半导体照明产业docx

  - - 10 - 半导体照明产业简明读本 一、产业概念 半导体照明也称固态照明或 LED 照明，是基于兴固态冷光源 LED〔发光二极管“Light Emitting Diode”的英文缩写〕 的照明技术。以半导体照明为主体的产业称为半导体照明产业〔亦称LED 产业〕，产业链最重要的包含四个局部：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。 LED 产业具有典型的不均衡产业链构造，一般依据原材料与衬底、外延与芯片和器件封装分为上、中、下游，虽然产业环节不多，但其涉及的技术领域广泛，技术工艺多样化， 上下游之间的差异巨大，上游环节进入壁垒大大高于下游环节。上游和中游是典型的技术或资本密集的“三高”产业：高难度、高投入、高风险，在某些环节技术难度极大、工艺精度要求极高、对技术和设备的依靠极强，而处于产业链下游的封装和应用环节壁垒较低，属于劳动密集型产业。 LED 的制作流程包括上游的单晶片衬作、外延晶片生长，中游的芯片、电极制作、切割和测试分选，以及下游 的产品封装。 上游外延工艺： 在外延炉〔目前普遍承受 MOCVD 设备〕高温度高压力无氧环境下，有机金属〔MO 源〕 和氢化物分解成原子有序地淀积在晶片的外表，成为外延 层。上游外延制造附加值最高。中游芯片工艺：中游厂商根 据 LED 元件构造的需要，先进展金属蒸镀，然后在外延晶片 上光罩蚀刻及热处理而制作 LED 两端的金属电极，接着将衬底磨薄、抛光后切割为细小的 LED 芯片，由于衬底较脆且机械加工性差，芯片切割过程的成品率为中游制作阶段的重 点。中游的最终一步是测试分选。下游封装工艺：下游是把 从中游来的芯片粘贴并焊接导线架，经由测试、封胶，然后 封装成各种不同的产品。 LED 的应用领域格外广泛，目前可大体区分为背光源、照明、电子设备、显示屏、汽车等五大领域，并不断有型应用领域消灭。 二、进展意义 半导体发光二极管〔LED〕作为第三代光源，具有很多优点：〔1〕光效率高：效率可以到达80%-90%，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线和红外线，故没有热量，没有辐射，属于典型的绿色照明光源。〔3〕能耗小：在同样亮度下耗电量仅为一般白炽灯的 1/8。〔4〕寿命长：光通量衰减到 70%的标准寿命是 10 万小时，一个 LED 灯正常状况下能够正常的使用 50 年。〔5〕牢靠耐用：没有钨丝、玻壳等简洁损坏的部件，非正常报废率很小，维护费用极为低廉。〔6〕应用灵敏：体积 小，可以平面封装，可做成点、线、面各种各样的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，工作电流在 20-70mA 之间。〔8〕绿色环保：废弃物可回收，没污染，不像荧光灯一样含有汞成分。〔9〕响应时间短：适应频繁开关以及高频运作的场合。 近年来，全球性的能源短缺和环境污染问题日渐突出， 全世界各个国家都迫切期望应用节能环保的技术。半导体 照明以其技术的先进性和产品应用的广泛性，被公认为是21 世纪最具进展前景的高技术领域之一。将来几年全球可能形 成超过1000亿美元的半导体照明应用市场，可望成为另一个兆元产业。 三、产业进呈现状 〔一〕国际产业进呈现状 近年来，半导体照明产业进展快速，美国、欧洲和亚洲 各个国家和地区纷纷乐观实施半导体照明进展打算，甚至将 半导体照明产业上升至国家战略高度进展系统部署，如美国 “半导体照明国家争论工程”、“固态照明〔SSL〕争论和进展打算”，欧洲“彩虹打算”，日本“21世纪照明”打算，韩国“光电子产业分支-GaN半导体发光打算”。 目前，LED产业在全球已形成一套完整的产业链，初步形成了以亚洲、北美、欧洲三大区域为中心的LED产业格局， 呈现出以日、美、德为产业龙头，中国台湾、韩国紧随其后， 中国大陆、马来西亚等国家和地区乐观跟进的梯队分布。其中，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；我国台湾地区和大陆主要侧重进展封装和组装环节，产量占据世界第一，产值位居全球其次。全球LED 产业最大生产国是日本，约占据50%市场占有率，其动向几乎是LED行业的指针。 技术上，日本日亚〔Nichia〕、丰田合成〔Toyoda Gosei、美国科锐〔Cree〕、飞利浦流明〔Lumileds〕和欧司朗〔Orsam〕五大巨头根本垄断了中上游外延片和芯片制造的核心技术， 他们利用其在产品和技术领域中的创优势，主要是做高附加价值产品的生产，从而垄断了高端商品市场。这五大企业在技术与产品方面各具特色。日亚化学和丰田合成在LED进展中占有主体地位，都形成了LED完整的产业链，其中日亚化学1994年第一个生产出蓝光芯片，并在蓝宝石衬底技术路线专利技术方面具有垄断优势。美国科锐公司在碳化硅衬底技术路线上形成了LED完整的产业链，在专利技术方面具有垄断优势。美国飞利浦流明公司则专注于大功率LED 的研发，在白光照明领域实力丰沛雄厚。德国欧司朗在薄膜芯片和荧光粉方面具有优势。从1999年到2023年，在美国申请的LED相关专利3312件中，日本位居首位，约占50%，美国其次，占30%，中国台湾第三，为11%。 外延片生长是 LED 制造的关键技术，目前普遍承受金属有机化学气相沉积〔MOCVD〕方法实现。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%的国际市场占有率，后者占据 30%-40%， 日本 Nippon Sanso 生产的设备根本限于日本国内销售。 依据 2023 年调研多个方面数据显示，随着这两年 LED 上游外延芯片本钱的大幅度下降，上游外延芯片、中游封装、下游应用已形成了 1:4:9 的市场规模比例。以上游外延芯片 50%， 中游封装 30%，下游应用 20%的自身利润率计算，在整个LED 产业链的利润安排中，LED 上游外延芯片仅占 14%，中游封装占 34%，下游应用则占了 52%，超过了一半。 〔二〕我国产业进呈现状 我国于 2023 年真正开始启动了“国家半导体照明工程”打算。 2023 年又启动了“半导体照明工程产业化技术开发 ”重大工程。2023 年初，“高效率节约能源、长寿命的半导体照明产品”的研发 被 列入 《 国家 中 长期 科学和 技 术发 展规划 纲要 〔2023-2023〕》中的第一重点领域〔能源〕的第一优先主题 〔工业节能〕。2023 年，科技部在天津、石家庄等21 个城市启动“十城万盏”半导体照明应用工程试点工作。2023 年 10 月，国家发改委等 6 部门出台《半导体节能产业进展意见》。 2023 年 9 月，国务院常务会议审议并原则通过《国务院关于加快培育和进展战略性兴产业的打算》，半导体照明材料 成为材料领域努力实现快速安康进展的战略性兴产业 之一。 经过近年快速进展，我国在 LED 外延材料、芯片制造、器件封装、荧光粉等方面均已显现具有自主技术产权的单元技术，局部核心技术具有原创性，初步形成了包括 LED 外延片生产、LED 芯片生产、LED 器件封装以及 LED 应用在内的完整的产业链。尤其在封装领域取得了大的进展与进步， 生产的 LED 封装器件已能够很好的满足如显示屏、光源模块、路灯、筒灯等半导体应用热点领域的国内需求，特别是直插式 LED 器件、SMD 器件性能与国外差距很小，且这些封装构造专利渐渐失效，削减了国内企业进入国际市场的障碍。在产业集聚上已初步形成了珠江三角洲、长江三角洲、北方地区、闵三角地区四大区域，每一区域都形成了比较完整的产业链， 85%以上的 LED 企业分布在以上四大区域。同时国家半导体照明工程批准上海、厦门、大连、南昌、深圳、扬州和石家庄为 7 大产业化基地。 2023 年，我国成为全世界半导体照明产业进展最快的区域，其中外延芯片和照明应用产品的进展最为突出，在国际 半导体照明产业体系的地位和影响大幅度提升。 2023 年，在芯片市场供货偏紧和各地政策支持力度加大的背景下，我国外延芯片企业产能扩大快速，MOCVD 设备定货量占到全球设备订单的 1/3。据统计，2023 年我国已经 到厂安装的 GaN MOCVD 超过 270 台，四元系 MOCVD 30 台左右，MOCVD 设备总数到达 300 台。全国 40 多家外延芯片企业在将来 3 年的设备购进打算超过 1000 台。 2023 年，我国芯片产值到达 50 亿元，较 2023 年的 23 亿实现倍增。2023 年国产 GaN 芯片产能增加最为突出，较2023 年增长 150%，到达 5600kk/月，实际年产量到达 390 亿只，国产率也提升到了 65%。国产芯片的性能得到较大提升，在显示屏、景观照明、信号灯等市场领域已经占据主流 地位，在照明、中小尺寸背光等应用领域也逐步获得认可。 2023 年，我国LED 封装产值到达 250 亿元，较2023 年的 204 亿元增长 23%；产量则由2023 年的 1056 亿只增加到1335 亿只，其中高亮LED 产值到达 230 亿元，占LED 总销售额的 90%以上。从产品和企业构造来看，SMD 和大功率LED 封装增长较为显著，成为 LED 封装的主要扩产方向。但就总量来看，SMD 所占比例相比台湾地区照旧偏低。 LED 产量芯片产量芯片国产率表 1 2023 LED 产量 芯片产量 芯片国产率 种类 〔亿只〕 〔亿只〕 〔%〕 GaN LED 600 390 65% 四元LED 475 270 57% 普亮LED 260 170 65% 合计 1335 830 62% 图 1 我国LED 封装市场规模及增长率变化 2023 年，我国半导体照明应用的增长格外突出，应用领域的整体规模到达 900 亿元，整体增长率到达 50%；其中， 背光应用和通用照明应用的增长最为突出。基于 LED 在液晶电视等大尺寸背光领域呈现强大的爆发力，LED 背光行业快速地增长，2023 年我国 LED 背光产值的年增长率到达 167%， 其市场渗透率不断攀升，LED 背光液晶电视渗透率从 2023 年的 2.3%上升到 8.9%。随着中国城镇化进程的持续进展以及节能减排的迫切需求，LED 照明产品的市场规模快速扩大，2023 年增长率达 153%；LED 等高效照明产品逐步替代白炽灯等低效照明产品已成为大势所趋。此外，LED 在显示屏、景观照明、信号、指示等应用方面也连续保持了较高的上涨的速度。 表 2 我国 2023 年半导体照明产值及增长率 产业链环节 产业链环节 2023 年产 2023 年 2023 年产 值〔亿元〕 增长率 值〔亿元〕 外延芯片 50 117% 23 封装 250 23% 204 应用 900 50% 600 通用照明 190 153% 75 背光应用 160 167% 60 景观照明 210 50% 140 应用领域 显示屏 150 25% 120 信号及指示 65 8% 60 汽车照明 15 25% 12 其他 110 62% 68 合计 1200 45% 827 图 2 我国 2023 年半导体照明应用领域分布 2023 年，我国 LED 相关企业的资本运作加速，对产

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