LED行业简要分析报告文档格式.docx

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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

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

1、核心设备

●OCVD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。

2、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。

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）。

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、Φ、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。

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亿美元，比2007年增长了%。

我们认为，尽管受到金融