2023年中国LED芯片行业概览

行业概览| 2023/02 中国：LED芯片行业 摘要 Mini-LED成为当下过渡到Micro-LED的最优方案 LED芯片利用半导体芯片作为发光材料制造成二极管，当两端加上正向电压时，半导体中的载流子发生复合/能级跃迁引起光子发射从而产生光。 Micro-LED显示性能优异，能够完美实现RGB三原色，但目前阶段在工艺技术和成本上仍存在瓶颈，在巨量转移、像素光源和超高密度封装等关键技术上仍有待突破，因此短期难以实现量产和规模化应用。与Micro-LED相比，Mini-LED无需克服巨量转移的技术门槛，技术难度较低而生产良率更高，更容易实现量产。因此，Mini-LED不仅具备无缝拼接、宽色域、低功耗和长寿命等优点，还具有更好的防护性和更高的清晰度，成为LED显示下一代技术Mini-LED成为行业焦点 LED芯片具有出光效率高、体积小、寿命长、响应迅捷、驱动电压低、色彩纯度高等特性 2018至2019年，中国LED芯片行业发展因中美贸易战等外部环境风险，行业进入下行周期。基于国家利好政策、Mini/Micro-LED技术成熟等方面驱动，LED行业自2022年进入上升周期 由于LED照明产品的节能效果突出，国家将推广LED照明作为碳达峰、碳中和的主要路径之一。 2022年7月，《城乡建设领域碳达峰实施方案》中明确提出到2030年LED等高效节能灯具使用占比超过80%。基于国家政策的推动，LED照明灯具的政府采购订单数量在未来将会持续增长，进而带动LED芯片制造及封装行业市场规模增长。 目前Mini-LED投资事件频发，LED芯片企业纷纷布局Mini-LED，扩张Mini-LED产能。 预计2027年，中国LED芯片制造市场规模达到259亿元，LED芯片封装市场规模达到957亿元 Mini-LED作为市场前景广阔的新技术，主要有两大应用方向，即Mini-LED背光和RGBMini-LED显示屏。2019年以来，苹果、TCL、海信、华硕、群创、友达、京东方等企业纷纷推出Mini-LED背光或类似技术的电视、显示器、VR和车载显示等终端产品。LED企业顺应市场动向，积极扩张Mini-LED产能 名词解释 LED：Light Emitting Diode，发光二极管，是一种固态半导体器件，可以通过“P-N结”直接把电子转化为光子，LED作为光源广泛应用于照明、显示、背光等，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点 LED外延片：是指在LED衬底上利用外延生长法形成半导体发光材料薄膜，进而制成LED外延片。此环节是早期LED生产过程中对生产设备及技术工艺要求最高的环节，目前生产高亮度LED外延片的主流技术是MOCVD，即金属有机化学气相淀积法 LED衬底：衬底是生产LED外延片的基础材料，目前LED衬底材料主要有两种，分别是蓝宝石（ Al2O3 ）和砷化镓（GaAs），其中蓝宝石应用于生产蓝、绿光LED，砷化镓应用于生产红、黄光LED LED芯片制造：该环节首先需根据下游产品性能需求进行LED芯片结构和工艺设计，然后通过光刻、刻蚀等工序形成金属电极，测试后再进行切割、分选和包装 LED芯片封装：指利用外引线将LED芯片电极连接至承载支架，然后用透明材料密封形成可以使用的LED器件，多数采用正装、倒装等结构 LED封装模组：是将LED芯片、支架、荧光粉等材料通过一定工艺制作成用于照明、背光、显示等不同用途的LED器件产品 MOCVD设备：Metal-organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉积，MOCVD设备是LED外延片生产过程中的关键设备 特种气体：所有高纯度的工业气体，硅烷、高纯氨、氟碳类气体、锗烷、一氧化碳，用于电子、消防、医疗卫生、食品等行业的单一气体以及照明气体、激光气体、标准气体等所有混合气体 高纯氨：纯度达到或超过5N（99.999%）的氢 超纯氨：纯度达到或超过7N（99.99999%）的氨 Mini-LED：一般是指采用更精密器件及新的封装方式实现点间距为0.2-0.5mm的LED显示技术，其LED芯片尺寸介于50um和200um之间 Micro-LED：一般是指采用更精密器件及新的封装方式实现点间距小于0.1mm即100um像素颗粒的LED显示技术，其LED芯片尺寸小于50um LED直显、显示屏：在LED器件单独作为像素单元，直接发光、独立成像显示的技术，与作为液晶显示器背光源的间接显示技术相区分，在LED应用中，显示屏一般表示直显显示屏 RGB：Red Green Blue，红绿蓝三基色，通过红、绿、蓝三基色LED器件的组合，可以实现全彩显示 OLED：Organic Light Emitting Diode，有机发光二极平板显示技术，是指有机半导体材料和发光材料在电场驱动下，通过载流子注入和复合导致发光的现象，对比LED其材料为有机物；另外，相比LCD显示器需要背光源，OLED显示为自发光 名词解释 点间距：显示屏上两个像素间的距离称为点间距，又称像素间距，行业内常用英文单词Pitch，如P2.5即像素间距为2.5毫米 MO源：高纯金属有机源（Metalorganic Source），用于金属有机化学气相沉积工艺的气体源 小间距LED：LED点间距在P2.5及以下的LED显示屏（主要包括P2.5、P2.083、P1.923、P1.8、P1.667、P1.5、P1.25、P1.0等LED显示屏产品） LED背光组件：由LED背光灯珠、透镜、PCB板、端子等器件组装而成的组件 背光、背光源：为LCD提供背部光源的发光组件，是一种能把点光源或线光源发出的光通过漫反射使之成为面光源的发光组件 LCD：Liquid Crystal Display，指液晶显示器 COB：Chip on Board，一种LED芯片封装技术，将LED芯片直接打在基板上,再进行整体封装 POB：Package on Board，一种LED芯片封装技术，将LED芯片封装成单颗的SMD（表面贴装）LED灯珠，再把灯珠打在基板上 NCSP：Near Chip Scale Package，一种LED芯片封装技术，将倒装LED芯片通过共晶焊技术焊接在陶瓷或柔性基板上，制程工艺比COB简单 图形化衬底：Patterned Sapphire Substrate，指在蓝宝石抛光衬底之上进行表面图形化处理后的衬底，可提高LED器件的光电性能。业内普遍将图形化蓝宝石衬底称为“PSS”，PSS已经成为目前LED衬底的主流产品 蓝宝石平片、蓝宝石衬底、蓝宝石晶片：蓝宝石晶锭经过掏棒、晶棒加工、切片、研磨、退火、抛光、清洗等工艺流程后形成的中间产品。业内普遍将蓝宝石晶片称为“蓝宝石平片”或者“蓝宝石衬底”，是生产图形化蓝宝石衬底（PSS）的原材料 对比度：一幅图像中明暗区域最亮的白和最暗的黑之间不同亮度层级的测量，差异范围越大代表对比越大，差异范围越小代表对比越小 LED芯片通过半导体晶片内的“P-N结”将电转化为光，有较高的出光效率，是绿色节能照明的重要产品。LED芯片根据制造工艺的不同可分为MB、GB、TS、AS四大类，其性能存在明显差异 LED产品自1988年开始进入中国，LED产业链开始逐步建成。 自2006年开始，中国政府将半导体照明作为重点领域进行推动。中国LED芯片行业经过数十年的高速发展已逐步进入成熟期 中国政府有关部门为落实碳达峰、碳中和，积极推广节能减排政策，LED照明作为节能照明的主要方式，得到相关政策的推动，有利于LED照明灯具上游的LED芯片行业发展 2018至2019年，中国LED芯片行业发展因中美贸易战等外部环境风险，行业进入下行周期。基于国家利好政策、Mini/Micro-LED技术成熟等方面驱动，LED行业自2022年进入上升周期 LED芯片行业综述——定义及分类 LED芯片通过半导体晶片内的“P-N结”将电转化为光，有较高的出光效率，是绿色节能照明的重要产品。LED芯片根据制造工艺的不同可分为MB、GB、TS、AS四大类，其性能存在明显差异 LED芯片的定义 LED芯片的定义及基本原理 LED（LightEmitting Diode），即发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，另一端是N型半导体。当两种半导体连接起来的时候，即可形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于半导体晶片时，电子会从N区被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，会以光子的形式发出能量，即LED发光 LED芯片的特性 LED芯片利用半导体芯片作为发光材料制造成二极管，当两端加上正向电压时，半导体中的载流子发生复合/能级跃迁引起光子发射从而产生光。LED芯片具有出光效率高、体积小、寿命长、响应迅捷、驱动电压低、色彩纯度高等特性 LED芯片（正装工艺）的构成 正负电极在最上方，从上至下材料依 次为：P-GaN（P型氮化镓），发光层，N-GaN（N型氮化镓），衬底 LED芯片的分类及特点 GB芯片 MB芯片 （Glue Bonding，粘着结合） （Metal Bonding，金属结合）采用高散热系数的材料Si（硅）作为衬底 透明的蓝宝石衬底取代吸收光的GaAs（砷化镓）衬底 具备良好的热传导能力 出光功率高，芯片四面发光整体亮度高于TS单电极芯片 底部金属反射层有利于光度的提升及散热 AS芯片 TS芯片 （Absorbable Structure，吸收衬底） （Transparent Structure，透明衬底）采用透明的GaP（磷化镓）衬底，不吸收光 四元（磷、铝、镓、铟）芯片结构，成本较高 由于衬底不吸收光，有较高的亮度芯片工艺复杂，但有极高的可靠性 采用MOVPE工艺制备（利用MOCVD设备进行沉积），拥有极高的亮度 LED芯片行业综述——发展历程 LED产品自1988年开始进入中国，LED产业链开始逐步建成。自2006年开始，中国政府将半导体照明作为重点领域进行推动。 中国LED芯片行业经过数十年的高速发展已逐步进入成熟期 LED芯片行业的发展历程 1988年，直插式LED灯进入中国。1999年，贴片式LED进入中国。 1988-2005年 2004年10月，国家半导体照明工程研发及产业联盟成立。2005年，大功率LED灯进入中国 2006年2月，国务院发布了《国家中长期科学和技术发展规划纲要》将高效节能、长寿命的半导体照明产品列入中长期规划第一重点领域。同年10月，重大项目《国家半导体照明工程》正式开始实施 萌芽期 2006年 从2006年的“十一五”规划开始，国家将半导体照明工程作为重大项目进行推动。在此期间政府结合制定国家中长期科技发展规划，研究提出中国半导体照明产业发展的总体战略和实施方案 阶段特点 2011年10月1日，国家发改委发布中国淘汰白炽灯政府公告及路线图。根据路线图，中国将禁止销售和进口15瓦及以上普通照明用白炽灯，LED灯开始成为中国家居照明市场的主要灯源 2011年 启动期 根据《半导体照明节能产业规划》的要求，到2015年，中国60瓦以上普通照明用白炽灯全部淘汰，市场占有率将降到10%以下；节能灯等高效照明产品市场占有率稳定在70%左右；LED功能性照明产品市场占有率达20%以上 2015年 阶段特点 受国家强制性的政策推动，中国半导体照明应用需求快速上升，LED芯片行业开始进入高速发展阶段。LED灯具有寿命长，节能环保的特点，LED因此成为国家节能减排的重要产业 2016-2017年，由于小间距LED市场爆发，LED显示屏产值增速开始上升，2017年中国LED显示屏产值规模达491亿元，同比增长27.2%2020年，三星、LG、TCL、小米等企业相继推出Mini-LED背光电视,苹果推出搭载Mini-LED背光屏iPadPro产品。因此，