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全球LED产业观察(11月)

五、LED政策利好不断 看好节能灯市场爆发

  LED政策利好不断。国家十二五科技发展规划中,提出2015年LED占国内通用照明市场30%以上份额,产值达到5000亿元;五部委确定关于逐步禁止进口和销售白炽灯规划图,2016年将彻底淘汰白炽灯。十二五节能环保产业发展规划政策即将出台。

  短期难以看到实质性业绩体现。三季度LED企业业绩加速下滑,行业竞争激烈,毛利率下降明显,然而上半年产业链各环节投资扩产力度依然较大,照明市场的开启依靠LED产品价格的下降决定了整个行业短期业绩恐继续下滑,上游蓝宝石衬底领域严重过剩,封装环节面临洗牌。

  LED照明接力背光领域。相比传统的白炽灯和节能灯,LED拥有更节能、更高效、更环保、更长寿等优点,LED行业目前的发展动力以背光领域为主,然而LED背光市场已经接近成熟,预计2014年将达到饱和,LED照明领域市场巨大,近几年将保持高速增长。

  投资策略:考虑到目前LED产品价格较高和过渡时间问题,我们短期看好节能灯市场的爆发,推荐节能灯用薄膜电容器龙头公司法拉电子;中长期推荐拥有技术优势和规模优势的瑞丰光电(300241)和鸿利光电(300219),推荐拥有渠道优势和品牌优势的阳光照明(600261)。

  风险提示:补贴不给力,消费者意识转变较难。
 

六、淘汰白炽灯路线图发布 LED行业补贴政策有望出台

  国家发改委4日发布淘汰白炽灯路线图,明确从2012年10月1日起禁止进口和销售100瓦及以上普通照明白炽灯,至2016年几乎全面淘汰白炽灯。据国家发改委预计,这样可新增照明电器行业产值约80亿元,形成年节电480亿千瓦时、年减少二氧化碳排放4800万吨的能力。

  国家发改委环资司副司长谢极在新闻发布会上透露,政府将大力鼓励LED灯的生产和推广,国家发改委正组织起草半导体照明产业“十二五”规划,并和财政部参照绿色照明政策,研究制定鼓励LED推广的措施,“预计该行业五年内产值将翻两番?”

  淘汰白炽灯五步走

  淘汰白炽灯路线图共分为五个阶段:2011年11月1日至2012年9月30日为过渡期;2012年10月1日起禁止进口和销售100瓦及以上普通照明白炽灯;2014年10月1日起禁止进口和销售60瓦及以上普通照明白炽灯;2015年10月1日至2016年9月30日为中期评估期;2016年10月1日起禁止进口和销售15瓦及以上普通照明白炽灯,或视中期评估结果进行调整。

  谢极介绍,我国是照明产品的生产和消费大国,节能灯、白炽灯产量均居世界首位,2010年白炽灯产量和国内销量分别为38.5亿只和10.7亿只。据测算,我国照明用电约占全社会用电量的12%左右,采用高效照明产品替代白炽灯,节能减排潜力巨大。

  “逐步淘汰白炽灯,对于促进中国照明电器行业结构优化升级、推动实现十二五节能减排目标任务、积极应对全球气候变化具有重要意义。”谢极说。

  事实上,我国一直以来高度重视照明节电工作,1996年启动实施中国绿色照明工程,先后将其列入“九五”、“十五”节能重点领域和“十一五”、“十二五”重点节能工程,并与联合国开发计划署、全球环境基金开展了三期绿色照明国际合作项目。

  中国绿色照明工程的实施,推动了照明电器行业结构的优化升级和产品质量的整体提升。谢极说,节能灯和白炽灯的产量比由1996年的1:34上升至2010年的1:1,节能灯的全球市场占有率由1996年的20%提高到2010年85%。

  将鼓励LED灯生产推广

  白炽灯淘汰线路图实施后,其替代产品的空间较为巨大。国家发改委指出,通过实施路线图,将有力促进中国照明电器行业健康发展,通过对淘汰白炽灯实施效果的预测显示,预计可新增照明电器行业产值约80亿元人民币。

  齐鲁证券分析人士指出,淘汰白炽灯路线图的实施,为节能灯和LED等节能高效照明产品的生产销售提供了良好的市场环境。特别是相对节能灯而言,LED理论光电效率在60%以上,其产品无疑是未来绿色照明时代的最佳选择。

  事实上,谢极在会上明确表示,政府将大力鼓励LED灯的生产和推广。据介绍,目前国家发改委正在组织编制半导体照明产业“十二五”规划,同时发改委正与财政部制定鼓励LED灯政策。在系列政策支持下,他指出,“十二五”期间,LED产业有望实现翻两番的目标。

  “LED灯是半导体发光原理,能够避免荧光灯发光频闪的问题,但作为新一代光源,价格还比较高,被市场接受还需要一定时间。为了这个问题,一方面我们会加快提高荧光灯质量,另一方面会大力推广LED灯。” 谢极说。
 

七、LED产业迎来政策红包 期待明年下半年爆发

  尽管国家层面以罕见的决心逐步淘汰白炽灯,但LED行业前景仍不明朗。

  国家发改委11月初发布的《中国逐步淘汰白炽灯路线图》曾一度大大提振了行业信心,在资本市场上掀起一股热潮,但,热浪平息过后的LED难言“春天已到”。

  一些东莞LED企业负责人表示,国家发布逐步淘汰白炽灯路线图“无疑是一个重大利好”,但相关补贴政策的落实却“需要一个过程”。

  他们认为,LED行业的真正转机或出现在明年下半年。

  不过,也有业内人士提请行业不要过高期待这一政策,担心在国家政策层面的刺激下,LED行业再次上演“万马奔腾”的局面,进一步加重原本不堪重负的“产能过剩”。

  将“腾出”80亿元产值

  11月14日,国家发改委在其官方网站上发布了一条《中国逐步淘汰白炽灯路线图》的公告(2011年第28号公告)。公告由国家发展改革委、商务部、海关总署、国家工商总局、国家质检总局联合印发。

  根据公告,中国将分为五个阶段逐步淘汰白炽灯:2011年11月1日至2012年9月30日为过渡期;2012年10月1日起禁止进口和销售100瓦及以上普通照明白炽灯;2014年10月1日起禁止进口和销售60瓦及以上普通照明白炽灯;2015年10月1日至2016年9月30日为中期评估期;2016年10月1日起禁止进口和销售15瓦及以上普通照明白炽灯,或视中期评估结果进行调整。

  也就是说,5年之后,中国将基本实现淘汰白炽灯。

  对逐步淘汰白炽灯带来的影响,公告称“将新增照明电器行业产值约80亿元,新增就业岗位1.5万个”。而去年,我国白炽灯产量和国内销量分别为38.5亿只和10.7亿只。

  “这是国家层面以罕见的决心逐步淘汰白炽灯”,业内人士表示,这几年来,虽然国家在财政补贴和市场推广上进行了诸多扶持,但这并没有给中国的LED企业带来实质性的发展机遇,相反,在国家政策的刺激下,国内LED项目一哄而上,行业内竞争日趋混乱。

  “这是一个重大利好”

  对国家发布逐步淘汰白炽灯路线图,东莞的许多LED企业予以了高度评价。

  东莞市科磊得数码光电科技有限公司(简称“科磊得”)是LED两大技术派别中集成模组的领军者,在散热系统与配光系统上占据优势,其散热系统的光衰不高于6%。

  科磊得副总经理赵玲说,公司已接到关于淘汰白炽灯的通知,她认为,“这将是对LED行业的重大利好”。

  不过她并不认同LED行业春天已到的说法。她认为,政策的出台与实施从来都是一个逐步的过程,政策的影响并不会立即显现。她预计,“大致在明年下半年就能看出来。”

  东莞市百分百科技有限公司(下称“百分百科技”)执行董事、营销总监邱建平说,国家发布的逐步淘汰白炽灯路线图将让越来越多的人接受LED照明新技术,他认为,紧接着国家会出台相关的LED补贴政策,这些政策将对LED的上中下游进行补贴。

  他评价说,国家淘汰白炽灯的政策将会对LED行业产生“明显的推动作用”,称这将促使LED行业迎来转机。

  东莞企业摩拳擦掌

  在这一难得的重大政策机遇面前,东莞的LED企业已开始摩拳擦掌、提前布局。

  近一个星期以来,科磊得的高层们都在外地跑动。刚从迪拜回来的赵玲随即又飞到了兰州,其他高层们也在中东、北美国家洽谈合作事宜。

  “明年地方政府的市政项目将在年底确定下来,这个时候再不跑就没机会了”,赵玲说,受国家淘汰白炽灯路线图的刺激,许多地方政府必定会加大LED示范性项目,必须抢先在年内拿下一批市政项目。

  邱建平说,在国家淘汰白炽灯路线图出来后,公司肯定会调整明年的工作计划,提前着手。他说,不光东莞LED企业,国内的所有LED企业都会“动起来”。

  业内人士指出,虽然淘汰白炽灯,补贴LED的相关政策细节还没出来,但LED行业内部已经是“暗流涌动”,各地企业都在摩拳擦掌、伺机而动,争取在补贴政策出来以前,抢占有利位置。
 

 

——LED技术趋势观察

 

一、给力LED:征服LED之不得不看的重要概念(二)

  GaN(gallium nitride)

  由镓(Ga)和氮(N)构成的化合物半导体。带隙为3.45eV(用光的波长表示相当于约365nm),比硅(Si)要宽3倍。利用该特性,GaN主要应用于光元件。通过混合铟(In)和铝(Al)调整带隙,所获得的LED和蓝紫色半导体激光器等发光元件已经实用化。

  GaN由于带隙较宽,可产生蓝色和绿色等波长较短的光。蓝色LED和蓝紫色半导体激光器,采用了在GaN中添加In形成的InGaN。除了带隙较宽以外,GaN还具有绝缘破坏电场高、电场饱和速度快、导热率高等半导体材料的优异特性。另外,采用HEMT(High Electron Mobility Transistor)构造的GaN类半导体元件,其载流子迁移率较高,适合用作高频元件。原因是会产生名为“二维电子气体层”的电子高速流动领域。而且,由于绝缘破坏电场要比Si和GaAs大,耐压较高,可施加更高的电压。因此,在手机基站等高频功率放大器电路中采用GaN类HEMT的话,能够提高电力附加效率,降低耗电。

  最近,GaN作为逆变器及变压器等电力转换器使用的功率元件也极受期待。原因是与Si功率元件相比,GaN类功率元件可大幅降低电力损失。由于绝缘破坏电场较高,能够通过减薄元件降低导通电阻,从而降低导通损失。

 

  GaN类功率元件还有助于实现电力转换器的小型化。原因是与Si功率元件相比,GaN类功率元件能够以高开关频率工作,可缩小周边部件的尺寸。另外,由于导热率高,还可缩小冷却机构。鉴于上述优点,从事服务器、混合动力车和电动汽车以及白色家电业务的厂商等非常关注GaN类功率元件。据悉,2011年GaN类功率元件将有望配备于服务器电源。

   倒装芯片安装(flip-chip bonding)

  在底板上直接安装芯片的方法之一。连接芯片表面和底板时,并不是像引线键合一样那样利用引线连接,而是利用阵列状排列的,名为焊点的突起状端子进行连接。与引线键合相比,可减小安装面积。另外,由于布线较短,还具有电特性优异的特点。主要用于对小型和薄型具有较高要求的便携产品电路以及重视电特性的高频电路等。另外为了将芯片发出的热量容易地传递到底板上,需要解决发热问题的LED也有采用这种安装技术的。

  将LED芯片收纳于封装中时如果采用倒装芯片技术,发光层(发热源)距离封装一侧就较近。因此,容易将LED芯片的热量散发到封装侧。

  另外,采用倒装芯片安装方法安装LED芯片的话,发光层的光射出外部时不会受到电极的遮蔽。尤其是采用蓝宝石底板的蓝色LED等只在LED芯片一面设置电极的产品,其效果更为明显。通过倒装芯片安装的LED的发光效率,与采用引线键合的安装相比,可提高数十%。

  用于LSI时可削减芯片面积

  倒装芯片安装多用于LSI。原因是由于芯片整体拥有输入输出(I/O)端子,由此可缩小芯片面积。以前,采用通常使用的引线键合方法时,I/O端子在芯片周围,为了备齐所需的I/O数量,必须扩大芯片面积。倒装芯片安装方法无需引线的布线空间,所以可缩小封装。另外还能降低电源噪声,布线电感以及由电阻引起的电力损失。

 
采用倒装芯片提高光提取效率

  通过将位于发光层下部的蓝宝石底板设置在上部,提高了光提取效率。

  标准芯片/大型芯片(regular chip/large chip)

  蓝色LED和白色LED的标准芯片是收纳于封装内的LED芯片,大体上一边的尺寸为200~300μm。形状因用途而异,有正方形和长方形等。例如,小型液晶面板背照灯光源使用的白色LED大多配备长方形的蓝色LED芯片。

  相对于标准芯片,还有尺寸在1mm见方,面积为标准芯片10倍的大型芯片。另外,尺寸介于大型芯片和标准芯片之间,称为“中型”的芯片也日渐增多。

  以前,输入功率超过1W的照明器具和大型背照灯用LED不使用标准芯片,而使用大型芯片。但最近安装多个标准芯片以提高亮度的方法(多芯片型)越来越引人注目。目前在照明用途中,从最常用的输入功率1W级的品种,到输入功率超过10W品种的多芯片型均告实现,与采用大尺寸芯片的方法展开了竞争。LED灯泡也开始采用多芯片型,例如东芝照明技术2010年1月发布的产品,就采用了将56个标准芯片集成于一个封装的白色LED。

 
通过重叠多个芯片减少特性不均

  大输出功率白色LED的实现方法包括使用1mm见方的大尺寸蓝色LED芯片的方法,以及将多个约0.3mm见方的小尺寸蓝色LED芯片收纳于一个封装内的方法。使用多个小尺寸LED芯片,即使封装内的蓝色LED芯片的发光特性不均,由于每个芯片的发光光谱叠加,所以不同封装之间不容易出现特性偏差。

  多芯片型和大型芯片各有利弊。从照明器具厂商和用户等使用方的角度来看,多芯片型的优点是白色LED间的色差较少,散热面广。LED芯片目前仍存在发光波长不均的现象。通过使用多个芯片,可使发光波长平均化,降低各个LED封装间的波长不均现象。此外还具有如下优点:因LED芯片分散于封装内,不容易发生热集中现象,由于散热性好,可轻松控制温度上升。

       光学设计(optical design)

  LED的用途包括指示器、液晶面板背照灯、照明器具以及前照灯等,范围极广。对白色LED的发光特性要求呈现出多样化趋势。另外,LED是点光源,而且具有指向性较强的特点。要想满足广泛的用途要求,需要根据LED的这些特点,采用透镜等光学部件,将属于点光源且指向性强的LED光线转变为所期望光学特性的光学设计必不可少。光学设计将为LED增添价值。

  日美欧的LED厂商正在瞄准背照灯,车载设备以及照明产品等新兴市场扩大业务范围。在新兴市场上,与光学部件的组合使用,面向产品的安装方法,产品整体的配光控制等越来越重要。LED厂商的目标是涉足这些领域,提高产品的附加值。

  在照明用途领域,要想接近所期望的光学设计,不但要准备放射角各异的多种产品,LED厂商还在很多方面下了工夫。例如,德国欧司朗光电半导体实现了多种透镜的使用。备有不同形式的高输出功率白色LED和透镜,将放射角各异的透镜与白色LED相结合。在白色LED的封装上开孔,以插入带有凸起的透镜。这样一来,白色LED的放射面和透镜的光轴便可轻松结合在一起,而且一旦结合在一起,光轴就不会错位。

 
面向新市场扩大业务领域

  日美欧的LED厂商欲瞄准背照灯、车载设备以及照明产品等新市场扩大业务领域。在新市场上,与光学部件的组合使用、面向产品的安装方法以及产品整体的配光控制越来越重要。LED厂商的目标是涉足这些领域,提高产品的附加值。

  在液晶面板背照灯用途方面,在进行光学设计的基础上,与LED组合使用以获得均匀的面发光的光学部件变得越来越重要。

  散热(thermal design)

  LED由于发光部较小,为局部热源,因此必须充分考虑对该部分的散热对策。LED亮度和寿命受温度影响会发生大幅变化,因此如果散热设计不完善,就无法获得期望的特性。LED的温度上升,正向电压就会降低,不但会导致发光效率恶化,还会缩短寿命。照明器具和汽车车灯采用多个白色LED,使用了手机背照灯数百倍的光通量。为了增大电流,亮度越亮,就越需要采取各种散热对策。温度容易升高的高功率产品,其封装也需要采用具有耐热性的贵重材料,因此还会导致成本增加。也就是说,散热是关系到效率、成本和寿命等多个方面的重要因素。

  LED散热主要是根据热传导原理传递热量。因此,其构造为通过向多种材料传递热量,逐步扩大受热面积,最终向空气中散热。传递途中存在多种固体材料,材料间存在接触部分。由于固体与固体的接触面上存在的微小凹凸以及面的弯曲等,中间会产生缝隙,导致出现热阻现象。如何抑制热阻现象的出现是提高LED整体导热性的关键。

  热传导材料方面,具有热扩散作用的材料尤为重要。充分利用将点的发热扩大到面的材料,使元件整体保持均匀的温度。简而言之,热源与其周边几乎没有温差的状态是LED构造中最为理想的。

  芯片→封装→印刷底板巧妙散发热量

  要提高使用LED的产品的散热性,必须将受电力输入影响而温度上升的LED芯片的热量充分导出。为此,①在降低从芯片到封装的热阻的基础上,还要②降低从封装至印刷布线底板的热阻,③为了散发印刷布线底板的热量,最后还要准备一条将芯片热量顺利散发到空气中的通道。

 
利用散热片和散热管防止LED灯过热

  丰田汽车的“雷克萨斯 LS600h”上配备的LED前照灯为了防止白色LED灯过热,在各灯的背面设置了散热片(a)。为了能更有效地散热,还设置了散热管,预防灯壳过热(b)。通过这些措施,即使不使用基于冷却扇的强制空冷,也可为白色LED灯散热。

  随着高输出功率封装的采用不断增加,近来,LED照明器具大多在印刷底板中使用金属底板。不过,即便是金属底板,确保充分散热还是越来越困难。对此,散热性高的新构造底板方案被提了出来。

  例如,电气化学工业研究的“AGSP底板”采用在热传导较高的绝缘树脂中嵌入Cu突起,将LED的热量经由Cu突起散发到安装面的另一侧。如果让散热片和外壳能够接触,即可实现有效散热。该公司表示,如果是相当于40W白炽灯的LED,采用金属底板即可充分散热,但如果安装的是相当于100W白炽灯的LED,还是AGSP底板更有效。Cu突起的直径相对于LED芯片可实现足够大的4mm左右。

 
散热性优异的AGSP底板

  由电气化学工业与大和工业开发。右为安装LED封装的示例。经由Cu突起将LED元件的热量散发到底板里侧。

  此外,作为高输出功率LED用底板,还有在热传导率较高的AlN板上印刷Ag膏的陶瓷底板。

  封装材料(packaging materials)

  将LED芯片安装到封装中时,为了将LED芯片发出的光提取到封装外部,封装的一部分或者大部分采用透明材料。透明材料使用的是环氧树脂和硅树脂,最近还在开发玻璃材料。环氧树脂用于作为指示器和小型液晶面板背照灯光源使用的、输出功率较小的LED。而硅树脂则用于输出功率较大的LED。

  硅树脂与环氧树脂相比,可抑制材质劣化后光透射率的下降速度。用于照明器具和大尺寸液晶面板背照灯等的高输出功率产品几乎全部采用基于硅树脂的封装技术。针对波长为400nm~450nm的光,环氧树脂最多会吸收数%,而硅树脂还不到1%。树脂的劣化速度也相对缓慢。有LED厂商称,采用环氧树脂的话,到达亮度减半时的寿命最多为1万小时,而采用硅树脂,亮度减半所需的时间延长到了4万小时。顺便提一下,4万小时的元件寿命与照明产品的设计寿命相同,因此照明产品的设计寿命期间无需更换白色LED。

 
采用硅树脂作为封装材料,使用一万小时也几乎不会发生劣化

  大输出功率白色LED中,如果LED芯片的封装材料使用硅树脂,400nm左右的光的透射率比环氧树脂高,而且点亮一万小时后亮度也几乎不会发生劣化(a)。另一方面,由于环氧树脂吸收短波长的光,材质劣化导致透射率下降,因此亮度明显降低(b)。

  采用玻璃材料,其劣化抑制效果比硅树脂还要高。丰田合成等着手进行了研究,在陶瓷底板上设置金(Au)突起,在其上面安装蓝色LED芯片,然后利用混合了黄色荧光体的无机玻璃材料封装蓝色LED芯片整体。由于全部由无机材料构成,因此可靠性较高。

 

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