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LED
2010年4月舉辦的德國國際(Light+Building)燈光照明及建筑物技術與設備展覽會,是世界上最大的燈具與建筑電器展覽會,是世界照明行業的風向標。
浙江省照明學會副理事長、杭州遠方光電信息有限公司董事長潘建根對記者說：這次展會95%以上的公司是有LED產品的,而70%以上的公司展品以LED為主。我相信,十年后是LED的天下。
LED產業正迅速成為最熱門的產業之一。2009年我國LED產業銷售產值達600億元,同比逆市增長30%以上,使我國成為全球LED產業發展最快區域之一。中國的LED市場,當前正處于從百億量級向千億量級的重大跨越過程之中。
LED產業蛋糕快速做大
作為一種可將電能轉變為光能的半導體發光器件,LED(發光二極管)耗電僅為白熾燈的1/10,節能熒光燈的1/3,而壽命卻是白熾燈的100倍。與傳統光源相比,LED不使用汞、鉛等容易造成污染的元素,同時還可以回收利用,是一種綠色光源。
在打造節能環保的低碳經濟的思路下,我國LED產業的蛋糕正快速做大。
相關機構分析,2010年,中國LED照明產業產值將超過1500億元,較2008年翻倍。預計最快在2015年,LED在中國照明市場的占有率將達到20%,帶動產業規模達5000億元,中國將進入全球LED照明市場前三強。
2009年10月,國家發改委、科技部等六部委聯合發布的《半導體照明節能產業發展意見》提出明確目標：到2015年,半導體照明節能產業產值年均增長率在30%左右;功能性照明達到20%左右;企業自主創新能力明顯增強,上游芯片規模化生產企業3-5家;產業集中度顯著提高。擁有自主品牌、較大市場影響力的骨干龍頭企業10家左右;實現年節電400億千瓦時,相當于年減排二氧化碳4000萬噸。
中上游是中國LED產業軟肋
目前全球初步形成以亞洲、北美、歐洲三大區域為中心的LED產業格局,以日本日亞、豐田合成、美國Cree、Lumileds和歐洲Osram為專利核心的技術競爭格局。美日企業在外延片、芯片技術、設備方面具有壟斷優勢,歐洲企業在應用技術領域優勢突出。
從1999年到2009年,在美國申請的LED相關專利3312件中,日本位居首位,約占50%,美國第二,占30%,中國臺灣第三,為11%。
日本是全球LED產業最大生產國,約占據50%市場份額,其動向幾乎是LED行業的指針。中國臺灣LED產業的營收占全球營收額的17%,僅次于日本,領先于韓國、歐洲及美國。臺灣是全球消費電子產品生產基地,也是全球第一大LED下游封裝及中游芯片生產地。我國臺灣地區和大陸主要側重發展封裝和組裝環節,產量占據世界第一,產值位居全球第二。
LED產業鏈主要包括四個部分：LED外延片生長、芯片制造、器件封裝和產品應用,此外還包括相關配套產業。
在LED產業鏈中,LED外延片與芯片約占行業70%利潤,LED封裝約占10-20%,而LED應用大概也占10-20%。與之相匹配的是,LED產業鏈從上游到下游行業的進入門檻逐步降低。
制造LED芯片所用的襯底材料通常是高質量的藍寶石或碳化硅、GaAs(砷化鎵),是外延生長出各種復合半導體的晶種。當前,在GaAs襯底上生長AlInGaP是一項相對成熟的技術,預計未來GaAs襯底仍會是襯底材料可靠的選擇。而藍寶石襯底由于在大尺寸襯底上良好的性能,隨著廠商不斷努力向大尺寸襯底工藝發展,將逐步占據更大比重。
外延片生長是LED制造的關鍵技術,目前普遍采用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)方法實現。目前全球MOCVD的主要制造廠家為德國的AIXTRON公司和美國的VEECO公司,前者約占60%-70%的國際市場份額,后者占據30%-40%,日本NipponSanso生產的設備基本限于日本國內銷售。
外延生長完成后,中游芯片設計和加工廠商根據LED性能需求進行器件結構和工藝設計,通過外延片擴散、金屬鍍膜,再進行光刻、熱處理,形成金屬電極;再將基板磨薄拋光后,切割為細小的LED芯片。
芯片封裝即將芯片粘貼并焊接導線架,經由測試、封膠后,封裝成各種不同的產品。白光LED芯片還需要在密封膠內注入磷才能產生白光。原則上芯片越小、封裝的技術難度越高。
封裝后產品經過測試、分選,裝配進分系統供照明器材使用。照明器材(如信號燈、屏幕、商用或民用照明設備)除LED芯片外,還包括其他光學器件、LED驅動電路等。產品經過經銷商銷售,照明設計工程師、建筑師設計后,最終提供給終端用戶使用。
LED產業在全球已形成一套完整的產業鏈,中國臺灣、日本、韓國的企業數量眾多,主要集中在襯底、外延、芯片及封裝領域。具備實力從事LED產業鏈上全業務的公司較少,主要是美國、日本及韓國的龍頭企業。
在國內LED產業鏈中,中上游的外延片和芯片環節發展是相對滯后的軟肋。
LED外延片和芯片對技術要求較高,國內在這兩方面同國際先進水平還有一定差距。目前國內外延片和芯片的產量有限,從事LED外延片生產的企業僅10家左右,LED芯片生產的廠商也不多。國產LED外延材料、芯片以中低檔為主,80%以上功率型LED芯片、器件依賴進口,外延片產量僅能滿足封裝企業需求量的20%。
我國LED企業超過3000家,其中70%集中于下游產業,LED封裝產品已達世界第一,技術水平和產品質量參差不齊。造成中國LED產業中上游萎縮,下游膨脹的主要原因是,目前LED的主流技術專利多為發達國家所控制,國內缺乏自主知識產權和核心技術,企業發展面臨的專利風險日益加大,生產設備落后且科研成果產業化不順暢。
LED產業發展的三大瓶頸
目前已投資數家LED企業的浙江華睿投資管理有限公司董事長宗佩民認為,中國LED產業還有幾個障礙需要克服：
首先,要提高LED發光效率。LED燈具想要真正進入一般消費者家庭,需要將暖白光色系的LED發光效率提升到100lm/W(流明/瓦)以上,燈具成本可以下降25%,電費成本也將比傳統燈泡更具成本優勢。
其次,要解決散熱問題。大功率LED對散熱技術要求較高,環境溫度達到一定高度時LED很快會產生光衰,導致LED壽命下降。只有解決大功率LED的散熱問題,才能大面積推廣大功率LED的應用。
此外,要降低LED價格。價格是直接影響LED照明普及速度的關鍵因素,雖然LED燈具的總成本(包括購置成本+能源成本+維護成本+廢棄物處理成本)比白熾燈和熒光燈低,但消費者仍以購置成本為選擇標準,并不太在意高品質或多功能特性。
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