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LED芯片业龙头,加码Micro-LED与化合物半导体25
2、乾照光电:
RGB中红光领导者,显示方案的必经之路27
自发光显示时代的新选择,Micro-LED必将成为主流显示技术之一。
Micro-LED显示技术是将传统的无机LED阵列微小化,每个尺寸在10微米尺寸的LED像素点均可以被独立的定址、点亮。
简单的讲,可以看作是小间距LED的尺寸进一步缩小至10微米量级。
Micro-LED的显示方式十分直接,将10微米尺度的LED芯片连接到TFT驱动基板上,从而实现对每个芯片放光亮度的精确控制,进而实现图像显示。
相较于LCD与OLED,Micro-LED功耗优势明显。
与LCD和AMOLED相比,Micro-LED的功耗将更低。
LCD被动发光的特点带来大量的能量损耗,由于OLED材料自身的特点,决定了其发光效率要远小于传统的III-V族半导体材料,约为传统LED的一半。
在相同的使用情况下,由于发光效率的提高,Micro-LED的耗电量将为AMOLED的一半,也就是LCD的20-40%。
各大厂商也在积极布局Micro-LED市场的空间。
三星、苹果、台湾产业链均在积极布局。
Micro-LED生产过程中需要技术突破,整体与OLED相似。
巨量转移是产业化进程最关键一步。
Micro-LED芯片制作则是在LED外延片的基础上,刻蚀成小于10微米尺度的单元,采用的技术与目前常规技术一致。
Micro-LED使用与OLED、LCD类似的TFT驱动背板。
因而,Micro-LED生产过程中的上述三步,均需要对现有技术进行升级,达到生产Micro-LED的需求。
芯片厂商最具潜力、最先获益——与OLED产业链对比。
我们可以看出,Micro-LED与目前OLED的产业链具有很多相同、重叠的领域。
对于这些相同的设备、材料、零件、制程,Micro-LED仅是对原有OLED的替代,并未产生新的需求点。
唯一例外的是,对于LED外延片,Micro-LED是新的需求点,新的增量来自于芯片厂的扩产以及对巨量转移技术的进步,那么至少LED外延片厂商将从Micro-LED的投产中显著受益。
市场空间广阔,LED外延片市场需求量多达千台。
以智能手表为代表的可穿戴设备将成为Micro-LED的首个需求引爆点,VR/AR设备、室内大屏显示、以及长期的智能手机、平板、电视等也是目前最具可行性和开发潜力的市场。
因此,在我们给予市场空间、渗透率的假设条件前提下,我们预计市场所需的MOCVD数量将会达到1000台以上,而对应的市场空间多达500亿美元以上。
从产业链的对比角度来看,芯片厂商将会是新增的、最受益的投资标的。
一、Micro-LED将会成为主流显示技术之一
Micro-LED
彩色显示技术一直向着更高画质、更低能耗的方向发展。
更高画质,意味着色域更广、对比度更高,更为真实的色彩显示;
而更低能耗对于移动设备意义非凡,意味着更持久的续航以及更为可以添加更多的功能。
彩色显示,经过了CRT显像管、等离子等显示技术,目前液晶显示(LCD)已成为显示技术的主流,OLED则是正在快速成长的下一代显示方式。
区别于LCD必须使用背光模组,OLED利用有机发光二极管作为自发光光源,多项指标优于LCD。
这也意味着自发光显示技术将成为未来的显示技术主流。
Micro-LED即微型发光二极管,是指高密度集成的LED阵列,阵列中的LED像素点距离在10微米量级,每一个LED像素都能自发光。
相比于使用LED背光背板的LCD显示技术以及LED显示技术,Micro-LED具有发光效率高、功耗低、响应快、寿命长的特点。
目前,包括索尼、苹果、三星等厂商都将Micro-LED视为次世代显示技术,不断加强研发投入。
Micro-LED实现彩色显示,主要有两种解决方案,RGB三色LED法、紫外(UV)LED/蓝光LED+发光介质法。
RGB三色方案即每个像素中包含三个RGB三色LED,一般采用倒装或检核的方式,将每个LED的正负极(P、N电极)与电路基连接。
使用LED全彩驱动芯片对每个LED芯片进行定址、独立的电流驱动,从而实现成像。
紫外(UV)LED或蓝光LED叠加发光介质的方法同样可以用来实现全彩色化显示。
已使用蓝光LED为例,需要搭配红、绿色发光介质即可实现彩色显示,这与前文所述的面板内(Inpanel)的QDLCD显示方案十分类似。
发光介质一般可分为荧光粉和量子点材料。
量子点具有发光效率高、単色性好的特点,因而量子点显示效果具有高色彩纯度的特点。
此外,目前常采用的涂覆技术有旋转涂布、雾状喷涂技术等,将雾状的量子点材料均匀的喷涂到紫外Micro-LED、蓝光Micro-LED上实现色彩转换。
目前该方案需要解决的主要问题主要是量子点技术不够成熟,难以承受高温,因而必须与Micro-LED芯片做好隔热处理;
保证喷涂过程中个颜色的均匀性、避免不同颜色的量子点之间的相互干扰等问题也需要进一步解决。
综上,无机LED材料天然的性能优势使得Micro-LED显示技术成为一项极具潜力的新技术。
首先,与OLED、量子点材料相比,无机LED材料不仅具有发光效率高的特点,更为重要的是不会受水汽、氧气或高温的影响,因而在稳定性、使用寿命、工作温度等方面具有明显的优势。
其次,作为显示屏应用于手机、穿戴式设备、VR/AR设备,Micro-LED显示屏具有低功耗、高解析度的特点,对于提升使用体验有着同样明显的优势。
目前,LED显示屏的像素尺寸都很大,在厘米、毫米量级,这就导致图像显示的细腻程度并不理想。
随着技术的发展进步,具有更小像素尺寸的Micro-LED技术体现出了巨大的潜力。
2、低功耗引来高关注,Micro-LED优势明显
(1)LCD显示技术,即液晶显示是目前主流的显示技术
其基本原理是,与两片偏光片相结合,通过调控液晶分子两侧的电压改变其分子取向,实现对光的偏振的操控,从而实现对通光量的改变。
液晶显示中必不可少的需要背光模组,液晶材料在显示中起到改变灰阶的作用。
使用彩色滤光片,将白光变成红绿蓝三色的光,从而实现彩色显示。
由于背光模组的使用,使得即便在显示全黑色的图样时,背光模组依然保持点亮状态。
而使用液晶调节通光量,无法将背光模组发出的白光完全阻挡,因而LCD并不能实现彻底的全黑显示,因此LCD显示的对比度有限,一般在1000:
1级别。
此外,由于液晶排列变化需要时间,一般在毫秒量级,因而LCD在显示动态场景时往往不够流畅。
OLED,即有机发光二极管,是利用有机发光材料作为自发光光源的显示屏。
近年来随着OLED成本下降和良率提高,OLED显示技术将得到广泛的应用。
特别是柔性OLED面板出现,对于穿戴式设备以及手机等消费电子,都有着重要的意义,而LCD受限于液晶层,很难实现柔性面板的制造,因此OLED也被认为是最佳的柔性屏方案。
根据驱动方式,OLED可分为无缘驱动(PMOLED)和有源驱动(AMOLED)。
PMOLED结构简单、成本较低,通过扫描方式点亮阵列中的像素,但在实现高分辨显示、大尺寸显示方面由于需要的驱动电压较高处于劣势;
而AMOLED为每个像素拥有独立的TFT,因而易于实现高亮度、高分辨率,同时功耗更低,但存在成本较高、工艺较复杂的问题。
三星是AMOLED的代表公司,三星Galaxy系列手机等产品已普遍使用AMOLED技术的显示屏。
(2)OLED材料发光效率仍有进一步提升空间
目前量产的OLED材料中,红色、绿色以磷光材料为主,而蓝色磷光材料由于寿命较短的问题仍未得到解决,目前以荧光材料为主。
继续开发磷光材料和TADF材料,是目前提升蓝色发光效率的主要途径。
2017年8月最新公布的苹果公司专利显示,苹果尝试使用红、绿色OLED搭配蓝色量子点的方式,解决上述蓝色OLED材料的诸多问题。
(3)Micro-LED技术最大的优势便是低功耗
目前显示屏幕所消耗的电量,约占到手机日常使用消耗总电量的30%。
由于无需背光模组、且LED发光效率优于OLED,Micro-LED具有发光效率高、功耗低的优势。
注:
1、以上对比基于2.4寸,200尼特的AMOLED屏幕作为测量基准;
2、OLED在使用全白过程中的电量消耗相较于全彩的屏幕消耗翻几倍多
目前主流的TFT-LCD显示技术,由于其实现彩色显示不可避免的依赖背光源的使用,导致了其能耗较高的缺点。
AMOLED的出现,由于从显示原理上避免了使用背光源,因而显示能耗得到了显著的提高。
当然,AMOLED的功耗与显示的画面有很大的关系。
画面以黑色为主时,AMOLED的耗电量仅为LCD的40%左右;
大部分图像显示情况下,AMOLED的耗电量占LCD的60-80%;
而在全白的显示情况下,AMOLED的耗电量甚至要超过LCD。
概括来讲,以手机为例,在游戏、影音使用过程中,AMOLED的低功耗优势明显;
而在短信等使用情境下,由于显示白色的区域较多,因而AMOLED的耗电量也相对偏高。
因此,降低AMOLED的功耗不仅需要从关键材料、硬件设计等方面优化,也需要从软件层面优化改进用户界面。
以上基于LCD与LED发展趋势给予的预测数据
(4)与AMOLED相比,Micro-LED的功耗将更低
由于OLED材料自身的特点,决定了其发光效率要远小于传统的III-V族半导体材料,约为传统LED的一半。
由此可以推测,在相同的使用情况下,由于发光效率的提高,Micro-LED的耗电量将为AMOLED的一半,也就是LCD的20-40%。
3、各大厂商争先布局,未来显示主流技术之一
苹果和Sony是Micro-LED领域最有力的推动者,两家选择了截然不同的商业化路径。
Sony选择将Micro-LED首先应用在室内大屏显示领域,并已推出多款产品。
苹果则是将以AppleWatch为代表的智能手表,作为Micro-LED最先落地的领域。
自2009年起,各大厂商已在Micro-LED领域早有布局。
该领域最主要的推动者是苹果。
为了制衡三星在OLED领域的优势,苹果积极推动下一代显示技术的研发。
2014年,苹果收购LuxVue,这家公司是Micro-LED领域的先驱,掌握众多技术专利。
据报道,苹果今年将在台湾进行Micro-LED的试产,台湾初创公司錼创(PlayNitride)负责试产。
台湾厂商在Micro-LED积极推进产业链整合。
台工研院不仅是牵头联络台湾厂商实现共同研发和产业链整合,同时也可以称得上是全球范围内Micro-LED最积极的倡导者。
目前已开展相关研发布局的公司有LED外延片及芯片生产商晶电,驱动IC设计与生产商聚积,面板制造商友达,鸿海(包括旗下夏普、荣创、群创)、半导体初创公司錼创(PlayNitride)。
涉及领域涵盖Micro-LED各个环节。
以智能手表为代表的可穿戴设备将成为Micro-LED的首个需求引爆点,VR/AR设备、室内大屏显示、以及长期的智能手机、平板、电视等也是目前最具可行性和开发潜力的市场。
二、技术突破,市场空间巨大,芯片厂最受益
1、巨量转移是产业化进程最关键一步
以目前Micro-LED主流技术路径来看,Micro-LED制造过程主要包括LED外延片生长、TFT驱动背板制作、Micro-LED芯片制作、芯片巨量转移四部分组成。
LED外延片生长采用目前常规的LED外延片生产方式,一般采用MOCVD方法,在蓝宝石或四元基片上外延生长蓝绿或红黄色LED外延片。
但是,作为Micro-LED显示所需的LED外延片,对LED外延片的均匀性、一致性要求很高,需要保证每个发光单元具有一致的发光特性。
目前,芯片巨量转移技术是主要技术难点,也是各家厂商研发的重点。
巨量转移是指将切割完成的百万量级的Micro-LED芯片,由LED外延片衬底,转移至驱动背板的基底。
再经过一系列的封装处理,实现彩色显示。
在RGB彩色显示方案中,要实现三种Micro-LED芯片的巨量转移,且需要保证三种颜色Micro-LED的准确排列,技术难度更高。
目前,LuxVue(苹果)、X-celeprint、eLux、台湾工研院等团队,均提出了各自的巨量转移方案。
与OLED产业链对比
OLED同样作为一种自发光显示技术,目前已得到广泛的应用。
特别是最新发布的iPhoneX采用了OLED屏幕,将极大的推动更多的消费电子产品采用OLED显示屏幕。
目前,OLED显示屏幕主要由韩国的三星、LGD两家公司生产,其中三星主要从事中小尺寸的OLED屏幕生产,LGD主要从事大尺寸OLED屏幕的生产。
过去一年,大陆厂商积极投资LTPS与OLED制造,主要目标集中在中小尺寸OLED屏幕。
OLED产业链较长,上游主要分为三部分:
设备、原材料、组装零件。
设备方面,国内企业实力明显较弱,特别是刻蚀、镀膜两部分为外商垄断。
国内企业依托在LCD显示生产中积累的经验,在后端检测设备方面较有竞争力。
原料方面,国内仅能提供低端的玻璃基板;
其他关键原料,如有机材料、偏光板、光刻胶、封装材料等完全依赖进口。
零件方面,也基本被外商垄断。
由此可以看出,国内厂商在OLED产业链中实力较弱,主要设备、原材料依赖进口。
目前,随着相关技术的不断发展,OLED材料、封装材料的成本已经不断下降,但仍是显示屏成本的主要组成部分。
因此,在OLED产业链中,OLED材料作为必不可少的发光材料,其价格走势必将对中下游的OLED面板生产和应用产生重要影响。
通过对比Micro-LED与OLED的产业链,我们可以看出,Micro-LED与目前OLED的产业链具有很多相同、重叠的领域。
唯一例外的是,对于LED外延片,Micro-LED是新的需求点,新的增量来自于芯片厂的扩产以及对巨量转移技术的进步,那么至少LED外延片厂商将从Micro-LED的投产中显著受益。
大陆LED外延片生产商,将是Micro-LED产业链中最优先获益的一环。
目前全球LED外延片市场中,大陆厂商量、质兼备。
有别于OLED材料依赖进口的现状,大陆厂商掌握Micro-LED发光材料,对于产业链中其他厂商来讲,推动Micro-LED相关产线改造升级的动力更强,更容易实现Micro-LED产业链整合,降低成本,扩大市场。
Micro-LED对使用的LED外延片其生长的均匀性、性能的一致性要求较高。
主要有两方面原因,一是Micro-LED芯片尺寸小,在LED外延片不均匀程度相同的情况下,芯片尺寸越小,不均匀性越容易体现出来;
二是Micro-LED的检测、电压标定、坏点维修较为困难,因此外延片性能的一致性,将直接影响检测等环节的成本。
提前布局巨量转移技术,LED芯片商已做好准备,期望向下游延伸。
由于目前Micro-LED尚处于实验室产品阶段,尚无批量生产,生产方案仍在探索中,尚未统一。
目前,众多LED外延片厂商已在Micro-LED巨量转移技术方面早有布局,期望能够实现产业链的向下延伸,实验从原料到成品的全产业链生产。
无论最终何种巨量转移方案脱颖而出,LED芯片商坐拥原材料、叠加相关技术储备,将是Micro-LED产业链中最具潜力、最先获益的一环。
3、市场空间广阔,LED外延片市场需求量多达千台
可穿戴设备中,智能手表占据半壁江山,且未来成长势头强劲。
根据IDC预测,到2021年,智能手表的出货量将从现在的7140万,增长至1.61亿,复合年增长率22.5%。
智能手表占全部可穿戴市场的份额也将由现在的56.9%上升至67.0%。
目前,智能手表用户的主要痛点之一便是电池容量有限、续航时间较短。
iWatch手表上添加LTE芯片,可以摆脱手机连接到移动网络独立工作。
独立的移动网络模块必将带来耗电量的增加,将进一步使有限的电池容量变得捉襟见肘。
而Micro-LED发光效率高、功耗低的特点极大的满足了这一需求。
Micro-LED具有的视角大、响应快、发光效率高、功耗低、易实现高PPI(像素密度)等优异特性,特别适合应用于头盔显示器、立体显示镜以及眼镜式显示器等AR/VR显示设备。
目前主流的VR设备采用OLED显示屏幕,存在像素密度较低的问题。
智能手机产业链无疑是市场现有体量最大的空间。
同时屏幕依旧是整个手机成本中最高的一环。
参照现阶段iPhoneX成本构成比,OLED屏幕占据成本端的约80美元,占比约19.38%。
倘若Micro-LED实现手机端屏幕的商业化运作,对于整个LED芯片市场将会是一场显著的带动。
我们参照OLED对于市场屏幕的渗透率作为对比,可以看到OLED在经历了两到三年的时间就已经拓展到市场上龙头地位。
这其中不仅仅是由于三星等核心厂商的推动,也是由于技术进步、下游需求拉动等多方面因素。
可以假设的是随着Micro-LED的技术不断兑现,优良的显示效果,成熟的产业链配套将会迎来新的一波机会。
根据智能手表、VR/AR设备、以及长期的智能手机、平板、电视等也是目前最具可行性和开发潜力的市场,我们估算Micro-LED整体的市场空间以及对应的芯片厂商MOCVD的需求量。
1、智能手表的像素数。
以Applewatchseries242mm款为例,单位屏幕像素数为312x390=121,680像素,分辨率333ppi。
2、VR设备的像素数。
以HTCVive为例,单位设备的像素数为1200x2160=2598000像素,分辨率447ppi。
3、智能手机的像素数。
以iPhoneX为例,单位设备的像素数为2436x1125=2743875像素,分辨率463ppi。
4、MOCVD设备生产能力,以单台月产0.6万片估算。
5、2吋单位面积可生产大小为10微米的发光芯片数量:
(1*2.54*10^3)^2*π/10^2=20.25*10^6颗芯片;
其他因此类推。
在此基础可以看到智能手机市场将会重点决定了未来Micro-LED的市场需求量,智能手机市场的出货量以及渗透率较为关键,我们对其做敏感性分析。
全产业链技术难点
目前,Micro-LED制造的主要难点在于将十万、百万量级的Micro-LED批量转移到TFT背板上,即巨量微转移(巨量转移)。
目前,范德华力、静电吸附、相变化转移和雷射激光烧蚀四大技术是主要研发方向。
其中范德华力、静电吸附及激光烧蚀方式是目前较多厂商发展的方向。
Micro-LED与TFT驱动背板的连接方式,主要研究方向有芯片连接(chipbonding)、外延连接(waferbonding)和薄膜连接(thinfilmbonding)。
芯片连接(chipbonding)是指将LED切割成包括磊晶薄膜和基板的微米级单结构,随后使用SMD或COB方法与显示基板连接。
外延连接(waferbonding)是指在LED的磊晶薄膜上,直接刻蚀形成微米级结构,随后将LED晶圆连接于驱动电路板,通过玻璃基板的方式实现最终显示。
典型代表:
苹果收购的LuxVue公司技术独到。
2014年,苹果收购了Luxvue公司,成为引发对Micro-LED持续与研发的关键事件。
Luxvue公司成立于2009年专注于Micro-LED技术的研发,其所拥有的Micro-LED相关专利是各家厂商当中最多的。
在巨量转移技术方面,LuxVue公司主要采用静电吸附技术。
该公司开发出了具有双极结构的转移头。
转移头凸起的平台部分有两个硅电极。
当转移头抓取基板上的Micro-LED时,两个硅电极分别施加正负电压,便可实现对Micro-LED的抓取。
1、分析过程中引用了LuxVue核心技术的指引,LuxVue是目前相对比较成熟的技术路径;
2、薄膜转移方案并非唯一的方案,在市场化因素的指导下,预计未来还会出现更加低成本、效率更高的技术手段
通过以上介绍可以看出,巨量转移技术是决定目前Micro-LED显示技术是否可行关键难题。
在考虑的工艺难度时,需要综合考虑面板尺寸、分辨率、像素大小、总像素数量等问题。
综合来看,小尺寸的可穿戴设备以及低分辨率、大像素间距的室内显示领域,因相对难度较低,将成为Micro-LED最有可能首先落地的领域。
而决定Micro-LED能否真正产业化生产,仍有七大挑战需要面对。
Micro-LED的产业化过程中,LED外延片厂商值得重点关注。
一方面,要关注LED芯片厂商在巨量转移技术上的研发,关注LED芯片供应商向下游的延伸;
另一方面,要关注一旦苹果等Micro-LED产品落地,最先获益的LED芯片供应商。
三、重点企业简况
LED芯片业龙头,加码Micro-LED与化合物半导体
LED芯片巨擘,加码化合物半导体:
深耕LED行业20载,LED龙头渐成型。
三安光电公司主要从事Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料的研发与应用,着重于砷化镓、氮化镓、碳化硅、磷化铟、氮化铝、蓝宝石等半导体新材料所涉及到外延、芯片为核心主业,分为可见光、
不可见光、通讯以及功率转换等领域。
收入利润稳增长,盈利能力远超同行。
2014Q1-2017年Q1三安光电的季度营收基本稳定增长,增速稳定。
归母净利润波动趋势较大,整体来看呈现较快增速。
2016Q1由于2015年的大降价导致销量较低,这也成为了这两年LED行业的拐点。
2016年二季度以来,三安光电营收和归母净利润不断增长。
相比较同行的历年毛利率水平,公司基于其规模效应、研发投入、产品结构及客户资源等多方面,保持了对于同行业对手的显著毛利率优势。
LED芯片行业产能出清,龙头公司市场集中度提高。
LED芯片行业的重资产、重资金的运行模式会迫使众多中小企业处于是否开工的犹豫状态。
LED芯片行业经历了低谷期,龙头公司整合行业,形成寡头市场。
未来产能