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你不知道的LED芯片江湖

东方证券 ·2017-10-30 09:20·半导体行业观察
阅读:5973

来源:内容来自东方证券,谢谢。


随着各国将白炽灯淘汰推上日程,经历了一轮起落的LED似乎又焕发了生机。纵观整个LED产业链,我们可以看到,LED 芯片领域是LED 产业链的高毛利环节,行业平均毛利率较高,未来高盈利能力大概率将持续:


1)行业历经洗牌后,低端产能被淘汰,国内大厂大规模扩产高端产能,抢占市场份额,行业走向寡头垄断的局面, 17 年末三安和华灿在国内的市占率有望提升至 40%和 30%,大厂具备的资金、技术和规模优势将加宽护城河。


2)上游 MOCVD 设备环节,国内厂商如中微半导体和中晟光电已逐渐打破国外垄断格局, 2016 年两家在国内的市占率已超过 10%,国产化有望推动设备成本降低。


3)芯片大厂向上游整合,三安和华灿的衬底蓝宝石材料都具备自产能力, 原材料自产进一步提高盈利能力。


基于此,我们来看一下你不知道的LED芯片江湖


LED芯片渐热,产能向国内转移

经过多年的发展,LED 芯片的价格已通过光效的提升得以降低。芯片生产成本主要有可变成本和固定成本两部分,可变成本包括衬底、金属有机反应源和气体等约占 65%,固定成本包括折旧及其它约占 35%。


LED芯片的制造成本


厂商技术的提升带来 LED 光效的提高,单位面积外延片上可切割的芯片数量增加,芯片成本下降,芯片价格亦逐年下降。


芯片作为 LED 产品的重要组成部分,占产品成本的比例高。以通用照明为例,芯片占通用照明产品成本的 18%。


以照明产品为例, LED 芯片占成本 18%


芯片价格的下降直接促使 LED 灯泡产品价格的下降(价格约是节能灯的 1.3 倍),较低价格推动LED 照明渗透率的快速提升。从 2011 年开始 LED 照明渗透率迅速提升,到 2016 年,全球 LED照明渗透率接近 30%,预计到 2020 年将超过 60%。


供给端收缩引发并驱动 LED 芯片行业景气转好。 2014 年以来 LED 芯片的产能明显过剩, LED 芯片的价格被不断压低、利润空间被挤压等导致企业亏损, LED 芯片龙头晶元光电以冻产和涨价的方式扭转亏损的局面。 2016 年年初, LED 芯片龙头晶元光电率先关闭蓝光 LED 芯片产能的20%25%。作为龙头企业,晶元光电占据市场份额大,其供给端收缩促使 LED 芯片供需结构得以改善。 2016 年 5 月晶元光电又将部分蓝光芯片价格调涨,幅度最高达 15%,随后三安、华灿等LED 主流厂商提价,行业供给过剩的格局被打破。


LED 芯片公司自 2016 年以来陆续提价


LED 芯片高端产能紧缺,国内三安光电、 华灿光电等龙头厂商受益。 2017 年国内主流芯片厂转向高端产能并进行扩产,三安光电预计 2017 年扩产 30%-40%,华灿光电将扩产翻倍以上,由于多年持续布局高端产品并进行大额的研发投入,华灿光电和三安光电在高端芯片的性能已达国际领先水平。


下游需求增长是新增产能消化的途径之一。 LED 照明行业是 LED 应用比重最大的部分,占整体应用市场的比重达 48%,其需求也将带动 LED 市场发展。 2016 年全球 LED 照明行业的市场规模约为 350 亿美元,到 2020 年有望提高至 650 亿美元,将拉动新增产能的消化。受到需求增长的影响, 2017-2020 年 LED 芯片产值年复合增长率将达到 8%,到 2020 年全球 LED 芯片产值将超过80 亿美元。


LED 芯片行业市场规模(亿美元)及未来增长预测


中国 LED 芯片在全球的市占率持续提升,海外订单转移将是消化新增产能的另一重要途径。经过LED 行业洗牌,海外 LED 芯片企业减产,三星、LG 关停部分产能,Cree 在高功率芯片上减产 25%,国外芯片企业将部分产品移交至国内企业进行代加工, 2016 年国内芯片出口占国内芯片总产值的9.6%,同比提高 1.6 个百分点,同时国内产能增速为 24%,超过全球增速 13 个百分点, 2017 年国外外延芯片减产、订单转向国内的局面仍将延续。


海外企业不断减产外延芯片[左轴: 地区产能(万片/月,以 2 寸片计算), 右轴: 增速(%) ]


海外订单转移主要由于海外 LED芯片企业竞争力已不如国内,国内 LED芯片厂商的成长更为可期。国内 LED 芯片企业相对更强的盈利能力将有利于规模扩张。与晶元光电相比,华灿光电、三安光电的毛利率、净利率等盈利指标都更好。晶元光电虽然营业收入规模大,但由于生产成本高,其盈利能力不佳。海外 LED 芯片厂多与晶元光电有类似的盈利问题,竞争力大不如国内企业,而海外的芯片产能仍占比较高,因此海外产能转移带来的订单仍有持续增长空间。


在海外产能转移、下游需求增长和国内大厂大力扩产的市场情况下,我们大致测算了未来几年 LED芯片行业的供需情况。 LED 芯片的测算在外延片的基础上进行调整,外延片产量根据 MOCVD 设备的数量进行测算,测算以全年为准,并假设 2016 年芯片的需求数为 1。


供给端: 1)海外产能关停,国内扩产情况。 2)低端产能逐步淘汰,以 Veeco 为例,设备每 4 年面临一次重大升级,未来应逐步淘汰 2012-2014 年的机型,全球购置的折合 K465i 机型 MOCVD约为 800 台,目前全球保有量为 3100 台,保守估计每年淘汰 100 台。


需求端: 1)随着成本的演进,单片外延片可切割的芯片数量增加,根据每年平均光效提高约 10%,则可切割的芯片数量增加 1.1 倍。 2)下游应用市场规模增长,根据 Trendforce 的预测,全球应用市场规模年复合增长率为 8%,考虑芯片成本每年下降 10%,折算外延片出货量。


根据测算,伴随低端设备出清, 我们预计本轮供给缺口从 2017 年到 2019 年将持续存在


全球LED芯片供给和需求预测


行业竞争格局改善,迈向寡头垄断

行业历经洗牌,呈现垄断竞争格局。在行业发展及政府补助的双重驱动下,大量厂商涌入,导致行业竞争力量较为分散。 2015 年晶电为扩大市场份额挑起价格战, LED 芯片市场价格出现断崖式下跌,芯片厂商的毛利率下滑。


15Q4-16Q1 芯片厂商毛利率低


在价格跳水的市场环境下,设备和技术落后的小厂生产效率低、成本无法支撑,挤出效应明显,2009 年国内共 60 余家厂商, 2016 年仅存 20 家左右,且行业历经洗牌后集中度大幅上升, CR3从 2009 年的 29%上升至 2016 年的 44%。


2014 年全球 LED 芯片竞争格局


2016 年全球 LED 芯片洗牌后呈现寡头竞争格局


低端产能被淘汰后,行业产能过剩的情况得以扭转,全球 LED 外延片供需状况得到改善。


2016 年全球 LED 外延片供给量已小于需求量(单位:万片)


供需结构的改善带来厂商利润空间的逐渐释放, 16 年芯片价格逐渐回升,芯片厂商的毛利率得以恢复。


随着海外产能向国内转移,国内大厂具备资金、技术和规模优势,积极扩产、抢占市场份额。 同时,2011-2012 年国内小厂商大幅扩产增加的 MOCVD 因生产效率不及新型设备,在 2015-2016 年作为低端产能出清淘汰, 考虑到政府补助减少,而小厂不具备资金能力购买新型设备,小厂关停,洗牌效应明显,国内大厂的市占率进一步提高, 竞争更为集中, 行业走向寡头垄断格局。预计到 2017年末,国内市场 CR2 将达到 70%,国内巨头三安和华灿的市占率将分别达到 40%和 30%。


2011-2017 年国内厂商 MOCVD 设备保有量


大厂优势凸显,增厚行业进入壁垒。 LED 芯片行业所需的资金和技术均具有较高的壁垒。资金方面,芯片厂家的固定资产规模普遍超过 10 亿元,以制备外延片必备的生产设备 MOCVD 为例,2016年 124 片机的价格超过 200 万美元。技术方面,光效的提升需要技术水平作支撑,光效越高,一定面积切割的芯片数量越多,成本越低, 三安、华灿等国内大厂光效远超世界中位数,技术优势突出。


预计 2017 年底国内市场市占率情况


国产设备切入,加速LED芯片洗牌

MOCVD 是 LED 芯片最重要的上游设备,主要用于 LED 外延片的生长,具备以技术为核心、 更新换代快、价格下降明显的特点。此外, 由于龙头厂商持续投资,设备厂提前把最新设备放在龙头企业里用,量产时调试时间更短。 技术更迭致使效率提高、成本下降:以 Veeco 的三代 MOCVD 设备为例, EPIK 系列折合 2 寸片单批次产能是 K465i 的 4.4 倍,而成本则下降 40%。


以 Veeco 为例 MOCVD 设备更新周期短


不同机型成本比较


国内 MOCVD 厂商凭借价格优势已切入三安、华灿供应链, 国外厂商的垄断格局逐渐被打破。 2016年,本土企业中微半导体和中晟光电的 MOCVD 在国内的市占率分别达到 3%和 8%,国产 MOCVD市占率超过 10%。


国产 MOCVD 设备市占率已超过 10%


LED 芯片所需的衬底是蓝宝石的主要应用, 2016 年占应用结构比重达到 80%。


2016 年 LED 衬底占蓝宝石应用比例 80%


近年来, LED 芯片厂商向上游衬底材料整合, 如龙头厂商三安通过子公司晶安光电布局蓝宝石衬底业务,华灿光电通过收购蓝晶科技 100%的股份整合上游,两家巨头均已具备自产能力。 通过向前整合,进一步奠定高盈利能力的基础。


LED 芯片厂商向上游衬底材料整合,已具备自产能力


技术推动行业成长, Micro LED 引领趋势

技术发展将主导行业的未来走向,具备技术实力的厂商将从竞争中脱颖而出。一方面,技术的进步可以降低成本,提高 LED 在现有应用领域如照明领域的渗透率,另一方面,技术的进步可以开拓新应用,如 Micro LED 可应用于显示领域,有望促进 LED 芯片需求量的提升。


技术是 LED 芯片行业发展的核心因素


超小间距 LED(Micro-LED)指代 LED 微缩化和矩阵化技术。 在一个芯片上集成高密度微小尺寸的 LED 阵列,使其体积约为目前主流 LED 大小的 1%。 每一个像素均能够定址、单独驱动发光,将画素点矩阵由毫米级降低至微米级。


Micro-LED 承接 LED 的高效率、高亮度、高可靠性及反应时间快等特点,而耗电量仅为 LCD 的10%, 色饱和度接近 OLED, 被视为新一代显示技术的完美应用。与同样是自发光显示的 OLED相比, Micro-LED 亮度比其高 30 倍,解析度可达 1500PPI,相当于 Apple Watch 采用 OLED 面板达到 300PPI 的 5 倍之多,色彩也比 OLED 更容易调试,使用寿命更长。由于系统的体积和重量可再缩小,兼具低功耗、反应快等特质,穿戴设备是其最有机会导入的领域。


Micro-LED 凭借相对 LCD、 OLED 不可替代的优势,具备广阔的应用商机。 对于分辨率在 600PPI以上的显示领域, Micro-LED 未来有望取代 LCD、 OLED 成为面板显示器的主流技术,而省电特质使其可适用于 AR/VR 头盔及智能手表等穿戴式装置荧幕,并适合作为户外显示面板、头戴式显示器(HMD)、汽车抬头显示器(HUD)所用。此外,未来 Micro-LED 有望应用于汽车仪表盘以及消费电子方面的笔记本电脑、智能手机等设备。


从短期来看,大小尺寸两头发力,有望最先实现量产。从产业化进度来看,目前 Micro-LED 技术产业化有较大不确定性,而屏幕越小,产业化难度越低,如 OLED 最先在小屏幕领域的手表和手机获得大规模应用。随着苹果有可能在未来 Apple Watch 产品中使用 Micro-LED 显示技术,Micro-LED 的产业化进程也有望从智能手表、虚拟现实和可穿戴设备等小屏幕显示领域开始。


Micro-LED 应用商业化量产速度预测


Micro-LED 技术提高有望带来芯片用量的大幅增长。根据测算,每 1 亿台 Micro-LED 智能手表、电脑和电视将分别消耗超过 70 万片、 3000 万片和 15 亿片 2 寸外延片产能。当 Micro-LED 在消费电子终端年出货渗透率达到 50%时,即手机 9 亿部、智能手表 0.2 亿只、电脑 2.2 亿台、电视 1.1亿台,按照折合每片 2 寸片 200 元的价格计算, Micro-LED 芯片市场规模将达到 3800 亿元,远超过现有的 450 亿元,市场发展空间巨大。


随着技术和成本瓶颈的逐渐突破, Micro-LED 显示器市场有望从 2018 年开始快速成长, 在 2025年达到 3.3 亿台的出货量。根据 Yole 的预测数据,一旦 Micro-LED 能够克服既有挑战并建立其供应链,则有望最早从智能手表切入进入商业化量产阶段,并加速其技术与供应链的成熟,从而在电视、平板电脑、笔记本电脑等领域逐渐展开应用。而智能手机的应用导入可能要到 3-5 年以后,但未来有希望快速渗透到超过 50%的显示器市场占有率。


Micro-LED 显示器市场出货量预测(单位:百万台)


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