图形化衬底行业：LED产业链关键材料，技术演进驱动新兴应用拓展
1、图形化衬底行业介绍
20世纪90年代，蓝宝石衬底上异质外延氮化镓技术取得关键突破，奠定了蓝宝石基GaNLED的产业基础。随后，通过光刻与刻蚀在蓝宝石表面制备周期性微结构，被证实可降低外延位错密度、提升光提取效率，图形化蓝宝石衬底（PSS）由此实现产业化。
随着LED产业规模化发展，以中图科技为代表的国内企业突破二次掩膜刻蚀等关键技术，实现低缺陷、高均匀性PSS产品的量产，在图形一致性、良率和成本控制方面形成全球竞争优势。
面向高光效照明、背光等应用，企业开始采用二氧化硅等介质材料开发复合图形化衬底，以优化光场分布与应力调控。同时，MicroLED对芯片微缩化的要求推动图形向更精细、定制化方向演进。
作为GaN异质外延的关键基础材料，图形化衬底技术将持续支撑LED、功率器件、射频器件等多领域拓展，应用前景广阔。
（1）图形化衬底的应用介绍
1）主流衬底材料对比介绍
目前主流的衬底材料分为硅片、砷化镓衬底、磷化铟衬底、碳化硅衬底和蓝宝石基图形化衬底，不同衬底材料的应用领域不同，主要是因为其材料特性、制造工艺、成本以及应用需求等方面的差异，不同衬底材料之间并无优劣之分，不存在替代关系。几种衬底材料的主要对比情况如下：
衬底材料特性、工程车本对比情况
资料来源：普华有策
2）图形化衬底系配套氮化镓材料应用最广泛的衬底
此外，氮化镓材料因其自身特点，氮化镓衬底制备成本高以及加工配套工艺的成熟度较低，故难以其本身作为衬底材料进行通用器件的大规模商业化开发。
目前氮化镓器件制造主要通过异质外延实现，外延衬底材料主要包括蓝宝石基图形化衬底、碳化硅衬底及硅片，氮化镓材料主要使用的衬底、应用器件、应用领域以及优缺点介绍如下：
氮化镓材料主要使用的衬底、应用器件、应用领域以及优缺点
资料来源：普华有策
根据上表，图形化衬底目前主要应用于LED领域，与其他氮化镓外延衬底应用领域侧重点不同。
2、行业产业链关系分析
图形化衬底是LED行业重要的基础原材料，图形化衬底经过外延、芯片制造、封装等工序制成LED器件，广泛应用于可视场景中。目前氮化镓LED芯片几乎全部采用图形化衬底，行业的上游主要为蓝宝石平片生产商，下游主要为LED芯片公司。
图形化衬底在LED产业链中起着承上启下的作用，连接着上游蓝宝石晶体及加工等原材料技术与下游氮化镓等半导体材料技术，是氮化镓LED芯片的关键主材，对氮化镓晶体质量具有决定性作用，图形化衬底与氮化镓外延的适配程度直接影响芯片的性能表现，其在产业链中的地位如下：
1）图形化衬底行业与上游行业的关联性
图形化衬底的上游主要是蓝宝石平片行业。蓝宝石生产企业通过人工晶体生长，再经切割、研磨、抛光制成平片，供应给图形化衬底厂商。尽管蓝宝石晶体生长工艺已公开，各厂商技术路线略有差异，但当前市场供应稳定，以国内企业为主，如晶盛机电、云南蓝晶、奥瑞德、青岛华芯晶电、天通控股及俄罗斯MONO等，不存在供应短缺。
由于直接在平片上外延GaN存在位错密度高、发光效率低等问题，需通过图形化技术在蓝宝石表面构建微结构，以提升外延质量与光效，因此图形化衬底成为LED芯片制造的优选方案。
2）图形化衬底行业与下游行业的关联性
图形化衬底位于LED产业链上游，经外延、芯片制造和封装后，广泛应用于新型显示、照明等领域。图形化蓝宝石衬底（PSS）通过光刻与刻蚀形成十亿至百亿级微纳类圆锥结构，对精度、均匀性要求极高，可显著降低位错密度、提升GaN晶体质量，从而增强LED芯片的发光效率、一致性、稳定性与寿命；图形化复合材料衬底则通过多材料协同，进一步优化外延质量与光型调控。
3、图形化衬底行业市场需求情况
1）LED市场总需求及对应图形化衬底的市场需求
目前图形化衬底主要应用于生产LED用氮化镓外延片，由于外延片和衬底数量基本一一对应，可认为氮化镓LED外延片产量约等于图形化衬底的需求量。根据对全球氮化镓LED外延片产量的统计预测，2025年度全球氮化镓LED外延片产量达5,139万片，预期2028年增长至5,995万片，增幅较为明显，2022-2028年图形化衬底需求情况预测如下：
2022-2028年全球氮化镓LED外延片产量规模及预测（4英寸，万片/年）
资料来源：普华有策
2023年LED市场显著回升后，2024年将进入短暂调整期，主因终端库存消化与需求结构优化。传统照明需求趋稳，增长动力转向高附加值领域：Mini/MicroLED显示加速发展，车用LED随新能源汽车普及持续扩张。预计2025年起市场需求恢复并加快增长，全球外延片产量将达5,139万片（4英寸当量）。长期看，车用LED、Mini/MicroLED及光通信等新兴应用将成为产业核心驱动力。据LEDinside预测，全球图形化衬底需求（折合4英寸）将于2028年达5,995万片，较2024年增长约22.15%，呈现稳健的中长期增长态势。
2）未来增量市场
①功率器件
氮化镓（GaN）作为硅的升级替代材料，突破了硅在频率、功率、功耗、散热和尺寸等方面的限制，具备高效率、高功率密度和高可靠性，广泛应用于消费电子、电动汽车、可再生能源、工业及数据中心等领域。据弗若斯特沙利文预测，全球GaN功率半导体市场规模将从2024年的32亿元增至2028年的501亿元，复合增长率达98.5%。
目前，基于蓝宝石衬底的GaNHEMT器件已用于笔记本适配器、手机快充等产品，并有望实现稳定量产。该技术正推动功率半导体向高频、高压、高集成方向发展，在智能快充、车规级充电、数据中心等场景具备广阔前景。
②光通信器件
在光通信领域，受益于云计算、人工智能及数据中心规模持续扩张，光模块传输速率不断提升，相关光电器件对材料性能和制造工艺提出了更高要求。基于蓝宝石的图形化衬底氮化镓材料体系已在部分光通信器件中开始应用，未来随着高速光通信需求持续增长，其在数据中心短距互联等领域的应用场景有望进一步拓展，并提供新的潜在市场空间。
③射频器件
在射频器件领域，随着5G通信技术的快速发展，对高频率射频器件的需求也越来越大。图形化衬底技术的应用可以提高下游射频器件的性能，并且可以满足高频率射频器件的制造要求，图形化衬底技术结合其他衬底材料在射频器件领域的应用前景也十分广阔。
4、行业技术水平及特点
图形化蓝宝石衬底通过光刻、刻蚀等工艺在平片上形成十亿至百亿个周期性排列的微米/纳米级类圆锥结构，对图形精度、均匀性和一致性要求极高。其生产关键在于工艺控制、制程优化与材料复合技术，需依托技术研发、设备改进、工艺设计及量产经验的长期积累。经过多年发展，国内行业已逐步形成以下主要技术特征：
（1）图形结构从单一周期、规格的图形，逐步发展为多周期、多种类图形结构。随着MicroLED、UVLED、车用LED等下游应用场景的差异化需求不断提升，图形化衬底从传统标准结构加速向小周期、纳米级、高深宽比及特定功能型图形等方向发展，形成大底径图形、小周期图形、纳米级图形、凹坑型图形等多种结构类型，产品图形类型呈现多样化趋势，差异化程度持续增强；
（2）图形控制精度要求日益提升，随着Mini/MicroLED等新型显示技术进入快速发展阶段，LED芯片尺寸大幅缩小，对上游衬底提出更高的图形精度控制要求；
（3）图形化衬底尺寸持续向大尺寸方向演进，图形化衬底目前主流尺寸为4英寸，正逐步往6英寸发展，下游外延与封装对产能利用率、均匀性与成本提出更高要求，大尺寸成为行业主流演进方向；
（4）图形化衬底的应用领域还在持续拓展，功率器件、射频器件等新兴应用对外延层晶体质量、位错密度、散热性能和成本控制提出更高要求。图形化衬底通过提升外延材料质量、改善漏电与可靠性指标，在保持成本优势的同时兼顾性能提升，有望在车载功率电子、高频射频前端、消费级高压器件等领域获得更广泛应用。
5、进入行业的主要壁垒
进入行业壁垒
资料来源：普华有策
6、行业在新技术方面近年来的发展情况与未来发展趋势
（1）下游LED领域新技术方面近年来的发展情况与未来发展趋势
MiniLED对芯片的一致性（如小电流性能、颜色均匀性）和可靠性要求高，而高一致性的图形化衬底可有效降低外延位错密度，提升芯片可靠性，支撑MiniLED显示发展。
MicroLED外延制造面临波长均匀性、低缺陷密度和量子效率匹配等挑战，图形化及复合材料衬底作为“地基”，正向高一致性、低缺陷、小周期方向演进，为提升外延质量与芯片良率提供关键材料基础。
（2）下游其他领域新技术方面近年来的发展情况与未来发展趋势
图形化及复合材料衬底技术在LED领域已较成熟，但在大功率和射频器件中仍处起步阶段。受限于蓝宝石热阻高、散热差、难集成，其GaN器件性能与硅基器件匹配度低，发展缓慢。然而，三维刻蚀可提升蓝宝石表面粗糙度与外延质量，改善器件性能。目前PowerIntegrations等企业已验证蓝宝石基GaN功率器件在电源管理中的可行性，学术界也在推进相关结构与性能研究。随着图形化技术和GaN工艺持续进步，图形化蓝宝石衬底有望在未来实现功率及射频器件的商业化应用。
7、所属行业在新产业方面近年来的发展情况与未来发展趋势
（1）车用LED
车用LED正成为行业增长核心动力，受益于新能源汽车智能化加速。2024年我国新能源车销量达1,286.6万辆（+35.5%），渗透率40.9%，带动车用LED需求攀升。照明端，ADB大灯、多色氛围灯等创新应用加速国产替代；显示端，MiniLED背光凭借高亮高对比优势广泛用于智能座舱多屏系统；智能大灯方面，MicroLED像素阵列实现精准控光与ADAS协同，已上车保时捷、蔚来等高端车型。车用LED高可靠性、高毛利特性，将持续拉动上游高性能图形化衬底的技术升级与市场需求。
（2）智能手表/手环产品应用
随着人机交互普及，智能穿戴设备对健康监测与显示融合提出更高要求，MicroLED凭借高亮度、高对比度、低功耗及易于集成感测元件等优势，成为理想选择。IDC数据显示，2025年Q1全球腕戴设备出货4557万台（+10.5%），中国达1762万台（+37.6%）。三星、佳明已推出MicroLED智能手表，康佳、TCL华星等国内厂商亦跟进布局。随着MicroLED商业化加速及成本下降，可穿戴设备对高性能微型LED芯片的需求将爆发，驱动上游高精度图形化衬底市场扩容与技术升级。
（3）近眼显示应用
MicroLED因高亮度、低功耗、长寿命等优势，成为AR眼镜的理想显示方案，尤其适配光效低的光波导技术。当前量产瓶颈集中在衬底波长均匀性、缺陷控制等环节，突破衬底技术是实现量产的关键。
预计，到2030年MicroLED在AR眼镜中渗透率将达44%；陀螺科技预测同期出货量达1,122万台，对应超2,200万片MicroLED微型显示屏，市场潜力显著。
（4）MicroLED透明显示及柔性显示
MicroLED透明与柔性显示凭借高透明度、可塑性和优异画质，正加速落地。透明屏已由三星、錼创、天马等企业推出，应用于车窗、AR-HUD等场景，预计2027年进入车用市场；柔性屏拉伸率提升至50%，适用于穿戴设备、机器人及曲面建筑等。随着技术成熟，二者将成为智能高清显示的重要方向。
8、所属行业在新业态、新模式方面近年来的发展情况与未来发展趋势
（1）在高端LED领域，图形化衬底将往更大尺寸方向发展
随着Mini/MicroLED产业化推进，图形化衬底加速向6英寸及以上演进。6英寸衬底面积提升约125%，可降本增效、提升外延均匀性，契合巨量转移与半导体工艺平台需求，是产业升级必然方向。当前其厚度约为4英寸的两倍，对刻蚀、良率和工艺适配要求更高，应用仍集中于高端领域。但参照硅、砷化镓发展路径，大尺寸化是氮化镓半导体长期趋势，未来有望随技术成熟逐步普及。
（2）政策引导下的新型显示产业生态重塑
近年来，LED产业加速向Mini/MicroLED等新型显示领域转型，国家将“新型显示”列为未来产业关键方向，提供明确政策支持，推动产业链向高附加值升级。人工智能、AR/VR、超高清视频和智能汽车等战略领域的扶持，催生了Mini/MicroLED的新应用场景，对上游图形化衬底提出更高要求——除优化光电性能外，还需兼顾低功耗、轻量化与微型化。这一变革正驱动产业链围绕新应用与新产品重塑竞争格局。
（3）产业链合作深度和广度加大
MicroLED量产面临外延、芯片、巨量转移等八大挑战，需上下游深度协同。Mini/MicroLED技术并行发展、应用场景多元且导入周期长，推动企业通过产业链合作延伸业务、强化联合开发。消费电子龙头加速布局新型显示，对性能与材料要求提升，使图形化衬底等上游环节重要性凸显。近年友达控股富采、京东方控股华灿光电等整合案例，正加速技术协同与资源融合。
9、行业内主要企业
目前全球图形化衬底厂商主要包括中图科技、首尔伟傲世、欧司朗、日亚化学、福建晶安、兆驰半导体、徐州美兴、福建中晶等。其中，福建晶安与兆驰半导体分别为上市公司三安光电和兆驰股份子公司，其图形化衬底产品主要供三安光电和兆驰股份内部使用，首尔伟傲世与欧司朗为境外上市公司，其图形化衬底产品主要供内部使用。行业内主要企业介绍情况如下：
行业内主要企业
资料来源：普华有策
《2026-2032年图形化衬底行业细分市场调研及投资可行性分析报告》涵盖行业全球及中国发展概况、供需数据、市场规模，产业政策/规划、相关技术、竞争格局、上游原料情况、下游主要应用市场需求规模及前景、区域结构、市场集中度、重点企业/玩家，企业占有率、行业特征、驱动因素、市场前景预测，投资策略、主要壁垒构成、相关风险等内容。同时北京普华有策信息咨询有限公司还提供市场专项调研项目、产业研究报告、产业链咨询、项目可行性研究报告、专精特新小巨人认证、市场占有率报告、十五五规划、项目后评价报告、BP商业计划书、产业图谱、产业规划、蓝白皮书、国家级制造业单项冠军企业认证、IPO募投可研、IPO工作底稿咨询等服务。（PHPOLICY:MJ）
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