2018年-2018年LED行业简要分析报告

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目录

一、LED概述

（一）LED基本原理

半导体发光二极管（LED，Light Emitting Diode），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。

表1：LED特点特点

（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

1、核心设备

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4 MOCVD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。1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（Toyoda Gosei）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

2、原材料：

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。

?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

2

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。

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

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(SMD

LED)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

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 3528 SMD 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5 LED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，尽管受到金融危机影响，2008年全球LED市场增长率较2007年有所下降，但与其他电子器件及集成电路产品市场的个位数甚至负增长相比，仍然保持了两位数以上的快速增长。未来随着高亮度LED在景观照明、汽车车灯、大尺寸LCD背光源、LED路灯等应用领域的驱动下，市场还将加速成长。

图6 全球LED产业发展趋势

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（Toyoda Gosei）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（Osram Opto）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Strategies Unlimited统计，2007 年全球LED 照明市场猛增60%，达到亿美元。

该公司预计2012 年该市场总额将达14亿美元。

图7 2008年全球LED应用领域比重

（三）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。

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封装企业。

（四）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。

图10 2008-2009年专利授权关系图

不过由于20年专利期限将到，许多LED 专利的将于2010年起逐渐失效。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。