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OLED行业报告:全行业供需结构逐步优化,中国厂商赢得优势

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报告出品方:东北证券

以下为报告原文节选

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1.显示技术持续迭代,OLED技术优势明显

1.1.显示行业蓬勃发展,创新技术层出不穷

随着人类社会发展的脚步即将迈入21世纪30年代,信息技术的空前发展推动了社会关系、产业结构、教育方式和家庭生活的变革。信息的捕捉、处理、存储和显示已经与人类知识的获取和生活质量的提高紧密相关。由于人类获取信息的70%以上都来自于视觉,所以与视觉息息相关的显示技术成为信息技术中不可或缺的一环。
随着电子信息产业的快速发展,信息显示的硬件设备—显示器,作为人机交互必不可少的载体,在信息显示技术的发展过程中扮演着至关重要的角色,直接关系到人类获取信息的数量多寡、质量高低和时间长短等。显示技术的不断创新和进步带动了显示器工业的跨越式发展。
经过几十年的努力,信息显示装置从简单的指示灯、七段数字译码器,经历传统的黑白、彩平、超平、纯平阴极射线管(CathodeRayTube,CRT)显示器,发展到大放异彩的液晶(LiquidCrystalDisplay,LCD)和等离子(PlasmaDisplayPanel,PDP)以及发光二极管(Light-EmittingDiode,LED)显示器,全球显示产业的规模越来越大,显示产品的应用领域也越来越广。

信息科学与技术的高速发展,特别是高品质图像(高分辨率、高对比度、高响应度、宽视角)以及便携性(超薄、超轻、低功耗)成为未来信息显示的发展方向,人们对信息显示器件的要求越来越高,而OLED恰恰能满足这些要求。



20世纪60年代,有机EL现象的发现及相关研究就已经开始了。1987年,Kodak公司将两种有机半导体材料通过真空蒸镀的方式制备了器件结构为三明治型的OLED器件,开始引起科研人员和产业界的广泛兴趣。1997年,OLED作为显示器件领域中的新面孔,已经开始商业化。日本Pioneer公司推出了世界第一个商品化OLED显示产品—汽车音响显示屏。2005年,SAMSUNG和LG联合开发的40英寸OLED原型机,分辨率提升至1920*2000,对比度提升至5000:1,亮度达到1000cd/2。同年,美国CNN(有线电视新闻网)将OLED与Internet、CellPhone、PC等列为近25年最有影响的创新技术之一,OLED位居第7。2006年,OLED又被市场研究公司Gartner列为十大战略技术的第三名。2007年,SONY推出全球首款厚度仅3mm的11英寸AMOLED电视,开启“OLED元年”。2013年1月,LG电子在CES上全球首次发布65英寸4KOLED电视和75英寸4KOLED电视,这表明全球进入了大尺寸OLED世代。

面对OLED技术展现出优异的显示效果,并且相关制备技术逐步成熟。中国相关面板厂商持续加大相关投入,并逐步在相关产业环节积累竞争优势。2010-2012年,维信诺先手开发成功2.8英寸、3.5英寸、7.6英寸和12英寸AMOLED样品。2012年9月,京东方成功研发出了17英寸AMOLED显示屏。2013年8月,TCL华星成功开发出中国大陆最大尺寸的全高清31英寸电视用AMOLED显示面板。2016年,京东方第一条在四川省成都市的柔性第6代OLED面板生产线开始建设。目前,京东方、TCL华星、维信诺、深天马等国内著名显示企业都开始着手布局OLED显示技术,并陆续有国际先进的生产线开工建设。OLED显示技术在我国出现了蓬勃发展的产业化势头,在新一代显示领域具有巨大的竞争优势。
1.2.OLED技术优势明显,制备工艺不断完善

回顾显示技术及其器件的发展历程,作为早期的主流显示器,CRT具备高亮度、宽视角等优良的显示性能,同时也面临着难以克服的问题,如体积大、功耗大、屏闪烁等,并且无法应用于移动电话、笔记本电脑等便携式设备。20世纪80年代进入人们视野的LCD显示器,具有轻薄化、质量小、无辐射、抗干扰能力强等优势,目前在电视、IT、手机等显示器件中是绝对主流的显示技术。但是LCD依然存在一些缺陷,如响应速度慢、温度特性差、视角窄、对比度低、无法自发光而需要采用背光源等。近年来,薄膜晶体管驱动的LCD(ThinFilmTransistorLCD,TFT-LCD)在尺寸、视角和分辨率上均取得了突破性的进展,已经成为显示领域的主流器件。
在LCD发展的初期,与其竞争的显示器是PDP显示器,并且占据了一定的市场份额,其技术原理是通过等离子体对荧光粉长时间持续性轰击进行发光,但该“轰击”会使得荧光粉发光能力衰减,并且在屏幕上残留之前显示团的“烧灼”浅像。同时,PDP上某一特定像素获得高亮度需要驱动电路提供高的瞬时电压,这对集成电路也是致命的损伤。此外,PDP器件必须采用障壁结构,因此它只适用于大尺寸显示器。
由于全球显示产业的布局、大尺寸TFT-LCD的兴起和产业链的断裂,PDP显示器件已经退出了显示技术的历史舞台。

用于制备EL器件的材料,无机化合物半导体材料研究较多且率先达到应用水平。
PN结无机半导体电致发光的LED实现了红光到黄光的发射,发光效率超过白炽灯,同时,具备驱动电压低、使用寿命长、效率高、稳定性强等诸多优点,在近二十多年中得到广泛使用。与无机LED相对应,基于有机半导体功能材料的OLED,作为新一代显示技术应运而生,与其他显示技术相比,OLED显示技术具备诸多优势,首先它属于自发光技术,发光亮度和效率高,并且材料选择范围广,可以实现蓝光到红光光谱区域的全彩色显示、视角宽、响应速度快、驱动电压低、制作过程相对简单,发光器件更加的轻薄,其中最具特色的是可实现柔性显示,在移动设备和特种显示领域大放异彩。


1.2.1OLED器件结构

OLED发光原理带来独特优势。OLED“三明治”夹心结构:两层电极材料中间沉淀终端材料,放置于基板材料之上。发光原理:当OLED接通电源,由阴极注入的电子和阳极注入的空穴在发光层中结合,同时释放出能量以光的形式呈现出来。OLED的特性是自发光,通过像素级独立控制发光;而LCD显示器需要背景灯提供发光源,通过电压控制液晶进而决定亮度。

1.2.2OLED器件制备工艺

AMOLED半导体显示面板的生产制造主要包括阵列工程(Array)、有机蒸镀工程(OLED)、模组工程(Module)等环节。

阵列工程主要通过在基板上成膜、曝光、刻蚀等工艺,反复叠加不同图形不同材质的膜层以形成LTPS(低温多晶硅)半导体薄膜晶体管驱动电路。
有机蒸镀工程主要通过真空蒸镀将有机发光材料以及阴极材料等蒸镀在半导体薄膜晶体管驱动电路上结合形成发光器件,并在无氧环境中进行封装。
模组工程段主要包括薄化工序及模组工序。薄化工序是将封装完毕的刚性面板进行减薄,柔性面板无需经过薄化工序直接进行模组工序。模组工序主要系先将面板根据不同产品型号进行切割,并经面板测试、偏光片贴附、芯片(IC)绑定、柔性印刷电路板(FPC)绑定以及盖板贴合等工艺流程形成全模组产品,最后再经模组测试包装入库。根据客户的不同出货模式需求,发行人完成模组工程段部分或者全部工序后即可进行出货安排。
1.2.3OLED器件的驱动方式

由发光原理可以看出,当在器件两端加上两端的驱动电压时,OLED就会发光。当若干个有光发光二极管组成一个显示屏时,就需要对其进行准确的灰度控制和寻址。
OLED的驱动方式按寻址方式可分为静态驱动和动态驱动,静态驱动要求每个显示像素都通过单独的电极引出,所有显示像素共享一个背电极。由于OLED显示屏属于平板显示器件,当其显示的像素很多时,如果采用静态驱动方式,则需要的电极数量就很多,这样显示系统的体积就很大、费用就很高,实现起来就很困难。
在动态驱动方法中,OLED的驱动方式按驱动电流是否直接施加于像素电极,可分为无源矩阵(PassiveMatrix,PM)驱动方式和有源矩阵(ActiveMatrix,AM)驱动方式,也叫作被动矩阵驱动方式和主动矩阵驱动方式。前者使用普通的矩阵交叉屏,在阳极(ITO电极)加上正电压,阴极(金属电极)加上负电压,在其交叉点上就能得到发光单元,而后者要求每一个发光单元都由一个驱动单元独立控制。
PMOLED主要通过外加电路对特定的阳极条阴极条输出电流,达到像素点发光效果,结构较简单、驱动电压高,适合应用在低分辨率面板上,如工控表盘等;AMOLED则是加入一层薄膜晶体管阵列(TFTA)驱动像素发光,工艺较复杂、驱动电压低、发光元件寿命长,适合应用在高分辨率的面板上,如手机、电视、电脑、平板、VR设备、车载显示等,AMOLED是目前OLED面板的主流技术。



1.2.4OLED器件的背板工艺

将一副静止的黑白平面图像分割成许多大小相等、排列规则的小单元,不同位置单元的亮度各不相同,就构成了我们所看到的图像。如果是一副彩色静止图像,每个像素由红、绿、蓝三个子像素组成,以形成不同的的色度和亮度。通常OLED的发光亮度和电流成正比,在AMOLED之中,电流则是由TFT提供的,而TFT已经在液晶显示器(LCD)行业得到广泛的应用。
在新型显示行业,根据TFT沟道活性材料的不同,主要有非晶硅TFT(AmorphousSiliconTFT,a-SiTFT)、低温多晶硅TFT(LowTemperaturePolysiliconTFT,LTPSTFT)、氧化物TFT(OxideTFT)和有机TFT(OrganicTFT,OTFT)等之分。不同类别的TFT既有一定的共性,又各有优劣,各自适合不同的使用场景。

虽然a-SiTFT均匀性好、生产成本低,但因稳定性和载流子迁移率的问题而被业界普遍认为不适合驱动AMOLED,因为载流子迁移率影响像素开口大小,制造高分辨率的显示面板目前主要采用LTPSTFT,目前正广泛应用在智能手机AMOLED屏幕之中。

低温多晶硅(LTPS)TFT技术,由于其高迁移率和良好的稳定性,已经取代非晶硅(aSi)TFT,成为小尺寸高分辨率显示的主流背板技术,但是由于LTPS薄膜晶界缺陷态的存在会辅助隧穿效应的增强,导致较大的反偏漏电流。相比LTPSTFT,IGZOTFT的迁移率和稳定性还有不少的差距,面向小尺寸高分辨显示尤其是AMOLED显示,虽然已表现出一定潜力,但还难以达到LTPSTFT的性能水平。另一方面,由于IGZO较大的禁带宽度、带隙间较低的缺陷态密度和对空穴输运的抑制,IGZOTFT具有亚阈值摆幅陡峭、漏电流低(<10-20A/μm)的优势。利用IGZOTFT的这一特点,苹果公司提出了IGZO和LTPS两者集成的像素电路结构(LTPO),实现了低至1Hz帧率的低功耗AMOLED显示屏,该屏幕同时具备可调节刷新率的特性,显著提移动设备的使用时长。“LTP”是指低温多晶硅材料,“O”是指IGZO材料,在结构上将二者进行了结合,因此在驱动电路中既有LTPSTFT,也有IGZOTFT,因此其器件结构和工艺复杂程度均有所增加。
LTPO背板技术首先应用于AppleWatchSeries4之上,之后从iPhone13Pro和iPhone13ProMax开始,LTPO技术成为苹果iPhone产品Pro系列的标配。目前各家智能手机厂商在自家的旗舰机型上均已采用LTPO技术。

1.2.5OLED器件的封装工艺

实现OLED商品化需要解决的首要问题是如何保证器件的稳定发光。因OLED的有机材料对于水汽及氧气等物质非常敏感,因此必须采用各种方法对OLED器件进行有效封装,避免器件与水氧接触,以降低器件的老化速率,延长器件的使用寿命。
OLED器件分为玻璃基板和塑料基板,分别对应刚性和柔性OLED器件,针对不同的基板,封装技术也略有不同。

传统的OLED器件封装是在刚性基板(玻璃或金属)上制作电极和各有机薄膜功能层后,对这类器件进行封装时一般是在器件上加一个后盖板,环氧树脂在经过紫外固化后将基板和盖板粘接成一个整体。这样在器件内部形成一个封闭的屏罩,把器件的各个功能层和空气隔开,而空气中的水、氧等成分只能通过基板和盖板之间的环氧树脂向器件内部进行渗透。采用刚性基板的OLED器件经常在业界被称为刚性OLED。
采用不同的封装技术制造出来的AMOLED显示面板形态有所不同,其中采用薄膜封装的AMOLED显示面板可曲可折,在业界经常被称为柔性AMOLED,而采用玻璃封装的AMOLED显示面板则被称为刚性AMOLED。刚性和柔性AMOLED显示面板在光学性能、电子性能、可靠性等方面不存在本质差异,但柔性AMOELD半导体显示面板更为轻薄、可弯曲、可折叠,在产品形态上更具有可塑性。目前在业界经常被使用的柔性衬底材料是聚酰亚胺薄膜(PI)。






2.OLED需求旺盛,手机和IT市场加速渗透在整个平板显示领域,从市场规模看,LCD仍是主流,但OLED保持持续增长。根据群智咨询统计数据显示,近几年由于在产能、成本、技术相对成熟、稳定性高等方面具有优势,LCD面板仍占据显示面板市场的主要份额,尤其是电视面板等大尺寸面板市场,但OLED作为新型显示技术发展迅速,2016年OLED市场规模占整个平板显示行业的15.22%,2022年全球平板显示市场规模约为1006亿美元,其中LCD面板市场规模约为651亿美元,占比约64.7%,OLED面板市场规模约为352亿美元,占比约为35%,相较2019年有了较明显的提升。

咨询机构CINNO统计了在不同细分领域的OLED面板出货量,CINNO数据显示,全球OLED面板营收规模在2017-2023年CAGR达14%,细分来看,除智能手机是OLED市场最主要的应用领域,OLEDTV已占据第二大份额。从出货面积方面,电视由于单机面积较大,电视用OLED面积在2020年后即占据主导。

2.1.智能手机市场快速渗透

手机是带动OLED面板需求的主要动力,在OLED面板的应用领域中渗透率领先。
2008年诺基亚推出第一台搭载AMOLED显示屏的手机,2010年三星率先在GalaxyS上使用了AMOLED屏幕;2017年,苹果推出首款OLED手机iPhoneX;华为、OPPO、小米等国产手机品牌纷纷推出各自的OLED机型。从手机AMOLED面板出货面积看,2014年到2019年CAGR达到30%。从OLED智能手机出货量看,2016年到2022年CAGR达到15%。
2022年智能手机出货量12.1亿台,搭配OLED屏幕的智能手机占比46%,其中刚性OLED屏幕占比14%,柔性OLED屏幕占比32%。2023年智能手机出货量下跌至11.9亿台,搭配OLED屏幕的智能手机占比提升至51%,其中刚性OLED屏幕占比下滑至11%,柔性OLED屏幕占比提升至40%。咨询机构Omdia预计2024年智能手机出货量将回升至12.5亿台,搭配OLED屏幕的智能手机占比将提升至60%,其中刚性OLED屏幕占比将提升至13%,柔性OLED屏幕占比将进一步增长至47%。
近年来,可折叠手机兴起,为OLED在手机端渗透率提升创造更多可能。2019年,华为、三星发布可折叠手机,苹果手机也积极布局可折叠领域,目前已有相关专利。
目前市面上的折叠手机分为竖折(Flip)和横折(Fold)两种,其中竖折(上下折叠)一般需要搭配2块屏幕,而横折(左右折叠)一般需要搭配3块屏幕。从OLED智能手机出货量数据看,2021、2022年OLED折叠手机有明显提升。根据咨询机构DSCC数据显示,2023年全球竖折手机出货量在800万台左右,横折手机出货量在900万左右,预计在2026年,全球折叠手机出货量将达到4500万台,其中竖折手机出货量将达到1700万台,横折手机出货量将达到2800万台。考虑到OLED可折叠手机屏幕尺寸为传统手机的2-3倍,有望拉动OLED市场空间进一步扩大。

OLED屏幕从高端到中低端逐步渗透。目前在智能手机市场,苹果旗下的iPhone已经全部搭载OLED屏幕,而在安卓手机市场,售价在400美元以上的高端机目前已经全部搭载柔性OLED屏幕,而售价在200~400美元中高端手机市场中,2023年有30%的智能手机搭载柔性OLED屏幕,有30%的智能手机搭载刚性OLED屏幕。而售价在150~200美元的中端手机市场,2023年有10%的智能手机搭载了刚性OLED屏幕。未来随着OLED的产能逐步释放,上游原材料国产化持续推进,OLED屏幕有望在智能手机中端和中高端市场持续渗透。



目前苹果iPhone手机已经全部标配柔性OLED屏幕,而在安卓市场,柔性OLED屏幕正在从高端市场逐步往下渗透,根据OLED屏幕在不同价位智能手机市场渗透率来测算,预计在2024-2026年全球智能手机市场柔性OLED屏幕需求量在6.1亿、7.0亿、8.2亿片,鉴于智能手机屏幕面积在0.01平方米左右(6.1英寸),预计柔性OLED屏幕需求面积在610万、700万、820万平方米。其中部分柔性OLED手机屏幕的需求增量由折叠机的需求来带动,折叠机增量贡献分别占比30%、25%、27%。
预计2024-2026年,智能手机市场刚性OLED屏幕需求量在1.18、1.27、1.4亿片,需求面积在118万、127万、140万平方米。从整体来看,预计2024-2026年,智能手机市场OLED屏幕需求量在7.2亿、8.3亿、9.2亿片,需求面积在720万、830万、920万平米。


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