发光二极管LED行业深度研究报告.docx
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发光二极管LED行业深度研究报告
发光二极管(LED)行业
深度研究报告
核心观点
1、LED是半导体二极管的一种,它能将电能转化为光能,发出黄、绿、蓝等各种颜色的可见光及红外和紫外不可见光。
与小白炽灯泡及氖灯相比,它具有工作电压和电流低、可靠性高、寿命长且可方便调节发光亮度等优点。
2、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%。
3、在全球能源危机、环保要求不断提高情况下,寿命长、节能、安全、绿色环保、色彩丰富、微型化的半导体LED照明已被世界公认为一种节能环保的只要途径。
半导体灯采用发光二极管作为新光源,同样亮度下,耗电仅为普通白帜灯的1/10,使用寿命可以延长100倍。
2007年全球LED市场总额超过60亿美元,较上年增长大约13.7%,2006年到2012年间,LED全球市场的年复合增长率将达14.6%。
其中增长的主要部分是超高亮度和高亮度LEDs。
4、全球LED产业主要分布在日本、中国台湾地区、欧美、韩国和中国大陆等国家与地区。
其中日本约占据50%的份额,是全球LED产业最大生产国。
日本的日亚化学是全球最大的高亮度LED供货商,丰田合成是全球第四、日本第二大高亮度LED生产厂商。
欧美地区的欧司朗(OsramOpto)为全球第二大也是欧洲最大高亮度LED厂商。
我国台湾地区产值第二。
由于台湾是全球消费电子产品生产基地,其LED业以可见光LED为主,目前是全球第一大下游封装及中游芯片生产地。
5、我国经过30多年发展,我国LED产业已初步形成较为完整的产业链,涵盖了LED衬底、外延片、芯片封装及应用的各个环节。
目前国内现有LED企业600多家,企业主要集中在下游封装和应用领域,外延和芯片环节发展相对滞后。
国内从事LED外延片生产的企业仅10家左右,而从事LED芯片生产的厂商也不多,产能集中度较高。
6、随着发光效率、应用技术的不断提升,LED的应用已经从最初的指示灯应用转向更具发展潜力的显示屏,景观照明、背光源、汽车车灯、交通灯、照明等领域,LED应用正呈现出多样化发展趋势。
2006-2010年显示用LED销售额平均复合增长率为19.2%,景观照明销售额年均复合增长率将达到37.2%,LCD背光源用LED销售额年均复合增长率将达到31.5%。
7、国内LED企业机遇挑战并存:
2010年LED行业许多专利将逐渐到期,国内企业有望突破欧美日本巨头的知识产权枷锁,利用国内庞大的市场基础和丰富的劳动力资源,在全球LED产业占据一席之地。
8、发展LED产业符合我国倡导节能减排政策,“十一五”规划中国家将绿色照明列于十大节能工程首位。
一、LED概述
(一)LED基本原理
半导体发光二极管(LED,LingtEmittingDiode),也叫发光二极管,是一种利用半导体芯片作为发光材料、直接将电能转换为光能的发光器件,当半导体芯片两端加上正向电压,半导体中的电子和空穴发生复合从而辐射发出光子,光子透过芯片即发出光能。
LED的主要特点有:
体积小、耗电量低、使用寿命长、高亮度低热量、环保耐用等特点。
在适当的电流和电压下工作,LED的使用寿命可长达10万小时。
图1:
白枳灯、日光灯、LED照明光源比较
(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2:
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。
其中红橙黄光芯片使用四元的AlGaInP做为材料,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1:
LED分类及应用领域
2007年,全球LED市场分布中,手持设备(包括手机、PDA等)使用量最大,占整个LED应用市场的36%。
其次是渗透较早的信号指示领域,包括交通灯和仪器仪表等,占比为17%。
汽车照明占15%,大尺寸屏幕背光和普通照明均占10%,这三个行业为LED目前正在大力拓展的领域。
其他用途占12%,包括景观照明等。
图3:
2007年全球LED市场分布
(三)LED产业链
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4:
LED制造流程
资料来源:
长城证券研究所整理
单晶片为制造LED的基底,也称作衬底,多采用蓝宝石、碳化硅、GaAs、GaP为材料。
外延片为在单晶上生长多层不同厚度的单晶薄膜,如AlGaAs、AlGaInP、GaInN等,用以实现不同颜色或波长的LED。
常见的外延方法有液相外延法(LPE)、气相外延法(VPE)以及金属有机化学汽相沉积(MOCVD)等,其中VPE和LPE技术都已相当成熟,可用来生长一般亮度LED。
而生长高亮度LED必须采用MOCVD方法。
目前全球MOVCD的主要制造厂家为德国的AIXTRON公司和美国VEECO公司,前者约占60%~70%的国际市场份额,后者占据30%~40%。
日本厂家生产的设备基本限于日本国内销售。
中游主要是芯片设计和加工。
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。
下游包括LED芯片的封装测试和应用。
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封装技术是从半导体分立器件的封装技术基础上发展而来。
目前LED产品的封装类型主要有Lamp型、插入式(ThroughHole)、表面安装型(SMD)、直接粘接式(DirectBonding)等。
其中SMD型LED体积比其它传统型LED小,因此SMD型主要用于手机屏幕背光源及手机按键,受手机需求影响较大。
表2:
LED封装类别
二、全球LED产业状况
(一)全球LED产业概况
2007年全球LED市场总额超过60亿美元,较上年增长大约13.7%。
根据isuppli公司的报告预测,2006年到2012年间,LED全球市场的年复合增长率将达14.6%。
其中增长的主要部分是超高亮度和高亮度LEDs。
Isuppli预计到2012年LED市场总额将达到123亿美元,其中超高亮度LEDs将占据LED总体收入的31%。
全球LED产业主要分布在日本、中国台湾地区、欧美、韩国和中国大陆等国家与地区。
其中日本约占据50%的份额,是全球LED产业最大生产国,其动向几乎为LED行业的指针。
日本的日亚化学(Nichia)是全球最大的高亮度LED供货商,丰田合成(ToyodaGosei)是全球第四、日本第二大高亮度LED生产厂商。
欧美地区的欧司朗(OsramOpto)为全球第二大也是欧洲最大高亮度LED厂商。
我国台湾地区产值第二。
由于台湾是全球消费电子产品生产基地,其LED业以可见光LED为主,目前是全球第一大下游封装及中游芯片生产地。
(二)全球LED应用领域比重
2006年到2008年LED的成长来源主要是手机背光源、汽车照明、特殊照明(如景观照明、LED显示屏、交通信号灯等)及15寸以下液晶面板的背光源,液晶显示器和液晶电视(LCD)面板的背光源在2008年出现大规模量产。
据StrategiesUnlimited统计,2007年全球LED照明市场猛增60%,达到3.3亿美元。
该公司预计2012年该市场总额将达14亿美元。
(三)全球LED价格走向
日本LED厂商供应的白光LED价格已从2000年的每颗105日元(约1美元),下降到2005年的44日元(不到0.5美元),蓝光LED价格从2000年的每颗92日元跌至2005年的17日元。
图4:
日本LED供应商价格变化(单位:
日元/颗)
2004年台湾厂商生产的蓝光LED价格跌幅达到30%,04年底蓝光LED价格已跌至新台币0.6-0.8元,2005年蓝光LED的价格跌势趋缓,全年跌幅在15%。
2004年台湾白光LED价格跌幅在30%以内,04年底的平均报价在新台币2.5-3元,由于台湾厂商积极进入白光LED领域,2005年价格跌幅仍将达到约30%。
图5:
台湾白光和蓝光LED价格走势(单位:
新台币/颗)
导致价格持续走低的原因,主要是由于上游设备供应商MOCVD外延炉容量的不断扩大导致LED外延生产商的单位生产成本下降。
从2003年以来,全球两大MOCVD设备厂商(美国的VEECO和德国的AIXTRON)的主流设备从2003年的6-8片机、2004年的12片机、2005年的15片机、2006年的21-24片机。
在同样原材料的情况下,每个外延片的成本大幅度下降。
目前按主流设备的容量为24-30片左右,比2003年增加3倍以上。
(四)全球LED厂商分布
1、全球供应国和地区
日本凭借在高亮度蓝光和白光LED的专利技术优势,在全球高亮度LED市场居于领导地位,市场占有率达到50%。
台湾在全球LED的产值排名第二,市场占有率约24%,台湾以低价策略逐渐威胁到日本的领导地位,基本占据了全球中低端LED的绝大部分市场。
其他地区,比如韩国和中国大陆,由于MOCVD的相继投产,也带动产能的释放,出现增长。
图6:
全球LED供应国和地区分布
图7:
2006年全球蓝光芯片产能分布
2、全球LED供应厂商
全球主要LED厂商所处产业链的分布
图8:
全球LED上、中、下游供应商
全球五大厂商
全球LED高端市场由五大厂商Cree、Lumileds、Nichina(日亚)、Osram和Toyoda(丰田合成)所控制。
五大厂商在全球高亮度LED的市场占有率超过50%。
美国Cree以生产SiC基蓝光LED芯片闻名,美国Lumileds在大功率LED封装产品技术上领先,日本日亚是全球GaN蓝光LED和白光LED技术的领导者,德国欧司朗光电拥有白光LED专利荧光粉的技术,日本丰田合成与日亚一样同样为GaN蓝光LED的先驱。
图9:
全球高端LED五大厂商
台湾厂商
目前台湾蓝光LED产能占全球的35%。
随着四元化合物InGaAIPLED及传统LED价格滑落,日商逐渐退出低端市场,而台湾厂商乘机占有全球四元化合物InGaAIPLED市场,四元LED产能达到全球的80%。
台湾生产的GaN和InGaAIPLED单价较低,产品属于中低端,台湾LED产值只占到全球市场的24%左右。
台湾LED上游企业以晶电、元坤、华上、璨圆四家企业为主,其中2005年晶元光电合并国联后,一举成为全球第六大LED厂商,紧随五大厂商之后,新晶电的四元InGaAIP红橙黄光LED产能全球第一,GaN蓝光LED产能全球第四,2004年度合并销售收入达到1.8亿美元。
元坤合并联诠后蓝光LED产能也进入全球前五名。
台湾LED中游企业以光磊、鼎元为主,其中光磊与日亚合作,由日亚提供外延片,光磊生产蓝光LED芯片。
下游封装企业主要有光宝、亿光、宏齐、佰鸿等,光宝为台湾第一大LED风阻昂企业,2004男封装产值在世界排名第八位。
图10:
台湾LED上游企业产能
全球LED供应厂商市场占有率
据StrategiesUnlimited2005年11月公布的全球高亮度LED供应商分析报告,目前全球能够提供高亮度LED的企业数量超过100家,大公司继续占据市场主导地位。
在全球48家高亮度LED封装企业中,前五大厂商在2005年的市场占有率超过50%,前大家企业的市场份额约占四分之三。
图11:
2005年全球前十大封装厂商市场占有情况
排名
公司
销售额(百万美元)
全球市场占有率
1
日亚Nichia
960
20.3%
2
西铁城Citizen
519
11.0%
3
欧司朗Osram
443
9.4%
4
安捷伦Agilent
316
6.7%
5
夏普Sharp
281
5.9%
6
Cree
268
5.7%
7
Stanley
255
5.4%
8
台湾光宝Lite-On
228
4.8%
9
Vishay
211
4.5%
10
日本罗姆Rohm
200
4.2%
资料来源:
iSuppliJapan,中投证券研究所
(五)全球LED专利竞争
市场的不断扩大,国际上相当重视LED知识产权的保护和测试标准的制订,主要厂商利用专利优势,企图通过设置专利壁垒和制订行业标准来控制市场。
日本和欧美企业盘踞产业高端,手中握有大量专利,新兴地区如台湾、韩国企业不断遭遇日本及欧美公司的专利诉讼,处于被动局面。
日本的日亚化学公司在2002年前,凭着其十年来研发取得的涵盖LED结构、外延、封装和工艺以及荧光粉等相关原材料的专利权,在LED市场拥有相当的垄断地位。
预计全球LED领域的产品、技术的竞争将随着市场的扩大而更为激烈。
不过由于20年专利期限将到,许多LED专利的将于2010年逐渐失效。
届时原有的产业专利结构将出现较大调整。
新兴厂商有望获得新的发展契机。
现在持有大量专利技术的LED大厂纷纷展开相互授权的方式来规避专利问题,并利用原有的规模优势,大力开发新的专利技术。
因此对于新兴业者如国内LED厂商而言,专利到期既是机遇又是挑战。
国内拥有外延、LED芯片设计和制造等上游技术能力的厂商,更有希望抓住机遇,在外延衬底及芯片技术上取得突破,扭转不利的专业格局,成为LED产业新一波重组趋势的受益者。
(六)全球照明节能政策
相同亮度下LED耗电仅为白炽灯的1/8,节能灯的1/2,寿命更能延长近100倍,可达10万小时;若普通照明全部采用LED灯,我国每年可节约用电近千亿度,相当于一个三峡工程的发电量。
此外,LED中不含汞、铅等有害元素,光线中不含紫外线和红外线,对人体无害。
欧盟著名的三大电子产品环保法令对电子产品的环保性做出了硬性规定。
《报废电子电器设备指令》(WEEE)于2005年8月正式实施,目的是减少电器废弃量,增加废旧电器的再生使用,改善环境。
《关于制定用能产品环保设计要求框架指令》(EuP)是2005年7月22日发布并于发布之日起20天后生效。
该指令覆盖范围广泛,欧盟委员会将根据EuP指令陆续对诸如供暖及热水设备、电动马达系统、家具及商业场所照明系统、家用及办公室用办公设备、个人电子产品等用能产品制订具体的实施措施。
《关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分的指令》(RoHS)已于2006年7月正式开始实施,主要目的在于消除电子电机产品中的铅、水银(汞)、镉、六价铬、多溴联苯(PBB)和多溴二苯醚(PBDE)共六项物质;根据RoHS指令,含有铅的普通照明光源(如荧光照明)将于2011年停止使用。
此外,2005年2月全球149个国际和地区通过的《京都议定书》开始生效,其目标是在2008年至2012年间将已开发国家的二氧化碳、甲烷、一氧化氮等六种温室气体排放量在1990年的基础上平均削减5.2%。
LED灯不含铅和汞等有害物质,无频闪,属于绿色光源;并且采用LED照明可大幅减少电力需求,进一步减少温室气体排放。
随着全球节能环保意识的加强,节能减排的议题不断强化。
世界很多国家和地区纷纷出台政策,扶持半导体照明产业的发展。
环保节能的LED产业将大放异彩。
三、国内LED产业状况
(一)国内LED产业发展现状
我国第一只LED是1969年由中科院长春物理所(现中科院长春光学精密机械与物理研究所)研制成功的GaAsP红色LED。
我国功率型LED的发展,则经历了进口器件销售—进口管芯封装(1998年前100%进口)—进口外延片制管、封装—自主生产四个阶段。
1999年至2003年,我国LED产值的年均增长率为30%。
2003年至2007年,LED器件产值年均增速提高到33.4%,到2007年已经突破了300亿元。
图1:
我国LED器件产值(单位:
亿元)
上游外延片生产和芯片制造环节技术要求较高,在大陆发展较迟,但增长迅速。
2007年,我国LED芯片业实现产量380亿粒,产值15亿元。
2003年至2007年,LED芯片产量复合增长率58.48%,芯片产值复合增长率44.29%,均呈现出快速增长的势头。
图2:
我国LED芯片产量
下游封装行业技术壁垒较低,技术投资适中,进入相对容易,目前我国具有一定规模的LED封装的企业有600多家,总量则在1000家以上,数量众多,规模偏小。
较大的有佛山国星、富阳新颖、宁波和普、深圳量子光电、厦门华联电子和福日科光等。
2007年,我国LED封装业实现销售额168亿元,实现封装产量820亿粒。
2000年至2007年7年间,封装销售额复合增长率达到27%,封装产量复合增长率达到38%。
LED封装行业增速不如芯片,主要是前期发展已经较为充分,基数高,而芯片制造发展阶段在封装之后。
图3:
我国LED封装行业规模变化
(二)国内LED产业地区分布
我国LED产业的地区分布较为集中,基本都分布在长三角、珠三角、江西及福建、环渤海湾等地区,其中上海、南昌、厦门和大连是国家首批制定的LED生产制造基地。
长三角地区,主要企业有上海兰宝光电(GaN外延、芯片)、上海蓝光(GaN外延、芯片),上海金桥大晨(红黄芯片、封装),上海南北机械、上海小糸车灯(汽车应用)、上海三思(显示屏)、江苏镇江奥雷(GaN芯片、封装)、浙江富阳新颖电子(封装、应用)、浙江宁波和普(封装)等。
珠三角地区,主要企业有广州普光(外延、芯片)、深圳方大国科(GaN外延、芯片)、深圳量子光电(封装)、深圳海洋王(应用)、深圳嘉伟实业(太阳能半导体照明应用)、佛山国星光电(封装、应用)、惠州德赛光电(显示屏)等。
江西及福建地区,主要企业有江西福科(GaN外延)、江西联创光电(GaN外延、芯片、封装、应用)、欣磊光电(芯片)、厦门三安电子(GaN外延、芯片)、厦门华联电子(封装、应用)、福日科光(封装、应用)等。
环渤海湾地区,主要企业有大连路美(GaN外延、芯片)、大连路明(荧光粉)、北京有研稀土(荧光粉)、北京睿源(GaN功率型芯片)、廊坊鑫谷光电(封装、应用)等。
在研发方面,以中科院半导体所、物理所、北京大学、清华大学、信息产业部13所等科研院所为代表,从“九五”开始积极介入第三代半导体材料氮化镓(GaN)LED领域的研发,并在“九五”、“十五”期间逐步将技术成果进行转化,如中科院半导体所和深圳方大、福日电子,物理所和上海兰宝,北京大学和上海蓝光,清华大学和山东英克莱,13所和厦门三安。
(三)国内LED重点厂商情况
我国现有LED企业600多家,企业主要集中在下游封装和应用领域,国内从事LED上游外延片和中游芯片的企业大约在10余家,主要企业有厦门三安电子、大连路美芯片、深圳方大国科、上海蓝光、士兰明芯等。
国内从事下游封装的企业主要有佛山国星光电、宁波爱米达、厦门华联、深圳超亮等20家。
表1:
我国LED行业主要企业
表2:
2006年中国主要LED厂商投资情况
(四)国内LED技术发展现状
我国LED科研起步较早,几乎不落后于韩国和台湾,目前的研究水平也较高。
但产业发展较慢,无论是从技术上,还是从产值和应用上,都比国外要慢一拍。
我国白光LED显色指数已经超过80,发过来效率比韩国和台湾差一些,但也达到60~68lm/w。
表3:
国内外功率型白光LED技术指标对比(2007年12月)
我国LED芯片的国产化率仍然较低,07年底综合国产化率不到50%。
其中四元LED和GaNLED国产化率较低,生产高端的蓝绿光GaNLED只有35%。
表4:
2007年度国内LED产量、芯片产量及芯片国产率
从主要应用市场的情况来看,我国LED产业仍然处于较低的水平。
交通信号灯和景观照明合计占LED应用市场80%左右,是两块最大的市场。
汽车用照明占比较少,手机背光几乎没有,更大尺寸的笔记本背光和液晶显示器液晶电视背光还不能生产,更谈不上普通照明。
表5:
2007年中国LED主要应用市场规模
表6:
2008年一季度中国LED主要应用市场规模
从中我们仍然可以看到,交通信号灯已经趋于平稳,景观照明步入稳步增长,而代表更高端照明的汽车用照明和室内装饰照明步入快速增长的阶段,占LED市场应用的比重也在稳步提高。
但这两个领域和台湾同类企业和日韩欧美等LED先进地区相比,仍然处于较低端的位置。
再往上发展,就是手机背光等小尺寸屏幕领域,台湾已经发展得非常充分,并有产能过剩之虞,空间不大。
(五)国内LED未来产能预测
LED产业越往上游,技术含量越高,投资需求也越大。
最后端的应用产品投资只有数十万上百万,上游的外延片制造则在6000万以上,GaN基板的外延片更需要上亿元。
表7:
LED各产业链投资规模需求
据不完全统计,2007年国内半导体照明产业相关新增投资近40亿元,而规划中的投资则超过150亿以上。
新增投资主要集中在外延片生,根据国内各厂的商投资计划,2008年预计将新增MOCVD超过40台,我国外延芯片产能规模将有非常大的提升。
目前我国LED外延片主要生产企业有厦门三安、大连路美、上海兰光、厦门乾兆、士兰明芯、上海蓝宝和方大国科等。
厦门三安今年新购入MOCVD4台,目前一台已经可以正常生产,一台试生产,还有一台正在安装,其余企业很多也有扩产计划,同时还有不少新进入者购买MOCVD,每家数量在3~5台。
图3:
我国主要外延片生产企业MOCVD数量
图4:
我国主要外延片生产企业产能(万片)
随着LED芯片生产企业的不断增多,中国LED芯片产值的增长速度一直快于封装环节,这导致芯片产值在中国LED产值中所占比重不断提升。
芯片产值在整体产业产值中的比重已经由2002年的5.4%上升至2006年的11.3%。
由此可见,中国LED产业结构正在由较低端的封装转向附加值更高,更具核心价值的芯片环节。
看好高亮度LED芯片市场的发展前景,在很长一段时间内,企业仍将会把投资重点放在高亮度芯片的生产上,这将带动中国高亮度芯片产业持续保持快速增长的势头。
赛迪顾问预计,2008年高
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