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LED封装全球的增长趋势已有所放缓

发布时间:2023-03-04 人气:434

LED封装全球的增长趋势已有所放缓

投资要点

l 国产转移和集中度提升趋势确立,高端龙头高度受益。LED封装全球的增长趋势已有所放缓,但国内的市场规模增速远高于海外。中国LED封装市场规模从2011年的285亿元,增长到2017年963亿元,复合增速达22.5%。近些年,中国封装企业成长最快,国产化率不断提高,海外市场尤其是日韩台地区的占比逐渐转移向大陆地区。除产业向国内转移外,国内封装行业也在走向集中度不断提升的趋势。封装格局的集中度越来越高,强者恒强,公司作为国内高端封装龙头,受益国产转移和集中度提升趋势确定。

l 小间距行业持续景气,封装龙头空间可观。小间距LED市场正在爆发,未来三年行业复合增速将达到50%以上。公司小间距1010、 0808器件已大规模量产, 0606计划2018年量产,利亚德、洲明科技等下游客户经历过2016年2/3季度的全面缺货,开始重视核心供应商的培养,中上游芯片及封装厂行业地位提升。在小间距LED显示屏成本结构中,封装灯珠占到总成本的70%,且随着未来间距进一步缩小,成本占比还将继续提升。公司2016年底产能1000KK/月,17年年初公告2亿扩产,2017年产能翻倍到年底2000kk/月,现在已成为全球小间距LED封装龙头。18年将继续扩产30%以上,未来还有很大扩张空间。

l 积极投入芯片扩产,布局上下游一体化。LED芯片行业高度景气,国星光电于2011年成立国星半导体研发和生产外延片和芯片,主要业务是白光和RGB芯片, 15年收购亚威朗科技,主供蓝绿外延片,公司17年一季度芯片业务已扭亏为盈。未来公司将进一步提升芯片核心制造技术,增强芯片的技术能力及规模,不断提高盈利能力。同时,芯片业务的发展将对公司封装业务的配合也能够产生更好控制成本和发挥协同效应。

l 高端细分多点开花,助力国星产品升级。公司除了在传统封装和芯片不断深耕外,还布局多种高端细分领域产品,如硅衬底芯片、COB封装、紫外杀菌LED、Vcsel灯珠等高价值高毛利产品。随着公司持续研发生产投入,高端产品占比将逐渐提高,推动持续产品结构升级,将助力公司毛利净利率水平稳中有升。

l 盈利预测与投资建议。预计2018-2020年EPS分别为1.04元、1.38元、1.81元,给予公司2018年22倍估值,对应目标价22.88元,给予“买入”评级。

l 风险提示:小间距增速放缓;市场竞争激烈;产品降价较快。

投资要件

l 国内高端LED封装龙头,深度布局垂直一体化

佛山市国星光电股份有限公司始建于1969年,于1976年进入LED封装行业,2010年7月在深交所中小板上市。公司是最早生产LED的企业之一,经过40多年的深入发展,现已成为国内第二、全球前十的LED封装企业。

国星光电主营业务有LED外延片及芯片、封装和照明应用产品等三大部分,致力于打造上下游垂直一体化的高科技化、规模化、国际化的企业,目前已形成成熟的全产业链格局。LED封装领域在保持现有传统业务稳定增长的同时,重点研发生产CSP、COB、小间距等新型封装业务,并处于国内外领先水平。同时积极部署上下游产业,整合产业优势,尽力发展协同作用。公司LED芯片业务分别于2011年成立国星半导体子公司,于2015年收购亚威朗科技,于2016年投资美国Raysent科技公司,重点研发和生产LED外延片、芯片产业,力争在LED上游强化公司的市场竞争力。下游领域的核心主业是通用照明成品,主要开发集团客户,为大型国企和大型地产开发商联合供货,提升在中高端市场的竞争力。

2017年,受益于LED行业的景气和公司2016年封装项目产能效益释放及进一步投入扩产项目的落地,公司业务收入和利润高速增长。2017年公司实现营业收入34.7亿,同比增长43.6%;实现归母净利润3.59亿,同比增长86.7%。

公司坚持“上中下游垂直一体化”发展战略,通过上游技术提升、中游优势巩固、下游细分领域拓展及海外市场开发,促使上中下游形成合力,深化发挥产业链协同效应,巩固公司行业领先的优势。

2 LED封装产能加速国内转移,行业集中度持续提升

近年来,随着LED成本及价格的不断下降,LED应用普及持续推进,LED市场规模持续扩大。2016年全球LED产业市场规模高达6996亿元,较2015年增长8.6%。全球LED应用市场呈快速发展趋势,下游应用产品的商用替代速度进一步加大,渗透率随之升高,带动全产业链扩张的主要动力来自指示灯与显示屏应用,占比接近一半,通用照明占25%,电视及显示器背光占5%。随着奔驰、宝马等高端车型前大灯逐渐采用LED灯具,LED汽车照明同比增长33.8%,占整体应用市场1.4%,小间距LED显示市场呈现爆发式发展,显示屏应用出现新增长点。

随着LED行业产能向中国转移,中国LED产业处于蓬勃发展中,显著高于全球增长速度。2011年以来,中国LED市场规模快速增长,从2011年的1540亿元成长到2017年LED市场规模达到5509亿元,复合增速达21.7%。

LED封装环节来看,经过前几年的快速扩张,全球的增长趋势已有所放缓,但国内的市场规模增速远高于海外。中国LED封装市场规模从2011年的285亿元,增长到2017年963亿元,复合增速达22.5%。

同时,国内内资企业产值增长显著高于全球平均水平,产值占全球比重不断提高。2015年内资封装规模占全球的21%,2016年规模为589亿元,同比增长6%,增长幅度远超过海外市场。近些年,本土成长最快,以大陆扩产为主,技术差距不断缩小,特别是白光领域,国际企业优势消除,国产化率进一步升高。海外市场尤其是日韩台地区的占比逐渐转移向大陆地区,14年起,内资LED封装产值占比首次位居全球第一。

多数海外LED封装龙头企业剥离传统业务,重点研发生产中高端技术、产品,如COB、CSP等新型封装技术,小间距LED、大功率LED照明器件等技术要求高、价值量高的产品。国内封装企业稳定发展传统白光、RGB LED封装业务,并通过并购海外厂商的方式,快速补充部分封装技术,实现技术研发的飞跃。我国封装厂商在全球排名不断提升,逐渐进入第一阵容。

国内LED封装产业主要集中在中低端封装领域,部分成熟企业如国星光电、鸿利智汇、晶科等在高端封装领域也有了重大技术突破,相应市场份额在不断提升,竞争实力加强。

除产业向国内转移外,国内封装行业也在走向集中度不断提升的趋势。我国封装企业多达1000余家,产值规模主要分布在千万级别,亿元以上占少数。经过国内封装企业的技术得到长足的发展,规模效应优势凸显,成为我国LED封装行业发展的新引擎。封装格局的集中度越来越高,强者恒强,数十家企业产值规模占行业内大部分市场份额,中小企业生存困难,资金紧张、扩产可能性很低,行业进入整合阶段。受益于行业集中度的提升,国内优质LED封装企业将继续快速增长。2017年木林森的营收同比增长48.0%,国星光电和鸿利智汇分别同比增长63.7%、43.6%,增速远超其他企业和行业平均增速。

3 公司产品性能优越,小间距封装业内领先

作为国内显示屏器件封装的龙头企业,公司拥有深厚的相关技术和生产制造优势,致力于发展中高端产品。相应产品受到国内外广泛应用,如博鳌亚洲论坛、中美战略经济对话、里约奥运会等大型国际盛事广泛采用的显示屏均采用的是公司生产的全彩LED器件。显示屏器件作为LED封装领域的主动力,国星光电进一步占据市场扩大份额的优势非常明显。

3.1 主要产品不断升级,扩产彰显规模效应

在传统业务方面,白光LED和RGB LED业务具有独特的竞争优势,产能和技术均处于市场领先地位。为满足快速扩张的下游市场,公司自2016年起计划投入5亿元扩产封装产能,SMD封装产能在2016年达到6000kk/月,17年底已达到8000kk/月。

国内的白光LED相关技术已经发展成熟,国星光电的优势更多凸显在规模效应方面。稳定的芯片供应量和初具规模并逐步扩张的下游应用产品销售渠道,为产能扩张所带来的盈利空间持续放大。白光封装的产能由16年的1000kk/月扩产到目前3300kk/月,主要是照明业务占营收的三分之一。国内的白光普及率达到60%,海外的普及率仍有较大提升空间,目前主要供应欧普、飞利浦大客户。为了大力扩展海外渠道,公司分别在欧洲、美国、德国分别成立分公司,近两年已实现明显增幅,今年仍有较大提高。

白光封装的技术方面也有突破性进展,在检测能力方面,公司取得CNAS实验室认可证书,意味着产品的质量实现国际接轨,基于国外客户对产品性能质量更为关注的特点,国星取得质的飞跃。同时,继2015年获取丰田白光LED专利授权,成为B.O.S.E联盟授权的白光LED制造供应商之后,16年拿下美国GE在全球的氟化物(KSF)荧光粉白光应用授权专利,2017年星锐Roostar白光系列产品光效高达200lm/w批量水平,远超全球其他企业。

经过十多年的技术研发和应用,公司在RGB方面处于全国领先水平,且出货量位居全国之首,小间距LED灯珠封装规模更是全球领先。RGB室内室外的器件封装产量年底达到5000kk/月。下游知名厂商利亚德、洲明科技、联建光电等均为公司客户。

国际高端RGB产品主推RS3535系列,正在以高端品牌的姿态拓展海外市场。星悦RS3535作为高端定制系列的明星产品,画质细腻、色彩绚丽,在应对极端气候环境方面有着突出的优势,可承受-65~150℃的冷热冲击,使用寿命长久,有效应对俄罗斯冬季的严寒。此外还应用于韩国天门祈福礼直播屏、马来西亚全球最大户外广告屏、伦敦奥运广告屏等。

公司2017年度实现归母净利润3.59亿元,同比增长86.7%,除了收入的增长因素外,随着公司产能增加规模和效率的提高,规模效应越发显著,公司毛利率稳中有升。公司三费均有下降,特别是管理费用下降显著,助力利润增长高于营收增长。

3.2小间距行业持续景气,龙头公司深度受益

LED显示屏具有高亮度、可实现超大尺寸等特点,而目前其他显示技术均难以实现超大尺寸显示,因此在户外超大屏显示领域,其他显示技术难以和LED显示屏形成竞争,传统LED显示屏主要应用于这一领域。

但传统LED显示屏也存在自己的问题,在传统技术限制下,灯珠之间间距较大,造成分辨率较低,只适合在户外远距离观看,难以应用于室内,因此过去在室内显示领域,则是由LCD、PDP、DLP拼墙以及投影融合技术等占据主要地位。随着技术的进步,上游产能的扩大,小间距显示成本逐渐下降,已具有商业应用基础,使得LED显示屏在室内显示领域逐渐和传统显示技术形成了竞争。

小间距LED显示屏一般是指点间距在2.5mm以下的室内LED显示屏,主要包括P2.5、P2.0、P1.9、P1.6、P1.2等型号,目前最小间距已可达0.7mm,P0.95已经开始量产。由于小间距LED具有无拼缝、显示效果好、使用寿命长等优势,且近年来成本下降较快,已具备逐步替代室内大屏拼墙的价格基础,未来将逐步进入商用乃至民用领域。

通过对以下几个方面将小间距LED与目前主流的室内大屏幕显示技术进行对比,可以看出小间距LED在诸多方面有着明显优势:

1)拼缝问题:LCD和PDP由于技术原因,拼缝问题较为严重,因此主要用于中低端市场,DLP拼缝较窄,可以实现0.5mm以内的拼缝,但仍无法消除。投影融合在对融合区域处理得当的时候也能够消除拼缝。而小间距LED显示技术完全没有拼缝。

2)显示效果:指显示屏的整体视觉效果,主要以灰度、对比度、亮度、刷新率等指标衡量。由投影技术的物理属性决定,DLP背投和投影融合技术显示效果最差,亮度、对比度均较低。LCD和PDP亮度较高,对比度、色彩还原较好,广泛用于室内显示,但存在的问题是使用时间较长后,会因为亮度衰减出现暗边、黑角,同时不同屏会存在亮度和色彩差异,作为拼接屏会影响整体显示墙的一致性,从而影响视觉效果。同时这种差异性不能通过专业人员调试恢复。而LED小间距显示屏显示效果最好,且亮度、色度逐点可调,整屏可以保持均匀一致。

3)分辨率:DLP、LCD、PDP均具有较高的分辨率,可在60英寸的显示屏幕上达到2k高清分辨率。小间距LED显示屏的像素点由灯珠构成,因此分辨率取决于灯珠间距和屏幕大小,灯珠间距越小的规格在屏幕同样尺寸规格下所能达到的分辨率就越高。目前像素间距最小的产品像素间距小于0.7mm,这就意味着在120英寸的屏幕上可达到4k高清。而以高清(1,920×1,080)为标准,P1.6规格的小间距产品需要的屏幕尺寸为144英寸,P1.5产品则需要100英寸,而P0.8的产品仅需要在50-60英寸屏幕上就可以实现高清显示。虽然和DLP、LCD、PDP相比,考虑到成本因素,小间距LED显示屏分辨率并不占优势,但也已经符合高清显示的标准,符合现在主流信号源的解析度要求。

4)成本问题:目前来看,从成本方面考虑,小间距LED显示屏仍不占优势。目前成本最低的是LCD和投影融合,优势较为明显。然后是PDP拼接。与DLP拼墙相比,2013年小间距显示屏与DLP成本接近,略高于DLP。但目前小间距LED成本已经下降到2-3万/平米,已经低于DLP拼接屏成本(4-5万/平米)。小间距LED已经开始对DLP大规模替代。且小间距LED的价格还在持续下降,未来考虑到小间距LED成本存在较大下降空间,而其他显示技术由于较为成熟已难以有较大下降空间,因此小间距LED对DLP的替代趋势将越来越明显,未来几年小间距LED有望替代70%-80%DLP等拼接屏市场。

5)使用寿命:LED显示屏使用寿命平均可达10万小时,拥有最长的使用寿命,显著优于其他显示技术。

对于普通LED显示屏而言,灯珠成本占总成本的比重只有30%左右,其他占比较大的成本因素包括PCB板,驱动IC等,而对于小间距LED显示屏,随着像素间距的缩小,对灯珠的规格要求也越来越高,同时单位面积上的灯珠数量也呈几何态势增长,因此灯珠在整个小间距LED显示屏的成本占比中也逐渐增加,目前占比已达70%以上,因此,小间距LED的成本主要取决于上游原材料灯珠的价格。

随着上游封装技术的成熟,国产化替代,以及小间距的量产产生的规模效应,灯珠的成本近年来呈逐渐下降趋势,这也带动了小间距LED显示屏成本的下降。目前主流的小间距灯珠型号是1010灯珠,同时0808灯珠以及0505灯珠也已经推出。以1010灯珠为例,自10年推出以来,价格就加速下降,目前部分批次价格已低至5分,16年底价格进一步下降至4分,灯珠价格的不断下降带动小间距LED显示屏价格的加速下降,进而不断打开小间距应用的市场空间。

根据中国产业信息网的统计数据显示,2014年,我国大尺寸显示市场中,DLP占据48%的市场份额,而小间距LED显示屏的市场份额仅为7%,凭借小间距LED的显示优势以及成本下降优势,未来几年将会对DLP产生不可逆转的替代。据统计,2016年小间距LED替代DLP等拼接屏市场的替代率为20%左右,2017年小间距LED对DLP的替代率约为30%-40%,到2020年替代率则可望到70%-80%,未来3年仍将保持超高增速,复合增速60%左右。

目前小间距LED主要应用于军事指挥、交通监控、演播室等领域,随着智慧城市等发展,还将进一步进入安防、商业展示等市场,行业未来将保持高速增长。随着小间距LED显示屏未来价格的进一步下降,应用领域将会进一步扩张,未来将全面进入传媒、广告、影院等商业应用,来自工商企业需求高速增长,说明随着产品成本的下降,对价格敏感性较高的客户也开始逐渐接受小间距LED产品。未来在商用领域市场空间极为广阔。

以电影屏幕市场为例,2018年2月4日,上海五角场万达影城正式启用国内第一块LED电影屏。 这块由三星提供的LED屏幕拥有近10.3米的宽度,超清4K分辨率,由4096*2048个自发光的二极管组成(算起来为P2.5的小间距),亮度极高,146fL的峰值亮度是传统投影设备10倍!呈现最鲜亮的色彩、最深邃的黑暗和最洁净的纯白。在500倍于普通影厅的超高对比度下,电影的每一个细节将被清晰还原。

我国电影市场近年来保持高速增长1的态势,国内电影票房从2012年的170.7亿元增长到2017年559.11亿元,年均复合增长率达到26.78%。中国电影产业在国民经济新的发展形势下实现了稳健增长。以电影票房收入衡量,我国电影市场已经成为仅次于美国的全球第二大电影市场。

2017年全国银幕总数已达到50776块,稳居世界电影银幕数量第一位。在2012年银幕数仅有13118块,短短六年时间,银幕数增长了4倍。2017年中国银幕数量为50776块,同比增长23.3%,增速比2016年放缓了6.9个百分点。2012-2016年,中国影院发展迅猛,银幕数量爆发式增长,六年时间增加37658块,年均复合增长率为31.09%。

Mini LED显示应用市场规模测算:

1)我国电影屏幕数量为5077块。

2)电影屏幕平均面积约30平米。

3)假设单价与小间距P2.5屏幕价格相同,均价3万元/平方米。

4)年均渗透率增加10%,5年后渗透率为50%。

则我国小间距LED屏幕在电影屏幕潜在存量市场空间为450亿元,以渗透率计算年均市场规模为45亿元。2017年我国小间距LED整体市场规模才70亿元,目前商用约占小间距市场的30%,电影屏幕为商用市场中的一个细分领域,都有每年45亿的潜在空间,可以预见小间距应用的天花板还依然很高。

小间距LED作为高密度显示屏,随着间距缩小,一定面积所需要的灯珠数量在急剧升高,对灯珠尺寸和质量要求日益严格。国星光电为国内最早开发及大规模生产的小间距封装企业之一。2016年实现RGBLED0606小间距系列试产,如今小间距1010和0808灯珠已经实现大规模量产,相关技术实力、工艺水平和质量全球领先。2017年公司推出户外小间距RS1921获得“2017年度创新产品金球奖”,并推出RS1415器件为全球最小尺寸户外小间距显示器件。公司已经与韩国三星建立战略合作伙伴关系,成为三星和LG稳定的RGB小间距器件供应商,尝试影院应用场景的突破。

公司小间距整体产能自2016年1200kk/月攀升至17年2000kk/月,以绝对优势位居全球第一。取代台湾亿光成为全球最大小间距供应商,如今是利亚德、洲明等小间距龙头核心供应商之一。随着小间距占比提升,公司盈利能力不断增强。

4扩大上游芯片产能,积极投入硅衬底芯片

4.1 扩产芯片稳定成本,积极配合封装研发

国内政府对芯片厂商的补贴力度,让国产芯片实现弯道超车指日可待。目前,地方政府对MOCVD设备补贴较为集中,尤其是新机器的补贴额度可以短期内降低平均成本,使其低于折旧摊销结束的旧设备,从而大幅降低企业固定资产的投入风险。新机台的购入优惠吸引厂商进一步扩充产能,更新生产技术和产品工艺,优化规模效应。

大陆LED企业已在政府补贴的支持下,加快扩产脚步,挤压海外大厂的获利空间,纷纷缩减规模或向大陆地区转移,增加代工比例。国内厂商芯片制造业增长空间持续扩大。

国星光电抓住机会,于2011年成立国星半导体研发和生产外延片和芯片,主要业务是白光和RGB芯片,目前MOCVD设备数量为30台,产能40万片/月,17年一季度已扭亏为盈。2017年公司优化上游芯片子公司的经营管理及技术创新,提升芯片核心制造技术,增强芯片的技术能力及成本管控优势,培育核心竞争力形成对战略的有力支撑,保持稳定持续盈利能力,提升公司整体业绩。

同时,公司LED芯片可以完善与封装业务协同配套,保持上游芯片独立开发市场能力的同时适度提高芯片对封装的自给份额,降低公司封装对芯片市场供应粘性,提高自主话语权;推进上游Raysent 公司硅衬底技术研发及产业化,为布局新市场领域创造有利条件,实现弯道超车。

4.2 投资Raysent科技,进军硅衬底芯片

LED芯片、外延片所用衬底大多为蓝宝石衬底和碳化硅衬底,蓝宝石的市场占有率约为90%以上,蓝宝石和碳化硅的技术分别由日亚化学和美国科锐所垄断。硅衬底作为半导体照明第三条主要技术路线,拥有的应用优势远超蓝宝石和碳化硅衬底,且我国拥有自主知识产权,应用前景可观。

蓝宝石市场占有率逐年下降,硅衬底有望快速替代高成本的碳化硅衬底,追赶蓝宝石市场。蓝宝石晶圆散热性能差,衬底剥离困难,即使采用激光剥离技术,其高温状态对衬底材料会产生一定影响。硅衬底采用化学腐蚀的方法进行剥离,剥离后的P-N两极处于对立面,通光量和方向性都略胜一筹,散热能力也是蓝宝石的三倍以上(温度每升高十度,芯片的使用寿命减少一半)。因此,在效率和良率同时提高的状况下,采用硅衬底可以制造出高质量、成本低的高性能垂直结构LED芯片。

硅衬底的晶圆具有良好的生长性能,可做到大尺寸衬底,单位价格随尺寸增大而降低,6英寸衬底的材料价格只有蓝宝石的十分之一。衬底尺寸的增大,不仅带来更高的可使用面积,而且产能大幅提升,单位成本、管理费用和设备折旧费用也显著下降。

硅衬底对于中高端、大功率芯片非常友好,应用前景广阔。其良好的散热性能、较强的方向性和高通光量,非常符合大功率垂直LED对芯片的要求。蓝宝石衬底尽管是目前市场的主流技术,但受材料的限制,难以做到8尺寸以上外延,自动化生产也有一定困难。碳化硅的高价“贵族路线”更无法实现规模化普及。硅衬底、蓝宝石与碳化硅衬底的LED芯片制造成本比为1:1.3:3.6。硅衬底LED芯片特有的垂直结构能够快速扩散电流,其单面发光模式,更容易进行管控。使用寿命和性能媲美国际大厂,成本最低。因此在汽车大灯、探照灯、摩托车灯等领域具有明显优势。硅衬底具有的性能优势,能够快速结合现有成熟的产业化设备,形成规模效应。

在小尺寸领域也极具应用前景,17年11月的Micro-LED显示高峰论坛上,最新确认硅衬底为制造Micro-LED的合适材料,另外手机闪光灯、小间距显示屏等市场也将带动大量硅衬底需求。经过细化应用领域,避免与其他衬底材料形成恶性竞争。

国星半导体与亚威朗科技主要采用传统的蓝宝石衬底。国星光电为进一步提高芯片制造水平和封装产品的性能,17年初,公司收购美国Raysent科技公司51%的股权,剩余49%由Raysent技术团队持有。Raysent科技公司的核心技术是硅衬底GaN外延技术和垂直结构LED及其衍生结构,通过此次增资并购实现大功率芯片的产业化生产。

硅衬底项目17年7月成功点亮第一片硅片芯片,目前已经进入芯片性能优化阶段。下一步准备进军车灯及手机闪光灯等领域。竞争对手方面,国内做硅衬底的企业只有江西晶能,已于2009年实现硅衬底小功率LED芯片量产,12年6月实现大功率LED芯片规模化量产,满产满销,处于供不应求状态,鸿利智汇利用现有封装路线制造车灯。

目前我国大功率芯片80%依靠进口,汽车照明等高端芯片几乎全部进口。中国是当今全球最大的汽车市场,2016年我国乘用车销量同比增长15.28%,达到2,437.69万辆,随着城镇化加快,二三线城市积极发展交通建设,促使车辆数量大幅增加,我国汽车千人保有量已从2014年的102辆迅速向先进国家(500-800辆)靠拢。市场规模之大,在国家政策的支持和资金扶持下,会逐渐实现高端芯片国产化,降低汽车成本的同时,提高技术水平和规模效应,吸引更多的企业,从而进一步推进我国大功率芯片的国产化。不久的将来,国星光电的大功率芯片实现完全产业化后,将率先抢占市场,为公司带来又一有力增长点。

5投入新技术领域,引领产品结构升级

封装技术不断升级,新型技术COB、CSP等应用面扩大。2000年初期行业刚刚起步,技术落后,国内厂商大多生产低端产品。经过十几年的发展,技术逐渐跟上国际步伐,我国的LED封装技术从落后到今日的引领世界,在光效、通光量、产品功率等各方面均有质的飞跃。

5.1 COB封装技术行业领先,优势显著

COB封装是把芯片直接封装在模块中,封装过程必须在无尘室中进行,在良率得到控制的情况下,具有体积小、成本低的特点。

作为新型封装技术,封装环节较SMD减少很多,尤其是省去回流焊环节。由于高温状态下SMD灯珠支架和环氧树脂的膨胀系数不同,极易出现裂缝,严重影响不良率,COB的加工工艺无需经过回流焊贴等,有效避免死灯现象;并且把发光二极管保护起来,增强抗力。

主流倒装COB器件分为两类:倒装CSP芯片或倒装蓝光芯片组合超导热铝基板或陶瓷基板。前者工艺极其简化,生产效率高,但光色一致性较差;而后者光色一致性好,工艺相对成熟,易实现。

2016年,国星新推出一款星锐Roostar白光系列采用COB封装技术,光效达到200lm/w批量水平,处于全球领先地位。于2017年获得美国LM-80权威认证,成为国内首款获得该认证的智能照明COB,意味着在光通量、效率等方面均实现国际化突破,成为海外市场一大有利的竞争产品。

国内功率型白光LED产业化光效目前达到160lm/w,基本与国际水平持平,增速稳定,技术发展有望进一步提升。国星光电的技术提高,可为国内产品供应高功率、高光效的产品。

5.2 UVLED替代汞灯杀菌,潜力巨大

紫外光指波长在100-380nm之间的电磁辐射,分为长、中、短、真空紫外4个波段。

长波紫外(UVA)光源分为中压汞灯、氙灯、紫外金卤灯、紫外LED等,应用于紫外光固化、光化学合成、印刷电路板及荧光探伤等方面。中波紫外(UVB)光源主要是紫外线荧光灯,一般用于医疗,具有红斑效应和保健作用。

深紫外(UV-C)LED作为高技术创新产品,技术门槛相当高,在医疗、家电等方面有重大应用价值,杀灭细菌和病毒的效率高,其物理光谱杀菌无化学残留性,使用安全、应用广泛。相对传统的水银灯更环保无汞,适合近距离快速消毒,体积小,适合装配在白色家电。未来LED市场预计将会分成通用照明的可见光LED和技术创新的深紫外LED两部分。

深紫外消毒杀菌在家电领域有非常大的市场。2016年,我国家电行业整体营收8313.97亿元,同比增长13.15%。电冰箱、洗衣机、空调、空气净化器、净水器的产品分别为9238.3万台、7620.9万台、16049.3万台、520万台和1312万台,合计34,740万台。若每台产品增加紫外LED消毒功能,成本平均增加50-100元,如果渗透率达到5%,将有400亿元的市场规模。

据高工LED研究所预测,全球UVLED市场规模到2020年将会超过10亿美元,年均复合增速高达44.3%。目前深紫外LED普及率尚且很低,随着发光效率和出光功率两大问题的进一步突破,未来市场前景可观。

汞灯杀菌是目前使用最广泛的杀菌消毒方法,但其内含汞,若泄露到空气后会长期存在,能经过大气长距离传输,在生物体内积累形成慢性金属中毒。1966年,日本曾发生严重的汞污染事件,一所乙醛工厂于河流上游排放含有有机汞的废水,直接导致12,615万人受害(1,246人死亡),间接导致至少5万人受到影响,很多居民大脑损伤且不可修复,甚至死亡。UVC LED替代汞灯是必然的、全球化的进程。

2013年,日本等92个国家签署了《关于汞的水俣公约》,以应对全球性汞污染问题。涉及荧光灯产品和高压汞灯的照明产品等添汞产品,必须于2020年完成生产与进出口的淘汰。强化限制汞灯的做法正在全球不断扩大。

全面禁止用汞后,必将需要一种能够替代传统汞灯的产品,UV LED则是最好的选择。UV LED点光源比传统汞灯优势明显。比如在光固化方面,前者属于冷光源,可发出高纯度365nm单色紫外光,处理工件时,产生热量小,只上升3摄氏度,不会使工件变形;传统汞灯固化机的亮度很高,但光谱较宽,有效的紫外光只占其一部分能量,其产生的杂光和热量容易使工件变形,对操作者的眼睛也有严重损伤。UV LED的实际使用效果和光强1-2w的高压汞灯固化效果不相上下,处理时间能缩短0.5-5s。

杀菌消毒效果方面,UVC LED的效果远超传统汞灯,工作电压、可用尺寸、预热时间等方面均呈倍数级减小,使用寿命则达汞灯的两倍以上。重要的是无汞环保,对人体无害,可实现广泛替代应用。以前未能普及,一方面是全球各国没有意识到长期使用汞灯的危害,另一方面是量子效率尚未突破,辐射效率、使用寿命、系统成本等阻碍无法解决,不能形成有效的产业化、商业化规模。现在各方面障碍都已清除,是全面普及UV LED的最佳时机。

国内的深紫外LED技术,最先于2011年由圆融科技控股子公司青岛杰生电气公司(2015年收购)研发成功,在波长280nm的深紫外LED模组实现输出功率超过32mw的水平。2016年实现1A直流通电输出176.6mw,超过美国SETI的100mw、日本信息通信研究机构与德山的90mw世界纪录。多家知名净水公司率先采用DUV LED净水产品。

国星光电于2014年推出发光波长293nm的深紫外LED,在20mA电流下输出功率4.8mW;2016年推出产品优化的一次透镜成型UVLED,提高光功率60%。280nm深紫外LED室温连续输出功率超过20mW,处于国际先进水平。2017年,公司推出一次透镜成型紫外LED、深紫外LED及紫外大功率模组,不断深耕UVLED产品,缩小与国外竞争对手的差距,加速UVLED产品国产替代。

5.3 VCSEL在通信电子应用广泛,前景可期

红外线大部分用于光通信与光感应,常常将波长为850-980nm的光源用在距离较短的末端网络系统。目前主要应用于手机与车用市场,包括安全监控、虹膜/脸部识别、自动驾驶辅助系统等方面,与生物识别相契合,满足用户使用的安全性要求,应用前景良好。

光通信的发光元件分为LED、LD和VCSEL三种,VCSEL是垂直共振腔面射型激光,以砷化镓半导体材料为基础生产,可通过限制电流达到比LED更低的功耗,实现器件低电流高效率的效果。VCSEL的光线从半导体激光器射出,光线垂直于半导体衬底表面,可并行排列多个激光器,用来传输光纤网络中的高频数据,速度是传统电线的百倍。

与另两种光通信元件不同的工艺在于,VCSEL有氧化工艺,精确的氧化速度能够使每个VCSEL的谐振腔体积具有良好的一致性,从而使阵列模组具有精确的光电特性。

VCSEL最先应用于光通信市场,现在新增用于手机端的3D摄像头传感。这种主动感知是基于红外光检测目标情况,早期3D传感系统通常采用红外LED,但是它不具有谐振腔,容易使光束发散,而VCSEL在精确度、小型化、低功耗等方面有更好的性能。在手机传感方面也可替代现有LED式接近传感器,手机在接近面部时自动黑屏,远离时屏幕灯自动开启,VCSEL激光传感器具有更低功耗、更精准的距离检测能力。

对传感器的应用更多在于车辆、物联网等市场。近年来发展的焦点之一是人工智能汽车,就是采用激光传感器收集数据,通过后台的训练与推断达到辅助驾驶、自动驾驶。汽车端的处理器和云端中心的数据与模型,都是基于传感器收集的数据给出判断路况,行车过程中,路况复杂多变,突发情况需要及时收集反馈后台。因此,对传感器要求达到敏感、精准清晰、高效、及时反馈等条件。VCSEL激光传感器基本满足上述条件。

目前VCSEL的规模接近50亿元。以三星、HOV等几大手机厂商的市场规模估算,每年全球消费10亿多部手机,若每部手机新嵌入2-3个VCSEL器件,可达20-30亿个的市场规模。随着量产供应链形成后,产品价格下降实现平民化的普及,可适用于AR\VR等小众市场,进一步爆发。

2017年国星光电推出国内首款砷化镓半导体材料的VCSEL红外产品,光反应速度是LED的10倍。该款产品具有出光角度窄、光纯度高、反应速度快、对后端感测精准等特点,可与LED器件一样直接使用在手机上,无需特殊定制。未来公司VCSEL红外产品将持续受益3D面部识别普及趋势和其他市场的打开。

   

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