第一颗纯绿 led(1995 年),在世界各 地建有子公司。 日亚化学是 gan 系的开拓者，在 led 和激光领域居世界首位。在蓝色、 白色 led 市场遥遥领先于其他同类企业。它以蓝色 led 的开发而闻名于全球， 与此同时，它又是以荧光粉为主要产品的规模最大的精细化工厂商。在该公司 led 的生产当中，70是白色 led，主要有单色芯片型和 rgb 三色型两大类 型。此外，该公司是世界上唯一一家可以同时量产蓝色 led 和紫外线 led 两 外外延延材材料料检检验验 镀镀膜膜 光刻光刻合金合金 检测检测 切割切割包装包装入入库库 清洗清洗 版版权权所有所有,严严禁复制禁复制 第 11 页 共 73 页 种产品的厂商。以此为基础，日亚化工不断开发出新产品，特别是在 smd（表 面封装）型的高能 led 方面，新品层出不穷。2003 年全球 led 市场约为 6000 亿日元，日亚化工占据了约 25的全球市场份额。 2、osram：欧司朗是世界第二大光电半导体制造商，产品有照明，传感器， 和影像处理器。公司总部位于德国，研发和制造基地在马来西亚，约有 3400 名 员工，2004 年销售额为 45.9 亿欧元。最出名的产品是 led，长度仅几个毫米， 有多种颜色，低功耗，寿命长。 3、cree：美国克雷公司，著名 led 芯片制造商，产品以碳化硅(sic)，氮 化镓(gan)，硅(si)及相关的化合物为基础，包括蓝、绿、紫外发光二极管(led), 近紫外激光，射频(rf)及微波器件，功率开关器件及适用于生产及科研的碳化 硅(sic)外延片。 4、toyodagosei：丰田合成，总部位于日本爱知，生产汽车部件和 led，led 约占收入 10%,丰田合成与东芝所共同开发的白光 led，是采用紫 外光 led 与萤光体组合的方式，与一般蓝光 led 与萤光体组合的方式不同。 5、大洋日酸：日本大洋日酸公司主要生产 mocvd 设备，其有机金属气 象化学沉淀技术的研究和开发可以追溯到 1983 年。大洋日酸研发了一系列高纯 度气体如 ash3, ph3 和 nh3 的专业应用技术，以及用于生产 ld 和 led 产品 的 movpe 设备，还开发了用于吸收这些应用产生的大量废气的净化系统，并 使之商品化。到目前为止，大洋日酸已经为从研发机构到生产厂商等有着不同 需求的客户提供了超过 450 台的 mocvd 设备。 6、toshiba：东芝半导体是汽车用 led 的主要供货商，特别是仪表盘背 光，车子电台，导航系统，气候控制等单元。使用的技术是 ingaalp，波长从 560nm（puregreen）到 630nm（red） 。近期，东芝开发了新技术 uv+phosphor（紫外+荧光） ，led 芯片可发出紫外线，激发荧光粉后组合发出 各种光，如白光，粉红，青绿等光。 7、lumileds：全球大功率 led 和固体照明的领导厂商，总部在美国，工 厂位于荷兰，日本，马来西亚，由安捷伦和飞利浦合资组建于 1999 年，2005 年飞利浦完全收购了该公司。其产品广泛用于照明，电视，交通信号和通用照 明，luxeonpowerlightsources 是其专利产品，结合了传统灯具和 led 的小尺 版版权权所有所有,严严禁复制禁复制 第 12 页 共 73 页 寸，长寿命的特点。还提供各种 led 晶片和 led 封装，有红，绿，蓝，琥珀， 白等 led。 8、ssc：首尔半导体是韩国最大的 led 环保照明技术生产商，并且是全 球八大生产商之一。主要生产全线 led 组装及定制模组产品，包括采用交流电 驱动的半导体光源产品等。产品已广泛应用于一般照明、显示屏照明、移动电 话背光源、电视、手提电脑、汽车照明、家居用品及交通讯号等范畴之中。 台湾主要芯片供应商： 晶元光电（epistar，简称 es，合并联诠、元坤、连勇、国联后） ，广镓光 电（huga） ，新世纪（genesisphotonics） ，华上（arimaoptoelectronics，简称： aoc） ，泰谷光电（tekcore） ，奇力，钜新，光宏，晶发，视创，洲磊，联胜 （hpo） ，汉光（hl） ，光磊（ed） ，鼎元（tyntek 简称 tk） ，曜富洲技（tc） ， 燦圆（formosaepitaxy） ，国通，联鼎，全新光电（vpec） 。此外还有华兴 （ledtechelectronics） 、东贝（unityoptotechnology） 、光鼎 （paralightelectronics） 、亿光（everlightelectronics） 、佰鸿 （brightledelectronics） 、今台（kingbright） 、菱生精密 （lingsenprecisionindustries） 、立基（ligitekelectronics） 、光宝（lite- ontechnology） 、宏齐(harvatek)等。 大陆主要芯片供应商 内资企业主要有：三安光电简称（s） 、上海蓝光（epilight）简称（e） 、士 兰明芯（sl） 、大连路美简称（lm） 、迪源光电、南昌欣磊、上海金桥大晨、 河北立德、河北汇能、深圳奥伦德、深圳世纪晶源、广州普光、扬州华夏集成、 甘肃新天电公司、东莞福地电子材料、清芯光电、晶能光电、中微光电子、乾 照光电、晶达光电、深圳方大、山东华光、上海蓝宝等。 外资血统企业如武汉华灿光电、厦门晶宇、厦门明达和晋江晶蓝等。 4、led封装技术及产品结构封装技术及产品结构。led 产品封装结构通常分为点光源、 面光源和发光显示器三类，单个管芯一般构成点光源，多个管芯组装一般可构 成面光源和线光源，作信息、状态指示及显示用，发光显示器也是用多个管芯 串联和并联组合而成的。 表 3：led 封装产品结构及特征封装产品结构及特征 版版权权所有所有,严严禁复制禁复制 第 13 页 共 73 页 目前全球led 主要封装厂商有日亚化学、丰田合成、 cree、gelcore、lumileds 和osram等。 5、led照明行业价值链照明行业价值链。上游生产和中游制造环节由于技术含量高、 资本投入密度大，是国际竞争最激烈、经营风险最大领域。其中外延材料与芯 片制造，属于技术和资金密集行业；中游产业器件与模块封装以及下游产业显 示与照明应用，属于技术和劳动密集型行业。从价值构成看，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10-15%，而led 应用大 概占10-20%。 6、led 照明行业供应链照明行业供应链。与。与 led 生产相配套的供应链除了生产流程 外还包括材料和设备供应。生产外延片的常用材料主要有砷(as)化镓(ga)、磷(p)化 镓(ga)、gan（氮化镓）和 algainn 等。历史上第一个 led 所使用的材料是砷 (as)化镓(ga)，发出的光线为红外光谱。另一种常用的 led 材料为磷(p)化镓 (ga)。 在 led 生产过程中需要很多设备，从蓝宝石衬底加工用的单晶炉、多线切 割、研磨抛光等设备，到 mocvd(金属有机化合物化学气相淀积)、退火炉等 设备，再到与 ic 芯片工艺相类似的设备，如光刻机、刻蚀机、清洗机、蒸发镀 膜等，最后到封装用的固晶机、金丝/铝丝球焊机、分选机等等，种类繁多。 其中，mocvd、等离子刻蚀机等生产 led 的关键设备，技术含量很高。 目前国际上供应 mocvd 设备的公司主要有三个，即美国 veeco 公司、德国的 aixtron 公司和美国的 thomas swan 公司。 （五）led 与其他照明光源比较 1、能效转换、使用寿命及特点比较、能效转换、使用寿命及特点比较 表 4：白炽灯、日光灯、led 照明三种照明光源比较 版版权权所有所有,严严禁复制禁复制 第 14 页 共 73 页 2、成本比较、成本比较 ledled照明成本构成照明成本构成 首先，从灯具生产成本看。首先，从灯具生产成本看。以日本市场为例。led 灯泡 2009 年在日本的 销售价格为 4000 日元以下，是原来的一半左右，因此需求得以迅速提高。2009 年日本国内的 led 灯泡销量约为 170 万个，预计 2010 年其规模将超过 400 万 个。2009 年 led 灯泡的成本分析结果如图所示。led 灯泡的部件及材料成本 占整体的约 50。这些部材成本中，led 封装占其一半左右。另外，安装底板、 电路底板及散热片所占的比例也较高。 数据来源：techno systems research（tsr） 图 7：led 灯泡的成本分析 其次，从其次，从 led 灯泡的使用成本支出看灯泡的使用成本支出看。消费者使用 led 的总成本包括投 资成本和运行成本。根据中投证券研究所 2008 年底援引美国圣地亚国家实验室 所做的 led 照明成本分析，投资成本指将购买成本按使用周期分摊后平均每照 版版权权所有所有,严严禁复制禁复制 第 15 页 共 73 页 明单位（每兆流明）的成本，运行成本指灯泡在使用运行过程中平均每照明单 位（每兆流明）的成本，二者之和即为拥有成本（总成本）。到 2012 年，其拥 有成本将降到 0.77 美元/兆流明时,将低于荧光灯的 1 美元/兆流明,到 2020 年,其 拥有成本将到 0.48 美元/兆流明时,其拥有成本将只有荧光灯的一半。 表 5：led 照明成本分析 与其他光源的比较与其他光源的比较 led 灯泡与荧光灯、白炽灯比较。灯泡与荧光灯、白炽灯比较。据日本 led 协会估计：在某些情况下， led 照明的整体成本(照明灯具加上电费)已经优于荧光灯解决方案。对于亮度 相当于 60w 的 led 灯泡而言，40000 小时寿命周期的总成本约为 10000 日元； 同样是 40000 小时照明，使用白炽灯时，由于每个灯泡的寿命只有 1000 小时， 则其总成本将超过 50000 日元；使用荧光灯泡时，其成本约为 16000 日元(见图 4)。当累计照明时间超过 14000 小时，led 灯泡的整体成本就将优于荧光灯泡。 可见，led 照明具有长期成本优势。 图 8：三种照明器具的整体成本 版版权权所有所有,严严禁复制禁复制 第 16 页 共 73 页 日本led协会估计，到2012年左右，led每单位亮度的成本将下降到每流 明1日元这是进入实用化的关键目标。实际上，这个日期将有可能大幅提前。 日亚化学工业公司的田崎登解释说：“目前，led照明价格每年的下降幅度都在 20%以上，我认为今后的价格下降速度不会放缓。” led背光模组与传统背光模组与传统ccfl背光模组比较。背光模组比较。ccfl背光模组目前主要用于液 晶显示领域如液晶电视、台式电脑等，而这些领域也是led背光模组的应用市 场。据申银万国研究报告，采用led(light emitting diode)背光模组的电视比传 统lcd 电视在外观、画质、节能方面更具优势。如下表所示,led 电视采用发 光二极管作为背光源,比ccfl背光的传统液晶电视在厚度、画面质量、寿命、 节能环保上更具优势,目前已成为业内公认的lcd 电视发展方向。 表6：led 电视在多项性能上优于传统lcd 电视 led 电视传统lcd 电视 背光源led(发光二极管) ccfl(冷阴极荧光灯管) 厚度7-40mm 100mm 左右 寿命20,000200,000 小时8,000100,000 小时 色域105%以上ntsc 色域范围80%ntsc 色域范围 节能环保不含汞、省电含汞、相对耗电 资料来源:申万研究 由于led背光在色彩表现、厚度和节能方面相较ccfl有着明显优势，因 此被认为是未来主流背光技术,但是价格一直是阻碍它加速普及的一个重要因素。 随着led背光模组价格的持续下滑，其价格将逐渐降至可接受范围内，并最终 对ccfl产生明显的替代。随着更多厂商对led背光技术的研发，其成本价格也 在逐步下降。 根据市场调研公司displaysearch2010年2月发布的统计报告，led背光模组 成本的下降幅度超过了传统ccfl背光模组。以40寸led背光液晶电视为例，该 led背光模组的成本平均价今年一季度时还为118美元，到四季度时这一数字将 下降至100美元。另外有研究表明：40寸液晶电视led背光模组的成本价格下降 到100美元时，和ccfl背光模组的价格差距将从2009年初的3.7倍降低至2.8倍。 版版权权所有所有,严严禁复制禁复制 第 17 页 共 73 页 图 9：led 背光模组与传统 ccfl 背光模组成本比较 图 10：2009 年 12 月 led 面板与 ccfl 面板价差 （六）为什么 led 光源称为绿色光源 1不含汞不含汞。汞是一种极其有毒的物质，然而几乎大多数目前采用的高效 电光源中都含有汞，而 led 灯是一种完全不含汞的全环保产品。各种电光源的 含汞量如下表所示： 表 7：各种电光源的汞含量 版版权权所有所有,严严禁复制禁复制 第 18 页 共 73 页 26mm 日光灯 金卤灯 高压钠灯 节能灯（10mm） 各种 led 25-45mg20-25mg12-14mg10-15mg0 2没有紫外线辐射没有紫外线辐射。所有利用汞蒸汽发光的电光源中，都是利用电子 轰击汞蒸汽而产生紫外线。这种紫外线也是一种环境污染。美国 ge 公司建议 人类曝晒于日光灯下不要超过 16 小時。紫外线对于人体的伤害是终生累积的 总量。这对于那些爱美的女孩子是至关重要的。 3无电磁辐射无电磁辐射。荧光灯、三基色荧光灯、节能灯均工作在高频高压状态 都不可避免地带来不同程度的电磁辐射。目前大多数电脑的液晶显示器也是用 类似于日光灯的冷阴极荧光灯作为背光的。据英国剑桥大学医学研究中心阿诺 德 威尔金（awaling ）博士、国际照明委员会维也纳总部 j.斯切德 （j.schanda）教授研究表明电磁辐射可能导致心悸、失眠 、白细胞减少、记 忆力减退，使心血系统、神经系统受损。led 光源在直流/低压状态下工作， 无电磁辐射。 正是由于 led 光源具有以上特性，除其驱动电源有极低的电磁辐射外，基 本杜绝了各种污染，因此可以称为真正的“绿色光源”。 三、世界半导体照明行业的发展状况三、世界半导体照明行业的发展状况 （一）各国政府竞相出台措施扶持半导体照明行业发展 一些发达国家和地区先后出台半导体照明发展的战略计划，并出台相应的 举措，促进当地半导体照明产业发展。美国大力发展半导体照明产业，目前已 拥有lumileds公司、gree公司、color kinetics（ck）公司，已经着手启动“下一 代照明计划”(ngli) 。其发展的举措主要有：搭建信息网络平台，加强标准建 设；选择科技创新作为产业突破口，成为产业技术领先者；垂直整合度高，产 业链完整；在市场调节方面，自由竞争和垄断相结合；发达的资本市场；政府 的支持是产业发展重要助推力。日本已经完成了“21世纪照明”发展计划的第一 期目标，正在组织实施第二期计划，至2010年的目标为1201m/w，大力强化发 展半导体产业重要性的认识，政府协助标准设立，在完善的技术研发体系下实 版版权权所有所有,严严禁复制禁复制 第 19 页 共 73 页 行技术领先战略，并有强大的政府支撑体系。韩国的发展经验是政府主导下的 大企业扩张，采取产业集聚加速发展，并以应用拉动市场。欧盟的“彩虹计划” 在2000年7月启动，委托6个大公司、2所大学，通过欧盟的补助金来推广白光发 光二极管的应用。 表8：世界各国（地区）政府led发展计划 （二）全球 led 市场情况 1、全球、全球 led 市场状况市场状况 2008年全球led市场规模约为69亿美元，其中高亮度和超高亮度led 市场 近年年均增长率将达到20%左右，市场规模达16亿美元。在移动手机应用市场 的快速推动下，过去10年高亮度led市场的年均增长率达到46%。 版版权权所有所有,严严禁复制禁复制 第 20 页 共 73 页 图 11：2001-2008 年全球 led 市场增长趋势（十亿美元） 2009年全球led市场规模80.5亿美元，较2008年增长17%。全球led主要供 应国和地区是日本、台湾、美国和欧洲，其中台湾、大陆和韩国等非日本亚洲 地区是全球led产业增长最快的地区。 进入2010年，led芯片及背光模组已经供不应求。尽管由于下游市场应用 规模迅速扩大，行业分析师纷纷看好led行业发展，上游芯片生产不断加大投 资力度，但是仍然跟不上市场放大的步伐。今年以来，不断出现led供应紧缺 和涨价的市场讯息。displaysearch研究发现，目前led电视背光板的供应并不 顺利，许多新的led背光液晶电视机种受到延误，面板厂甚至提高了led与 ccfl背光的价差。自2010年4月起，主要的led面板供货商三星、lg显示器、 夏普、友达和新奇美等已要求提高led背光液晶电视面板的价格，同时维持或 降低ccfl背光液晶电视面板的价格。就目前来说，面板买家可能没有任何选择 余地，只能接受更高的led面板价差，因为各品牌对于led机种的积极出货量 目标迫使他们必须得到更多led背光液晶电视面板。从2010年4月起，32英寸、 40英寸、42英寸、46英寸、47英寸和55英寸等尺寸led背光液晶电视面板价格 平均调涨了5美元。 表 9 据中国家电网消息，权威市场调查机构gfk日本2010年6月2日发布的家电 连锁店led电灯泡销售动态报告显示，2010年5月份日本led灯泡销量达到2009 年7月份低价格化之初的55倍，金额则约为48倍。 2、led 照明市场前景广阔照明市场前景广阔 根据displaysearch的预计,全球2010年led需求达960亿颗,增速26%左右。 版版权权所有所有,严严禁复制禁复制 第 21 页 共 73 页 displaysearch指出，2010年led在面板背光源的应用需求将剧增，估计将由 2009年的116亿颗增加到192亿颗,年增速达65%。其中，小尺寸面板背光源的应 用需求将由2009年的60亿颗提高至68亿颗；在10寸以上面板的背光源应用需求 将由2009年的56亿颗骤增为124亿颗，年增速达121%。 图12：全球led市场规模预测 图 13：高亮度 led 未来 5 年复合增长率 资料来源：阿拉丁照明网 首先，全球照明市场前景广阔。首先，全球照明市场前景广阔。在美国，约三分之一的一次能源用于发电， 而电力的20%又用于照明。如果led照明的发光效率能达到150-200lm/w的目标， 并且全部取代传统照明，则美国用于照明的电力消耗因此将减少一半，全部电 力消耗将减少超过十分之一。预计到2025年美国每年的电力消耗大约是52500亿 度，以每度电零售价格0.07美元计算，消费者每年大约支付3500亿美元，因此 版版权权所有所有,严严禁复制禁复制 第 22 页 共 73 页 使用led照明每年可以节约用电5250亿度，消费者每年可以节约350亿美元。而 对全球来说，这个数字将扩大3到4倍。美国一座核电站的年均发电量大约是720 亿度(按每座1gw的发电容量，每年发电时间为36524小时，发电小时利用率87%计 算)，节约5250 亿度意味着节约大约70座核电站的年发电量。 其次，其次，led下游非通用照明市场规模迅速扩大。下游非通用照明市场规模迅速扩大。下面二图为市场研究机构 displaysearch对全球led应用领域未来几年的市场预测和申银万国研究所对未 来三年全球led tv的市场预测。 图14：2007-2012年全球led按应用领域出货量预测 图15：未来三年全球led tv出货量预测 版版权权所有所有,严严禁复制禁复制 第 23 页 共 73 页 （三）全球 led 市场竞争格局 1、led 外延片及芯片市场格局外延片及芯片市场格局 据 semiconductor 引述研究机构 semi 报导，统计全球 180 座 led/光电外 延片厂(opto/ledfab)分布，日本厂商拥有最多的 led/光电外延片厂，但按 led 外延片厂的分布地区排行，则以台湾地区、日本及大陆包办前 3 名。位于 台湾地区、日本及大陆的 led 厂数量目前分别占全球 40%、23%及 22%。 2009 年景气不佳，全球仍有 7 座新的 led 厂启用，且 2010 及 2011 年预 计分别还有 5 座及 6 座预备启用，主要位于大陆、台湾地区、日本、印度及俄 罗斯。 台湾地区已拥有全球最高的 led 外延片制造能力，同时晶元光电等台湾 led 厂商仍计划于 2010 年持续投资，以追上预计将比当前多上 2030%的未来 需求。2010 年金属有机物化学气相磊晶(mocvd)机台在台湾可望超过 100 座， 然 movcd 机台制造技术门槛高，是否能如期进入生产线将对产能扩张产生影 响。 led 芯片需求主要来自 ledtv，韩厂三星电子(samsungelectronics)为因应 快速增长的 ledtv 销售，预计增添 50 台 mocvd 机台，让三星的 mocvd 机台在 2010 年底前累积至 150 台。 全球 led 芯片领导厂商日本日亚化学(nichia)则预计在 2012 年初完成新的 led 外延片厂，届时可望将当前产能提升至 4 倍。 至于台湾厂商，友达、奇美集团均积极布局 led 产业，主要目的是巩固生 产关键组件的能力，以及在生产链中建立更佳的垂直整合性。由于锁定的目标 相同，长期而言各家厂商的竞争将会更加激烈。 表 10： 世界主要 led 厂商 序号公司名称主要内容 1日本 nichia 日亚化学gan 基高端蓝、绿、紫及紫外 led 外延片及白光技 术、产量大。自制 mocvd 设备近 200 台，主要 是单片型。所用衬底主要是蓝宝石。只出售 led 版版权权所有所有,严严禁复制禁复制 第 24 页 共 73 页 以及后续产品，不出售管芯和外延片。荧光粉技术 非常成熟。 2美国 cree 克雷公司sic 衬底的 gan 基外延，高端蓝、绿 led 芯片及内 光功率 led，产量大。市场上购买 mocvd 设备， 也自己研制和改进 mocvd 设备。主要是多片型 mocvd 设备生产 gan-led。所用衬底是 sic，有 非常成熟的 sic 单晶生产技术，容易获得 sic 衬底 材料。只出售 led 外延片及管芯。 3美国 lumileds 公司gan 基高端蓝、绿 led 外延芯片，白光封装技术， ngaalp 功率 led。主要是蓝宝石，也用 gan 衬底。 只出售 led 以及后续产品，不出售管芯和外延片。 4德国 osram 光电公司欧洲最大的 gan 基蓝、绿 led 外延芯片、白光 l ed 及 ingaa1p led 5日本 toyoda gosei 丰田合成 公司 gan 基蓝、绿 led 及白光 led、产量大。自制 mocvd 设备，产量比日亚公司大，产品质量比日 亚公司的产品略差些。只出售 led 以及后续产品， 不出售管芯和外延片。 6美国 geleore 公司ge 公司的下属公司，主要是 gan 基蓝、绿 led 及 白光 led。主要用 emcor 公司 mocvd 设备生产 gan-led 外延片。所用衬底主要是蓝宝石。 7韩国首尔半导体 s e o u l s e mi c o n d u c t o u gan 基蓝、绿 led发展较快 8中国台湾晶元光电ga n 基蓝、绿 ledingaalp 外延芯片产量很大 资料来源：半导体照明产业的发展与前景 ，作者胡亚华，现代显示2010 年第2-3 期 led 行业深度研究报告 ，东方证券研究所，陈刚、廖欣宇， 2008 年9 月16 日 版版权权所有所有,严严禁复制禁复制 第 25 页 共 73 页 2、led 封装市场格局封装市场格局 根据研究机构 ledinside 统计，2009 年全球 led 封装厂的营收总合达到 80.5 亿美元，相较 2008 年成长 5%。在营收排名上，2009 年日亚化学仍居全球第 1 名。其次是 osram 与 cree 等传统 led 大厂，台湾厂商光宝、亿光也都入榜 前 10 名。从区域别的竞争态势观察，ledinside 表示，产业竞争大者恒大的趋 势成形，没有集团的支援，或是成本与技术没有特别竞争优势的厂商，不容易 在供应链中生存。加上韩国厂商拥有全球最大的面板产能，与下游应用品牌， 因此将是全球 led 厂商的最大威胁。 表 11：2009 年全球 led 封装厂营业收入排名 由于技术门槛不高兼属于劳动密集型产业，从上世纪 90 年代开始，led 封 装产业率先向中国内地、中国台湾地区及韩国转移。据估算，目前中国的封装 产能(含外资在大陆的工厂)约占全世界封装产能的 40%，并且随着 led 产业的 聚集度在中国的增加,这一比例还在上升。 版版权权所有所有,严严禁复制禁复制 第 26 页 共 73 页 3、国别和地区产值比较、国别和地区产值比较 如果以地区别来观察，日本的产值仍居全球之冠，台湾厂商以市场占有率 17%排名第二。而韩国的市场占有率由 2008 年的 9%窜升到 2009 年的 15%，位 居全球第 3。 图16：按国别和地区led市场占有率排名 4、企业竞争格局、企业竞争格局 目前全球 led 市场基本由行业前 5 大厂商掌控，即日本的日亚化学(nichia)、 丰田合成(toyodagosei)、美国克雷（cree 公司）、欧洲飞利浦(philipslumileds) 和欧司朗(osram)。从产业组织竞争格局看，基本形成了 5 大产业巨头的垄断竞 争局面。5 大产业巨头拥有全球 led 大多数核心专利，并占据了上游行业高端， 获得了 led 产业链利润最丰厚的部分，在产业链竞争中占据了最有利的地位。 为长期维护其竞争有利地位，它们一方面通过加大技术研发投入保持技术领先 地位，一方面通过通过专利授权、建立战略联盟等手段，联合垄断高端市场。 这种 led 产业巨头间通过专利授权和交叉授权结成联盟的方式，不仅阻碍了新 进入者的产生，某种程度上也增加了其他技术落后企业的生产成本。 尽管从产业结构上看，led 从下游到上游，技术难度和投资额度逐渐加大， 给行业后来者带来了较大壁垒，但从产业发展趋势上看，led 技术不断趋于成 版版权权所有所有,严严禁复制禁复制 第 27 页 共 73 页 熟、产品成本不断下降、产品创新层出不穷，产品应用领域不断拓展，市场需 求巨大，让后来者仍然可以看到成长的希望。 （四）技术发展及专利壁垒 从 led 行业目前的技术发展情况看，近五年，led 的主要技术指标 发光效率平均每年以 30的速度发展，从 2004 年的 2030lm 发展到目前的 100120lm。从技术层面，研究采用新衬底材料生长 gan 外延、非极性或半极 性外延，有新结构的芯片、衬底转移、光子晶体等新技术应用。 nichia 是世界上最早的半导体白光生产厂商，技术水平始终处于国际领先 地位。在蓝光芯片的技路线上，nichia 采用图形化蓝宝石衬底结合 it0 明导电 层芯片工艺，产品性能表现优越。2009 年月底，宣布 led 在 20ma 电流驱动 下