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1.4.2LED中游产业9
1.4.3LED下游产业9
1.5LED产业政策10
1.5.1关于《电子信息产业调整和振兴规划》中的LED政策10
1.5.2关于《轻工业调整和振兴规划》中的LED政策10
1.5.3《平板电视能效限定值及能效等级》11
1.5.4“十城万盏”LED应用示范工程12
2LED目前市场规模及前景13
2.1全球LED市场受显示器背光源和照明驱动,市场规模近100亿元13
2.2中国LED市场规模巨大,产业链结构有待优化15
2.3LED应用发展趋势:
AMOLED(有源矩阵有机发光二极体面板)17
3我国LED上市公司利润及规模概况20
4我国LED外延片及芯片产业总体概况22
4.1外延片及芯片占LED行业利润70%,国内生产企业数量逐步增加22
4.2LED核心器件生产流程23
5LED外延片制造概况24
5.1衬底材料是LED照明的基础,也是外延生长的基础24
5.2外延片产品消费结构25
5.3外延片制造成本分析25
5.4LED外延片主要生产工艺及设备26
5.4.1MOCVD在LED生产中至关重要26
5.4.2MOCVD订单预示LED未来产能扩张27
5.4.3MOCVD生产设备概况28
6LED芯片生产概况32
6.1LED芯片的分类32
6.2LED芯片制造流程32
6.3芯片制造成本分析34
6.4LED芯片厂商介绍34
6.4.1国外LED芯片大牌厂商34
6.4.2台湾LED芯片厂商35
6.4.3大陆LED芯片厂商35
6.5我国的LED芯片相对薄弱但芯片企业稳步增加36
名词解释
LED:
LightEmittingDiode,发光二极管,是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件,它可以直接把电转化为光。
HBLED:
高亮度发光二极管。
GaN:
氮化镓,属第三代半导体材料。
禁带宽度在T=300K时为3.2-3.3eV,晶格常数为0.452nm。
MOCVD:
是金属有机化合物化学气相淀积(Metal-organicChemicalVaporDePosition)的英文缩写,是在LED外延生长(VPE)的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术。
蓝宝石:
是刚玉宝石中除红色的红宝石之外,其它颜色刚玉宝石的通称,主要成分是氧化铝(Al2O3)。
LCDTV:
可以接受TV信号的液晶显示器。
mcd:
光通量的空间密度,即单位立体角的光通量,叫发光强度,是衡量光源发光强弱的量,其中文名称为“坎德拉”,符号就是“cd”。
InGaAlP:
磷化铝镓铟,是四元系化合物半导体材料,是制造红色和黄色超高亮度发光二极管的最佳材料。
lGaInN:
氮化物半导体材料,是制备白光LED的基石。
OLED:
即有机发光二极管(OrganicLight-EmittingDiode),又称为有机电激光显示(OrganicElectroluminesenceDisplay,OELD),OLED屏幕具备许多LCD不可比拟的优势。
AMOLED:
(ActiveMatrix/OrganicLightEmittingDiode)是有源矩阵有机发光二极体面板。
相比传统的液晶面板,AMOLED具有反应速度较快、对比度更高、视角较广等特点。
1LED行业基本情况
LED(LightEmittingDiode),即发光二极体,是一种能够将电能转化为可见光的半导体。
与传统光源,如白炽灯和节能灯不同,LED采用电场发光和低压供电。
它具有寿命长、光效高、光色纯、稳定性高、安全性好、无辐射、低功耗、抗震、耐击打等一家族优点,被誉为21世纪新固体光源时代的革命性技术。
进入20世纪90年代,随着氮化物LED的发明,LED的发光效率有了质的飞跃,而组成白光的重要原色蓝光,也在1992年由日本着名LED企业日亚化学的中村修二发明。
这样整个可见光领域的单色LED已经完整,能够满足各种单色发光的应用场所。
1.1LED发展阶段
LED显示屏的发展可分为以下几个阶段:
第一阶段为1990年到1995年,主要是单色和16级双色图文屏。
用于显示文字和简单图片,主要用在广场、车站、金融证券、银行、邮局等公共场所,作为公共信息显示工具。
第二阶段是1995年到1999年,出现了64级、256级灰度的双基色视频屏。
视频控制技术、图像处理技术、光纤通信技术等的应用将LED显示屏提升到了一个新的台阶。
LED显示屏控制专用大规模集成电路芯片也在此时由国内企业开发出来并得以应用。
第三阶段从1999年开始,红、纯绿、纯蓝LED管大量涌入中国,同时国内企业进行了深入的研发工作,使用红、绿、蓝三原色LED生产的全彩色显示屏被广泛应用,大量进入体育场馆、会展中心、广场等公共场所,从而将国内的大屏幕带入全彩时代。
随着LED原材料市场的迅猛发展,表面贴装器件从2001年面世,主要用在室内全彩屏,并且以其亮度高、色彩鲜艳、温度低的特性,可随意调整的点间距,被不同价位需求者所接受,在短短两年多时间内,产品销售额已超过3亿元,表面贴装全彩色LED显示屏应用市场进入新世纪。
为了适应2008年奥运会的“瘦身”计划,利亚德开发了表面贴装双基色显示屏,大量用于训练馆和比赛计时计分系统。
在奥运场馆全彩屏方面,为紧缩投资,全彩屏大部分采用可拆卸方式,奥运期间可作为实况转播工具,赛事结束后可用于租赁,作为演出、国家政策发布等公共场合应用工具,通过这种方式可尽快收回成本。
就市场而言,中国加入WTO、北京申奥成功等,成为LED显示屏产业发展的新契机。
国内LED显示屏市场保持持续增长,目前在国内市场上,国产LED显示屏的市场占有率近95%。
国际上LED显示屏的市场容量预计以每年30%的速度在增长。
LED显示屏的主要制造厂商集中在日本、北美等地,我国LED制造厂商出口的份额在其中微不足道。
据不完全统计,世界上目前至少有150家厂商生产全彩屏,其中产品齐全,规模较大的公司约有30家左右。
(数据来源:
ledinside)
1.2常见LED分类
(1)按发光管发光颜色分
按发光管发光颜色分成红色、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。
散射型发光二极管不适合做指示灯用。
(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φ2mm、φ4.4mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。
由半值角大小可以估计圆形发光强度角分布情况。
(3)从发光强度角分布图来分有三类:
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5°
~20°
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。
标准型。
通常作指示灯用,其半值角为20°
~45°
散射型。
这是视角较大的指示灯,半值角为45°
~90°
或更大,散射剂的量较大。
(4)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。
(5)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(发光强度小于10mcd);
超高亮度的LED(发光强度大于100mcd);
把发光强度在10~100mcd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)。
1.3LED特点
发光二极管(LED)作为第三代半导体照明光源。
这种产品具有很多梦幻般优点:
(1)光效率高:
光谱几乎全部集中于可见光频率,效率可以达到50%以上。
而光效差不多的白炽灯可见光效率仅为10%-20%。
(2)光线质量高:
由于光谱中没有紫外线和红外线,故没有热量,没有辐射,属于典型的绿色照明光源。
(3)能耗小:
单体功率一般在0.05-1w,通过集群方式可以量体裁衣地满足不同的需要,浪费很少。
以其作为光源,在同样亮度下耗电量仅为普通白炽灯的1/8-10。
(4)寿命长:
光通量衰减到70%的标准寿命是10万小时。
一个半导体灯正常情况下可以使用50年,即使长命百岁的人,一生最多也就用2只灯。
(5)可靠耐用:
没有钨丝、玻壳等容易损坏的部件,非正常报废率很小,维护费用极为低廉。
(6)应用灵活:
体积小,可以平面封装,易开发成轻薄短小的产品,做成点、线、面各种形式的具体应用产品。
(7)安全:
单位工作电压大致在1.5-5v之间。
(8)绿色环保:
废弃物可回收,没有污染,不像荧光灯一样含有汞成分。
(9)响应时间短:
适应频繁开关以及高频运作的场合。
影响LED产业发展最重大的变化,是高亮度白光LED的发明。
自1997年白光LED发明后,专家对白光LED进入普通照明领域的可能进行了研究。
作为光源,LED优势体现在三个方面:
节能、环保和长寿命。
LED不依靠灯丝发热来发光,能量转化效率非常高,理论上可以达到白炽灯10%的能耗,相比萤光灯,LED也可以达到50%的节能效果。
在使用寿命方面,LED采用固体封装,结构牢固,寿命达10万小时,是萤光灯的10倍,白炽灯的100倍。
在环保方面,用LED交替萤光灯,避免了萤光灯管破裂外溢汞的二次污染。
1.4LED产业结构
LED产业具有典型的不均衡产业链结构,LED产业链大致可分为五部分:
原材料;
LED上游产业;
LED中游产业;
LED下游产业;
测试仪器和生产设备。
其自上而下是一种金字塔形的产业链,利润集中在上游。
LED产业链自上而下有:
●上游:
衬底材料生产、外延片的生长、芯片制造
●中游:
LED器件封装
●下游:
应用LED显示或照明器件后形成的产业
上游产业的衬底、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行业。
在LED产业链上,LED外延片跟LED芯片约占行业70%的利润,LED封装和应用占30%。
欧、美、日在新技术或新产品的研发均领先其它各国厂商,日系大厂的利基在蓝光、白光等技术领先,欧美大厂的优势则是产业垂直整合最为完整,并以高端应用产品市场为主。
目前全球HB-LED(高亮度LED)产业中,Nichia(日本日亚)、Agilent/LumiLeds(美国与德国合资)、OSRAMOptoSemicondutors(德国)、ToyadaGosei(日本)以及中国台湾的一些工厂都拥有不同领域的技术及专利优势。
1.4.1LED上游产业
LED上游产业主要是指LED发光材料外延片制造和芯片制造。
由于外延工艺的高度发展,器件的主要结构如发光层、限制层、缓冲层、反射层等均已在外延工序中完成,芯片制造主要是做正、负电极和完成分割检测。
在LED产业链的上游,我国面临的核心问题是缺乏核心技术和专利。
LED产业是一个技术引导型产业,核心技术和专利决定了企业在产业链的地位和利润分配。
国产LED外延材料、芯片以中低档为主,80%以上的功率型LED芯片、器件依赖进口。
1.4.2LED中游产业
LED中游产业是指LED器件封装产业。
在半导体产业中,LED封装产业与其他半导体器件封装产业不同,它可以根据用于现实、照明、通信等不同场合,封装出不同颜色、不同形状的品种繁多的LED发光器件。
1.4.3LED下游产业
LED下游产业是指应用LED显示或照明器件后形成的产业。
就LED应用来讲,面应该更广,还应包括那些在家电、仪表、轻工业产品中的信息显示,但这些不足以支撑LED下游产业。
其中主要的应用产业有LED显示屏、LED交通信号灯、太阳能电池LED航标灯、液晶背光源、LED车灯、LED景观灯饰、LED特殊照明等。
图1:
LED下游应用产业份额
数据来源:
中国机电数据网
从下游需求来看,2009年我国的LED需求集中在景观装饰照明和显示屏领域,二者的产值占国内LED产值的43.33%。
随着LCDTV(可以接受TV信号的液晶显示器)和照明市场的启动,国内LED产值结构将发生变化。
2010-2012年LCDTV和照明将主导LED下游需求。
南京证券)
1.5LED产业政策
1.5.1关于《电子信息产业调整和振兴规划》中的LED政策
《电子信息产业调整和振兴规划》作为电子信息产业综合性应对措施的行动方案。
规划期为2009—2011年。
“规划”中提到:
(1)落实扩大内需措施。
支持国内光伏发电市场发展和LED(发光二极管)节能照明产品推广。
建立国家资金支持的重大工程配套保障协调机制,带动电子信息产品以及相关服务发展,引导国内企业互相配套。
(2)加大国家投入。
国家新增投资向电子信息产业倾斜,加大引导资金投入,实施集成电路升级、新型显示和彩电工业转型、TD-SCDMA第三代移动通信产业新跨越、数字电视电影推广、计算机提升和下一代互联网应用、软件及信息服务培育等六项重大工程,支持自主创新和技术改造项目建设。
鼓励地方对专项支持的关键领域和重点项目给予资金支持,引导社会资源投向电子信息产业领域。
加大信息技术改造传统产业的投入。
(3)加强政策扶持。
继续实施《国务院关于印发鼓励软件产业和集成电路产业发展若干政策的通知》(国发〔2000〕18号)明确的政策,抓紧研究进一步支持软件产业和集成电路产业发展的政策措施。
进一步完善并适当延长液晶等新型显示器件优惠政策。
落实数字电视产业政策,推进“三网融合”。
在高新技术企业认定工作中,根据电子信息产业发展状况适时调整认定目录和标准。
研究出台光伏发电和半导体照明推广应用的鼓励政策。
1.5.2关于《轻工业调整和振兴规划》中的LED政策
2009年2月,国务院通过轻工业调整振兴规划,规划中提出自主创新取得成效。
变频空调压缩机、新能源电池、农用新型塑料材料、新型节能环保光源等关键生产技术取得突破。
淘汰落后取得实效。
淘汰落后制浆造纸200万吨以上、低能效冰箱(含冰柜)3000万台、皮革3000万标张、含汞扣式碱锰电池90亿只、白炽灯6亿只、酒精100万吨、味精12万吨、柠檬酸5万吨的产能。
从这一政策来看,节能、环保的照明产品将继续迎来发展机遇。
在今后的几年内,随着百姓认知度的提升和行业市场的不断完善,国内节能灯生产企业将迎来高速发展的时代。
在振兴规划的指导下,照明企业应该多关注如何减少污染物排放、提高照明产品寿命等问题,实现社会效益和经济效益的双赢是今后照明企业的发展方向。
1.5.3《平板电视能效限定值及能效等级》
2010年7与29日,根据国家广播电视产品质量监督检验中心整机性能实验室主任吴蔚华透露,《平板电视能效限定值及能效等级》已于2010年6月30日出台,将于今年12月1日正式实施,未达标平板将面临退市。
这是官方正面提出的关于平板电视国标实施时间,标准推进进度符合预期。
实施以后,我国市场上销售的液晶电视、等离子电视将必须贴上产品待机和开机能效的标识方可销售。
作为国家级系列能源标准之一,《平板电视能效限定值及能效等级》标准是我国未来一系列和平板电视政策法规的基础,是一个部分强制性国家标准。
该标准由国家发改委和国家标准化委员会正式提出,由中国标准化研究所牵头,集合了国内主要生产企业和检测机构力量,历时几年时间,经过多方面的深入研究分析和考察权衡后,最终定稿。
该标准于2009年6月形成报批稿,并于2009年10月开始在WTO/TBT网站上公示,2010年1月5日公示期满,待国家标准委批准发布后实施。
该标准是中国第一部测量平板电视工作状态能源效率的标准,也是世界上最领先的平板电视能效标准之一
新标准将加快推升国有品牌液晶电视中LED电视的产品比例,LED液晶电视近几年发展迅速,尤其是在节约能效方面同目前市场主流的CCFL液晶电视相比,具有较大的优势。
目前全球主要的液晶电视生产厂家,包括三星,乐金以及夏普等公司都将LED液晶电视作为公司未来业务发展的重点,本土品牌包括海尔,创维、海信等也不甘其后。
预计标准实施后,国内液晶电视企业将会加快提高LED液晶电视的产品比例,充分受惠“节能惠民”政策向平板电视领域的延伸,在液晶电视领域取得竞争优势。
对LED芯片制造和封装行业而言,国内的LED芯片制造和封装企业长期受制于专利,而台湾主要LED芯片厂,封装厂以及主要液晶面板厂商,国际IDM之间的合作十分密切,订单锁定较牢。
国内的液晶电视企业基于专利、成本、交货期等多方面因素考虑,芯片采购也主要以日本和台湾进口为主。
所以,国内芯片制造和封装企业在LED液晶电视背光芯片方面仅只能很小程度的涉足部分台湾LED芯片及封装大厂委托的代工订单。
国标的实施,对于国内LED芯片制造和封装企业来讲,短期并不能带来实质性的利益。
但是从未来2-3年趋势来看,随着国内LED芯片制造和封装企业的规模逐步扩大以及工艺水平提升,部分企业获得国外专利授权预期强烈。
再加上政府政策支持和推动,国内液晶电视企业有望同国内主要的LED芯片制造及封装企业形成战略合作关系,从而使国产LED背光芯片能真正能进入电视机背光市场,使国内的LED芯片制造和封装企业真正受惠于平板电视市场的快速发展。
1.5.4“十城万盏”LED应用示范工程
2009年初,为了扩大内需,推动中国LED产业的发展,降低能源消耗,中国科技部推出“十城万盏”半导体照明应用示范城市方案,该计划涵盖北京、上海、深圳、武汉等21个国内发达城市。
为发挥科技支撑作用,促进经济平稳较快发展,着力突破制约产业转型升级的重要关键技术,推动节能减排,有效引导我国半导体照明应用的健康快速发展,扩大半导体照明市场规模,拉动消费需求,促进产业核心技术研发与创新能力的提高,迅速提升我国半导体照明产业的整体竞争力,经中国科技部研究,同意在天津市、河北省石家庄市、河北省保定市、辽宁省大连市、黑龙江省哈尔滨市、上海市、江苏省扬州市、浙江省宁波市、浙江省杭州市、福建省厦门市、福建省福州市、江西省南昌市、山东省潍坊市、河南省郑州市、湖北省武汉市、广东省深圳市、广东省东莞市、四川省成都市、四川省绵阳市、重庆市、陕西省西安市等21个城市开展半导体照明应用工程(即“十城万盏”)试点工作。
根据科技部规划,十城万盏分三阶段进行,将在2010年加码为“五十城二百万盏”,将在50个城市安装200万盏半导体示范照明,目标一年省电目标10亿度,由财政部与科技部规划对示范城市进行财政补贴。
2LED目前市场规模及前景
2.1全球LED市场受显示器背光源和照明驱动,市场规模近100亿元
光源革命催生市场规模,预计2010年全球LED市场规模可达92.7亿美元,未来三年复合增长率为54%。
其中,HBLED(高亮度发光二极管)市场规模可达80亿美元,未来3-4年年复合增长率为31%。
未来LED市场增长的动力来自于显示器和照明灯领域,二者的市场份额也将由2009年12%和17%增加至21%和53%。
图2:
全球LED市场规模
Strategiesunlimited,赛迪顾问
短期看,全球2010年LED需求受显示器背光源和照明驱动。
根据拓扑研究,2010和2011年全球LED需求为1116亿颗和1702亿颗。
LED产业有一个特别的定律:
图3:
LED颗粒样例
即每10年价格降为原来的1/10,而光效提高20倍,这使得LED的应用范围迅速扩张,从以前的指示灯、大屏幕,扩张到了灯饰、照明、广告等领域。
(1)LED在液晶电视中逐渐放量
据长江证券研究所预测2010年全球LED电视的渗透率约在19%-25%之间。
目前LED电视市场渗透受到了来自上游众多环节原材料紧缺的制约,如导光板中的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)、反射膜中的色聚酯(PET)、及用于LED磊晶基板的蓝宝石等出现紧缺的情况,但产能紧张状况有望在明年年初得以缓解。
预计2011年液晶电视渗透率可望达到45%,国内电视企业的LED产品比例也有望提升至50%。
图4:
主要液晶厂家LED液晶电视渗透率
资料来源:
长江证券研究所
图5:
LED液晶电视渗透率单位:
百万台
长江证券研究部
(2)LED的另一个重要应用领域:
照明─将是为来LED重要的市场驱动因素之一结合各国节能灯替代白炽灯进程规划和LED成本下降过程,LED照明替代传统照明的启动阶段应该是2009-2011年,快速渗透阶段应该是2012-2017年(渗透率达90%),平稳渗透阶段应该是在2018年之后。
2009年,全球用灯为341亿只,预计未来几年年复合增长率为3%。
根据爱思强的数据,2009年LED灯源渗透率为1.5%左右,预计2010年这一数据可达9%。
按照这一数据保守测算2010年度灯源市场对LED需求量为87.88亿颗,高于拓扑研究的79.19亿颗。
图6:
LED灯源市场渗透不断加深
爱思强公司报告、DIGITIMESResearch
2.2中国LED市场规模巨大,产业链结构有待优化
据南京证劵数据统计,2009年,国内L
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