行业 报告 | 行业专题研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 1 电子 证券 研究报告 2020 年 07 月 22 日 投资 评级 行业 评级 强于大市 (维持 评级 ) 上次评级 强于大市 作者 潘暕 分析师 SAC 执业证书编号： S1110517070005 panjiantfzq 张健 分析师 SAC 执业证书编号： S1110518010002 zjiantfzq 资料 来源： 贝格数据 相关报告 1 电子 -行业专题研究 :全球被动元件：MLCC 持续复苏、高端晶振高景气、钽电容供需好转，电动车 /5G/军工元件需求 旺 盛 ， 中 高 端 进 口 替 代 加 速 2020-07-09 2 电子 -行业点评 :面板：看好 Q3 开启涨价新周期 &OLED 高端成长机遇 2020-06-23 3 电子 -行业点评 :UVC LED 受益疫情快速成长，看好行业迎来快速增长 2020-06-22 行业走势图 UVC 半导体：新一代消杀技术，开启黄金五年，多应用打开成长空间 1. UVC 半导体：新一代消杀技术，前景广阔 UVC 半导体作为新一代消杀技术，前景广阔。相较于 UVB、 UVA， UVC 是健康光源首选；相比化学杀菌消毒， UVC 的优势是杀菌效率高，而且不产生其它化学污染物。目前获取杀菌消毒紫外光源 UVC 的方式主要有两种：传统汞灯和紫外 LED，与传统汞灯相比， UVC 半导体具有明显的优势：小型化、无毒害、使用便捷。另外， UVC 半导体工艺改进方向明晰，技术难题不断突破。 2. 2020 UCV 半导体元年，疫情加速产业发展，开启黄金五年 紫外 LED 市场发展迅速， 2023 年 紫外 LED 市场整体有望达到 9.91 亿美元，2019-2024 年全球 UV LED 市场规模年复合增长率高达 27%，其中 UVC 半导体 产品年复合增长率预计达到 60%。 深紫外半导体潜力大， 一方面，疫情催生 较大 的消毒市场，紫外线消毒灯在环境空气消毒、饮用水及污水消毒、衣物和餐具表面消毒等领域被广泛使用，多项研究表明 UVC 半导体可有效杀灭冠状病毒； 另一方面，水俣公约落地，加速汞灯替代进程。 3. 2C&2C&2G 众多应用打开成长空间，家电标配有望成为趋势 2B&2C 应用：母婴杀菌用品、除菌冰箱、杀菌洗衣机，杀菌空调 等与健康高度相关的产品 越来越受到消费者 的青睐，有望推动 UVC 半导体 2B&2C 应用加速发展； 2G 应用：受疫情推动，公共场所杀菌消毒需求大幅增加， UVC半导体在公共场所杀菌消毒可以发挥重要的作用。 国内家电市场规模庞大，家电标配有望成为趋势 。 4. 大陆生态优势显著，产业链三大机会：芯片、模块、品牌 我国拥有完整的 UVC 半导体产业链， UVC 半导体对芯片、封装技术和材料性能提出更高要求，芯片技术是目前深紫外半导体技术的主要瓶颈与核心竞争力，行业领先的大厂和紫外 LED 细分领域的龙头企业投资不断加码。疫情推动 UVC 半导体产业 链加速发展，产业链在芯片、模块、品牌等方面迎来新机遇 。 预计从 2020 年到 2024 年， UVC 杀菌模块在洗衣机、冰箱、家用空调、 UVC 小家电上的市场规模将分别从 1.74 亿元、 1.85 亿元、 1.94 亿元、 15 亿元上升到 85.38 亿元、 89.27 亿元、 97.36 亿元 35 亿元，预计到2024 年 UVC 杀菌模块在汽车方面的市场规模达 134.59 亿元。 投资建议： （ 1） UVC 半导体芯片，建议关注三安光电和韩国 Seoul Viosys（ 092190.KS），非上市公司建议关注圆融杰生 、优炜星等；（ 2） UVC 封装和模块方面， 看好封装大厂的机遇；（ 3）在品牌方面，看好传统家电品牌的增量和新锐品牌的高成长性 风险 提示 ： 新冠疫情控制 不及预期； 经济恢复不及预期； 深紫外半导体技术突破不及预期。 -7%9%25%41%57%73%89%105%2019-07 2019-11 2020-03电子 沪深 300行业报告 | 行业专题研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 2 内容目录 1. UVC 半导体：新一代消杀技术，前景广阔 . 4 1.1. UVC：健康光源首选 . 4 1.2. UVC 杀菌消毒效果强，灭活病毒更彻底。 . 4 1.3. UVC 半导 体具有明显的优势：小型化、无毒害、使用便捷 . 5 1.4. UVC 半导体工艺改进方向明晰，技术难题不断突破 . 5 2. 2020： UCV 半导体元年，疫情加速产业发展，开启黄金五年 . 8 2.1. 紫外 LED 市场发展迅速，杀菌消毒行业潜力大 . 8 2.2. 疫情蔓 延推动杀菌消毒行业需求爆发 . 9 2.3. 水俣公约落地，加速汞灯替代进程 . 12 2.4. 国内外厂商积极布局 . 13 3. 2B&2C&2G 众多应用打开成 长空间，家电标配有望成为趋势 . 13 3.1. UVC 半导体下游应用广泛， 2B&2C&2G 应用打开成长空间 . 13 3.2. 家电标配有望成为趋势， UVC 半导体加速渗透 . 15 4. 大陆生态优势显著，产业链三大机会：芯片、模块、品牌 . 16 5. 风险提示 . 18 图表目录 图 1：电磁波谱图（ 200nm-1600nm） . 4 图 2： UVC 杀菌原理 . 4 图 3：汞灯发射紫外光原理图 . 5 图 4：不同铝銦镓氮材料配比与禁带宽度和发射波长示意图 . 5 图 5：深紫外半导 体工艺流程示意图 . 5 图 6：深紫外半导体外延结构示意图 . 5 图 7：新型 UVC 半导体硅油封装技术提升出射光功率 . 6 图 8：深紫外倒装芯片 . 6 图 9： UVC 半导体芯片 . 7 图 10： UVC 半导体逐渐变得高效、便宜 . 7 图 11：全球 UV LED 市场规模预测 /亿元 . 8 图 12： 2018 年 UV LED 下游应用分类占比 . 8 图 13： UV LED 不同波段的应用 . 8 图 14： UVC 半导体市场份额预测 . 9 图 15： UVC 杀菌消毒部分应用产品 . 9 图 16：我国疫情蔓延情况 . 9 图 17：全球疫情蔓延情况 . 9 图 18： ” 紫外线灯 ” “紫外线杀菌灯”百度搜索指数 . 10 图 19： UVC 对大肠杆菌及冠状病毒灭活示意图 . 10 图 20： UVC 照射新冠病毒实验 . 11 图 21：瑞丰光电 Magical Partner 杀菌盒 . 12 行业报告 | 行业专题研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 3 图 22：三安光电新式移动消杀机器人 . 12 图 23：美国 NSF/ANSI 55系列标准测试水路图 . 12 图 24：美国 NSF/ANSI 55系列标准测试方法 . 12 图 25：首尔 伟傲世 Violeds UVC 半导体应用产品 . 14 图 26： UVC 在家电、家居、母婴等市场部分应用产品 . 14 图 27：武汉地铁空调冷气吹进车厢前进行紫外线消毒 . 15 图 28：美国三大机场采用 UVC 杀菌机器人杀毒 . 15 图 29：首尔伟傲世 Violeds UVC 半导体产品 . 15 图 30：深紫外半导体产业链及我国相关公司 . 16 图 31：国内四家 UV LED 芯片制造公司基本情况 . 16 图 32：国内四家 UV LED 封装公司基本情况 . 16 图 33：国内部分 UVC 半导体应用公司基本情况 . 17 图 34： 2020-2024 年全球 UVC 杀菌模块市场规模预测 . 17 图 35： 2024 年全球 UVC 下游应用分类占比 . 17 图 36：国内部分 UVC 半导体公司基本情况 . 18 表 1：常用的深紫外半导体封装形式 . 6 表 2：深紫外半导体灯与紫外汞灯对比 . 13 表 3： UV LED 行业厂商排名情 况 . 13 表 4： UVC 半导体应用场景 . 13 行业报告 | 行业专题研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 4 1. UVC 半导体：新一代消杀技术，前景广阔 1.1. UVC：健康光源首选 UV（ Ultraviolet） 是指波长在 10nm 至 400nm 之间的电磁波，即紫外线。 根据波长可把紫外线分为长波紫外线（ UVA）、中波紫外线（ UVB）和短波紫外线（ UVC），波长分别为320400nm、 280320nm、 100280nm。 图 1： 电磁波谱图（ 200nm-1600nm） 资料来源： 首尔伟傲世 财报 、 天风证券研究所 UVC 相较于 UVA、 UVB 对人体 影响 很 小 。 UVA 穿透能力强，可到达皮肤真皮层， 一方面，UVA 使皮肤中的黑色素前体直接转化为 黑色素，使皮肤快速黑化；另一方面， UVA 会使皮肤中产生活性氧自由基，长期作用会给皮肤带来较大的氧化压力，并导致皮肤中的胶原蛋白、弹性蛋白和 DNA 损伤，从而造成 皮肤老化、失去弹性、产生皱纹。 UVB 主要作用于皮肤表层， UVB 会激活表皮基底层的黑色素细胞中 的酪氨酸酶合成黑色素，黑色素形成后逐渐迁移到最外层，使皮肤黑化、出现红斑、或被晒伤。总之， UVA、 UVB 对人体皮肤都有损害，而 UVC 相较于 UVA、 UVB 对人体伤害很低，这是因为 UVC 波长很短，穿透力很低，不能深入皮肤表皮。 1.2. UVC 杀菌 消毒 效果强 ，灭活病毒更彻底 。 人们经常采用日晒的方式 来消灭食物上的病菌，达到消毒、保质的作用 ，并根据阳光消毒的作用原理， 逐渐发展了人造紫外线技术。 紫外线是 一种诱变剂， 通过对微生物的辐射损伤和破坏核酸的功能使微生物致死，从而达到消毒的目的。 在特定的波长范围（主要是 UVC）以及足够高的剂量下，紫外线能够引起细菌和病毒等微生物细胞中的 DNA 或 RNA 相邻嘧啶分子间形成异常的化学键，阻碍 DNA 或 RNA 的复制，从而造成微生物细胞死亡。 深紫外半导体 通过发出 UVC 波长的深 紫外线达到杀菌消毒的效果。 图 2： UVC 杀菌原理 资料来源： 首尔伟傲世 财报 ， 天风证券研究所 行业报告 | 行业专题研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 5 相比化学杀菌消毒，紫外线的优势是杀菌效率高，灭活一般在几秒内完成，而且不产生其它化学污染物。在一线医疗卫生机构，它也是重要的杀菌消毒设备。 由于紫外线的波长越短，频率越高，所蕴含的能量越高，因此相较于 UVA 和 UVB， UVC 的杀菌能力更强 、 效果更快。 UVC 是自然界中杀菌效果最好的紫外线，但人们想直接利用太阳光中的 UVC 十分困难，这是因为 UVC 由于波长较短，在 大气中就已经被臭氧层吸收、散射掉了，无法到达地面，所以，人造 UVC 就变得尤为重要。 1.3. UVC 半导体 具有明显的优势 ： 小型化、无毒害、使用便捷 目前用于杀菌消毒的紫外光源主要有两种：传统汞灯和紫外 LED。 汞灯是目前紫外线消毒 、固化与曝光最主流的产品，这种灯的原理很简单，阴极射线管打出的高能电子激发汞蒸汽的原子呈激发态，激发态电子回到基态放出紫外光，如果外面涂上红绿蓝 RGB 的荧光粉，就是日光灯或节能灯。 紫外 LED 是利用半导体发光原理来制造 UV 波段的光源， 通过 利用铝銦 镓氮材料的配比变化，可以做出各种不同波段的紫外线与可见光。 图 3： 汞灯发射紫外光原理图 图 4： 不同 铝銦镓氮材料配比与禁带宽度和发射波长示意图 资料来源： UVLED 光源技术的最新进展及其对产品性能的影响 练海啸 ， 天风证券研究所 资料来源： UVLED 光源技术的最新进展及其对产品性能的影响 练海啸 ， 天风证券研究所 与紫外 LED 相比， 传统汞灯有一些缺点： 尺寸较大； 启动时间长， 无法做到即开即用 ；易碎，使用寿命短； 剧毒，破裂后会造成汞泄漏，污染环境，严重危害人体健康。相比于传统汞灯的诸多缺点， 深紫外半导体 具有明显的政策优势和技术优势 ， 在各种不同的杀菌消毒方式中，只有 深紫外半导体 同时具备节约能源、即开即用、节省空间、无毒无害、寿命长、无刺激性气味等优异特性。 因此， 深紫外半导体 成为了新的环保、高效紫外光源的不二之选。 1.4. UVC 半导体 工艺改进方向明晰，技术难题不断突破 深紫外半导体 的工艺与普通 LED 的工艺大体相同 ，但由于 UV-LED 的发光材料不同，因此选取的发光材料和封装形式会有一定区别。 UVC 半导体 芯片可分为衬底和外延层两部分：衬底通常沿用蓝光 LED 芯片所采用的蓝宝石衬底，外延层包括 AlN 模板层、 N 型 AlGaN层、多量子阱发光层、电子阻挡层和 P 型 GaN 接触层。 芯片工艺，通过光刻、刻蚀漏出 N型接触层， 通过蒸镀以及合金， N 型、 P 型与电极形成欧姆接触，然后通过减薄、裂片，对小芯粒进行分选，倒装到绝缘的硅片上。 图 5： 深紫外半导体 工艺流程示意图 图 6： 深紫外半导体 外延结构示意图 行业报告 | 行业专题研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 6 资料来源： 深紫外 LED 的研究与应用张国华， 天风证券研究所 资料来源： 深紫外 LED 的研究与应用张国华， 天风证券研究所 深紫外半导体 由于发射的光谱波长通常小于 300nm，封装方式的选择会影响出光效率，而透镜封装和非透镜封装对紫外 LED 的出光影响尤其很大，所以制作工艺上对封装有较高要求，常用的封装形式包括覆晶封装（ FLIP FLOP）、板上芯片封装（ COB）和模组式封装（ MODEUL）。 表 1： 常用的 深紫外半导体 封装形式 封装形式 特点 覆晶封装（ FLIP FLOP） 深紫外半导体 常见的封装方式，主要采用倒装芯片的方式，具有体积小、高光效、导热好、可靠性高等特点。 板上芯片封装（ COB） 封装效率最高的一种封装形式，节省器件的封装时间和成本，不需要支架，直接将芯片放在基层通过热处理的形式进行固定。 模组式封装（ MODEUL） 主要应用于大功率的 LED 领域，具有发热量大、出光效率高、寿命长等特点。模组式封装的 UV-LED 能满足高光功率的要求。 资料来源：浅析 深紫外 LED 的前景与市场应用价值张翔，天风证券研究所 经过 10 多年研究和发展， 280 nm 以下的 深紫外半导体 外量子效率已超过 5%，对应发光功率大于 5 mW，寿命达 5 000 h。功率的提升推动应用领域的发展 ，但 相较于技术十分成熟的蓝光 LED， UVC 半导体 存在 芯片外延生长困难 、封装材料易老化、 光提取效率较 低 等三个主要 问题 。 因而后续对这些弱点的克服，推进相关技术改进是其发展的重点 。 结合 UVC 半导体 的使用 特点与工艺流程 ，目前 UVC 半导体 有四 个努力方向： 改进 UVC 半导体 外延 工艺 、 提升杀菌效率、改善散热、降低成本。 提高 UVC 半导体 芯片性能： 目前 UVC 半导体 芯片外延 工艺主要存在缺陷位错密度高、电子注入率低、 光提取效率较 低等问题。对于缺陷位错密度高的问题， 解决方案为NH3 脉冲流多层 AIN 生长技术、纳米图案蓝宝石衬底、 AIN 衬底等 ；对于电子注入率低，可采用硅、镁 掺杂技术、梯度掺杂技术、脉冲掺杂技术 等技术解决；对于 光提取效率较 低的问题，可采用倒装芯片技术、 透明接触层和反射层的结构优化 方案。总之，UVC 半导体 外延工艺的难点问题逐渐得到解决。 图 7：新型 UVC 半导体 硅油封装技术提升出射光功率 图 8： 深紫外倒装芯片 行业报告 | 行业专题研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 7 资料来源： 深紫外发光二极管研究进展及其在杀菌消毒中的应用林岳， 天风证券研究所 资料来源： 深紫外发光二极管研究进展及其在杀菌消毒中的应用林岳， 天风证券研究所 提升杀菌效率 ： 理论上 265nm 紫外线杀菌效果最好，但由于越靠近短波段， 难度越大、良率越低、成本越高，不少芯片厂止步于 270280nm 之间，转而专注提高功率，以谋求整体杀菌效率的提升。 现阶段 单颗 UVC 半导体 功率的提升 主要依 靠更大尺寸的芯片来实现。 然而，尺寸越大的芯片就越易碎，这就导致圆片的切割难度大、良率低 。对此， 业内出现了一种解决办法，采用多颗小功率芯片集成实现大功率 ，如青岛杰生就采用 4 颗芯片集成达到 100mW，并将成本控制在了 100 元左右。 改善散热： UVC 半导体 的电光转化效率极低，只有少部分电能转化为紫外光，大部分都以热能的形式流失，这就导致 UVC 半导体 芯片发热严重， 影响了 UVC 半导体 产品的寿命和可靠性。 由于 UV LED 电光转化效率低的根源在外延阶段，技术上又遭遇瓶颈难以突破，因此改善散热的任务就转嫁到了下游的封装和模组。在封装材料的选择上，业内主要采用导热系数出色的氮化铝基板和陶瓷基板， 随着封装技术难点逐渐被攻克，目前单颗 UVC 半导体 封装器件的寿命和可靠性已经不成问题。 降低成本： UV LED 用在饮水机、净水器、加湿器、空气净化器 等 热门小家电 会大幅增加产品成本 ， 消费者难以接受； 用在空调、洗衣机这类产品价值本身足够高的家电中， UVC 半导体 的价格依然很难达到普通消费者的接受范围。这就倒逼着上游尤其是芯片端，不断通过完善技术、 提高良率、扩大产能来压缩成本。 随着我国芯片技术的不断发展和国家对于芯片产业的大力扶持， UV LED 的成本有望得到控制。 图 9： UVC 半导体 芯片 图 10： UVC 半导体 逐渐变得高效、便宜 资料来源： 晶能光电官网 ， 天风证券研究所 资料来源： The emergence and prospects of deep-ultraviolet light-emitting diode technologies M. Kneissl， 天风证券研究所 行业报告 | 行业专题研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 8 2. 2020： UCV 半导体元年，疫情加速产业发展，开启黄金五年 2.1. 紫外 LED 市场发展迅速，杀菌消毒行业潜力大 紫外 LED 市场发展迅速， 2020 年 UV LED 将会真正进入高速增长期的元年 。 据 OFweek 数据， 2019 年全球 UV LED 市场规模预计 27 亿元，同比增长 35%，预计到 2022 年市场规模达 65 亿元 ,年复合增长率高达 34.3%。 其中 UVA 半导体 市场 规模最大，主要应用于工业固化、美甲、验钞上； 其次是 UVC 半导体 ，主要应用在杀菌消毒、 净水上； UVB 半导体主要应用在植物照明和光医疗，市场容量小。 展望应用市场需求，除固化市场稳定成长之外，表面 /空气杀菌净化、静止水杀菌、流动水杀菌为未来主要成长动能。 图 11： 全球 UV LED 市场规模预测 /亿元 图 12： 2018 年 UV LED 下游应用分类占比 资料来源： 半导体照明行业市场与封装技术发展趋势 章金惠 、 天风证券研究所 资料来源： LED inside、 天风证券研究所 UV LED 应用领域中杀菌 /净化市场是未来发展最迅速、最有潜力的市场，产品应用以 UVC为主。 UV LED 应用广泛，根据 UV 波段不同而有所差别。 其中， UVA 产品的 典型应用为紫外固化和 UV 喷墨打印； UVB 应用主要以光疗为主； UVC 应用相对广泛，可以广泛应用在诸如医院，空调系统，消毒柜，水处理设备，饮水机，污水处理厂，游泳池，食品饮料加工及包装设备上，深紫外光源最常用于消毒杀菌领域。 目前 UV LED 除工业固化外 主要应用于饮用水的杀菌与净化市场， 2018 年占总 UV LED 市场规模比重为 25%。 图 13： UV LED 不同波段的应用 资料来源： OFweek、 天风证券研究所 UVC 半导体 下游应用广泛，市场潜力大。 UVC 半导体 广泛应用于空气净化、食品及物体表行业报告 | 行业专题研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 9 面杀菌、洁净水、医疗及个人护理等领域 ，未来在家电、公共场所卫生保护等市场潜力较大。 据 LED inside 估计， 2023 年 UV LED 市场整体有望达到 9.91 亿美元 ， 2019-2024 年 全球 UV LED 市场规模年复合增长率高达 27%，其中 UVC 半导体 产品年复合增长率预计 达到60%。 来自消费终端的市场信息反馈，随着消费者对紫外杀菌消毒产品的理解不断加深，消费者需求也正催生出更多 UVC 半导体 的应用场景，比如母婴消毒器、电梯扶手杀菌机、空气净化器、扫地机器人等。 未来 UVC 半导体 市场将具备超大的增长潜力， OFweek 预计2022 年 UVC 半导体 将占据 UV LED 的 70%市场份额。 图 14： UVC 半导体 市场份额预测 资料来源： OFweek、 天风证券研究所 图 15： UVC 杀菌消毒部分应用产品 资料来源： 天猫、京东、青岛杰生官网， 天风证券研究所 2.2. 疫情蔓延推动杀菌消毒行业需求爆发 2019 年 12 月以来，湖北省武汉市陆续发现了多例新型冠状病毒感染的肺炎患者，随着疫情的蔓延，我国其他地区及境外也相继发现了此类病例。 二月中旬开始，我国境内疫情得到有效控制。此后疫情席卷全球，截至 2020 年 7 月 19 日，中国累计确诊病例 86068 人，现有确诊病例 836 人，全球累计确诊病例（不含中国）超 1455 万 人，现有病例 523.2 万人 。 图 16： 我国疫情蔓延情况 图 17： 全球疫情蔓延情况 行业报告 | 行业专题研究 请务必阅读正文之后的信息披露和免责申明 10 资料来源： Wind， 天风证券研究所 资料来源： Wind， 天风证券研究所 2020 年 2 月 5 日国家卫生健康委员会发布了新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案 (试行第五版 )，方案中指出新型冠状病毒对紫外线和热敏感， 56 摄氏度 30 分钟、 75 度乙醇等均可有效灭活病毒。 疫情催生 较大 的消毒市场 ，紫外线消毒灯在环境空气消毒、饮用水及污水消毒、衣物和餐具表面消毒等领域被广泛使用。疫情爆发带动市场对紫外线灭菌灯的需求，此次疫情使得消费者对于紫外杀菌消毒的认知得到普及和重视，为 UVC 半导体 提供了一个良好的发展机遇。 图 18： ”紫外线灯 ”“紫外线杀菌灯”百度搜索指数 资料来源： 百度指数， 天风证券研究所 疫情使得人们更加重视健康，并随着厂商对紫外灯的不断改进，使之更加贴近生活，紫外灯有望作为健康产品进入人们的生活，从而带来持续的需求。 多项研究表明 UVC 半导体 可有效杀灭冠状病毒。 德国 UV 技术开发商好乐集团 近期 宣布已证明短波 UVC 照射能够有效灭活新型冠状病毒， 研究结果表明，其 UV 单元能够在数秒内杀死冠状病毒，杀菌率达 99.99%； 5 月 27 日，宫崎大学宣布，联合实验表明日机装的短波UVC 半导体 灯可有效抑制新型冠状病毒的传染力并将其杀灭 ，可将新型冠状病毒的传染力降低 99.9%以上 ； 哥伦比亚大学研究表明远 UVC 光能够杀死空气飞沫传播的季节性冠状病毒，灭活率达 99.9%。 图 19： UVC 对大肠杆菌及冠状病毒灭活 示意图