半导体照明产业发展概况

1、半导体照明产业发展概况2009.6.1（福建省光电行业协会 厦门市光电子行业协会）摘 要：本文简要描述半导体照明含义，简述国外半导体照明产业发展概况以及发展趋势。重点介绍国内半导体照明产业发展、应用市场、产业投资，以及加速发展我国半导体照明产业的建议。1. 引言高亮度LED含四元系InGaAlp发红、橙、黄光和GaN基发兰、绿、紫、紫外光，近十几年来技术上不断有新的突破，达到进入功能性照明领域，并将进入普通照明领域，已形成较完善的高科技产业，而且是重点发展节能减排的产业。所以倍受世界各国及相关大集团公司的高度重视。我国也紧跟世界该科技领域的前沿，加快投入、研发和产业化工作，已具有一定的产业规模

2、。现将有关产业发展概况作如下介绍。2. 半导体照明含义半导体发光二极管（Light Emitting Diodes，简称LED）主要是指半导体族化合物（GaP、GaAlAs、GaAs、InGaAlP、GaN），经过加工形成P-N结，在外加一定电流下，发射红外，可见光、紫外光，当然还包含族化合物发光二极管和有机物发光二极管（OLED），不在这里描述。LED主要应用范围分二大类：显示与照明。由于LED技术的不断进步，其发光强度和发光效率的不段提高，已逐步进入照明领域。高亮度LED作为光源进入照明领域通常称为半导体照明。由于半导体照明比现有的照明光源更加节能，所以半导体照明又被称为照明领域中的又一次

3、革命。举个例子，1只60W的白炽灯发出大约800lm的光，用现有节能灯，需要12-15W的电能，如果用半导体照明（假定发光效率为120-150lm/w）只需要68W的电能，节能效果显著。3. 国外半导体照明产业发展概况有关介绍国外半导体照明产业动态的文章很多，这里不作详细介绍，只简要描述国外有关LED的主要厂家、技术水平、产业发展特点和趋势。3.1国外LED产业简况3.1.1 主要LED企业 国外（境外）掌握LED核心技术及产业规模较大的主要企业，如图1所示表1 世界主要LED厂商序号公司名称主要内容1日本Nichia日亚公司GaN基高端兰、绿、紫及紫外LED外延芯片及白光LED技术，产量大2

4、美国Gree公司SiC衬底的GaN基外延、高端兰、绿LED芯片及白光功率LED,产量大3美国Lumileds公司GaN基高端兰、绿LED外延芯片、白光功率LED封装技术，InGaAlP功率LED,产量大4德国Osram光电光电欧洲最大的GaN基高端兰、绿LED外延芯片，白光LED及InGaAlP LED5日本Toyoda Gosei丰田合成公司GaN基兰、绿LED及白光LED，产量大6美国Geleore公司GE下属公司，GaN基兰、绿外延芯片及白光LED7韩国Seoul Semiconductou首尔半导体GaN基兰、绿LED，发展较快8中国台湾晶元光电GaN基兰、绿外延芯片，InGaAlP外

5、延芯片LED，产量大 上述企业掌握该行业的核心技术，其外延，芯片的产量占全世界的70%以上，其高性能的芯片产量占全世界的90%以上。3.1.2 LED封装器件产值 全球LED封装器件2008年的产值约100亿美元，近几年的增长率在1020%。这些器件所构成的LED应用产品一般增值35倍，整个产品产业规模与其他产业相比还是很少的，但是该产业是高科技的节能照明产业，它具有很大的发展潜力。3.1.3 主要技术水平 由于LED技术不断有新的突破，主要技术指标LED的发光效率平均每年以30%的速度发展，从2004年的2030lm/w发展到目前的100120lm/w，目前产业化的水平已达到100110lm

6、/w。根据近期有关报道，全球主要LED厂家的技术指标如下：Nichia公司：小功率白光LED在20MA下，光效达249 lm/w，功率白光LED在350MA下，光效达145 lm/w。Gree公司：2008年，实验室的光效达161 lm/w。产业化的光效达102-107 lm/w。LumiLedS公司：2008年薄膜微装芯片LED，光效达140 lm/w。Osram公司：功率白光LED，在350MA下，光效达136 lm/w。SemiLED公司：功率白光LED在350MA下。光效达120 lm/w。白光功率LED器件封装后的另一个主要技术指标：热阻。国外一般可达6C/W左右，Gree公司报导可

7、达3C/W。3.2国外半导体照明产业发展的特点和趋势从国外LED产业发展动态来分析，呈现如下几个特点和趋势。3.2.1 制定发展规划鉴于半导体照明技术发展的前景，引起世界发达国家的高度重视，在本世纪初，几个主要发达国家和中国台湾均先后制定国家级半导体照明产业发展规划，如日本“二十一世纪照明研究发展计划”，美国“国家半导体照明研究计划”，欧共体“彩虹计划”，韩国“GaN半导体研究计划”，中国台湾“次世纪照明光源开发计划”等。各计划中主要内容均是投入巨额资金、联合国内主要力量开展半导体照明的研发，制定主要技术指标，并推动产业化。3.2.2 提出发展的新指南 近年来，美国、日本等主要机构针对LED进

8、入照明领域，而提出新的具体指南和要求，说明了发展重点和趋势。3.2.2.1 美国国家标准照明工作组和“能源之星” 美国国家标准照明工作组（American National Standard Lighting Group）和美国能源部（DOE）对SSL产品提出“能源之星”的要求。按照白光LED技术和颜色的特点对现有荧光灯色度标准加以修正并重新分档，这些分档在CIE1931色度图中以8个四边形的形式出现，如图1所示，所有白光LED作为照明产品，均要分别落在这8个相对色温CCT的四边形之内。3.2.2.2 美国SSL计划 美国制定2015年之前，白光LED要达到的各阶段技术水平，如表2所示。表2

9、美国白光LED技术指标计划名称单位（25C）2007年2010年2012年2015年实验室发光效率Lm/w120160176200商用冷白光Lm/w84147164180商用暖白光Lm/w59122139163集成价格$/klm251052寿命万小时3.7555从表2中看出，到2015年商用暖白光的光效要达到163lm/w，而成本价格为2美元/klm，完全可以进入普通照明领域。3.2.2.3 日本照明推进协进会（JLEDS） 日本JLEDS制定2015年之前白光LED要达到的各阶段技术水平，如表3所示。表3 日本JLEDS制定白光LED技术指标计划名称2008年2010年2015年白光LED高

10、效率型产品lm/w100130160白光LED高显色型产品lm/w80120140白光LED灯泡色型产品lm/w7090130 2010年光效达100lm/w前后，以商业设施为中心，进行普及。 2015年光质（白光LED的光色调等）得到改善，在办公室和住宅领域推广普及。3.2.2.4 美国固态照明对LED提出新指南 2015年：内量子效率达90% 荧光粉激发效率达90% 对热沉（热学）、光色（光学，色度学）、系统可靠性进行深入研究，还有具体指标。 2025年：LED白光仿太阳光谱，总能效率达50%。 从上述所提出的新指南要求来看，说明国外LED技术发展是瞄准半导体照明领域，如能按期实现，将为人

11、们提供健康、节能、环保、舒适的LED照明环境。3.2.3 垄断核心技术 国外有关LED及半导体照明的专利有一万多项，但其核心技术被日本日亚公司（Nichia）、美国Gree公司和Lumileds公司、德国Osram公司等四家企业所掌握，以及表1中所提到的公司，这些公司几乎垄断该产业的核心技术。对我国半导体照明产业的发展非常不利。 3.2.4 重视技术标准制定 有关半导体照明技术标准，除了国际电工委员会IEC和国际照明委员会CIE正在制定该行业的基础标准和方法标准外，许多国家的标准化组织和产业联盟也在积极制定之中，如美国国家标准组织，日本照明组织等，除了制定基础标准外，还制定很多LED产业的技术

12、标准和考核办法。争夺该行业产品发展的主动权。 3.2.5 开拓应用产品 国际上LED产业目前主要应用于各类信息显示、各种LED背光源及汽车用灯和显示。这三大类占LED应用的70%以上。LED照明应用只占5%左右，主要是功性照明，如景观照明、交通信号灯及道路照明等，但LED在照明方面的推广力度很大，据相关预测，2010年LED照明的产值将达到100亿美元。 3.2.6 照明集团的投入 据全球照明市场研究数据，世界照明市场2008年为1077亿美元，其中LED照明光源占2%为18亿美元，2010年为1204亿美元，其中LED照明光源占16%为100亿美元，由于LED在照明领域的应用市场潜力大，前景

13、看好。所以世界三大照明集团均投入巨资发展半导体照明技术与产业，并分别具有世界一流的LED企业，即philips照明公司有Lumileds Lighting公司，Osrom公司有Osrom光电公司，GE公司有Geleore光电公司，这将加速推进LED产业进入普通照明领域的进程。 3.2.7 新三角产业基地 由于中国大陆、中国台湾和韩国在半导体照明产业上近几年发展非常迅速，目前这些地区虽然在技术上还达不到美国、日本和德国的水平，但在产业化方面已达到相当高的水平。据有关统计，这三个国家和地区的GaN基兰、绿芯片产量达到世界总量的5060%，四元系InGaAlP红、橙、黄光芯片产量已超过世界总量的70

14、%以上，在器件封装和LED应用产品方面的总量更大。在全球LED产业中，该地区的影响将更大，将形成新三角LED产业基地。4. 国内半导体照明产业概况 国内LED产业部分将重点描述产业基本情况、外延芯片、器件封装及产业发展特点等，现分述如下： 4.1 LED产业基本情况 根据有关部门统计，2008年我国从事LED产业的企事业单位已有3000多家，其中从事外延、芯片的研究和生产单位有40多家，器件封装企业约600多家，其他均为LED应用和产业配套的企业。2008年LED芯片和器件的产量及增长率如表4所示。整个LED产业的产值（含芯片、器件及应用产品）约700多亿元。从原材料、外延生长、芯片制造、器件

15、封装、应用产品及配套、设备仪器等，已形成较完善的LED产业链。表4 LED器件、芯片产量年份数量名称2007年2008年产量（亿只）增长率（%）产量（亿只）增长率（%）LED器件4602152013高亮度LED芯片2107536071.4其中兰、绿芯片6562.512084.6其中红、橙、黄芯片14581.324065.5 从表4中看到，2008年器件增长率只有13%，比往年下降。但高亮度芯片产量增长率大于70%，保持高度增长。4.2 外延生长、芯片制造 LED的核心技术是高亮度LED的外延生长和芯片制造技术，近几年由于政府和相关研究机构高度重视，投入大量资金和人力，开展研究、开发和产业化工作

16、，主要研究的机构有北大、清华、南昌大学、中科院半导体所、物理所、中电13所、55所、北京工大、山东大学、南京大学、华南师范大学、厦门大学、西安电子科大、深圳大学、中南理工大学及中科院半导体照明研究中心等。在外延生长、芯片制造方面开展研究，如采用不同衬底（Al2O3、Si、SiC、AlN、GaN）上生长GaN外延片、有图形化衬底外延、非极性外延、衬底转移、激光剥离、共晶焊接、ITO电极，表面粗化和光子晶体等新技术、新工艺，提高内量子效率和外量子效率，均取得很好的研究成果。另外还研发出AlGaN深紫外（240390mm）LED及四元素InGaAlP红光功率LED。南昌大学研制有自主知识产权的在S；

17、衬底上生长GaN，并做出兰、绿LED芯片，现已产业化投产。 国内从事LED外延生长和芯片制造的企业，主要有：厦门三安、大连路美、上海兰光、上海兰宝、山东华光、杭州士兰明芯、江西晶能光电河北同辉、厦门乾照、武汉迪源、沈阳方大、廊坊清芯、甘肃新天电、西安中为、扬州华夏集成、广州普光、江西联创、南昌欣磊、上海大晨、武汉华灿、上海宇体、深圳世纪晶源、深圳奥伦德、东莞福地等。还有外资企业：厦门晶宇、宁波灿园、晋江晶兰及厦门明达等，另外还在北京、大连、郴州等地筹建35个单位，共计约30个单位。这些企业在芯片结构和工艺改进方面做了大量工作，在提高产品性能、成品率、工艺重复性、提高抗光衰能力和可靠性等方面均取

18、得较大成果，保障芯片的批量生产，2008年生产高亮度芯片360亿只，其中GaN兰、绿芯片120亿只，分别比上年度增长71.4%和84.6%。封装成白光LED发光效率的产业化水达7080lm/w，预计今年产业化水平可达8090lm/w。4.3 LED器件封装 国内LED封装企业的特点是规模小、数量多，约600家左右，具有一定规模、销售在千万元以上的企业约100家。主要封装企业有厦门华联、佛山国星、江苏稳润、广州鸿利、宁波升谱、江西联创、天津天星、廊坊鑫谷、深圳雷曼、深圳瑞丰、深圳量子、珠海力丰等。这些企业可封装的器件品种齐全，包含单管、复合管、像素管、数码显示器、各种背光源、SMD-LED、微型

19、LED、矩阵显示器、专用显示器、白光LED、功率LED和大功率LED模块等。具有实力的封装企业，投入较大的研发力量，在改进封装结构，提高散热性能、提高出光效率、提高抗光衰和可靠性均取得很好成果，可批量封装1W LED。其发光效率可达100lm/w。热阻可控制在10C/W以内。2008年封装器件520亿只，比上年度增长13%。全国LED器件封装能力超过600亿只/年。 国内LED封装材料和配件的配套能力是很强的，除个别材料外，绝大部分材料为国内提供，主要有金丝、硅铝丝、环氧树脂、硅胶、银胶、导电胶、支架、条带、塑料件、封装模具和工夹具等，已形成一定规模的产业链，主要在珠江三角洲和宁波地区。另外封

20、装白光LED用的荧光粉，国内也有十几家企业正在研发和生产。并大量用于白光LED封装。大连路明开发的硅酸盐荧光粉和北京中宇开发的氮化物荧光粉是具有自主知识产权的产品。4.4 国内半导体照明产业发展的特点 国内近几年发展半导体照明产业呈现以下五个特点4.4.1 国家及地方政府支持国家相关主管部门积极支持半导体照明产业的发展，制定“十一五”发展规划时，已明确提出具体内容。今年工信部七号及九号文件将考虑更多的优惠政策，国家各部委以科研项目、863项目、电子发展基金及产业化项目等各种形式支持半导体照明产业的发展，另有超过20个的省、市地方政府以LED示范工程及各种方式给予很大支持，推动地方的半导体照明产

21、业发展，这些将推动加快发展LED产业的进程。4.4.2 增资扩产、筹建新企业 很多LED企业近几年均增加投资扩大生产规模，购置新设备，如近年来已购置MOCVD设备5060台及芯片制造设备几百台套，计划购置新的MOCVD设备100多台。购置后工序自动化封装设备几千台套等。另外，近几年新开办的前工序外延、芯片企业有十多家，封装企业有几百家，LED产品应用企业有上千家。很多私营资本大量投入促进LED产业化水平。4.4.3 发展速度快我国近几年来，LED产业发展速度比国际上的发展速度快得多。尤其是高亮度LED芯片，2006年至2008年分别增长100%、75%和71.4%，已达到360亿只。LED器件

22、封装增长率，除2008年受国际金融危机影响只有13%，其他年度均超过20%的增长速度。应用产品的开拓力度和应用范围也是非常大的。4.4.4 抓紧标准制定我国LED产业从2006年开始，各相关部门抓紧制定LED的相关标准。工信部半导体照明技术标准工作组为主制定20多项标准，中国照明电器标委会制定10多项应用的有关标准，以及相关部委分别制定LED应用产品标准，至2008年共有超过50项的基础标准、方法标准的产品标准已制定完成，部分标准正在批报阶段，国内还制定不少有关LED产品的地方标准。另外，我国与国际CIE及IEC组织和其他国际标准机构积极交流并参与相关标准的制定。还与台湾同行开展共同制造LED

23、标准。总之，随着LED技术的不断发展、应用产品的不断成熟，相关标准将会不断出台。4.4.5 国内市场需求大由于LED产品具有节能、环保、寿命长等三大特点，还具有体积小、驱动电压低、彩色丰富可调、聚光性能好、响应速度快等许多优点。又符合国家节能减排的发展政策，应用面非常广。目前主要用于信息显示、交通信号灯、景观照明及部分背光源。2009年将重点开展功能性照明的应用产品，如道路照明、隧道灯、地铁、地下停车场等照明，以及部分室内商用照明，如筒灯、射灯等。据有关部门统计，2008年LED应用产品的产值达540亿元。据有关部门研究预测，LED在信息显示、背光源、汽车用灯、交通信号灯等市场份额将达到千亿元

24、，加上照明领域的LED市场，共计有几千亿元的市场潜力。5.LED应用产品分类及市场潜力 目前LED应用产品的品种繁多，现根据LED应用范围划分五大类，并对这些应用产品做些介绍及市场预测。5.1 信息显示 电子仪器、设备、家用电器等的信息显示、数码显示、各种显示器、LED显示屏（信息显示、广告、记分牌等），目前市场份额有100多亿元，潜在市场有几百亿元。5.2 交通信号灯 城市交通、高速公路、铁路、机场、航海和江河的信号灯等，现有市场份额有几十亿元，潜在市场有上百亿元。5.3 汽车用灯 汽车内外灯、转向灯、刹车灯、雾灯、前照灯、车内仪表显示及照明等，现有市场份额有十几亿元，潜在市场有上百亿元。5

25、.4 LED背光源 小尺寸背光源：约小于5英寸，主要用手机、MP3、MP4、PDA、数码相机摄像机和健身器材等。 中小尺寸背光源：约511英寸，主要用于数码相册、上网机、电子纸书等。 中等尺寸背光源：约1022英寸，主要用于手提电脑、计算机显示器和各种监视器。 大尺寸背光源：约大于22英寸，主要用于彩色电视的LCD背光源。所有这些背光源目前市场只有几十亿元，潜在市场有几百亿元。5.5 半导体照明 根据现有产品的应用范围，可分为六类：5.5.1 室外景观照明：护栏灯、投射灯、LED灯带、LED异型灯、数码灯管、地埋灯、草坪灯、水底灯等，目前市场份额3040亿元，潜在市场有上百亿元。5.5.2 室

26、内装饰照明：壁灯、吊灯、嵌入式灯、射灯、墙角灯、平面发光板、格栅灯、日光灯、筒灯、变幻灯等，现有市场份额有十几亿元，潜在市场有上百亿元。5.5.3 专用照明：便携式照明（手电筒、头灯）、低照度灯（廊灯、门牌灯、庭用灯）、显微镜灯、投影灯、照相机闪光灯、路灯等。现有市场份额几十亿元，潜在市场几百亿元。5.5.4 安全照明：矿灯、防爆灯、应急灯、安全指示灯等，现有市场有十几亿元，潜在市场有好几十亿元。5.5.5 特制照明：军用照明灯、医用无热辐射照明灯、治疗灯、杀菌灯、农作物及花卉专用照明灯、生物专用灯与太阳光伏结合的专用LED灯等，目前市场份额不大，但具有很大意义和重要性，潜在市场有上百亿元。5

27、.5.6 普通照明：办公室、商店、酒店、学校及家庭用的普通照明灯等，LED目前尚未进入该照明领域，但随着LED技术的不断发展和成本的不断下降，预计近几年内将逐步进入普通照明领域，其潜在市场最大，具有上千亿元。6. LED产业投资 从半导体照明产业发展的前景、市场需求来看，应该要加大投入，现就产业投资方面作几点分析：6.1 投资理由 半导体照明产业是高科技术产业，又是节能减排政策鼓励发展的产业，它本身又是环保型的。从目前LED产业的技术发展水平和市场需求来看，还有很大的发展空间，其前景是看好的。该产业的主要技术指标、发光效率目前是100lm/w，将来会达到200lm/w，将会比现有的照明灯具起码

28、节能一半以上。而且LED的应用目前还处于刚开始阶段，其应用的前景可观，市场前景非常看好。必须加大投入加以发展。 6.2 投资内容 半导体照明产业的产业链主要可分四部分：即LED外延生长、芯片制造、器件封装和应用产品及相关配套产业。投资方可根据自身的现有条件和实力，以及市场需求情况，可以选择投资产业链四个主要部分中的任何一个或多个组合或全部产业链，其中LED的应用产品范围很广，品种很多，要择优投资。 6.3 投资风险 在此提出三点供投资者参考。 6.3.1 由于半导体照明产业是属于高科技产业，现有1万多个专利，对投资者来说，要充分了解该技术领域的专利内容、专利保护和专利纠纷问题，不要随意介入，引发投资风险。 6.3.2 如果投资LED外延生长和芯片制造部分的投资者，要充分考虑其核心技术的来源，最好要有自主知识产权的核心技术，否则重复投资LED的中、抵挡产品，其风险较大。 6.3.3 在市场开拓上，要充分考虑到中国台湾、韩国等相关产品激烈的市场竞争，特别是中国台湾地区，其目前LED的技术水平比大陆高一些，LED产量多一些，在市场竞争方面，对投资者具有很大的挑战性。 7.加速