2015年我国LED照明产业发展蓝皮书

近两年LED产业爆发式增长，成为各路资金追捧的对象。然而不容回避的是，我国LED产业的疯狂扩张主要聚集于衬底和芯片、封装等产业链的低端，而高技术、高附加值的高端LED材料以及外延领域，国内企业则鲜有涉足。能否顺利进入产业链高端成为决定国内LED产业投资前景调研预测的关键性因素。

 

    令LED人士倍受鼓舞的是，今年初的时候，国家就给LED行业打了一剂强心针——蓝宝石LED材料外延及芯片技术荣获国家科学技术进步奖。技术创新才是未来LED企业竞争力的关键，也是LED突破产业瓶颈，进行产业升级的关键。
 

典型LED器件如下图所示，通常采用外延方法在衬底材料上生长出晶体缺陷密度低的LED器件层，通过光刻、刻蚀、溅射等半导体生产工艺得到一定的器件形状和构造，并形成良好的电接触膜，这就是LED芯片。对LED芯片进行封装，可以避免LED芯片受到外界损伤，并很好地导入电和导出发光，从而形成一个完整的LED产品。

 

  LED结构主要为一个PN结，需要由稳定的P型与N型材料制成，如硅(Si)、锗(Ge)等通过掺杂磷(P)、砷(As)、锑(Sb)，GaN，GaP，GaAs通过掺杂铟(In)等形成N型半导体；Si掺杂硼(B)，GaN、GaP、GaAs等掺杂铝(Al)等形成P型半导体。另外，在PN结两边还需要电极材料，如采用ITO等。LED产业链主要包括衬底、外延、芯片、封装、应用等环节。具体剖析开来，LED产品的关键材料集中于衬底、外延芯片以及封装环节。

 

 LED衬底材料众多，市场上大规模商用的LED衬底材料是GaAs、蓝宝石和SiC，同时Si衬底和GaN同质衬底也成为关注热点。

 

 在GaAs领域，我国具有一定的实力，普亮红、黄光LED中目前衬底材料基本实现了国产化，而高亮度和超高亮度红光LED衬底材料主要依靠进口，与国际水平仍存在一定的差距。

 

蓝宝石衬底材料以其生产技术成熟、器件质量好、稳定性高、易于处理和清洗等优点，被国内企业广泛使用。然而，蓝宝石衬底也存在一些问题，首先蓝宝石衬底与GaN外延层的晶格失配和热应力失配较大；同时，蓝宝石的导热性能不是很好，会增加大功率LED器件封装散热成本。

 

为了提升器件的导热性和导电性，出现了SiC和Si衬底。SiC衬底材料的导热性能要比蓝宝石衬底高出10倍以上，同时这种衬底不需要电流扩散层，因此光不会被电流扩散层的材料吸收，有利于提高芯片的出光效率，但其制造成本非常高，产品价格差不多是同尺寸蓝宝石衬底的10倍。Si衬底材料质量高、尺寸大、材料成本低、加工工艺成熟，并具备良好的导电性、导热性和热稳定性等，但Si与GaN之间存在巨大的晶格失配度和热失配，同时Si对可见光吸收严重，LED出光效率低。

 

 近两年，我国在Si衬底上生长GaN外延技术进展很快，尤其是在6英寸、8英寸等大尺寸Si衬底上生长GaN外延，可大幅降低LED芯片制造成本。目前看来Si衬底技术有望实现大规模商用。

 

此外AlN、ZnO等材料也可作为衬底，目前还处于实验室研究阶段。

 

我国用于制备红、黄光LED的GaAs/AlGaInP/InP/GaP四元系衬底材料制备技术发展较为成熟，与国际水平差距较小。在GaAs衬底领域，中科镓英、中科晶电、国瑞电子、上海中科嘉浦、中国电子科技集团第46研究所等企业均已实现上述产品的量产，特别是中科镓英和中科晶电凭借突出的产品性价比，在国内GaAs衬底领域占有绝大部分市场份额。

 

我国相关企业应用于蓝、白光LED生长的蓝宝石衬底、SiC衬底和GaN衬底材料的性能指标和成品率仍然较低，材料生长专业人才也较为缺乏。但受市场和政策利好驱动，已有多家企业开始介入或宣布介入宽带隙衬底领域，逐步扩大资金投入和相关关键技术引进。

 

在蓝宝石衬底材料领域，我国代表企业有元亮科技、同人电子、协鑫光电、上城科技、吉星新材料、普吉光电、水晶光电、云南蓝晶、重庆四联光电、成都东骏、贵州皓天、九江赛翡、中镓半导体、哈工大奥瑞德、安徽康蓝光电、青岛嘉星晶电、山东天岳、山东元鸿等。

 

在SiC衬底领域，美国CREE几乎垄断了优质SiC衬底的全球供应，其次是德国SiCrystal、日本新日铁和日本东纤-道康宁公司，我国企业实力较弱。

 

外延是LED器件核心环节，外延材料是由多层不同组分的材料构成，要求单层厚度一致，化学组分分布均匀，这对外延过程控制及设备提出了非常高的要求。外延生长过程中所涉及到的温度场、气流控制直接影响所LED芯片中局部成分和厚度的均一性，目前最为常用的方法还是MOCVD方法。由于这一环节对资金、技术、人才有很高的要求，进入门槛较高。

 

目前，我国与国际厂商相比，在外延材料生长技术方面和经验方面，无论是大功率产品还是小功率产品在发光效率上都存在一定的差距。从材料上看，在高亮度和超高亮度产品中，由于AlGaInP外延技术要求较低，目前国内从事这类外延生产的企业数量较多，产量较高。作为蓝光LED的主要材料GaN，在巨大的照明市场潜力拉动下，其外延片产量不断提高，且增速明显高于AlGaInP外延产品。

 

而作为外延材料生产的核心MOCVD设备领域，目前全球主要的生产厂商为德国的Aixtron公司(约占60%-70%市场份额)和美国的Vecco公司(约占30%-40%市场份额)。其他MOCVD厂家主要包括日本的NIPPONSanso和NissinElectric等。我国MOCVD设备则基本依靠进口。

 

从2010年到2012年这短短3年间，LED芯片产能扩张超过10倍，导致了LED材料产业产能严重过剩。2014年，受下游应用市场带动，大部分LED材料企业整体向好，MOCVD产能利用率上升至52%，开机率上升到70%左右，平均产能利用率较前两年大幅度提高。

 

随着市场的向好，以三安光电、华灿光电等为首的国内LED领军企业纷纷开启了新一轮的扩产，而且新增产能一举超过了其本身的原有机台数，未来LED材料产能过剩问题依然不容乐观。LED材料产能过剩，加剧了企业之间的无序竞争，虽然行业市场继续增长，整体盈利却在下滑，价格战愈演愈烈。LED芯片价格大幅度降低，有的降幅甚至达到了50%，LED材料小企业纷纷寻求并购和合作，更有甚者已经停产，准备退出这一领域。

 

中国是全球最大的LED应用市场，但在高端LED等领域发展相对滞后，产能不足，远远不能满足市场的需求，Cree、飞利浦、欧司朗、京瓷、住友电工、日亚化学等国外品牌厂商长期以来占据着国内高端市场。另外，高端LED材料的核心技术基本掌握在欧美企业手中，国内企业大都处于产业低端，在同国外企业竞争中难占上风。而且，一些领域同质化竞争趋势开始显现，以次充好、恶意降价等扰乱市场秩序的现象更进一步削弱了国内企业的市场竞争能力，从而限制了国内LED材料产业快速发展。

 

LED属于技术密集型产业，日本和欧美地区技术实力最强，掌握着LED核心专利，引领最新技术的发展，占据着产业链和价值链的高端环节，从事高附加值产品的生产。国内LED材料专利申请仍然主要集中在普通亮度或高亮度红光以及绿光LED等技术相对成熟的产品领域，而超高亮度红光、GaN基蓝光、白光等技术门槛相对较高的产品领域专利申请数量仍然较少。国外企业利用专利壁垒，对其他地区进行技术封锁，保持其领先地位。

 

LED材料产业属于资本密集型产业，投资强度大但见效慢，企业小，规模产能跟不上世界技术新的发展，企业只有不断做大、做优，才可能生存下来。2013年以来，LED材料企业市场两极化格局日益明显，拥有规模和技术优势的企业无疑胜算更大，LED材料行业龙头企业纷纷加入新一轮的产能扩张。

 

同时，LED材料产业兼并重组事件也不断发生，三安光电入股璨圆光电、德豪润达联姻雷士照明、亚威朗光电重组、乾照光电控股东莞洲磊、圆融光电收购江西睿能，一场资本的“擂台赛”愈演愈烈，LED材料企业对资本需求越来越多，数额也越来越大。

 

LED材料生产设备绝大部分从国外进口，价格昂贵、操作复杂，维护费用高，首先需要一支强有力的工程技术人才队伍；其次，投资规模较大也使得市场渠道开拓、风险把控及内部管理成为LED材料企业成败的关键。我国科研机构和高校产学研结合不够，对LED材料产业实践深入还不如企业的技术人员，缺少实用型技术和管理人才，在项目引进以及项目投产后都面临着人才稀缺的风险。

 

 

国际经验表明，规模效应是影响企业竞争力的重要因素，发展LED材料产业应以做大企业规模、扩大生产线数量和完善产业链为基础。大企业通过对产业链的整合实现降低生产成本、缩短产品上市时间的目的，从而形成竞争优势。因此，国家应进一步加大对龙头企业的扶持力度，支持关键装备与材料的研发和国产化。

 

LED材料产业属于资金和技术密集型产业，其发展必须借助资本市场，政府应积极引导，并在企业融资方面给予大力支持。另外，存量资产、土地资源、优势原材料优先满足重大项目建设需要，闲置存量资产可以以参股或划拨的方式注入，土地资源的相关费用予以优惠。加大财政对重大项目前期费用的资金支持和改造贷款贴息的支持力度，资产担保公司优先为重大项目融资提供信用担保。

 

地方政府在发展LED材料产业过程中，要根据本地的产业发展特色和实际情况，实施差异化策略。对于目前没有相关LED材料产业基础的地区，应该遵循“抢位发展”的发展思路，将AMOLED、SiC衬底材料、图形化衬底等这些新兴产品和技术作为发展定位；对于已经具备一定产业基础的地区，重点要放在不断延伸产业链、完善产业链布局、提升产业竞争力方面，形成产业集群发展；对于拥有独特区位优势的地区，可选择“换位发展”的思路，鼓励龙头企业或者企业联合开发新产品，如矿山地区的防爆LED、紫外医用照明等新兴特种应用。

 

充分发挥政府的组织、协调作用，搭建银企资金供需洽谈平台，建立协调发展和良性互动的银企关系，切实解决银企双方资金供需信息不对称、货币政策传导机制不顺畅的问题。鼓励企业通过资产重组、收购、兼并和境内外上市加速扩张。加强银企之间的相互沟通，有效地引导金融机构增加信贷资金投入。提升政府服务水平。切实加大跨部门协调服务力度，进一步优化服务工作流程，大力宣传政策规划，及时发布产业发展信息，加快项目审批进度。及时协调解决生产经营中存在的困难和问题，帮助企业渡过难关。

 

健全中介服务体系。大力发展技术评估、技术咨询、技术服务、技术转移、专利代理、科技信息、投融资、人才培养、法律服务等各类中介组织，积极搭建产业发展与交流平台，促进企业之间的交流与合作，形成完整的服务保障体系，为企业提供便捷高效的服务。

 

我国在LED基础原材料与关键设备领域基础薄弱，LED材料企业，尤其是具备一定规模的大企业，应与外商充分开展全方位合作，如以合资建厂、技术引进、战略合作等方式降低材料成本，保证关键材料供给。同时通过对核心技术的消化、吸收，积累自身的技术实力，完成自主创新。通过国家的科技专项进行联合攻关，突破上游关键材料和设备瓶颈，掌握发展主动权。

 

另外，鼓励开展产学研合作，加强LED材料基础及前瞻性研究，规划产业的技术路线，抢占行业发展制高点。加强对已有的专利进行分析，规避技术风险和专利陷阱。同时，企业之间、企业与研究机构之间也可以抱团取暖，通过核心技术专利与外围应用专利相搭配的方式，组建产业联盟专利池，增强与对手的谈判博弈能力。

 

由于LED材料产业投资规模大，给企业带来了很大的资金压力，因此企业要充分借助产业本身的吸引力，进一步整合资源，密切与金融机构、投资人的关系，多渠道筹措平台发展需要的资金。根据企业发展需要，通过资本市场进行再融资；另外，可设立担保基金或风险基金，为金融介入和企业高科技开发分担风险，调动金融业和企业发展封装设备制造产业的积极性，为企业技术水平的提高和产业规模的扩大，提供有力的资金保障。

 

由于国家对LED材料产业的发展非常重视，会在政策和资金上对战略性新兴产业给予一定的扶持。因此，要求企业在全面领会国家各项产业政策措施、用好现有政策的基础上，积极争取最大资金和政策支持力度；对于重大设备共性技术、基础性技术和关键技术的攻关，设立专项资金，以专项计划的形式，集中优秀人才和有效资源，组织攻关。