LED外延片及芯片(LED行业核心部件)行业概况

• 1 LED行业基本情况 行业基本情况 • LED（Light Emitting Diode），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。
• 四、LED外延片、芯片生产企业毛利率约 外延片、 外延片 为40% • 目前 LED 上游外延片及芯片制造的毛利率 水平普遍在40%以上，个别优势企业甚至 超过50%，中游封装和下游应用领域的技 术含量相对较低，但毛利率仍能达到30%。
名词解释
• • • • • • • • • • • LED：Light Emitting Diode，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。 HB LED：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-organic Chemical Vapor ： DePosition)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： 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）。 LCD TV：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（Organic Light-Emitting Diode），又称为有机电 ： 激光显示（Organic Electroluminesence Display, OELD），OLED屏幕具备 许多LCD不可比拟的优势。 AMOLED: （Active Matrix/Organic Light Emitting Diode）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。
• 三、我国的LED 芯片相对薄弱但芯片企业稳步增 我国的 加 • 从芯片的制造流程可以看到，其成本的大部分为 外延片的生产，其它部分的加工以及封装成本较 少仅占到30%。 • 目前我国的 LED 芯片制造成本虽然相对外资产品 较低，但在外延片技术上的投入比例依然很大， 并没有摆脱各国的共性。不过随着外延片生产技 术和工艺的提升，我国LED 芯片的制造成本有望 继续降低。 • 据LED 产业研究机构LEDinside 统计，至2009年 8月，中国大陆现存LED 芯片生产企业达62个， 近几年呈快速上涨的势头。
• 二、LED外延片主要生产技术：MOCVD被国外 外延片主要生产技术： 外延片主要生产技术 被国外 垄断， 垄断，国内生产企业需高额进口 • 目前LED外延片生长技术主要采用有机金属化学 气相沉积方法（MOCVD），其供给由国际巨头 爱思强（德国）、维易科（美国）以及日本酸素 垄断。目前，国内所有生产LED外延片、芯片的 企业均需从国外高额进口MOCVD设备，而此类 设备每台约需1500万元，购置成本约占整个LED 1500 LED 生产线成本的2/3。 • 2010年1月，国产LED MOCVD设备在广东昭信 半导体装备制造有限公司成功下线。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。
1.1 LED发展阶段 LED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 LED LED 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。
1.3 LED特点 LED特点
• （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。
LED外延片及芯片（LED行业 LED外延片及芯片（LED行业 外延片及芯片 核心部件） 核心部件）行业概况
安溪陈利学校 2011-11-27 2011-11-
• 一、LED外延片、芯片是整个 外延片、 外延片 芯片是整个LED产业链 产业链 的上游部分，约占LED行业利润 行业利润70% 的上游部分，约占 行业利润 • 外延片、芯片、等核心器件是 LED 行业中 技术层次最高，代表行业发展水平的重要 部分，是整个LED产业链的上游部分。其制 造技术的发展水平直接决定了LED 行业的 产业结构和市场地位。具有技术优势的国 家如美国、日本等在核心器件的原材料生 产和器件设计上均处于世界领先水平，可 见其地位在LED 行业发展中十分重要。在 LED利润分布中占约70%
1.2 常见LED分类 常见LED分类
• （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）。
1.4 LED产业结构 LED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
1.4 LED产业结构 LED产业结构
• 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)、OSRAM Opto Semicondutors（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。
1.1 LED发展阶段 LED发展阶段
• 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）
1.3 LED特点 LED特点
• （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Biblioteka Baidu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。
1.2 常见LED分类 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。