LED产业分析报告

LED产业分析当前全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，节约能源成为未来面临的重要的问题，在照明领域，LED发光产品因其具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，正吸引着世人的目光。LED作为一种新型的绿色光源产品，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域，必然成为未来发展的趋势，二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代。LED照明设备采用发光二极管作为新光源，同样亮度下耗电量仅为普通白炽灯的1/10，使用寿命可以延长100倍。2006年全球半导体照明市场超过70亿美元，年增长率超过20%，预计未来5～10年可形成500亿～1000亿美元的潜在市场。近年来，面对LED产业的巨大商机和令人鼓舞的发展前景，世界各个国家围绕LED的研制展开了激烈的技术竞赛，投入巨资相继推出半导体照明计划。美国从2000年起投资5亿美元实施“国家半导体照明计划”，欧盟也在2000年7月宣布启动类似的“彩虹计划”。我国科技部在“863”计划的支持下，2003年6月份首次提出发展半导体照明计划。随着发光效率和应用技术的不断提升，大尺寸LCD、汽车、城市景观等领域对LED的需求大大增加。2006～2010年，显示、景观照明和背光用LED销售额年均复合增长率分别达到19.2%、37.2%和31.5%。重点公司分析：上游企业同方股份，优势在于先进的技术和出色的成本控制能力。06～09年度，EPS为0.30、0.71、0.98、1.43，评级“推荐”。中上游企业士兰微，优势在于LED芯片，在单一领域做到国内最优。06～09年度，EPS为0.14、0.30、0.45、0.51，评级“推荐”。下游企业联创光电，优势在于完善的产业链和多年的行业经验。06～08年度，EPS为0.12、0.13、0.23，评级“中性”。ⅠLED产品概述一、LED定义及分类1、LED定义及原理结构LED是英文LightEmittingDiode（发光二极管）的缩写，它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。图表1：发光二极管的构造图2发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电进行发光的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。2、LED制造流程LED的制作流程包括上游的单晶片衬底制作、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。国际和国内MOVCD设备基本是全进口的，主要厂商为美国VEECO公司和德国AIXTRON公司两家。图表2：LED制造流程上游外延工艺在外延炉（MetalOrganicChemicalVaporDeposition，简称MOCVD）高温高压无氧环境下，有机金属（MO源）和氢化物分解成原子有序地淀积在晶片的表面，成为外延层（Epitaxy）。上游外延制造附加值最高。中游芯片工艺中游厂商根据LED元件结构的需要，先进行金属蒸镀，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。中游的最后一步是测试分选。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。3、LED产品分类最早应用半导体P-N结发光原理制成的LED光源问世于20世纪60年代初。当时所用的材料是GaAsP，发红光（λp=650nm），在驱动电流为20毫安时，光通量只有千分之几个流明，相应的发光效率约0.1流明/瓦。70年代中期，引入元素In和N，使LED产生绿光（λp=555nm），黄光（λp=590nm）和橙光（λp=610nm），光效也提高到1流明/瓦。到了80年代初，出现了GaAlAs的LED光源，使得红色LED的光效达到10流明/瓦。上游中游下游晶片：单晶棒单晶片衬底外延层生长外延片成品：单晶片、外延片芯片：金属蒸镀光罩蚀刻热处理切割测试分选成品：芯片封装：芯片粘贴焊接引线树脂封装剪脚成品：LED灯泡和组件390年代初，发红光、黄光的GaAlInP和发绿、蓝光的GaInN两种新材料的开发成功，使LED的光效得到大幅度的提高。在2000年，前者做成的LED在红、橙区（λp=615nm）的光效达到100流明/瓦，而后者制成的LED在绿色区域（λp=530nm）的光效可以达到50流明/瓦。4、LED优势及劣势分析LED相对与传统的白炽灯和荧光灯相比，具有节能、环保、寿命长、体积小等优点；而现阶段的技术水平下，LED发光效率的低下和前期投资成本的高企则成为LED产业发展的短肋，因此LED产业是否能够获得长足的发展，主要还取决于发光效率的提高和成本的降低。LED主要优势：1)电压小：LED使用低压电源，供电电压在6-24V之间，根据产品不同而异，所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。2)效能高：消耗能量较同光效的白炽灯减少80%。在中国，照明用电约占总电量12%,2004年我国总发电量是22000亿度，即使按5%的年增长速度保守预计，到2010年我国总发电量将达到30000亿度，照明用电将达到约3600亿度，如能节约一半的照明用电就是1800亿度，相当于一个三峡电站所有机组的年发电量，相当于全国每年节约标准煤高达6300万吨。3)适用性高：体积很小，每个单元LED小片是3-5mm的正方形，所以可以制备成各种形状的器件，并且适合于易变的环境。4)稳定性高：10万小时，光衰为初始的50%。5)响应时间短：白炽灯的响应时间为毫秒级，而LED灯的响应时间为纳秒级。6)对环境污染小：无有害金属汞7)颜色多变：改变电流可以变色，发光二极管方便地通过化学修饰方法，调整材料的能带结构和带隙，实现红黄绿兰橙多色发光。如小电流时为红色的LED，随着电流的增加，可以依次变为橙色，黄色，最后为绿色LED主要劣势：1)亮度值不高：现阶段一只一般的高亮度LED只有5000左右的烛光亮度，所以很多头灯采用了多个LED的方法来提高亮度。LED要取代普通照明，还需要经过几年的技术进步。2)价格偏高：LED的价格比较昂贵，较之于白炽灯，几只LED的价格就可以与一只白炽灯的价格相当，而通常每组信号灯需由上300〜500只二极管构成。LED目前初始投资成本较高，运行成本已低于白炽灯，总的拥有成本仍然远高于白炽灯和荧光灯。到2012年LED的拥有成本降至0.77美元/兆流明时，将低于荧光灯的1美元/兆流明时，到2020年LED的拥有成本将降至0.48美元/兆流明，只有荧光灯的一半。3)光照距离短：多LED的方法只能提高亮度，并不能加长光照距离。所以LED的灯，由于光线比较发散，就算采用了很好的聚光调节，其照明距离也不过几十米。并不适合野外探洞和恶劣地形下的使用。主要用于近距离的照明，性能还没达到能完全取代白炽灯泡的地步。4)色彩还原能力差：容易造成视觉的误差和判断失误。4图表3：LED优劣势分析LED主要优势LED主要劣势电压小性能高适用性强稳定性高响应时间短对环境污染小颜色多变寿命长亮度值不高价格偏高光照距离不长色彩还原能力差5、LED产品性能指标分析LED性能与其他传统照明光源的对比，如图表4所示：图表4：LED性能与传统照明光源的对比名称耗电量（W）工作电压（V）协调控制发热量可靠性使用寿命（h）金属卤素灯100220不易极高低3000霓虹灯500极高高高宜室内3000镁氖灯16W/m220较好较高较好6000日光灯4-100220不易较高低5000-8000冷阴极15W/m需逆变较好较好较低10000钨丝灯15-200220高高低3000节能灯3-150220不宜调光低低5000LED灯极低12-36多种形式极低极高100000从上表可以看出,LED凭借性能上的众多优势,必将成为本世纪显示和照明行业的主流产品。LED照明技术正处于一个迅速发展的阶段，发光效率不断改善，按照海兹定律（安捷伦的前任技术科学家RolandHaitz预测，LED的价格每十年降为原来的10分之一，性能则提高20倍，这个预测后来被业界称为Haitz定律），每18到24个月单个LED封装器件输出的光通量将翻一倍，现在白光LED的发光效率已经达到白炽灯的2倍以上，到2010年发光效率将超过荧光灯，到2020年将达到荧光灯的2倍，到时LED将照亮整个世界！二、LED的应用根据StrategiesUnlimited统计，在移动手机应用市场的快速推动下，2005年以前高亮度LED市场的年均增长率达到34%，2004年手机应用市场占了高亮度LED市场的一半以上，随着手机应用市场的饱和，高亮度LED市场的增长速率将会放缓，估计增长率达到20%左右。新兴应用市场如通用照明、汽车前灯、大屏幕LCD背光源等将成为高亮度LED市场增长的新动力，在大屏幕LCD背光源的推动下，2008年LCD背光源仍将占有26％的市场份额，到2008年高亮度LED市场仍将成长一倍。未来景观照明和通用照明的LED市场增长速度最快，iSuppli预计景观照明LED市场年增长率将达到50％，市场份额将从2003年的2%增加到2008年的8%。5图表5：2004年LED的市场应用情况指示灯41%LCD背光源25%键盘和闪光灯11%大型显示屏8%通用照明2%交通信号灯4%汽车应用6%景观照明3%指示灯LCD背光源键盘和闪光灯大型显示屏汽车应用交通信号灯景观照明通用照明图表6：2008年LED的市场应用情况指示灯34%LCD背光源26%键盘和闪光灯5%大型显示屏8%汽车应用7%交通信号灯5%景观照明8%通用照明7%指示灯LCD背光源键盘和闪光灯大型显示屏汽车应用交通信号灯景观照明通用照明2004年通用照明LED的销售额是9400万美元，到2010年将增长到8.75亿美元，年均增长率将达到52.3％，届时LED照明将在全球120亿美元至140亿美元的照明市场占据重要的位置。白光LED照明将成为全球LED未来竞争的焦点。据台湾工研院统计数据，白光LED的年需求从2002年的19.5亿颗增长到2006年的136亿颗，年复合增长率56%，预计到2010年将保持每年40%增长。6图表7：白光LED需求量及增长率2951951409165919545136191933826881379025420056136.00%109.6961.1144.8242.6841.9939.014143010000200003000040000500006000020012002200320042005200620072008E2009E2010E0100200300400500600需求量（百万颗）增长率三、LED的发展史──人类照明史上的第三次革命1、LED发展史1962年，第一个商用化的可见红光LED诞生，它使用的是由三种材料镓、砷、磷组成的化合物半导体材料GaAsP磷砷化镓，可发出波长为655nm的红光，虽然亮度很低，但作为仪表指示灯得到了大量应用。1976年，使用GaP磷化镓材料的红光LED出现了，它们的发光效率比第一代红光LED高出了2到3倍。1980年代，一种AlGaAs（砷化铝镓）LED的应用才得到迅速发展。用它制成的红光LED发光效率大大提高，亮度是原先材料的10倍。1990年代早期，使用四元化合物材料InGaAlP（磷化铝镓铟）制成了可用于户外显示的超高亮度红、橙、黄光LED。1993年，日亚公司的中村修二成功发明了InGaN（氮化铟镓）超高亮度蓝光LED。