半导体照明产品市场调研报告.doc
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1、半导体照明产品市场调研报告国家电光源研究所概述LED诞生于上世纪六十年代,当时的LED只能发红光,光效为0.1 lm/W,唯一的用途是指示灯。六十年代末到七十年代,随着材料研究的进展,出现了绿光、黄光和橙色光LED,光效也提高到1 lm/W,LED的应用进入显示领域。八十年代初期开发出了光效10 lm/W的红光和黄光LED,使其应用除显示外还涉及到汽车高位刹车灯。九十年代,材料技术、芯片技术和封装技术的进一步发展,使LED的光效不断提高,出现了高亮度红光、黄光、绿光、蓝光等LED,LED显示屏能够显示全彩、全运动的视频图像。九十年代后期,研制出通过蓝光激发YAG荧光粉产生白光的LED,使LED
2、进入照明领域成为可能。早期白光LED的光效只有5 lm/W左右,经过十几年的发展,目前白光LED产品的光效普遍在3070 lm/W左右,显色指数普遍在6085,在景观照明、显示屏、手机及数码相机等小尺寸LCD背光源、信号灯、指示灯、标识牌、汽车刹车灯和车内灯、局部照明等领域得到了广泛应用,近两年开始涉足道路照明、厂房照明、商业照明、室内照明、大尺寸LCD背光源和汽车前照灯等领域,并且发展速度很快。我国的LED照明产业起步于本世纪初,随着国际LED照明技术和产业的发展而不断进步。高亮外延片生长和芯片制造产业的技术水平和生产能力每年都有较大提高;封装技术紧随国际水平;LED照明应用产品的种类和应用
3、领域不断扩大,走在世界的前列。在产业快速发展的同时,产业结构也在不断优化。 我国照明LED产业的特点照明LED产业包括外延片生长和芯片制造产业、白光LED封装及配套原材料产业和LED照明产品制造产业,我国目前已初步形成较完善的照明LED产业链。1.1 外延片生长和芯片制造产业的特点在照明LED产业链中,外延片生长和芯片制造产业属于技术、资本密集型产业,工艺技术难度大,需要的投资大。目前我国的外延片生长和芯片制造产业缺乏核心技术和技术人才,并且受制于国外专利。企业的研发力量不足,一些企业依托科研机构开展产、学、研合作,这种合作形式一方面使研究的方向性明确、针对性强,能够有的放矢地解决产品发展中存
4、在的问题;另一方面可以尽快将研究成果转化为具有竞争力的产品,以更快的促进产业升级。合作的双方能够相互促进,并且企业具有可持续技术储备和可持续发展基础。单纯靠引进技术发展生产的企业往往缺乏后续发展力量,容易丧失竞争能力。近几年我国的科研机构每年在外延片生长和芯片制造技术领域的许多方面都有突破,但一般仅涉及该产业链中某一环节,虽然在国内先进,但往往并不是国际先进水平。可是不少取得研究成果的机构急于将自己掌握的技术产业化,产业化是需要时间的,而且单一项目实施产业化其规模不一定能做大,往往是一项技术产业化后,并没能促进相关环节的技术进步,反而因为国际上相关技术的发展已经使该项技术处于落后状态,其价值并
5、没有在产业中体现出来,造成技术资源分散,各自为战,产业化效率非常低的局面。虽然很多人都认识到应通过合作或整合来提高技术资源和资金的有效利用率,形成产业的规模效益,但受地区经济利益驱使,企业之间基本上是互相封闭。随着产业的发展,企业之间竞争的加剧,很多企业急功近利,阻碍了该产业技术水平的进一步提高。我国生产的LED芯片在内量子效率和出光效率、抗光衰能力、抗漏电能力以及品质控制水平等等方面与国际先进水平相比仍有较大差距,产品整体处于中、低档水平,还不能大规模应用于中、大尺寸LCD背光照明和普通照明等高端应用领域。高光效、高可靠性的LED应用产品所用的外延芯片绝大部分依赖进口,高光效的功率型芯片目前
6、国内尚无厂家能够提供,芯片产业的整体技术水平和国际先进水平相比有较大差距。但国产大功率LED芯片的性能增长很快,比如光效,2005年,使用国产芯片封装的白光LED的光效在350 mA电流下只有2025 lm/W。现在,国产芯片封装的白光LED的光效在相同电流下已达到了8090 lm/W。我国外延片生长和芯片制造产业的整体规模增长也很快。2002年我国所需的LED芯片完全依赖进口,但到2003年国产芯片就占了总需求的5%,并且这一比例每年还在持续增长,到2008年,国产芯片已经能满足国内49%的市场需求,今年到6月份LED芯片(GaN和AlGaInP)出货量已经达到460亿只。芯片产能的增加一方
7、面因为国内企业所购买的MOCVD设备经过安装调试,陆续投入生产;另一方面也由于台湾厂商将部分芯片产能向大陆转移或台湾相关人员在大陆投资建厂,加快了国内芯片产能的提高。另外,随着台湾外延片生产商对我国出口量的增加,国内部分厂商转而采用进口外延片来进行芯片批量生产,也在一定程度上提高了芯片的产量。但总的来说,我国的LED芯片产业还处于起步阶段,产能较低,全国近30家芯片企业的总产量仅相当于国际排名前十位的企业一家的产量。而且我国生产的芯片主要是小功率GaN芯片,功率型芯片的产能还较低,可提供的产品只能满足不到15%的需求量。总之,我国的外延片和芯片制造企业一方面在努力追赶国外先进技术,另一方面在不
8、断扩大产能,处于产业发展的初期阶段。1.2 封装产业的特点我国照明LED封装产业的技术水平和国际水平有一定的差距,但提高很快;产能很大,并且增长迅速,在国际上有较强的竞争争能力。照明LED封装既有电参数又有光参数的设计及技术要求,而且生产工艺要求也较高,是具有一定技术含量的产业。我国的LED封装企业数量多、规模小,一些有规模的企业基本上都是引进国内外的生产设备,这些设备大都不属于国际一流水平,而且企业在产品封装上的研发能力有限,投入的研发力量也不足,很多企业甚至不具备研发能力,仅仅是跟踪、模仿现有产品,而且大多数小规模企业的封装自动化水平不高,因此我国的LED封装技术,特别是功率LED封装和非
9、标准特种器件封装技术与国外水平相比还有一定的差距,封装产业仅是依靠价格优势和快速的市场适应能力占据了全球的中低端市场,缺乏品牌战略,技术进步和生产质量的提高主要依赖于固定资产的更新,企业自主技术创新能力相对较弱。近几年,随着国外LED封装企业向国内的转移,国内LED封装产业无论是在技术上还是在产量上都得到了快速提升,竞争优势明显加强。但随着利润的下降和竞争的加剧,国外的白光LED封装技术和大功率LED封装散热技术等专利、企业规模、封装企业与传统照明和应用领域企业之间关于应用市场方面的沟通、关键封装原材料的性能、高端芯片的进口成为制约我国LED封装企业发展的主要原因。我国封装企业生产的LED产品
10、在封装结构、出光效率、出光均匀性、散热、抗光衰能力、输入功率、显色指数、与最终应用结构匹配等方面还存在不足,相当一部分产品处于中、低档水平,高档产品产量相对较小,主要是中、小功率产品和少量的大功率产品,但其性能接近国际先进水平。目前我国已可封装各种形式的LED产品,如直插式LED、表面贴装式LED、顶部发光LED、侧发光LED、大功率LED和覆晶LED等。封装企业大部分均可封装AlGaInP超高亮度红、橙、黄色LED,部分实力较强的企业可以封装需要一定投入和技术支持的GaN基蓝、绿色及白光LED。一些具有实力的封装企业,在改进封装结构、提高散热性能、提高出光效率、提高抗光衰性能等方面投入了较大
11、的研发力量,取得很好效果,现可批量封装1W白光LED,其发光效率(初始光效)超过了100 lm/W,热阻可控制在10/W以内。我国封装产品的应用领域主要涉及手机及数码相机等小尺寸LCD背光源、建筑景观照明和装饰照明、信号指示等,只有少数产品可用于普通照明、高质量显示屏和中、大尺寸LCD背光照明等高端应用领域,高质量LED封装产品主要以进口为主。随着LED外延芯片技术、封装和应用技术的快速发展,以及政府的政策引导和用户认知度的提高,我国照明LED封装产业的规模发展很快,近几年每年的产量增长都在10%以上。1.3 LED照明产品制造产业的特点LED照明产品制造主要指灯具设计,其技术含量体现在系统设
12、计、结构设计、散热处理以及二、三次光学设计上,技术难度相对较低;而且白光LED发光效率的不断提高和各级政府对LED照明应用的推动,也使LED照明应用领域不断扩大,因此我国下游企业的数量增长很快,产能急速扩张,企业数量在整个产业链中占近70%,但企业规模都较小,绝大多数企业主要靠低成本而不是性能优势占领市场。沿海地区的广大中小LED生产商以外贸出口为主,生产加工低附加值产品,多数出口产品是为外国企业贴牌(OEM)生产,企业之间竞争争激烈,抗风险能力较差。尽管很多国内企业都申请了专利,但大都是价值不高的实用新型专利和外观专利,主要集中在解决大功率LED散热、二次光学设计等简单的技术问题上,并不会使
13、企业具有明显的竞争争优势。应用产品多样化的特点,也使企业更多依赖经营管理的综合能力取胜,质量、成本、品牌和渠道较为重要。特别值得关注的是,随着LED逐渐应用于照明领域,传统照明行业企业进入LED应用产业的时机基本成熟,目前已有一些企业开始大规模进入LED应用产业,由于这些企业在LED照明应用技术、市场开拓等方面具有一定的优势,因此会对LED应用产品生产企业造成较大冲击。目前,我国生产的LED应用产品涵盖了背光照明、普通照明、特殊照明等所有LED照明应用领域,已成为全球太阳能LED、景观照明等应用产品最大的生产和出口国,但产品集中在中低端市场,高端产品仅占10%左右。2 LED产业规模我国半导体
14、照明产业近几年发展迅速,已经形成了较大规模,2008年LED产业总产值近700亿元。据不完全统计,2009年上半年,尽管受到全球金融危机的影响,但借国庆60周年和世博会的契机,LED产业总产值超过400亿元;随着全球经济形势好转,下半年的产值预计将会超过上半年。目前从事LED产业的人数达50万余人,研究机构20多家,企业4000多家,其中外延生长、芯片制造企业近30家,MOCVD设备120台左右,其中已经安装的生产型GaN MOCVD超过100台,生产型四元系MOCVD 20台左右;封装企业1000余家,销售额在千万元以上的企业约有100余家;下游应用企业3000余家,民营和合资企业占到企业总
15、数的75%。新的LED照明产品和应用市场不断出现,如道路照明产品和室内照明产品,产业规模不断扩大,普通照明产业领先机遇大。在应用产品种类与规模方面,我国处于国际领先行列,是全球最大的太阳能LED、景观照明等产品的生产和出口国,道路照明产品的生产和应用处于世界领先水平。2.1 芯片产业规模2008年中国芯片产值增长26%,达到19亿元,较2007年43%的增速有所降低。LED芯片产量达到415亿只,其中,高亮度LED芯片已达245亿只,同比增长16.8%,并占LED芯片总产量的59%。芯片国产化率有所提升,达到了49%。其中,GaN芯片产值11亿元,增长37%,也低于2007年的78%。2008
16、年国产小功率GaN芯片产能增加非常突出,较2007年增长45%,达到1400kk/月,而实际年产量增加34%,达到130亿只,国产率也提升到了41%。功率型GaN芯片国产化率仅接近20。我国已成为全球第三大GaN芯片生产基地,产品以中低端为主。高亮度LED芯片超过300亿只,其中蓝、绿芯片80100亿只。而2007年国内生产高亮度芯片超过210亿只,增长率为75%,其中蓝、绿芯片约为65亿只,增长率为62.5%,但仍不能满足国内市场需求,仍需大量进口。2.2 封装产业规模2008年我国LED封装产值达到185亿元,较2007年的168亿元增长10%;产量则由2007年的820亿只增加15%,达
17、到940亿只,其中高亮LED产值达到140亿元,占LED总销售额的76%。同时产品和企业结构也有较大改善,白光LED、SMD和大功率高亮度LED封装增长较快。2.3 应用产业规模2008年我国应用产品产值已超过450亿元,年增长率接近50%。建筑景观照明、LED全彩显示屏、太阳能LED、消费类电子背光、信号、指示等应用仍然是主要应用领域。其中景观装饰、显示屏、家电仪表等应用市场是国内最大的应用市场,占据了约60%左右的份额,与国际以手机背光照明为主的应用市场结构有所不同。我国的各种照明应用产品包括室内照明、室外照明、专用照明、特殊照明等产品的市场份额超过LED产品总产值的20%,2008年照明
18、LED的产值超过100亿元。其中产量较大的产品有LED射灯、灯杯,主要用于室内装饰照明、便携式照明、专用照明等,占照明LED产品产量的45%以上;自镇流LED灯占15%左右,主要用于庭院照明、普通照明和特殊照明等;直管形LED灯的产量占近5%,主要用于室内普通照明;用于道路、隧道、广场等场所照明的大功率LED灯具的产量占近10%;太阳能光伏照明LED灯具的产量占20%左右,产品大部分出口;其他产品的产量占5%左右。3 LED产业分布目前我国已初步形成珠三角、长三角、闽三角、北方地区四大半导体照明产业集群区域,全国85%以上的LED企业分布在这些地区。科技部在厦门、上海、大连、南昌、深圳、扬州和
19、石家庄批准建立了7个产业化基地。北方地区(北京、大连、天津、河北)研发机构较为集中,研发能力强,在外延芯片研发方面处于国内领先地位,但研发项目和产业联系不够密切,一些研究成果难于产业化。外延片和芯片的产能较小,中高档产品比例较大。和其他三个区域相比,封装和应用产品企业数量较少,产能也较低,小规模企业相对较少,中高端产品比例较高;闽三角地区(厦门、南昌)芯片企业数量多、规模大,台湾企业较多,外延及芯片产能大,产品以中高端为主。封装和应用产品企业的产能比北方地区大,产品覆盖高中低档应用领域;长三角地区(上海、浙江、江苏)产业配套能力强,高端应用突出,人才、资金比较集中。该地区外延生长和芯片制造以及
20、封装和应用企业数量较多、规模较大,中高端产品产能较大;珠三角地区(深圳、广州、佛山)封装和应用产业规模最大,投资活跃,小规模企业比例很大,外资企业较多。各类产品中高端产品比例较小,大多数是中低端产品。近几年,随着LED产业的发展,四大产业集群地区域的产业结构在一定程度上得到了优化,但是由于我国半导体照明产业中真正具有核心技术和国际竞争力的大企业数量很少,大多数企业是在跟踪、模仿国际上技术先进的产品,因此产品雷同程度高,导致各产业区域内的企业长期以价格竞争为主,非价格竞争不足。产业集群区域的成本优势也因为企业之间的价格战而大为削弱,集群区域内企业通过资本积累实现产品创新和技术创新的空间大大缩小,
21、一定程度上阻碍了集群区域内产业结构的进一步优化和产业的良性发展。4 LED器件性能制造白光LED器件的方法有3种,一种是用LED芯片所发光激发荧光粉,芯片和荧光粉发出的光混合形成白光,即荧光粉涂敷光转变法;另一种方法是利用红色、绿色、蓝色LED制备LED白光组件,即多色LED组合法;还有一种方法是利用多个活性层使LED直接发白光,即多量子阱法。目前已见报道的发光效率最高的白光LED和已经商业化的白光LED产品都是采用荧光粉涂敷光转变法。使用这种方法制造的白光LED光效高、色温高;如果通过改变荧光粉的成份降低色温,则光效也随之降低。4.1 光效目前量产的高端大功率高色温(6000K以上)白光LE
22、D器件的初始光效为70100 lm/W;低色温产品(3000K左右)为4070 lm/W,实验室研制的样品光效达到了130 lm/W 左右;中低端白光高色温LED器件的初始光效为4060 lm/W,低色温产品为3050 lm/W。 4.2 显色性量产的高端大功率白光LED器件的显色指数CRI为7080,个别产品的显色指数大于80,甚至能超过90;大部分产品的显色指数在5070之间。4.3 寿命在大功率白光LED中,高端产品的平均寿命可达30 00050 000h;其他大部分产品的平均寿命只有10 00030 000h左右。如果散热设计不合理,则使用寿命更短。近几年LED器件的发光效率提高很快,
23、但其在照明领域的应用还存在一些制约因素:如其所发光的安全性、效率较低、价格太高、散热问题以及由此导致的光通维持率和寿命较低等问题,应用于路灯时存在散热设计、配光设计等问题,这些问题阻碍了LED在照明领域的应用,亟需解决。5 照明LED应用领域目前照明LED成熟的应用领域主要包括:展示照明、小尺寸LCD背光照明、便携式照明、台灯、照相机闪光灯等专用照明应用。LED体积小,而且比上述应用领域通常使用的传统光源节能,因此成为非常理想的替代光源,得到了广泛应用。近两年,LED光源的性能参数提高很快,使得其照明应用领域不断扩大,其中LED光源新兴的具有发展潜力的应用领域有:道路照明、室内照明、室外照明、
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