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半导体通用照明技术半导体照明市场与技术浅析

发布时间 : 2024-11-24

作者 : 小编

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半导体照明市场与技术浅析

中国半导体照明网专稿： 半导体照明（Semiconductor Lighting）是一种新兴的照明技术。其基本器件由发光二极管(Light-emitting diode, 简称LED)，或与荧光发光材料封装，形成半导体固体发光器件，直接或间接发出各种可见及不可见光。半导体照明具有高效、节能、环保及多功能性等显著特点，广泛应用于家居照明、商业照明、工业照明等通用照明以及农业照明、健康照明、紫外固化、杀菌消毒、安防检测等功能性应用领域。并且已与微电子结合，在新一代信息领域的可见光通讯中扮演重要角色。

当前，半导体照明的发展目标已由节能减排转向高品质健康照明和创新应用功能性照明发展。 目前全球半导体照明技术正处于快速发展时期，国际上批量化80显指0.2W LED器件的光效最高已超过220 lm/W，LED成为照明领域中的主流光源器件。20世纪90年代初期，我国LED照明产业开始发展，并随着时间的推移，我国LED照明产业已经取得了显著的成就，从生产到制造再到封装，LED照明产业形成了完整的产业链。在“十二五”期间，国家对节能问题非常关注，将半导体照明产业作为重点培育和发展的战略性新兴产业进行系统部署，多部门、多举措共同推进半导体照明技术创新与产业发展，取得明显成效。“十三五”期间我国功率型产业化白光LED芯片及灯具产品光效水平与国际持平。在“十三五”规划的指导下，我国功率型白光LED光效超过200 lm/W，与国际水平持平。室内灯具光效超过100 lm/W，室外灯具光效超过130 lm/W；产业规模不断扩大，市场应用领域不断拓宽，从照明、显示逐步向汽车、医疗、农业等功能性照明领域扩展。截至目前，我国已成为全球最大的半导体照明产品生产、消费和出口国，国内LED照明产品市场渗透率超过78%，基本完成节能减排工作目标。然而，随着LED光源的快速发展，各种照明应用对光源提出了更高的要求。人们从最初的对LED光效和成本的重视逐渐发展到对其光品质和健康的追求。通用照明将逐渐向健康照明转型升级，功能照明逐渐向创新应用领域快速发展。“十四五”期间国家发改委部署建设半导体照明产业强国。国家发改委2019年部署了《半导体照明节能产业“十四五”发展规划前期研究》工作，围绕“高质量发展”需求，组织对我国半导体照明产业展开全面研究。研究初步提出“十四五”期间，着重推动我国半导体照明从“产业大国”发展成为“产业强国”，坚持从跟踪模仿向自主创新和引领创新转变。

LED在通用照明和功能照明领域的应用市场不断拓宽，市场规模保持较快增长。 2015-2020年，全球LED市场高速增长，已逐步取代白炽灯、荧光灯等其他照明光源，渗透率持续快速提升。截至2020年末全球LED照明渗透率已超过60%。综合参照IHS Markit、LEDinside的数据，2019年全球LED器件市场规模约为211.7亿美元，较2015年的 157.1亿美元增长了近34.8%（年均增速7.7%）。其中，通用照明用LED器件从46.2亿美元增长至64.1亿美元，增长了38.8%（年均增速8.1%）；而功能照明用LED器件从86.3亿美元增长至102.1亿美元，增长了18.3%（年均增速4.3%）；应用于创新应用照明的LED器件市场规模占比从3.7%扩张至5.2%。由此可见，过去五年间，通用照明是全球LED市场发展的主要推动力，创新应用照明市场正处于发展初期，规模较小。预计2021-2025年，全球LED市场仍将保持增长态势，通用照明逐渐向健康照明转型升级，创新应用市场将保持高速增长。预计到2025年，通用照明向健康照明转型将完成50%左右；而紫外光源、红外光源、农业照明等创新应用的LED器件则保持20%的年均增速，到2025年市场规模将达到30亿美元。

图1 2015年-2025年全球LED市场规模预测

数据来源：CSA Research，IHS Markit，LEDinside

图2 全球LED创新应用带动的器件市场规模

数据来源: CSA Research，IHS

基于光谱的应用设计是实现LED通用照明转型升级和创新应用照明规模扩大的核心驱动力。 近年来，在需求导向和应用导向指引下，过去简单的蓝光芯片+黄色荧光粉构成白光的通用白光照明，已开始向基于特定需求的光谱照明转变。由于白光照明中的蓝光危害得到重视，使得减少和抑制蓝光危害的健康照明概念备受关注，使得LED通用照明向健康照明升级。健康照明概念主要指对于人的视力、视觉、生理、心理等身心健康需求具有有益效果的照明技术、照明形式、照明设施和使用方法。LED光源相对传统光源，在频闪危害的控制、色彩还原度等方面更具优势，同时也更节能环保，作为健康照明的人造光源，LED照明将是最佳选择。当前健康照明主要技术重点在于使LED光源光谱应减少蓝光的相对能量，以防止蓝光危害。一些国内企业已经把普通白光的光源产品，逐步升级至极少蓝光危害的健康白光光源产品，从而形成了产品核心竞争力。

全光谱照明是健康照明的集中体现。 模拟太阳光谱，增加红光的相对能量，在室内也同于在日光下，以类自然光线促进人体的身心健康。这就需要挖掘荧光粉的色彩光谱潜力。当前已有紫光+荧光粉、蓝光+多色荧光粉、双蓝光+多色荧光粉、无荧光粉的五色LED混色等技术路线，最大程度让LED接近太阳光谱，并实现了产业化应用，其中双蓝光+多色荧光粉兼具低蓝光和高光效特点，优势较为突出。基于光谱的创新应用功能照明领域正在不断涌现 ，植物光照、紫外固化及杀菌消毒、红外检测等新兴功能照明应用市场前景可观。随着植物工厂产业的兴起，LED照明在农业领域的应用逐步成为植物工厂照明的首选。LED植物光照的技术核心和发展趋势主要集中LED光谱可控与光配方解决方案研究。新冠疫情的爆发激发了杀菌消毒市场对紫外LED光源的需求。 280nm深紫外及更短波段的光子有足够能量可直接破坏细菌和病毒赖以复制的脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA），杀死细菌及病毒。与汞灯等其他紫外光源相比，基于氮化铝镓（AlGaN）材料的深紫外LED具备坚固、节能、寿命长、无汞环保等优点。同时，深紫外LED体积小、环保无污染、便携等独特优势又拓展了其在消费类电子产品应用，从而展现出广阔的市场前景。2017年8月《关于汞的水俣公约》正式生效，我国作为缔约国，从2020年起将禁止生产及出口含汞产品，传统紫外光源逐步受限，紫外LED替代传统紫外光源的市场和新兴应用即将迎来爆发式增长，其意义并不亚于半导体冷光源代替白炽灯的意义。红外检测是继安防及遥控应用以来新兴市场，工业检测技术核心在于红外光谱设计、高可靠性光源及精确算法匹配实现，未来随着长波段红外光电转换效率提升，红外LED替代现有激光光源应用检测类领域具有广阔的市场前景。

可见，无论光全光谱健康照明，还是基于光谱的 创新应用功能照明，对于功能光谱的设计、实现、产业化能力是体现行业企业核心竞争力的重要方面。一些中国企业正在发起并参与标准制定，走在行业前列。

贴片大功率、陶瓷大功率单颗光源将是未来非功能性照明发展的重点。 随着LED器件的小型化，以及车用照明由传统的卤素灯或氙气灯向LED灯转变，LED的功率也在朝大功率化发展。大功率LED不仅可应用于户外照明、移动照明、还逐步向汽车照明、舞台照明、体育场馆、手机闪光灯等领域渗透，全球大功率LED市场占有率逐年提高，而单颗EMC大功率封装、陶瓷封装光源是实现高亮度、高稳定性大功率LED的必需品。

LED封装工艺仍是半导体照明器件制造的质量核心。 当前国内共有规模以上LED封装企业约2000余家，其中2/3分布在珠三角地区。由于受到成本压力，很多企业对提升封装质量关注不够，比如一些键合引线以合金线为主的产品，只能用于低端应用。而有的企业能够在控制好成本的前提下，通过先进封装工艺与99.99%纯金键合引线结合，则可进入对可靠性要求较高的中高端应用领域。受全球经济下行、中美贸易争端和新冠肺炎疫情等不确定性因素影响，未来LED封装行业的市场竞争将进一步加剧，但是，我们看到许多中小型封装企业凭借对通用健康照明和创新应用领域的深入理解，深耕功能照明领域，获得稳健的成长，逐步发展成为具有专精特新具有特色化企业，并引领了功能照明的细分领域和方向。未来随着高端市场逐步进口替代及创新应用领域的规模扩大，该类中小型企业将迎来更大的发展机遇。

行业市场简析智研产业百科【442】——半导体照明器件

摘要： 近几年来，随着半导体照明技术的不断进步，中国半导体照明器件应用领域越来越广泛，市场规模不断增长。从行业构成来看，LED产品仍然是中国半导体照明器件市场的主要支柱。随着半导体照明器件的不断发展，LED市场规模也在不断增长。据统计，中国LED照明市场规模从2020年5967亿元增长至2022年的6813亿元，随着行业发展逐渐稳定，估计2023年LED照明市场规模将达到7012亿元。

一、定义及分类

半导体照明器件是指利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。其主要包括发光二极管（LED）、有机发光二极管（OLED）或量子发光二极管（QLED）等，具有耗电量少、寿命长、色彩丰富、耐震动、可控性强等特点。但目前所说的半导体照明器件主要是指发光二极管（LED）。

二、行业政策

1、主管部门和监管体制

半导体照明器件的主管部门是指工业和信息化部，其主要负责提出新型工业化发展战略和政策，协调解决新型工业化进程中的重大问题，拟订并组织实施工业、通信业、信息化的发展规划，推进产业结构战略性调整和优化升级；制定并组织实施工业、通信业的行业规划、计划和产业政策；监测分析工业、通信业运行态势，统计并发布相关信息，进行预测预警和信息引导；指导行业技术创新和技术进步，以先进适用技术改造提升传统产业等。

半导体照明器件行业协会是指中国照明电器协会，其主要负责开展对国内外同行业发展状况的调查研究，向政府部门反映会员的愿望和要求，提出制定行业规划、政策、立法等方面的建议；根据授权从事行业统计调查，收集发布行业信息；按照有关规定，创办行业协会出版物；受政府委托承办或根据市场和行业发展需要组织本行业的产品展览与订货，开展技术交流与合作；与国外同行业及相关组织建立联系，开展国际交流与合作等。

2、行业相关政策

近年来，为了促进和规范半导体照明器件行业的发展，我国陆续发布了许多政策。如2023年1月，工业和信息化部等六部门发布《关于推动能源电子产业发展的指导意见》，其中提出提高长寿命、高效率的LED技术水平，推动新型半导体照明产品在智慧城市、智能家居等领域应用，发展绿色照明、健康照明。6月，工业和信息化部等五部门发布《制造业可靠性提升实施意见》，其中提出，重点提升高端射频器件、高端机电元器件、LED芯片等电子元器件的可靠性水平。12月，国家发展改革委发布的《产业结构调整指导目录（2024年本）》中，提到积极推动半导体照明衬底、外延、芯片、封装及材料（含高效散热覆铜板、导热胶、导热硅胶片）等发展，同时还不断推动半导体照明设备发展。

三、发展历程

从发展历程来看，中国半导体照明器件产业可分为五个阶段。第一阶段（1960-1980年）标志着中国科学院在发光科学领域的研究起步。这一时期，研究工作主要集中在实验室内，为后续的技术开发奠定了基础。第二阶段（1980-2002年）见证了LED技术从实验室走向生产的转变。2002年，中国已有420家LED生产企业，雇佣了超过3万名员工，标志着半导体照明器件行业的初步商业化。第三阶段（2002-2005年）以国家科技攻关计划的启动为特点，这一计划对半导体照明技术的发展产生了巨大推动作用。第四阶段（2005-2015）是产业的爆发期。在这一时期，LED产品的产值从2002年的约80亿元增长至2015年底的4245亿元。中国国产LED芯片的全球市场份额提升至45%，成为全球最大的LED芯片生产地和半导体照明产品的主要消费及出口国。第五阶段（2015至今），受国家政策的积极推动和LED照明产品技术的快速更新，LED产品渗透率不断攀升。据统计，2012年中国LED照明产品的市场渗透率仅为3.3%，而到了2021年，这一数字显著增长至80%。

四、行业壁垒

1、技术壁垒

半导体照明器件产品的研发、设计、制造涉及半导体技术、电力技术、微电子技术等，产品的生产需要全面掌握扩散、芯片制造、封装、测试等技术，对企业的工艺设计及过程控制的要求非常高。企业必须掌握强大的技术实力、完备的质量体系、工业装备和检测技术。较高的技术门槛，对缺乏技术沉淀和经验积累的新企业形成一定的技术壁垒。

2、资金壁垒

半导体照明器件的生产需要高度自动化的生产线和精密的生产设备，这些设备的价格往往非常昂贵。企业需要投入大量的资金来购买和维护这些设备。同时，为了拓宽市场空间，企业需要投入大量的资金进行市场推广，包括广告宣传、产品展示、客户拜访等，这对于资金有限的企业来说有一定的挑战。因此，较高的资金投入是新进入者面临的一个重要壁垒。

3、人才壁垒

半导体照明器件行业属于高科技行业，企业的经营和发展需要专业技术人才的支撑。企业的专业人才来源主要分为两大类，一是企业自身对新员工的技能培养，二是通过其他渠道招聘和引进。目前市场上具备相关专业技能和经验的人才相对稀缺，难以满足行业发展的需求。新进入的企业在人才引进方面较为困难，同时培养自身的人才需耗费较长的时间。因此，人才壁垒是半导体照明器件行业的主要壁垒之一。

五、产业链

1、行业产业链分析

从半导体照明器件行业产业链来看，上游主要包括LED芯片、外延片、衬底材料等；中游是指半导体照明器件封装；下游应用领域包括照明灯具、显示面板、电器信号设备装置等领域，这一环节需要针对不同应用需求进行定制化开发，终端应用领域，包括家居、商业、工业、办公、教育等。

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半导体照明市场与技术浅析

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