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面板行业专题报告之一:OLED的美好时代

方正电子 ·2017-05-26 08:50·半导体行业观察
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来源:内容来自方正电子 ,谢谢。

有别于市场的观点:


首先修正一个市场对OLED的普遍误解,OLED不只是柔性!OLED可以实现:1)轻薄化。去掉“沉重”的LED背光,让面板轻装上阵。2)全面屏。从终端厂了解到,18年规划机型都走向高屏占比的方向。3)透明可开孔。PI材料透明,可支持全屏化的光学指纹识别,将指纹芯片隐藏其后,在显示全屏应用时没有指纹区域的阻挡,是真正意义上的全屏。同时,面板(PI膜)可做异形切割/开孔,让ID的设计进一步多样化。

1.中小尺寸OLED的三大核心工艺技术 :1)LTPS驱动电路。Array段是面板制程的基础,要把OLED面板做好,首先要具备很强的LTPS工艺能力。AMOLED对TFT驱动技术的要求比LCD要高,本质原因在于AMOLED属于电流驱动型器件,且要求TFT工作在线性放大状态,而LCD属于电压驱动型器件,TFT只需工作在开关状态。LTPS具有载流子迁移率高且阈值电压稳定的优点,是OLED基板TFT驱动的唯一选择。2)蒸镀工艺。真空腔体中对蒸发源加热时间的控制,磁力控制悬浮的FMM也面临对位精度、重力、热膨胀变形等问题。3)薄膜封装工艺。OLED发光材料是亲水有机材料,遇水汽和氧会发生不可逆的光氧化反应,水、氧对铝或镁银等电极材料也有很强的侵蚀作用,因此OLED器件封装对水、氧渗透率有极高的要求。

2.OLED产业链现状。 中小尺寸SDC一家独霸天下,占据全球95%以上产能。SDC在a-Si涨价期陆续关厂,满满自信不禁令人后背发凉。SDC 17年全年的OLED屏产能(折合成5.5'),约为4.6亿片,其中柔性OLED屏1.6亿片,刚性OLED 3亿片左右。三星自身需求约8000万片左右,剩余的产能分配给苹果(6000-7000万片)以及国内HOV。日系厂商最早研究OLED,但因为在LCD优势太明显,难以下定决心革自己的命,错过了发展浪潮。大尺寸需求稍显不足,LGD独挑大梁。国内和日台在OLED形成规模量产至少要在2018年以后。

3. 投资逻辑


上游原材料和设备是产业爆发的瓶颈,弹性大、最具投资价值。我们看好关键设备(联得装备、智云股份、劲拓股份、精测电子)、核心材料(万润股份、濮阳惠成)、外挂式触控(欧菲光)、驱动IC(中颖电子)的相关投资机会。中长期来看,下游面板厂商(深天马A、京东方A、黑牛食品)在OLED面板上的产能扩张和业绩弹性值得期待。


风险提示:OLED生产工艺良率造成的产业化不及预期,上游核心设备产能紧缺造成的产业进展不及预期。


1 从跟随者到引领者,三星凭借OLED颠覆ID设计


在诺基亚陨落后,三星继承了世界手机销量第一的角色,但工业设计的领导者无疑是苹果。长期以来,三星在手机设计领域还一直处于跟随者的角色。近些年在国产手机物美价廉的频频轰炸下,三星手机的销量节节下滑。经过多年的技术积累和尝试,三星于2016年发布了新品Galaxy S7/S7 Edge,让事情开始发生变化,世界上最大的手机厂商现在也成了顶尖ID设计者。新机型备受热捧,为三星赢来了更多客户。三星的复苏态势良好,三星电子2016年7月7日发布初步数据显示,2016年第二季度公司营业利润为8.1万亿韩元(约合人民币467.6亿元),环比增长21.26%,同比增长17.39%。不仅远超市场平均预期7.38亿韩元,还时隔2年突破8万亿韩元。公司股价自1月低位以来已累计增长超过20%。目前市面上大多数厂商都在采用苹果的设计风格,iPhone的一体式金属机身成了设计范本,整个智能手机行业都在反复使用这一方案。Galaxy S7/S7 Edge的最大亮点是使用了OLED曲面显示屏技术,搭配双曲面玻璃。外观细薄曲面时尚、内里抗震视角更广。鉴于此,三星会加大向显示屏和半导体业务的至少50亿美元投资,并着手关闭部分LCD生产线,加速转进OLED领域。自此开始,搭载OLED屏幕的双面玻璃手机将会逐渐走向主流,从目前产业链调研的情况来看,苹果新款iPhone也将采用OLED+双面玻璃的设计风格。


三星S7/S7 Edge 自2016年3月11日销售首日以来,在智能手机市场取得了超预期销售表现:


1)开售两天,在韩国的销量已突破10万台;


2)开售之后的20天时间里,完成了三星手机史上最快的1000 万出货量;


3)4 月份 Galaxy S7 和 S7 Edge 的销量达到 1500 万部;


4)6月底累计销量有望突破 2500 万的大关。



OLED拥有的纯黑、色彩还原度高、响应速度快、广视角、柔性等优点使S7/S7 Edge广受手机业界认可。目前,三星占据6代线(及以下)90%的产能,主要供给自己的高端品牌Galaxy,同时为了带动OLED整体产业链(尤其是下游)的发展,三星亦选择性地将部分产能对外输出,魅族、VIVO、OPPO、金立等中国厂商都已发布配备三星OLED屏幕的手机。


UBI公司发布的2016年第一季度市场报告显示,一季度全球整体OLED市场达到了9130 万片,其中三星显示约为8670万片面板,占整体OLED市场95%。来自Digitimes的报告显示,到2019年,三星将把AMOLED显示屏出货量提升到5.6亿片,这和2015年出货量相比,增幅高达114%。



2 需求大幅拉动,引爆OLED产业链


2.1 美股OLED龙头公司年初至今股价屡创新高


美股OLED龙头公司Universal Display Corporation(OLED)、应用材料公司(AMAT)、Coherent(COHR)等开年至今业绩屡超预期,带来股价一波又一波新高(较去年股价已翻倍)。

5月5日,UDC发布季报,公司2017Q1营收增长87%,达5560万美元,其中来自于材料的营收达到4660万美元,大幅增长92%。当日股价暴涨 23.87%。


2月15日,AMAT发布财年一季报,公司实现总订单额42.4亿美元,较上年同期增长86%,净销售额达32.8亿美元,较上年同期攀升45%。展望2017财年第二季度,应用材料公司预计净销售额为34.5亿至36.0亿美元,其中位数相当于净销售额同比增长约44%。



5月10日,Coherent发布季报,2017Q1利润增长134.8%,达4180万美元,当日股价大涨14.07%。


从OLED上游材料、设备公司的业绩情况可以看出,行业下游需求的带动效应十分明显,未来几年是OLED应用爆发其,龙头公司将有望保持高速增长。


2.2 苹果豪掷90亿美金,锁定三星OLED两年产能


尽管未经官方正式确认,但苹果和三星(SDC)签订OLED面板供货合同的消息已板上钉钉。首先,全球中小尺寸柔性OLED大批量供应,只有三星能提供产能。苹果想提供搭载OLED屏幕的手机,也只能寻找三星。经过我们的调研统计,三星SDC 2017年的柔性OLED产能大概在1.6亿片(折合成5.5寸屏),其中SEC自己使用8800万片,给苹果的量约在6500万片,剩余的1000万片左右由HOV瓜分。华为由于和三星在全球手机市场拼刺刀,很难拿到SDC的OLED屏,正所谓“敌人的敌人是朋友”,在条件允许的情况下,三星很愿意给OPPO、vivo供应OLED面板,让OV在国内市场的高端机型竞争中打击华为。被三星卡脖子的苹果,也在全力培养二供,但因为SDC的领先优势太明显,其它厂商短期内无法跟上。豪掷现金锁定产能,对苹果也是无奈之举。


尽管在“后乔布斯”时代饱受诟病,但回顾历史,苹果不仅仅局限于技术的发明者这一角色,而且常常能在最适合的时间推出整合了某项已有技术的最好体验的产品。智能手机、PAD都是在苹果发布5-10年前就已有的产物,但此前大都无人问津;在苹果推出Apple Watch前,市面上智能手表也已品类繁多,但大多数产品仅仅扮演了培育市场的角色。苹果能够把握技术走向和消费者心理,在最佳时间推出对应产品,且总能收获满满赞誉。近几年电子行业发展基本是以苹果为马首是瞻,苹果的巨大影响力、高品质带动起了整个产业链的跟随发展。苹果和三星签订OLED面板供货合约,已经预示着OLED中小屏幕的大规模应用已经处于黎明破晓前。


2.3 鸿海收购夏普,瞄准智能终端的OLED需求


夏普在2016年2月25日的临时股东大会上决定接受世界最大EMS(电子产品代工服务)企业鸿海精密工业提出的收购方案。鸿海将向夏普出资3888亿日元(约合人民币225亿元),获得后者约66%的股份。除了最重要的液晶面板业务之外,鸿海集团还将同时获得夏普的家电业务,而夏普未来将作为鸿海的子公司,保持独立运营的地位。


郭台铭千方百计要拿下夏普,目的有多个(苹果、高溢价的品牌经营、与三星电子竞争等),但最主要的目的就是获得苹果公司更多订单。目前苹果代工订单贡献了鸿海一半的收入,由于全球智能手机市场放缓,鸿海更需要确保来自苹果的高净值订单。iPhone改换OLED面板,鸿海集团必定不甘心失去苹果这一优质客户,加大在OLED技术上布局将势在必行。数据显示,2016年一月份,鸿海的收入已经下滑了15%。此外,虽然富士康接到了iPhone的大半组装订单,但从组装业务中获得的利润却非常低。富士康希望通过收购夏普,来提供iPhone零部件中价格最高的显示屏业务,夏普的技术积累和较高的品牌溢价将给富士康带来更丰厚的利润。


夏普在高画质液晶面板的低温多晶硅(LTPS)技术具备领先优势。LTPS背板是通过对传统LCD的非晶硅(a-Si)TFT背板增加激光处理制程制造的,a-Si结构玻璃基板吸收准分子激光的能量后,会转变成为电子移动率比a-Si快200-300倍的多晶硅结构, LTPS可以把驱动IC线路直接制作于面板上,元件数量能减少40%,连接部分能减少95%。这大大减少了故障率,耐用性得到极大改善。同时,和传统LCD驱动技术a-Si(非晶硅)相比,LTPS技术的稳定性和电流驱动能力(电子迁移率)都更强,使用几何尺寸较小的电晶体也可提供足够的充电能力,并且提高了面板开口率,因此光穿透的有效面积变大,能耗更低、色彩更艳丽、画质更好。苹果智能手机使用了LTPS电路驱动,而屏幕正是来自夏普公司(4.5代线、6代线)。据悉,目前全球87%的LTPS面板产能掌握在夏普、JDI和LGD手上。鸿海将投资 3,000亿日圆于夏普AMOLED及LCD面板技术发展。目前夏普在AMOLED领域有研发产品,但还尚未量产。在鸿海资金的大力支持下,夏普将以生产中小尺寸AMOLED为主,计划2018年初开始量产,2019年以5.5寸屏计,月产能将达1,000万片。从苹果以往的供应商策略以及其和三星之间存在的复杂竞合关系来看,如果富士康未来具备了量产能力,苹果还将给予其不小的供应份额。同时,夏普是IGZO技术工艺的创始者,IGZO背板的特性使其能更好地用于大尺寸的OLED面板制造,未来将会与LTPS(主要是中小尺寸)在OLED背板上共同引领产业发展。



3 为未来而生,OLED引领终端ID大幅创新


OLED最早由美籍华裔教授邓青云先生在实验室中发现。其原理是使电流穿过特殊的有机发光材料,在电场的作用下,激发有机材料使其发光。是一种将电能转换为光能的过程。


OLED的基本结构是将层状的有机材料夹于以铟锡氧化物(ITO)为阳极(Anode)和以金属电极为阴极(Cathode)的两层电极之间。有机材料主要由发光层(Emission Layer,EL)和公用层(Common Layers)两部分组成。发光层由红光、绿光、蓝光(RGB)三种颜色发光材料或白光(W)发光材料组成。目前采用的多层器件结构中,公用层可细分为:空穴注入层(Hole Injection Layer,HIL)、空穴传输层(Hole Transport Layer,HTL)、电子注入层(Electron Injection Layer,EIL)以及电子传输层(Electron Transport Layer,ETL)。HTL负责调节空穴的注入速度和注入量,ETL负责调节电子的注入速度和注入量。HIL和EIL是缓冲层,以增加空穴、电子的注入量。电子和空穴在有机发光层结合,并将能量传递给有机发光物质使其发光。


OLED驱动方式分为被动式(PMOLED)以及主动式(AMOLED)两种。其中PMOLED结构简单,每个像素由独立的阴极与阳极控制,不需要额外的驱动电路,但过多的控制线路制约了其在大画面高解析中的应用;AMOLED阴极为整面电极,通过驱动电路驱动阳极发光,大幅度减少了控制线路的数量,使其拥有低耗电,高解析,快响应等特色,AMOLED也因此逐渐成为OLED显示器的主流。目前我们常说的OLED,均为AMOLED。


AMOLED可分为硬屏和软屏,硬屏的基板材料是玻璃,封装材料也是玻璃,可与LCD共用;软屏的基板材料是薄膜(PI、PET、COP等),封装材料也是薄膜,如果采用透明膜材、透明有机填充材料,可将柔性屏做成透明、可弯折的屏幕。




前几年OLED的发展受制于成本高、良品率低。但去年以来IHS调研结果显示的成本降低及巨头苹果的示范将突破行业瓶颈,带来下游市场增量爆发。IHS测算2016年的AMOLED出货量将达3.95亿片,较2015年上升40%。收入将提高25%达到150亿美元。OLED下游应用广阔,我们认为近期内主要集中于手机、平板及电视,中远期可广泛应用于VR、智能穿戴、车载系统、医疗领域等,迎来万亿市场空间。


3.1 轻薄化——材料自发光,让LED背光成为历史


传统LCD面板生产过程中,在cell制程两片偏光片贴合后灌入液晶材料,module制程中需要加上LED的背光,才能使得LCD面板最终得以发光显示。BLU的增加,带来了LCD整体模组的厚度大大增加(mm级别)。而相比之下,OLED是材料自发光,不需要LED背光,即省去了LED光源、导光板、增光片、扩散片、偏光片(少1片)、彩色滤光片(仅白光OLED需要),使得OLED模组厚度大大减小(0.1mm以下),重量也更轻。在手机轻薄化的发展趋势下,OLED面板无疑是更好的选择。


对于LCD而言,解锁后屏幕LED背光总是处于发光状态,因此在显示黑暗、夜空等场景时不仅很耗电,而且漏光明显。由于自发光特性,OLED可实现纯黑效果,对比度更佳,且更省电。同时OLED视角广且、色域广、刷新频率高、响应快,能很好地支持可穿戴设备的显示需求。



3.2 全面屏——高屏占比手机,用户买单意愿强烈


自三星推出S8以后,其超大AA(Active Area)区域和18:9的屏幕比例(全面屏)深受消费者喜爱,不仅带动了S8的热销,也在手机ID设计上将这一“全面屏”的概念成功推广,继OLED以后再一次在显示行业引领潮流。全面屏有两层含义:1)手机边框的极窄化,使得BM区(黑边框)在肉眼不可见;2)显示区域向上、下分别延生,使得显示区域进一步接近手机盖板,提升AA区域面积。柔性OLED可以做成曲面显示屏,让边框从视觉上“消失”。无边框化的高屏占比ID设计,是十分吸引用户的眼球的,用户的买单意愿很强。我们在终端厂调研了解到,规划18年推出的机型,全都走向高屏占比的方向。


屏幕边缘黑边框学名叫做“BM区”,主要用来放防止屏幕漏光;其次,屏幕液晶储存在两块玻璃基板中间,通过涂装封框胶防止泄露;再次,屏幕触控层中会内置独立的电容层增加触控准确性,屏幕像素也需要电路控制,这些布线会围绕边框展开,没有边框也就无法布线,这些现实性的问题直接决定了现阶段手机屏幕无法做到无边框。


目前大部分手机仍然是LCD屏,尤其是LTPS的屏在做全面屏其供应链配套需要更多时间。1)大部分LTPS为高端机,采用incell触控,由TDDI芯片驱动,在做到全面屏超窄边框时TDDI对于窄边框屏幕边缘识别较差,需要回归到传统的Display driver+Touch两颗独立芯片;2)现在的LTPS屏为保证分辨率和超薄,驱动芯片采用COG封装,但是其封装边框较大,应用全面屏时需要改成COF封装,利用FPC的叠绕来减少边框宽度,而目前COF产能集中在中大尺寸屏幕,需要模组厂重新投资中小尺寸的COF bonding;3)传统的背光LED模组需要一定出光空间,超窄边框需要设计超窄背光模组,需要导光板从pattern的设计,结构和膜材选择上面都要改进;4)由于边框做超窄以后,背光和整机引线都需要重新设计,传统的面板切割方式也需要改进,在面板下角进行异形切割,方便布线。


OLED技术的引入,将使如上问题变得简单很多,OLED屏本身很少用TDDI作驱动,另外柔性OLED其COP(chip on pi)的封装本身就类似于COF。OLED也没有背光,同时做异形切割难度小很多。


3.3 透明可开孔——给指纹识别和ID设计带来更多可能


柔性OLED在PI膜(透明聚酰亚胺)上进行LTPS电路蚀刻,而PI膜不仅柔性可弯曲,且相较LCD具备一定的透光度,如果采用光学指纹识别方案,可以将CMOS sensor放置在OLED面板底下隐藏起来,在解锁手机时开启,而在观看电影等全屏应用时,用户完全不会意识到有指纹识别的存在。汇顶在2017年MWC上发布光学指纹识别方案,该方案基于三星S7和vivo Xplay6手机,在盖板的特定区域可以实现光学指纹识别解锁。汇顶的光学指纹识别方案研发进展在业界领先,FPC、新思都还未达到发布阶段。苹果今年的iPhone8无疑是全屏化趋势,但是否推出光学指纹目前还有待验证


此外,由于OLED没有背光,PI膜可做任意形状的切割和开孔,在全屏化手机上,给ID设计带来了无限可能。如下爱范儿的iPhone8猜想图,在手机屏幕上方,有听筒和摄像头的地方进行灵活开孔,而左右两侧的区域仍可以用于显示,进一步扩大手机的屏占比。而这样的改进,在LCD面板时代是不可想象的。



3.4 OLED三大核心工艺技术


LTPS-TFT AMOLED的制作工艺囊括了显示面板行业的诸多尖端技术,类似LCD,其主要分为背板段(Array段),前板段(Cell段)以及模组段(Module段)三道工艺


背板段工艺通过成膜,曝光,蚀刻叠加不同图形不同材质的膜层以形成LTPS(低温多晶硅)驱动电路,其为发光器件提供点亮信号以及稳定的电源输入。其技术难点在于微米级的工艺精细度以及对于电性指标的极高均一度要求。


1)镀膜工艺是使用镀膜设备,用物理(PVD)或化学(CVD)的方式将所需材质沉积到玻璃基板上(如图中步骤2);


2)曝光工艺是采用光学照射的方式,将光罩上的图案通过光阻转印到镀膜后的基板上(图中步骤3、4、5);


3)蚀刻工艺是使用化学或者物理的方式,将基板上未被光阻覆盖的下方膜蚀刻掉,最后将覆盖膜上的光阻洗掉,留下具有所需图形的膜层(图中步骤7、8)。


前板段工艺通过高精度金属掩膜板(FMM)将有机发光材料以及阴极等材料蒸镀在背板上,与驱动电路结合形成发光器件,再在无氧环境中进行封装以起到保护作用。蒸镀的对位精度与封装的气密性都是前板段工艺的挑战所在。


1)高精度金属掩膜板(FMM):其主要采用具有极低热变形系数的材料制作,是定义像素精密度的关键。制作完成后的FMM由张网机将其精确地定位在金属框架上并送至蒸镀段(图中步骤2);


2)蒸镀机在超高真空下,通过电流加热、电子束轰击加热或激光加热等方法,使被蒸材料升华,透过FMM到达LTPS基板限定区域上,形成薄膜(图中步骤3);


3)蒸镀完成后将LTPS基板送至封装段,在真空环境下,用高效能阻绝水汽的玻璃胶将其与保护板进行贴合。玻璃胶的选用及其在制作工艺上的应用,将直接影响OLED的寿命(图中步骤5、6)。


模组工艺封装完毕的面板切割成实际产品大小,之后再进行偏光片贴附、控制线路与芯片贴合等各项工艺,并进行老化测试以及产品包装,最终呈现为客户手中的产品


1)切割:封装好的AMOLED基板切割为面板(pannel)( 图中步骤1);


2)面板测试:进行面板点亮检查(图中步骤2);


3)偏贴:将AMOLED面板贴附上偏光板(图中步骤3);


4)COG+FOG:将驱动IC和柔性印刷线路板(FPC)与AMOLED面板的链接(图中步骤4);


5)TP贴合:将AMOLED面板与含触控感应器的强化盖板玻璃(cover Lens)贴合(图中步骤5);


6)模组测试:模组的老化测试与点亮检查(图中步骤6)。



3.4.1 LTPS驱动电路


在面板制作工艺中,Array段是基础,因此要把OLED面板做好,首先必须要有很强的LTPS工艺能力。AMOLED对TFT驱动技术的要求比LCD要高,本质原因在于AMOLED属于电流驱动型器件,且要求TFT工作在线性放大状态,而LCD属于电压驱动型器件,TFT只需工作在开关状态。因此,在LCD行业应用最为广泛的a-Si(非晶硅)TFT技术,虽然有均匀性好、工艺简单、技术成熟、成本较低的优点,但由于其载流子迁移率低,驱动OLED能力不足,且有阈值电压漂移的问题,用于OLED存在器件性能稳定性差的致命缺点,不适用于AMOLED;p-Si(多晶硅)TFT具有载流子迁移率高且阈值电压稳定的优点,目前OLED的驱动电路(背板/基板)基本全部采用p-Si;IGZO是MOTFT(金属氧化物TFT)中的一种,其TFT特性介于a-Si和p-Si之间,IGZO电子迁移率虽比p-Si低,但无需雷射退火制程,适合用于大尺寸的OLED背板。


p-Si材料的制备方法很多,其中主要包括低压化学气相沉积(LP-CVD)、小晶粒p-Si激光退火、区熔再结晶方法即微区熔炼、低压分子束磊晶(LP-MBD),a-Si准分子激光退火(ELA)及固相晶化法(SPC)等方法。由于p-Si材料的晶粒尺寸与薄膜的制备温度有关,而晶粒尺寸的大小又直接影响到p-Si薄膜的载流子迁移率。因此,上述方法中大部分属于高温生成制程。随着温度的升高,薄膜的晶粒尺寸通常会增大,晶粒与晶粒之间的缺陷会减少,载流子迁移率会大幅度提高。但是高温生成要求衬底使用石英或其它耐高温玻璃,这使其制造成本增加,不利于p-Si材料的量产。因此降低p-Si材料的生成温度是p-Si TFT发展过程中的一个关键问题。


LTPS(Low Temperature Poly-silicon,低温多晶硅)是对电浆增强化学气相沉积(PECVD)方法制作的a-Si材料进行准分子雷射退火(Excimer Laser Annealing,ELA)形成p-Si材料薄膜。ELA制备p-Si材料的温度通常低于450℃,用普通TFT玻璃即可。这种方法获得的p-Si材料的特性完全满足像素用TFT开关器件及周边驱动用TFT器件性能的要求。作为全球第一大激光设备生产商,Coherent因其全球领先的ELA设备(目前大部分OLED产线的ELA设备都来自Coherent),充分受益目前OLED行业的爆发,股价年初至今不断新高。


3.4.2 蒸镀工艺及印刷显示工艺


有机成膜技术是OLED特有的核心技术,由于OLED器件中有机薄膜的厚度非常薄,一般相当于头发直径的百分之一左右,电子注入层的厚度甚至不到20埃(1埃=0.1nm),而且子像素薄膜极其精细,长宽约十微米,因此要非常均匀地制作多层如此薄且不能有针孔的精细有机薄膜,是行业面临的共性技术难题之一。有机成膜技术可分为真空蒸镀、激光转印和湿法制备(印刷)三类,其中真空蒸镀是在真空环境下将有机材料放在坩锅中加热使之蒸发并穿过FMM(Fine-Metal-MASK,精细金属掩膜板),到达玻璃基板上沉积成膜的技术,是目前最为成熟的技术。目前量产的中小尺寸AMOLED产品基本上都采用真空蒸镀技术。FMM通过磁力控制,悬浮在蒸镀源和玻璃基板之间,要求与玻璃基板的对位精度高,MASK还存在因重力及热膨胀容易变形、材料利用率低等问题。因此MASK的制作工艺要求很严格。同时,对蒸镀源的加热时间控制也决定蒸镀的效果。


激光转印技术则是为了解决FMM技术所存在的不足而发展起来的,但目前还存在热损伤、工艺稳定性和产率等主要问题,尚未量产使用,其中LITI(Laser Induced Thermal Image)技术为SMD所拥有、LIPS(Laser Induced Pattern wise Sublimation)技术为索尼所拥有,RIST(Radiation-induced sublimation transfer)技术为柯达所拥有,这些技术在原理上非常相似,都是预先将有机材料通过真空蒸镀、旋涂或丝网涂敷等方式沉积在一种称之为供体的薄膜上,然后将供体薄膜覆盖在玻璃基板(称之为受体)上并用激光束对供体的成像模板进行照射,结果供体上被激光照射部分的有机材料就被转印到玻璃基板上,最后将使用过的供体剥离,这样在玻璃基板上就得到了高分辨率的有机材料条纹。三者的不同之处在于所使用的供体材料不同及供体与受体是否紧密接触。


目前引领OLED产业链的韩国厂商采用蒸镀法进行发光层材料升华生产面板,蒸镀法原材料的利用率(目前的蒸镀方式对材料的利用率较低,大约20%不到。单体粗品升华后的转化率只有1/3左右,而在进行蒸镀时转化率也仅在1/5左右,大量的材料升华后都没法利用起来,造成了原材料的极大浪费)以及大尺寸上的一致性问题,使得其一直难以在大尺寸屏上突破,三星在近期的发声(暂不进入大尺寸OLED领域)也体现出其对蒸镀法生产大尺寸OLED屏的谨慎。而喷墨印刷显示(inkjet printing)生产技术与OLED传统的蒸镀法不同,尽管目前还不成熟,但其具备的优良特性(降低因粒子污染造成的面板缺陷,高材料利用率>90%,无需金属掩膜板),很适合用于大尺寸OLED的面板生产。若印刷技术得以发展成熟,将使得其大幅降低OLED面板成本并超过LCD。



TCL高调宣布组建聚华公司布局印刷显示技术,聚华引入由中国、美国科学院双料院士任咏华带队的世界一流团队,包含3名千人计划人才、10多名省市地方突出人才,并聚集了一批产业链上下游企业和高校作为战略合作伙伴。广东聚华最早由TCL集团旗下华星光电全资设立,后深天马以3400万元受让广东聚华34%股权。同时,聚华引入华南理工大学等作为股东方,将中电熊猫、清华大学、中国科学院相关科研院所、中山大学、华南师范大学等作为重要战略方引入。日前,聚华公司又宣布与美国杜邦、日本住友化学、日产化学及美国柯狄等世界顶尖企业签订战略合作协议。上游配套厂商全力支持聚华在印刷OLED技术开发中的材料以及工艺需求,并为聚华量身定制相关研发设备


我国在十三五国家重点研发计划中已经把发展印刷OLED技术作为重点支持项目之一,草拟中的国家新材料重大工程中也已将印刷OLED技术列入。中国如果能在印刷显示技术方面前抢占先机,就能打破韩国厂商基于蒸镀工艺在大尺寸OLED领域建立起来的垄断地位,逐渐打造自身竞争壁垒带动国内面板产业升级。



不论采用蒸镀工艺还是印刷显示工艺,都离不开OLED彩色化技术。其主要有RGB-SBS(RGB像素并置法,Side-By-Side)、W+CF(彩色滤光片法,也叫“白光+滤色膜”法)及CCM(color conversion method,色转换法)三种。其中RGB-SBS是采用红绿蓝三基色有机发光材料并置于基板上,RGB像素独立发光,这种方法是目前最成熟且量产应用最多的技术,发光效率高,但由于三色发光效率及寿命不同(蓝光为短板)而存在色彩可能失真的问题;W+CF技术沿用了LCD全彩化的原理,利用了发白光的OLED发光,再使用彩色滤光片滤出三基色,但由于彩色滤光片对光的衰减,开发高效率且稳定的白光OLED是先决条件;CCM技术将发蓝光的OLED通过改变颜色的介质(CCMs),形成红光和绿光的像素,和蓝光像素一起形成三基色,这种方法的优点与彩色滤光片法相同,效率较低、色纯度也较差,且蓝光材料寿命较短,目前基本没有商用。


3.4.3 薄膜封装工艺


封装技术是OLED有别于其他显示技术的又一关键技术。由于亲水性的有机材料在有水汽和氧存在的条件下,都会发生不可逆的光氧化反应,水、氧对铝或镁银等电极材料也有很强的侵蚀作用,因此OLED器件封装对水、氧渗透率有非常高的要求。在最低使用寿命标准之下(10,000小时),OLED对水汽的渗透率要求小于10^-6 g/m^2/day,对氧气的渗透率要求小于10^-3 cc/m^2/day。


OLED传统的封装技术是“UV+玻璃盖板”方式,该技术首先在玻璃盖板上粘贴用于吸收水汽的干燥剂,然后在每个显示屏周边涂敷UV粘合剂,最后将玻璃盖板与沉积有机薄膜后的玻璃基板对位贴合并用紫外线固化UV胶,该技术虽然具有技术成熟、设备成本低等优点,但也存在水氧易渗透、不适于顶部发光器件、柔性显示器件、大尺寸器件等缺点;为了应用到顶部发光AMOLED并提高封装气密性,同时使OLED器件薄型化,近年来研发了薄膜封装技术(Thin Film Encapsulation,TFE)、激光烧结玻璃粉封装技术(Frit)及“环氧树脂+吸气填充剂”(Dam-Filler)的新型封装技术。


技术方面,柔性OLED与玻璃OLED技术上最大差别,在于柔性OLED封装工艺更具挑战性。一般玻璃基板的AMOLED封装工艺,上下基板为玻璃,而侧边可藉由Laser固化玻璃材质胶材(Frit),形成具有优秀的阻水阻氧功能以满足产品对于寿命之要求。然而柔性AMOLED,由于基板大都为塑料薄膜,塑料薄膜的阻气性远低于玻璃基板,且侧边封装不适用雷射玻璃胶材(Frit)制程,因此必须开发新的封装工艺


现阶段软性AMOLED封装工艺主流为有机/无机膜多层堆栈(3对~5对),其中无机膜大都为氮化硅(SiNx)、氧化硅(SiOx)等,制程方法有溅镀(Sputtering)、电浆辅助化学气相沈积(PECVD)、ALD(Atom Layer Deposition)等方法。其中Sputtering方式虽然镀膜速度快,但是薄膜的致密性不佳,且容易造成微粒而形成表面缺陷;ALD镀膜工艺则是以单一原子层沈积而形成薄膜,因此具有最佳之薄膜致密性,但是沉积速度慢,其量产性较差;而PECVD制程,具有不错之薄膜致密性,目前为主流工艺技术。


通过改进封装工艺达到优秀阻水阻氧功能,大幅度提高软性OLED的寿命与稳定性,搭配高效率OLED结构,提升其器件发光效率,这皆是使柔性OLED应用广泛多样化的前提条件,也将是今后柔性OLED研究的主要方向。


4 全球OLED产业在风浪中扬帆起航


4.1 全球OLED面板产能集中度高,短期产能难以释放


OLED面板总体格局,韩系厂商独霸天下,以三星为首、LG次之,中日台厂商正在加速布局追赶。但三星SDC在OLED软硬屏上都已具备2-3年的全面领先优势,全球面板厂短期内都束手无策。SDC在16年中小尺寸a-Si TFT LCD面板涨价频频的行情下,选择陆续关闭旗下LCD工厂,加速转向OLED。满满自信不禁令人胆寒。

第二梯队的中国、日本面板厂的OLED产能上量要到2018甚至2019年,窗口期内全球中小尺寸产能还只能受SDC摆布,尤其是三星手机的主要竞争对手,要从SDC手上拿到优质的OLED屏更是难上加难。长期来看,根据IHS的预测数据,2020年来自中国厂商的OLED面板将在全球面板行业占据20%以上的市场份额,产量仅次于韩国。

4.1.1 韩系厂商,霸主地位2年内难以撼动


全球OLED面板出货量长期集中在韩系面板厂商SDC和LGD手中,二家合计占全球OLED面板市场95%以上份额。2015 年SDC AMOLED 硬屏出货量超过2.5 亿片(折合成5.5寸片),其中自用1.7 亿片,外发8000 万片。2017年预计硬屏出货量3亿片,在中小尺寸市场占据绝对的领先地位,份额占比超过95%。另外,在技术壁垒最高的柔性屏制造封装领域,三星在前、后道工序积累了大量的专利,在柔性基底TFT、FMM 蒸镀和薄膜封装等关键工序优势非常明显,目前是全球唯二能量产软屏的面板厂,领先全球竞争对手2年以上时间。预计SDC 17年柔性屏出货量1.6亿片。相比之下,LGD过去主要聚焦在大尺寸OLED面板技术的开发与市场推广之中,但是随着iPhone将采用AMOLED面板的市场机遇下,LGD一定不会放弃如此巨大的商业机遇,必将提高其在中小尺寸OLED面板技术与产线方面的投入与布局,力争成为苹果产品的主力供应商。


4.1.2 日系厂商,没落的昔日面板贵族


提到LCD产业,就不得不提日本,作为曾经全球液晶面板技术领导者,日系面板企业曾拥有无数辉煌。然而,成也萧何败也萧何。尽管很早就对OLED展开了预研工作,但因为在LCD积累了太大的领先优势,日本面板厂商们完全无意革自己的命,去推动“下一代”显示技术OLED的尽早产业化。进而被后来者三星了抓住机会。“没落贵族”这个形容词来形容日系厂商最合适不过。


因为中国大陆液晶面板企业的强势崛起,日系厂商的产业地位处于不断衰退与整合之中。先是2011年日本官民基金“产业革新机构(INCJ)”联合索尼、东芝、日立,将这三家企业的中小尺寸显示器业务合并成立JDI公司。随着OLED技术的替代效应日益显现,为应对OLED面板对液晶面板的冲击,JDI与夏普曾决心联合研发OLED面板技术,挑战韩国厂商在OLED技术的领导地位。2015年1月,索尼、松下、日本官民基金“产业革新机构(INCJ)”及 JDI共同合资(分别占股5%,5%,75%,15%)成立OLED面板厂商JOLED,宣称将在2018年下半年量产OLED面板。随着夏普被鸿海收购,JDI也开始转变策略,同INCJ商讨JDI与JOLED全面整合的事宜,以确保日系面板厂商的未来地位。但从目前的规划来看,日本厂商的产能放量也将在2年以后。


4.1.3 台系厂商,后劲不足,两极化严重


昔日台湾有友达光电、中华映管(CPT)、广辉电子、奇美电子、瀚宇彩晶组成的“面板五虎”,长期占据全球面板行业前三。CPT继以18亿元新台币(约合5550万美元)出售4G设备给子公司凌巨(Giantplus)后,在智能手机面板需求疲软以及整体价格的持续下滑的压力下,于15年11月中旬关停了两个4.5G工厂的其中一个。瀚宇彩晶也处于持续亏损的状况下,OLED新业务的大举扩张基本无望。随着友达并购广辉电子,奇美电子被整合进鸿海集团旗下的群创光电,台资面板厂进入了友达光电与群创光电的“面板双雄”新时代。友达光电的LTPS技术能力强,很早便在OLED面板技术中有所投入,在技术及专利布局上有一定的基础,虽然产能不足,无法同韩系厂商相竞争,但是受益于智能手机及智能穿戴设备的应用,去年友达光电的OLED面板出货量首度突破100万片,预计未来几年出货量将呈现数倍的增长。随着夏普并入鸿海集团,加之鸿海集团旗下子公司群创光电,鸿海集团在面板行业的市场占有率将进一步提升。在收购夏普之后,鸿海集团将投资2000亿日元专攻OLED面板技术的开发,预期将在2018年开始进行5.5寸OLED面板的生产


4.1.4 大陆厂商,坐拥最大市场,追赶任重道远


中国坐拥全球最大的面板市场,曾经却面临着“缺屏少芯”的状况,在政府资金和政策的不断推动下,本土面板行业发展迅猛,吸引了大批人才的加入,为国内面板企业追赶日韩企业提供了时间和空间。2003年京东方收购韩国现代的HYDIS液晶面板业务,进而获得液晶技术代表着大陆液晶产业的开始,之后华星光电、深天马等一批企业也后来居上,共同为LCD面板的国产化竞争立下汗马功劳。这几年国内高世代液晶生产线陆续量产,面板出货量超越台湾地区,到2017年有望与韩国持平。


面对来势汹汹的OLED面板技术,大陆面板厂商也在积极布局。国内中小尺寸面板出货量第一的深天马5.5代线和6代线硬屏OLED都已经实现批量出货;京东方在鄂尔多斯LTPS/AMOLED 4.5代线基础上,2015年在成都投资220亿建设LTPS/AMOLED 6代线,2016年3月京东方发布公告称将增资245亿用于LTPS/AMOLED 6代线的二期工程,总投资达到465亿;TCL投资的华星光电则同样投资160亿于武汉光谷建立LTPS/AMOLED 6代线,瞄准中小尺寸OLED面板市场;全球PMOLED领先企业维信诺(昆山国显光电)正在建设一条5.5代AMOLED量产线;华映科技定增百亿,依托中华映管的技术积累,也在往OLED方向大步迈进;和辉光电于2014年第三季度开始率先量产4.5代线,和辉光电惠州信利一期4.5代AMOLED将在2016年第二季度进行量产,满产后月产3万片AMOLED面板。和辉二期项目也在募资建设中。OLED国产化进程在逐渐展开。


4.2 AMOLED行业供应链分析


OLED由于其自发光的属性,省去了整个的BLU背光模块(LED光源、导光板、增光片、扩散片都不需要),产业链要比LCD更简单。


1)整个OLED材料的供应链上游,无论是关键设备、核心材料、元组件等,基本是国外厂商在掌控。国内厂商积极参与,但仍处于起步阶段。前段核心的蒸镀设备,全球只有Canon-Tokki一家做的好,而其5台的年产能可以说是产业爆发的最大瓶颈。国产厂商的机会短期内是在后段的贴合、邦定等设备,其与LCD设备有着相似之处。升华材料的专利目前主要掌握在韩国(德山、斗山)、日本(出光兴产)、德国(默克)、美国(UDC、陶氏化学),专利壁垒制约了中国企业做升华后的材料。我国材料厂商主要供应中间体和单体粗品,销往专利国企业,这些企业进一步合成或升华成单体。面板厂家将多种单体蒸镀到基板表面,形成OLED材料层。


2)国内厂商在中游面板积极布局,虽然目前还处于初步阶段,量产规模还比较小,但相比LCD时代,无论是技术、资金、还是市场都未在起跑线上落后太多。众观除韩国外的其它国际厂商,也难以在2019年之前形成规模量产的能力。三星在中小尺寸OLED面板的引领地位短期内很难打破。


3)下游应用方面,三星、LG都推出了OLED屏幕的电视和手机,通过强大的品牌营销引领消费者的脚步。苹果手机采用OLED显示技术也基本成定局(而Apple Watch从一开始就是用的OLED屏)。VR可穿戴设备更是基本全部采用OLED屏幕。国内企业也不甘示弱, OPPO、VIVO、华为、中兴等手机厂商均推出了配备OLED屏幕的手机,创维、康佳、长虹等厂商目前也都推出了各自品牌的OLED电视。


4.2.1 关键设备


TFT-LCD面板主要的成本包括背光模组及玻璃基板等项目的材料成本,约占面板生产成本的65%,固定资产(主要是设备)D&A只占15%-18%。而AMOLED面板的生产成本中,材料成本超过4成,固定资产D&A也约占4成左右。部分关键设备(如蒸镀设备等)目前处于供不应求的状况。因此,对于AMOLED面板制造厂商来说,如果能与设备商及材料商密切合作,将有利于抢占稀缺资源、降低成本、超越竞争对手。


OLED设备制造商而言,主要包括:有机蒸镀和封装等关键设备,以及溅镀台、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)系统、真空热蒸发系统(VTE)等TFT薄膜沉积设备,涂胶机、曝光机、干湿法刻蚀机等TFT图形制作设备,退火炉、退火气体管道、激光退火设备等TFT退火设备,TFT电学测试设备、OLED光学测试设备等检测设备,激光修补机等缺陷检测修补设备。目前,全球主要的设备商集中在韩日两国。


目前大部分蒸镀设备均为日本生产(80%),剩余(20%)是韩国生产。苹果与三星签订OLED面板供应协议,强势进入OLED领域,使得整个蒸镀设备的产能吃紧。


目前三星SDC及LGD在AMOLED材料及设备供应厂商方面,均希望能够建立密切合作的厂商,例如SDC在材料供应方面,以扶植三星集团内的设备厂商为主,及韩国当地厂商如Sunic System、SNU、DOV、UNITEX等。LG Display因为量产规模及投入市场较三星晚,因此在设备厂商及材料厂商方面,无法像三星一样采取的紧密合作的供应链体系,目前依赖日本设备厂商较多。


4.2.2 核心材料


核心材料包括发射层、注入层和传输层的核心材料。基本由日、韩、德、美控制。OLED 制备环节中的一个重要工艺就是高精度金属掩膜板蒸馏工艺(FMM),而蒸镀材料(主要是发射层的发光材料)是该工艺过程的核心原材料,在OLED 面板材料成本中占比达到30%。


国内企业目前主要提供有机中间体和单体粗品,在今后几年OLED 面板需求爆发的推动下,国内中间体和单体粗品的销量将大规模增长。OLED 中间体技术门槛较高,竞争格局较好,维持着较好的利润水平(50%毛利)。



4.2.3 驱动控制芯片


OLED显示屏是电流驱动的显示器件,驱动控制芯片的电流参数是影响OLED成像质量的主要因素。同时,驱动控制芯片所能支持的像素分辨率、接口类型和其他功能性指标也决定了0LED屏的应用场景。


AMOLED采用有源驱动,每个像素配备具有开关功能的LTPS-TFT,而且每个像素配备一个电荷存储电容,外围驱动电路和显示阵列整个系统集成在同一玻璃基板上。有源矩阵的驱动电路藏于显示屏内,更易于实现集成度和小型化。另外由于解决了外围驱动电路与屏的连接问题,这在一定程度上提高了成品率和可靠性。有源驱动突出的特点是恒流驱动电路集成在显示屏上,而且每一个发光像素对应其矩阵寻址用薄膜晶体管,驱动发光用薄膜晶体管、电和存储电容。


作为SDC供应商的韩系厂商MagnaChip、LDT和三星电子具备一定的先发优势;台湾供应商中奇景光电相对领先,目前已批量给大陆、韩系面板厂供货,联咏、谱瑞紧随其后。大陆供应商中颖电子是唯一实现了AMOLED屏驱动芯片的大规模量产的企业,但主要供应给国内面板厂。



4.2.4 中游面板模组


OLED面板厂商的现状和加工工艺已在3.4和4.1节中做了详细介绍,本节不再赘述。

4.2.5 下游终端多样化


在三星和LG的带动下,下游终端尤其是以中小尺寸屏幕为主的手机应用已经越来越丰富。国内厂商纷纷推出搭载OLED屏的旗舰手机,OPPO、VIVO、华为最新发布的手机甚至已经采用和三星一样的OLED软屏。苹果也将在2017年发布搭载OLED屏幕的iPhone新机。电视方面,创维凭借与LGD良好的历史合作关系(曾参与后者广州LCD 8.5代线的投资)和自身强大的市场推广能力,与LGD在OLED大尺寸面板上形成战略合作关系,获得LGD充足的供应。


5 投资建议


OLED对LCD的替代趋势已不可阻挡。参照LCD产业发展的经验,上游原材料和设备将是产业爆发的瓶颈,弹性大、最具投资价值。我们看好关键设备(联得装备、智云股份、劲拓股份、精测电子)、核心材料(万润股份、濮阳惠成)、外挂式触控(欧菲光)、驱动IC(中颖电子)的相关投资机会。OLED后端加工设备与LCD具备相似性,有望率先国产化。在OLED 面板厂大规模建设的推动下,目前设备行业异常景气,结款账期也十分给力。今后几年国内中间体和单体粗品的销量将大规模增长,而OLED原材料壁垒高、竞争格局好、毛利高,当前处于供不应求的状态,只要能生产出满足需求的材料,未来国产替代空间极大。中长期来看,下游面板厂商(深天马A、京东方A、黑牛食品)在OLED面板上的产能扩张和业绩弹性都值得期待。


6 风险提示


OLED生产工艺良率造成的产业化不及预期,上游核心设备产能紧缺造成的产业进展不及预期。


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