行业观察

 

LED行业上游主宰下游
来源 新财富 发布时间 2009年02月16日 16:12
作者 景兴宇、许震官 关键词 新财富;LED;行业

  随着制造成本的下降和发光效率、光衰等技术瓶颈的突破,LED(半导体光源)优势日趋明显,其全面取代传统光源已为时不远。但出于技术上的制约,LED产业上下游各环节差异很大,上游产品技术难度极高,而下游的封装和应用进入壁垒很低,缺乏核心技术的,中国企业只能聚集在产业的末端。尽管凭借“低成本”优势,中国迅速变成全球的LED封装基地,但竞争地位脆弱。2008年第四季度,LED产品价格暴跌,订单量减少近半,珠三角等产业聚集地区很多企业出局,而龙头企业的强强联合以及传统照明业巨头们的大举介入,将使中小企业的生存更加困难,建立核心优势远不是一件容易的事。分析显示,LED上下游发展趋势迥异,而针对不同的行业特性,投资策略也应不同。

  尴尬的朝阳产业
  对LED前景的讨论已是老生常谈,由于寿命长、耗能少、体积小、响应快、抗震抗低温、污染小等突出的优点,其应用领域极为广阔。初步计算,未来中国每年采用LED照明节省的电力相当于三峡电站全年的发电量,同时可减少8000万吨CO2、65万吨SO2和32万吨NO2的排放,称之为“人类照明史上的革命”并不为过。
  半导体照明的发展非常迅速。统计表明,自上世纪60年代诞生以来,每隔十年,LED成本下降十倍而发光效率提高十倍。而且技术上的进展总是超出市场的预期。2006年,日本日亚化学(Nichia)实现了150 Lm/W的发光效率,比美国光电工业发展协会(OIDA)设定的目标提早了6年。而几年前市场憧憬2010年才能商业化的瓦级单灯,在2006年就已进入商用,目前已相当普及。
  中国LED产业起步于上世纪80年代,先后经历了进口芯片封装→进口外延片封装→自制材料和器件等几个阶段。进入21世纪以后,环保和节能成为市场热点,LED行业也开始升温。2008年北京奥运会给LED又打了一针兴奋剂,开幕式上的“梦幻长卷”被展示在4500多平方米、堪称全世界最大的单体全彩LED显示屏上,当由45000颗LED编排而成的“梦幻五环”升空时,国人对LED的热情达到了一个新的高点。
遗憾的是,在不到一年的时间里,中国的LED行业就从兴旺走入困境。奥运会后仅两个月,企业订单骤减、价格暴跌,现实与想象大相径庭。
  产业最发达的珠三角和长三角地区(图1),受创也最为严重。在我们调查的几十家企业中,第四季度产品平均价格环比下降了20%以上,订单减少了一半,有1/10的企业被迫停产。尽管地方政府极力扶持,如广东计划上马“千里十万”工程,建设1500公里左右约10万盏路灯的示范项目,其中东莞计划增加22100盏LED路灯(原则上供应商选择限于当地企业),但还是难阻颓势。


  LED无疑是一个空间巨大的朝阳产业,但现实的巨大的反差让兴奋犹存的从业者措手不及,原本乐观的投入结成了尴尬的苦果。
  很多人将LED产业出现的问题归咎于金融危机带来的经济衰退,认为全球性的经济萧条导致整体需求萎缩,使得市场规模变小、订单减少。还有人认为,各国LED标准陆续出台对习惯于非规范性生产的中国企业,尤其是下游企业造成了冲击,而且LED产品价格偏高,大功率的LED售价几乎是同等功率节能灯的十倍。
  对于价格暴跌,有人认为是由于日本日亚化学等行业龙头调低了白光芯片的价格,引发大家跟风下调,加之中国台湾的一线大厂在2007年对市场乐观预期而盲目扩产,最终出现产能过剩。再加上临近年底,厂家纷纷抛售存货加快资金回笼。
  这些外在的影响无疑存在,但只是表象。实际上,制约LED发展的根本因素还是技术,以及由于技术制约造成的产业结构不均衡。而中国特有的盲目决策,也使得多数企业定位于非常不利的产业下游和低端市场。

  下游产能急速扩张导致供求失衡
  巨大的市场需求具有极大的吸引力,但这并不意味着企业就会有一个舒适的发展空间。供给,或者说竞争,与需求一起决定了企业的盈利水平,而惨烈的竞争恰恰是挤在产业末端的中国企业无法摆脱的困境。
  中国LED产业的发展历程与家电业非常相似。巨大的市场激起了市场的投资热情,可以用狂热形容,而下游环节由于进入壁垒低,产能扩张容易,这种“短、平、快”的经营模式总是更得中国草根企业家们的青睐。
  在珠三角地区,特别是在深圳、东莞等LED生产聚集地区,淘几台廉价的手动“邦定机”(指焊线机,源于英文Bonding Machine),配上显微镜、烤箱等设备,雇几个人就开始封装的小作坊随处可见,有的还走进了应用领域甚至是一些新开发领域。通过向周边古镇、高等地密集的小型灯饰厂销售低价产品,这些小作坊生产模式得以生存,一旦市场发生变化,这些小作坊也最容易被挤出市场。
  舆论与政策也为这种盲目推波助澜。近几年地方政府发展LED产业的兴致很高,建立了深圳、上海、厦门、大连、南昌等七个LED产业基地和四个区域产业集群,但这些产业集群特色不突出,模式非常雷同。
  新企业的快速涌入,使得下游环节产能急速扩张,超过了市场需求的增长,导致供求失衡,而如今的经济萧条又导致需求的进一步下降,加剧了这种失衡。不论是激烈的竞争还是技术的革新,都能把企业逼上绝路,更不要说市场需求的骤变。

  产业结构:上下游不均衡
  在这一轮的LED产业变局中,上游企业受到的冲击小于下游企业。
  LED产业具有典型的不均衡产业链结构,一般按照材料制备、芯片制备和器件封装与应用分为上、中、下游,虽然产业环节不多,但其涉及的技术领域广泛,技术工艺多样化,上下游之间的差异巨大,上游环节进入壁垒大大高于下游环节(上游外延片制备的投资规模比一些下游应用环节高出上千倍),呈现金字塔形的产业结构(图3)。


  其中,上游和中游是典型的技术或资本密集的“三高”产业:高难度、高投入、高风险,在某些环节技术难度极大、工艺精度要求极高、对技术和设备的依赖极强,而处于产业链下游的封装和应用环节壁垒很低,属于劳动密集型产业。
  衬底材料是LED照明的基础,也是外延生长的基础,不同的衬底材料需要不同的外延生长技术,又在一定程度上影响到芯片加工和器件封装。因此,衬底材料的技术路线必然会影响整个产业的技术路线,是各个技术环节的关键。
  1993年,日本科学家中村修二在GaN基片上研制出第一只蓝色发光二极管,实现了高亮发光并间接实现了白光,从此成为应用最广泛的发光半导体材料。能够用于GaN的衬底材料主要有蓝宝石(Al2O3)、SiC、Si、ZnO、GaN,但只有前两种得到了较大规模的商业化应用,且能够提供产品的企业极少。一直以来,日本日亚公司垄断了大部分蓝宝石衬底的供应,而美国Cree公司则是唯一能够提供商用SiC衬底的企业。用Si作为衬底生长GaN基LED是业界寄予厚望的一个技术路径,但因为存在材料失配引起龟裂、发光效率低、工作电压高、可靠性差等诸多难以克服的困难,一直没有得到真正的商业化(表1)。蓝宝石是目前主流的衬底材料,但其硬度很高(仅次于金刚石),加工过程中钻取、切割、研磨的工艺难度大、效率很低,且因蓝宝石衬底片要求表面光洁度在纳米级以上,研磨尤其困难。


  外延片生长主要依靠生长工艺和设备。制造外延片的主流方法是采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD),但即使是这种“最经济”的方法,其设备制造难度也非常大,国际上只有德国、美国、英国、日本等少数国家中数量非常有限的企业可以进行商业化生产,设备非常昂贵,一台24片机器的价格高达数千万元(当前价格约300万美元)。
  以往欧美厂商主要包括德国Aixtron、美国Emcore和英国Thomas Swan。1992年,德国Aixtron根据飞利浦(Philips)授权专利生产出第一台多片式行星式反应室的MOCVD机。此后,Emcore被Veeco收购,Thomas Swan被Aixtron收购。但欧美企业对材料的研究有限,因此设备的工艺参数不够完善。
  而行业内最领先的日本企业对技术严格封锁,其中对GaN材料研究最成功的日本日亚化学和丰田合成(Toyoda Gosei)的MOCVD设备则根本不对外销售,另一家技术比较成熟的日本酸素(Sanso)公司的设备则只限于日本境内出售。
  芯片制造的难度仅次于材料制备,同属于技术和资本密集型产业,进入壁垒仍然很高。其技术上的难题主要包括提高外量子效率、降低结温和有效散热。目前核心技术同样也掌握在大企业手中,如美国HP、Cree、德国Osram等。
  封装技术经历了整整40年的快速发展已经非常成熟。出于对散热、白光、二次光学等技术指标的要求,食人鱼、Power TOP、大尺寸、多芯片、UV白光等形式的封装结构应运而生。用于封装的焊线机、分选机的价格大幅下降(当前自动焊线机从几十万元降至十几万元,低档的手动焊线机甚至已降至几千元)。此外,为LED封装的各种配套(如环氧树脂、金丝、支架、荧光粉等)产品的价格也已不高。
  LED应用主要指灯具制造和控制系统,技术更多地体现在系统设计、结构设计、散热处理以及二、三次光学设计,但与中上游产业相比,基本不存在技术难度。

  技术是核心和根本
  LED全面替代传统照明必须在成本上取得更大突破,而解决成本最关键的因素是技术,包括新材料、新工艺等,因此技术进步是LED最终走进普通照明领域的根本动力。
  除了成本高之外,光衰、散热、配件匹配等性能问题也是影响LED应用的重要因素。
  目前除个别品牌的光输出比较稳定之外,多数企业产品的光衰非常严重,尤其是国产器件。现在能够符合行业标准的产品很少,例如路灯照明要求3000小时的光衰小于8%,而多数国产LED路灯达不到要求。
  LED的发热直接影响光电效率和器件寿命,同时也加剧了光衰,是业界的一大难题。目前比较通行的解决方式是加大散热片或采用其他更为有利的散热材料来导热,但简单地引入散热系统又增加了额外的结构和能耗,因此散热问题的彻底解决要从LED制作本身入手。
  同时,由于LED寿命长但配套器件寿命短,例如一般LED电源采用低压直流电源,在实际应用中电源等配件的寿命与LED灯的匹配非常困难。未来交流二极管技术(AC-LED)也许能解决这方面的问题。
  核心技术到底意味着什么,业内人士心知肚明。从1993年起,日本日亚化学凭借“蓝光之父”中村修二的发明长期垄断蓝光LED市场,从一个不知名的小企业迅速蹿升为全球半导体照明行业龙头。2000年之后,中村修二移居美国,在加利福尼亚圣巴巴拉大学任教授并在Cree公司做科学顾问,日本日亚化学认为其泄漏商业机密从而引起专利之争,二者争夺蓝光LED专利权的诉讼标的高达600亿日元,由此可见技术对LED产业的重要程度。

  上下游投资策略不同
  LED产业上中下游各有不同的核心竞争力和业务模式。
  中上游产品和业务模式单一,但进入壁垒极高、不确定性大,技术和资本是其核心要素;中游产品有一定的技术含量,但主要依赖于资本实力和管理的精细化;下游的应用是多样化的,更加依赖企业的经营和管理综合能力,质量、成本、品牌和渠道较为重要。
  基于不同的核心竞争力,我们认为对LED上下游的投资策略非常不同:上游的高不确定性更适合风险投资(Venture Capital),而中下游则更适合PE投资(Growth Capital)或产业资本。

  上游:技术制胜,不确定性大
  技术进步是持续的过程,有些仅仅是改良,有些则是颠覆性的。LED上游环节之所以风险大,就是因为技术还不成熟,而技术上的革命往往意味着现有技术的失败。
  截至2007年底,内地拥有的MOCVD数量达到80台,估计2008年新增约40台,而据各大厂商投资计划,2009年可能再增加60台。尽管设备数量增加,但主要承担生产任务,企业大多宁愿买设备也不愿意在研发上有更多投入。
  由于企业不愿意承担基础性研究,中国LED材料的基础研发任务更多由大学和科研院所承担。单打独斗的科研单位都想将自己的成果产业化,结果经常是重复建设,效率低下。相比之下,中国台湾工研院组织集中规划科研方向和进度,效果显著。目前国内研究进展较快的是南昌大学和哈尔滨工业大学。
  南昌大学发光材料与器件教育部工程研究中心,由江风益教授领衔,在GaN基LED的Si衬底开发上取得了突破进展,并组建了晶能光电有限公司,从事外延材料与芯片的生产。公司称其芯片具有抗静电性能好、寿命长、承受电流密度高、封装工艺简单等特点,863专家组的评价是:“打破了目前日本日亚垄断蓝宝石衬底和美国Cree垄断碳化硅衬底的局面,形成了蓝宝石、碳化硅、硅衬底三足鼎立的局面”。实际上,目前其Si衬底LED产品的输出功率仍然很低,还无法向蓝宝石发出真正挑战,但晶能光电公司仍然在2006和2007年成功完成了两轮私募,总融资额5200万美元。GSR、Mayfield、AsiaVest、Temasek等投资机构就是把宝押在了技术的进一步突破上。
  借鉴前苏联专家的技术路线,哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所采用冷心放肩微量提拉法(SAPMAC法),成功制备了大尺寸蓝宝石晶体,结束了中国蓝宝石衬底片依赖进口的历史。2006年4月,研发人员与研究所、哈工大实业开发总公司共同创建了奥瑞德光电技术有限公司。2008年6月,该公司又成功地生长出Φ320×300mm、重68.58公斤的光学级蓝宝石单晶,这是目前世界上最大的泡生法生长出来的蓝宝石单晶。
  此外,中科院半导体所已研制出了一次生长3片2英寸衬底、适合 GaN材料生长的MOCVD样机,但与国际上已经成熟的24片机还有很大差距。
  有些中国企业已经认识到技术的重要性,在基础研发上进行了一些尝试,上海兰宝、江西联创、世纪晶源、厦门三安、方大国科等企业都希望能开发中上游的高端产品。然而,知识产权不是一句空话,各企业的技术之路并不平坦。
  在奥运会期间大出风头的大连路明集团(由中国科学院长春物理所毕业的肖志国创立于1992年,是国内领先的蓄光发光和半导体发光企业,中标2006德国世界杯300平方米的户外全彩LED显示屏和2008北京奥运会“水立方”的LED景观照明工程)对LED芯片研发非常重视。2003年9月,因为占据80%订单份额的HP公司突然取消了全部订单,美国AXT公司光电子事业部(拥有外延片生长与芯片设计技术)陷入亏损,路明集团果断决定对其进行收购。2004年大连路美建成投产,美国AXT光电部分人员迁到大连,部分人员留在美国组成美国路美。路美由路明控股,主要负责研发外延片、芯片以及终端应用的最新技术与工艺,以期与世界顶级技术同步,用肖志国的话讲,“收购AXT光电让路明最少缩短了10年的技术爬坡时间”。
  肖志国做的是一个了不起的尝试,不过,这项跨国并购还是不可避免地带来巨大的成本压力和管理上的挑战,“按美元计算薪酬”的博士就有10多位,路明集团能否利用这次机会,在上游研发中取得真正的进展,还有待检验。

  中游:台企领跑,内地企业跟随
  台湾地区LED产业起始于上世纪70年代,最初十几年集中于下游封装,所需的芯片几乎全部从日本进口。从上世纪80年代开始,台湾企业积极向中上游拓展并获得成功,其中上游环节的发展速度明显快于下游环节。目前,台湾企业在芯片制造方面已占有绝对优势,2007年产量将近全球总产量的50%,无可争议地成为全球LED芯片第一大产地。新晶电、璨圆光电、光磊科技、晶元光电等企业已成为行业龙头。
  芯片制造更依赖于设备和管理的精细化,台湾企业整体制造优势明显。与之相比,尽管内地自制芯片产值占总产值中的比重在2006年超过了11%,但产量总和不及台湾地区的1/4,而且多为低端产品。
  芯片技术主要方向是提升出光效率,而提高芯片的外量子效率是关键,在很大程度上要求设计新的芯片结构来改善芯片的出光效率,如表面粗糙化、倒装芯片技术等。
  国内芯片制造厂商主要有大连路明、深圳方大、江西联创、厦门三安等。2007年国产GaN芯片月产能达960KK,同比增长60%,国产率也提升到了35%,光效已达到80Lm/W, 可以取代传统灯泡或卤素灯,但与世界先进水平尚有较大差距,主要表现在芯片的可靠性差,尤其是光衰太大,竞争优势不明显。

  下游:整合不断,传统巨头更具优势
  国内从事LED封装和应用的企业主要集中在广东。表面上看,有些企业都已具备一定的规模,部分企业在2006-2007年的利润率甚至超过20%,但我们对此并不乐观。
  以LED显示屏为例,中国已是世界最大的生产国和出口国,联创健和电子、艾比森光电等企业已经打入国际市场,可这些企业主要靠低成本而不是性能优势取胜,进口显示阵列的价格一般在10000美元/平方米,而国内厂商的价格只有1000-2000美元/平方米,而且多数出口产品是为外国企业贴牌(OEM)。同时,国内企业销售收入很少能够突破3亿元,平均规模与国际行业龙头有较大差距,而2007年,美国Daktronics和比利时Barco的销售收入分别达到4亿美元和7.47亿欧元。
  国内企业所宣称的“知识产权”大都是价值不高的实用新型专利,主要用于解决大功率LED散热、二次光学以及白光封装等简单的技术问题。
  特别值得注意的是,与LED行业中小企业的浮躁形成鲜明对比的是,传统照明行业巨头们之前一直按兵不动。它们等待的是更好的进入时机,当市场、技术都成熟的时候出手。如今GE、Osram、飞利浦、夏普等企业开始大规模进入LED产业,国内照明龙头佛山照明也加大了对LED产品的投入。大企业纷纷利用品牌、产品质量和手中掌握的客户资源、渠道优势,在下游进行大规模渗透。
  台湾地区企业在LED封装等下游领域仍具有优势,光宝科技、宏齐光电子、亿光电子、佰鸿工业等企业为了应付大陆的低成本冲击,纷纷向大陆转移产能,同时尽量提高产品附加值。从2004年华上并购胜阳开始,台湾LED 企业就展开了大规模的整合,元砷合并联铨,晶电与国联合并,再合并元砷、连勇(表3)。


  这些传统照明巨头的进入和LED产业龙头的强强联合,给原本弱小的国内企业带来了巨大的竞争压力。
作者供职于威士曼资本集团

 

  LED市场的经济学解释
  从经济学的角度看,一旦成本降至足够低(初置成本接近传统灯具),LED照明市场的增长将是阶跃的、爆发型的。
  虽然使用LED灯具的实际总支出低于普通光源(图2),但多数消费者在选择时的出发点仍是购置价格。由于LED产品的绝对价格比传统光源高出一个数量级,成为消费者选择时的障碍。这一现象与很多其他节能业务颇为相似(如变频电机、合同能源管理等)。


  LED市场的动力来自两方面,一方面是存在巨大的替代性市场,另一方面是技术和成本上的突破速度不断地超出预期。与新兴市场不同的是,从经济学上看,替代性市场表现出来的效用函数是一条直线(或接近一条直线),消费者效用最大化时与消费预算线的交点是一个角点解(即最终低价产品完全替代高价产品)。

  声明:本刊电子版已经独家授权给全景网,未经全景网书面授权,禁止任何方式翻印或转载。侵权必究。转载联系电话:0755-83247179,邮件:xxsq@p5w.net
文档附件:
发表评论  

相关新闻:
  • 李迅雷:流动性的故事 (03-16 09:56)
  • 陈玮:PE:外资向右,本土向左 (03-16 09:54)
  • 王志浩:和麦迪逊一起重温中国经济史 (03-16 09:49)
  • 袁宜:海外对中国经济过于悲观吗? (03-16 09:46)
  • 记账网站曲线创收 (03-16 09:44)
  • 编者的话:变化成为本能 (03-16 09:42)
  • 诸建芳:信贷增长“劲”未了 (03-13 09:57)
  • [快讯]新财富金牌董秘网络投票于今日十七点截止 (03-13 09:55)
  • 三类债券值得期待 (03-13 09:55)
  • 新财富最佳分析师指数收益有上行空间 (03-12 15:59)