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外延芯片产业LED:从百亿向千亿跨越

  2009年我国LED产业销售产值达600亿元,同比逆市增长30%以上,使我国成为全球LED产业发展最快区域之一。

  浙江省照明学会副理事长、杭州远方光电信息有限公司董事长潘建根对《浙商》记者说:"这次展会95%以上的公司是有LED产品的,而70%以上的公司展品以LED为主。我相信,十年后是LED的天下。"

  LED产业正迅速成为最热门的产业之一。2009年我国LED产业销售产值达600亿元,同比逆市增长30%以上,使我国成为全球LED产业发展最快区域之一。中国的LED市场,当前正处于从百亿量级向千亿量级的重大跨越过程之中。

  LED产业"蛋糕"快速做大

  作为一种可将电能转变为光能的半导体发光器件,LED(发光二极管)耗电仅为白炽灯的1/10,节能荧光灯的1/3,而寿命却是白炽灯的100倍。与传统光源相比,LED不使用汞、铅等容易造成污染的元素,同时还可以回收利用,是一种绿色光源。

  在打造节能环保的低碳经济的思路下,我国LED产业的"蛋糕"正快速做大。

  相关机构分析,2010年,中国LED照明产业产值将超过1500亿元,较2008年翻倍。预计最快在2015年,LED在中国照明市场的占有率将达到20%,带动产业规模达5000亿元,中国将进入全球LED照明市场前三强。

  2009年10月,国家发改委、科技部等六部委联合发布的《半导体照明节能产业发展意见》提出明确目标:到2015年,半导体照明节能产业产值年均增长率在30%左右;功能性照明达到20%左右;企业自主创新能力明显增强,上游芯片规模化生产企业3-5家;产业集中度显著提高。拥有自主品牌、较大市场影响力的骨干龙头企业10家左右;实现年节电400亿千瓦时,相当于年减排二氧化碳4000万吨。

  中上游是中国LED产业"软肋"

  目前全球初步形成以亚洲、北美、欧洲三大区域为中心的LED产业格局,以日本日亚、丰田合成、美国Cree、Lumileds和欧洲Osram为专利核心的技术竞争格局。美日企业在外延片、芯片技术、设备方面具有垄断优势,欧洲企业在应用技术领域优势突出。

  从1999年到2009年,在美国申请的LED相关专利3312件中,日本位居首位,约占50%,美国第二,占30%,中国台湾第三,为11%。

  日本是全球LED产业最大生产国,约占据50%市场份额,其动向几乎是LED行业的指针。中国台湾LED产业的营收占全球营收额的17%,仅次于日本,领先于韩国、欧洲及美国。台湾是全球消费电子产品生产基地,也是全球第一大LED下游封装及中游芯片生产地。我国台湾地区和大陆主要侧重发展封装和组装环节,产量占据世界第一,产值位居全球第二。

  LED产业链主要包括四个部分:LED外延片生长、芯片制造、器件封装和产品应用,此外还包括相关配套产业。产业链结构如下图所示:

  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%。与之相匹配的是,LED产业链从上游到下游行业的进入门槛逐步降低。

  制造LED芯片所用的衬底材料通常是高质量的蓝宝石或碳化硅、GaAs(砷化镓),是外延生长出各种复合半导体的晶种。当前,在GaAs衬底上生长AlInGaP是一项相对成熟的技术,预计未来GaAs衬底仍会是衬底材料可靠的选择。而蓝宝石衬底由于在大尺寸衬底上良好的性能,随着厂商不断努力向大尺寸衬底工艺发展,将逐步占据更大比重。

  外延片生长是LED制造的关键技术,目前普遍采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法实现。目前全球MOCVD的主要制造厂家为德国的AIXTRON公司和美国的VEECO公司,前者约占60%-70%的国际市场份额,后者占据30%-40%,日本NipponSanso生产的设备基本限于日本国内销售。

  外延生长完成后,中游芯片设计和加工厂商根据LED性能需求进行器件结构和工艺设计,通过外延片扩散、金属镀膜,再进行光刻、热处理,形成金属电极;再将基板磨薄抛光后,切割为细小的LED芯片。

  芯片封装即将芯片粘贴并焊接导线架,经由测试、封胶后,封装成各种不同的产品。白光LED芯片还需要在密封胶内注入磷才能产生白光。原则上芯片越小、封装的技术难度越高。

  封装后产品经过测试、分选,装配进分系统供照明器材使用。照明器材(如信号灯、屏幕、商用或民用照明设备)除LED芯片外,还包括其他光学器件、LED驱动电路等。产品经过经销商销售,照明设计工程师、建筑师设计后,最终提供给终端用户使用。

  LED产业在全球已形成一套完整的产业链,中国台湾、日本、韩国的企业数量众多,主要集中在衬底、外延、芯片及封装领域。具备实力从事LED产业链上全业务的公司较少,主要是美国、日本及韩国的龙头企业。

  在国内LED产业链中,中上游的外延片和芯片环节发展是相对滞后的"软肋"。LED外延片和芯片对技术要求较高,国内在这两方面同国际先进水平还有一定差距。目前国内外延片和芯片的产量有限,从事LED外延片生产的企业仅10家左右,LED芯片生产的厂商也不多。国产LED外延材料、芯片以中低档为主,80%以上功率型LED芯片、器件依赖进口,外延片产量仅能满足封装企业需求量的20%。

  我国LED企业超过3000家,其中70%集中于下游产业,LED封装产品已达世界第一,技术水平和产品质量参差不齐。造成中国LED产业"中上游萎缩,下游膨胀"的主要原因是,目前LED的主流技术专利多为发达国家所控制,国内缺乏自主知识产权和核心技术,企业发展面临的专利风险日益加大,生产设备落后且科研成果产业化不顺畅。

  LED产业发展的三大瓶颈

  目前已投资数家LED企业的浙江华睿投资管理有限公司董事长宗佩民认为,中国LED产业还有几个障碍需要克服:

  首先,要提高LED发光效率。LED灯具想要真正进入一般消费者家庭,需要将暖白光色系的LED发光效率提升到100lm/W(流明/瓦)以上,灯具成本可以下降25%,电费成本也将比传统灯泡更具成本优势。

  其次,要解决散热问题。大功率LED对散热技术要求较高,环境温度达到一定高度时LED很快会产生光衰,导致LED寿命下降。只有解决大功率LED的散热问题,才能大面积推广大功率LED的应用。

  此外,要降低LED价格。价格是直接影响LED照明普及速度的关键因素,虽然LED灯具的总成本(包括购置成本+能源成本+维护成本+废弃物处理成本)比白炽灯和荧光灯低,但消费者仍以购置成本为选择标准,并不太在意高品质或多功能特性。

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