FABIE观察|显示产业拓宽“视界”

1发布 · 2021-04-12 10:11 50


FABIE说


随着智能终端出货量不断攀升。平板显示器件作为智能手机、平板电脑、可穿戴电子设备、智能家居等智能终端设备的关键部件,其市场需求也呈较快增长趋势。平板显示产业规模急剧增大,与大规模集成电路产业和软件产业一起构成信息产业中的三大支柱产业。2020年新冠疫情改变了人们工作、生活的方式,不少行业遭遇“严冬”,但远程办公、在线教育等需求的大幅提升,反而促使显示产业逆市上扬。显示技术是如何一步步发展壮大,成为无处不在但又不可或缺的?本期FABIE就来为大家梳理。



一、显示技术的前世今生


在人类视觉、听觉、触觉、味觉、嗅觉的五大感官系统中,相关技术发展最快的是视觉,变化最大的也是视觉。进入信息时代以后,视觉占比从原来的60%提升到83%,从手机显示屏、计算机显示屏到车载显示屏、电视显示屏,显示完全融合到生活中。在100多年来,显示技术已发展了超过四代(图1),从最初的CRT到如今的激光显示技术,每一次的更新换代,都为人们提供崭新的显示体验。当今,新一代显示技术Mini/Micro LED呼啸而来,同时显示技术也从传统的平板显示扩展至弯曲设备、可穿戴设备上,丰富了显示技术的类型、推动显示行业技术日益革新的同时,扩展人们的“视界”。


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显示技术的发展


01

第一代显示技术:CRT

1897,诺贝尔奖获得者物理学家和发明家卡尔·布劳恩创造了首个CRT (Cathode Ray Tube,阴极射线管)。其工作原理是:电子枪发射高速电子,经过线圈偏转后,击打屏幕上的磷光物质使其发光,通过电压来调节电子束的功率,就会在屏幕上形成明暗不同的光点形成各种图案和文字。


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 CRT显示技术:电子枪发射加速后的电子束后经过偏转系统,改变电子束的出射方向,依次

轰击荧光屏上的RGB荧光粉,产生相应颜色的光。


1925年,约翰·洛吉·贝尔德在伦敦的一次实验中使用CRT器材“扫描”出木偶的图像,被称为电视诞生的标志。随后电视设备开始进入大发展阶段并逐渐普及。1936年的柏林夏季奥运会首次实现电视转播,此后业界开始大力研制彩色显像管。1954年,首台民用支持NTSC标准的彩色电视机RCA CT-100诞生,随后电视产业成为一个新兴的产业蓬勃兴旺地发展。


02

第二代显示技术:等离子显示(PDP)和液晶显示(LCD)


等离子显示技术:等离子屏幕是由多个等离子管排列而成,每一个等离子管对应一个像素,可把它看作体积非常小的紫外日光灯。当在等离子管内部施加高压后会释放电能激发管中惰性气体发出紫外光,紫外光再去激发涂布在玻璃上的红、绿、蓝色磷光质进而产生红绿蓝三原色,三色光混合后可显现出不同颜色的图像。


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等离子显示技术原理

液晶显示技术:液晶显示器的构造是在两片平行的玻璃基板当中放置液晶盒,下基板玻璃上设置TFT(薄膜晶体管),上基板玻璃上设置彩色滤光片,通过两片电极基板的上的信号与电压改变来控制液晶分子的转动方向,从而达到控制每个像素点偏振光出射与否,从而达到显示目的。

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液晶显示技术原理


1964,首个LCD(液晶显示器)和首个PDP(等离子显示器)双双问世。与液晶显示器相比,等离子显示器的主要特点是图像真正清晰逼真,在室外及普通居室光线下均可视,相比传统的CRT和LCD液晶显示屏具有更高的技术优势。但液晶面板凭借其低廉的成本,在与等离子显示器的市场竞争中逐渐处于上风,在2000年代已经成为主流的消费选择。2013年末,一直坚守等离子技术的松下正式宣布停止生产等离子显示面板,宣告了等离子电视市场的终结。


03

第三代显示技术:OLED

1987,伊士曼•柯达公司的研究员发明了OLED(Organic Light-Emitting Diode,有机发光二极管)技术。OLED是双注入型发光器件,在外界电压的驱动下,由电极注入的电子和空穴在发光层中复合形成处于束缚能级的电子空穴对即激子,激子辐射时激发发出光子,产生可见光。由于OLED是主动发光器件,相比LCD、PDP等设备,其具备面板结构简单、厚度薄、对比度高、响应速度快、温度适应范围广等LCD、PDP不可比拟的优势。

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OLED显示技术


04

新一代显示技术:激光显示、柔性显示、Mini/Micro LED显示等

进入2010年,显示行业进入快速发展阶段,人们不满足于现有的、已高度成熟的液晶显示技术,新的显示技术纷纷商用化。


激光显示:激光显示的发展从上世纪60年代激光器出现开始就进入了概念阶段,但由于受激光器发展水平的限制,激光显示进展缓慢。早期以气体激光器作为三基色光源的激光显示系统研究仅停留在实验室工作模式,无法接近实用化;到了上世纪90年代,全固态激光器发展推动激光显示技术进入研发阶段,2008年三菱正式在美国市场推出最大73英寸的激光电视;目前激光电视适用于大于100英寸的消费市场。


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激光显示技术原理


柔性显示:柔性显示的概念来源于柔性电子纸(e-paper)。1974年,施乐帕克研究中心员工在柔性显示技术上取得重大突破,生产出第一台柔性电子纸显示器Gyricon,结合了纸张与显示动态数字图像的能力,然而技术的不成熟使其无法被成功商用化。而OLED技术的出现,则使得柔性显示的重心转移至柔性OLED显示设备上来。实现这一目标的来源,则是人们不满足于当时手机的屏幕尺寸太小。截止目前,已有三星、华为等厂商推出了基于柔性显示技术的商用化折叠屏手机,加速了该技术的研发速度。


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柔性显示器件


Mini/Micro LED:Mini LED和Micro LED都是相对LCD、OLED更新的面板技术。Mini LED要求LED芯片尺寸小于100微米,而Micro LED则要求LED芯片尺寸小于50微米(图8)。Mini LED和Micro LED拥有更低功耗、更快反应、更长寿命、更高色彩饱和度对比度等优良性能,随着技术的突破,将成为继LCD、OLED之后的下一代显示技术。相比前两者,Mini LED和Micro LED拥有无限对比度、超薄的厚度、可挠可卷的特性,并且寿命更长、反应时间可达到纳米级、工作温度可达到-100~120度、功耗更低、亮度更高的优点。目前Mini LED技术已推出商用产品:苹果的6K Pro Display XDR显示器,而Micro LED还基本处于理论阶段。


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Micro LED像素大小显示为普通LED的1/100


二、中国大陆平板显示产业的发展现状


与半导体一样,显示产业一直被视为体现国家核心竞争力的产业。中国在布局平板显示产业的初期一度面临“缺芯少屏”的局面,显示面板曾是中国第四大进口产品,是中国高端制造的痛点之一。国家863项目中,将液晶新材料(包括液晶面板)产业列为国家战略发展项目之一。国务院早在2009年就批准正式发布《电子信息产业调整和振兴规划》,将高世代液晶面板项目明确列为重点扶持发展的战略性产业。自上世纪以来,半导体产业在历史上共经历过两次全球范围大规模产业转移:第一次为20世纪70年代从美国转向日本,第二次则从80年代转向韩国、台湾等“亚洲四小龙”。而从90年代开始,全球半导体产业的重心则缓慢而不可逆转地向中国大陆转移。另一方面,全球显示产业也在以近乎相同的轨迹实现转移。


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全球显示产业转移简史


该阶段机械化近年来,中国新型显示产业规模保持稳步增长态势(图10)。从2011年京东方建成中国大陆首条G8.5 TFT-LCD产线开始,中国大陆显示面板产能取得了突飞猛进的发展。在2012年,中国大陆显示面板产能达到2220万平方米,首次超过日本,占全球总体产能的10%;到2017年,中国大陆显示面板产能达到9440万平方米,达总体产能的34%,并成功超越韩国,位列全球显示面板出货量之首。目前中国大陆显示面板产能已经占据了全球产能的一半以上。国内显示产业的总值从2012年的740亿元增长至2019年的3725亿元,年均增长率超过20%。以主流的显示面板(液晶+OLED)产能来看,中国大陆从2010的700万平方米,发展至2020年的1.9亿平方米,在日本、韩国、台湾、大陆四个地区中的占比从2010年的4%,上升到2020年的53%,年增速维持在20%以上。


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图中国显示产业发展历程


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 全球显示面板产能发展情况(液晶+OLED)单位:百万平方米


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2010——2020年中国大陆显示面板产能增速(液晶+OLED)


放眼全球,2020年全球新型显示企业产能分布中,国内两大巨头京东方与华星光电联手贡献逾54%的份额,中国大陆企业占据前四名,传统平板显示巨头韩国乐金(LG)与三星仅位列第五、第七位,份额仅占8%与4.5%。

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2020年全球新型显示企业产能分布单位:千平方米


三、 国内平板显示产业链分析


平板显示产业可分上、中、下游三个部分组成。上游为材料,中游为面板制造,下游为显示终端。上游材料主要包括:玻璃基板、液晶材料、靶材、偏光片、背光模组、彩色滤光片、导电银胶、驱动IC、特殊液体、光刻胶、有机材料、封装胶等。目前国内主流的中游主要包括液晶显示和OLED。下游应用领域广泛,包括电视、手机、笔记本、车载显示、可穿戴设备、照明等。


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国内显示产业链结构


01

上游材料

中国大陆显示材料企业区域分布具备一定的区域集中度,主要集中在长三角、京津冀、珠三角等地区,与面板企业形成较好的集群效应,特别是玻璃基板、掩模版等运输成本较高的材料,与面板产线区域高度重合。


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中国大陆显示材料产线区域分布


根据中国电子材料行业协会统计数据,2019年中国新型显示材料整体市场规模为914亿元,本土化率达到40.26%,其中液晶材料、湿化学品、靶材、电子气体等已经实现技术突破,形成一定市场规模。但是新型显示材料八大耗材还包括玻璃基板、偏光片、光刻胶、有机发光材料等,与国外厂商存在巨大差距。 


02

中游面板制造

液晶显示器具有分辨率高、成本较低等优点,已成为平板显示器的主流产品,占据了平板显示器主要的市场份额。加上液晶显示器在交通、政府、服务业、教育、能源等商用细分领域的应用不断的扩大,未来液晶显示器市场增长潜力可期。数据显示,2014年TFT-LCD显示面板的出货面积为1.66亿平方米,2019年增至2.23亿平方米,年均复合增长率约6.07%。随着液晶显示产业逐渐向国内转移,国内相关厂商掌握了先进原材料设计、生产技术。ITO玻璃基板、TFT屏、液晶、偏光片等原材料已实现国产化,国内液晶显示产业链上游逐渐完善。上游原材料的国产化有利于提升液晶显示行业抵御原材料供应不稳定风险的能力,也为国内中游的液晶显示屏生产企业提供了发展的契机。


OLED作为新一代显示技术,显示结构简单、耗材环保,且OLED显示具有柔性可卷曲的特点,更方便运输和安装,突破尺寸的限制,规模化量产后更有可能具备低成本普及的优势。数据显示,2019年我国OLED市场规模达325亿美元。未来,OLED发展将呈现市场应用普及化、产品结构多元化、产业发展集群化、技术创新链条化等新模式、新业态。目前,OLED产业上游市场仍然以日韩欧美厂商为主,市场集中在日本出光兴产、堡土谷化学、美国UDC公司以及一些韩国公司。具体来看,行业上游包括材料以及生产设备。有机发光材料和生产设备是OLED最主要的生产成本。而产业链格局来看,中国更多OLED行业投资集中于下游面板的制造,在上游材料与设备领域仍是发展短板。


目前已经能够量产柔性屏的公司只有三家,分别是三星、LG和京东方。其余公司还在产能爬坡,或者小规模试验中,未来会有更多成熟产线。根据赛迪智库统计数据,截至2020年2月,全球已建成AMOLED生产线25条,在建生产线3条,计划2条。中国大陆地区已建成生产线13条,总投资规模接近5000亿元。


03

下游显示终端

显示技术应用领域广泛,包括电视、手机、可穿戴设备、VR设备、车载显示、照明等。


手机:作为小屏幕最大需求方,5G需求爆发带来了一波势能明显的换机潮。2019年国内5G手机1376.9万部。2020年1-11月,国内5G手机累计出货量1.44亿部、上市新机型累计199款,占总手机的比例分别为51.4%和47.7%。手机厂商争相拥抱5G时代,随着5G手机的普及,未来显示材料产业规模将大幅增加。


彩色电视:中国彩电零售市场持续低迷,2019年我国彩电零售量为4772万台,同比下降2.0%。零售额1340亿元,同比下降11.2%,行业均价2809元,创十年最低;彩电产品需求下降,百户拥有量119.3台,同比下降2.4%,6年来首次下降。存量市场,要求彩电企业开拓新需求,从满足用户到创造用户。据预测,中国彩电市场零售量规模将进一步收缩,市场竞争更加白热化。


平板电脑:根据国际数据公司(IDC)公布的2019年第四季度及全年中国平板电脑市场出货量数据显示,2019年中国平板电脑市场复苏,出货量达2241万台,自2015年以来首次出现反弹,同比增长0.8%。进入到2020年,受疫情影响,一季度工厂产能同比下降29.8%,出货量约为373万台。二季度平板电脑市场快速恢复。整理可知,2020上半年中国平板电脑出货量超过1000万台。进入到2020年第三季度,“新冠疫情”带来的需求增长以及人口普查项目的大单采购,让中国平板电脑市场创下了自2014年以来单季最高同比增幅。2020年第三季度中国平板电脑市场出货量约690万台,同比增长21.7%。


可穿戴设备:可穿戴设备出货量持续增加,2019年中国可穿戴设备出货量9924.1万台。2020年受疫情影响,健康需求增加,中国可穿戴设备出货量大增。IDC最新发布《2020年三季度中国可穿戴设备市场季度跟踪报告》。报告显示,显示2020年第三季度中国可穿戴设备出货量为3293万台,较上年同期增长15%。



 四、新时代国内平板显示行业的发展机遇


01

四大平板显示产业聚集区发力强劲

2020年,新冠肺炎疫情的出现改变了人们的生产、生活和消费习惯,同时却推动远程办公、远程教育和居家娱乐需求大幅提升,需求增长带动显示产业在后疫情时代快速回暖。我国四大产业集聚区将继续保持快速发展,以北京为核心的环渤海地区产学研结合紧密,技术创新能力相对较高,形成了新型显示、高端面板、超高清显示等一批产学研基地;以合肥、上海、南京和昆山为代表的长三角地区产业链上游基础良好,在靶材、偏光片、掩膜板、湿化学品、光刻胶等方面初具规模;以深圳、广州、厦门为代表的珠三角地区具有贴近下游用户的优势,面板企业纷纷落地建设模组产线,推动我国智能终端产业发展;重庆、成都、武汉为代表的中西部地区则通过持续的产线建设,形成我国新型显示产业新的增长极。


02

细分市场弯道超车

我国液晶面板的市场定位已从保障国内面板供给转向服务全球。在此背景下,我国液晶行业凭借着庞大的产业基础、系统的供应链体系、持续优化的性能和不断下降的成本,必然在大尺寸液晶面板市场极具竞争力。多种技术并行发展趋势下,国内已经形成了庞大的产业基础、系统的供应链体系、持续优化的性能,因此液晶显示仍然在大尺寸面板中占有很强的竞争力和很大的份额。Micro LED、AMOLED、激光显示、电子纸等新技术也在快速发展,在细分市场占据一席之地。以交叉融合为主要特征的集成化创新,越来越成为大家关注的重点。5G+8K、Mini LED+LCD、传感器+OLED,正在成为发展的重要方向。


03

新技术催生需求

随着大数据、云计算、物联网等新技术的进一步普及,显示作为人机交互和接收信息的重要窗口之一,应用方向更加多元化。智能手机市场中,屏幕成为企业创新和竞争的重点方向之一,催生出了瀑布屏、透明屏、折叠屏和环绕屏等技术,各家手机企业积极布局屏幕创新;电视、电脑是新型显示市场权重最高的应用之一,从现有格局来看,大尺寸、超高清、低成本化是未来发展的重要方向;车载显示、智能显示以及虚拟现实等行业的兴起,进一步拓展了新型显示的应用范围,也催生了面板企业和整机企业、智能家居企业合作,在对显示技术提出了新要求的同时,也给竞争激烈的新型显示产业带来了新机会。


中国科学院院士欧阳钟灿在接受《中国电子报》采访时表示,“液晶显示技术产业化始于日本、OLED显示技术产业化始于韩国。我们有理由相信,将来更先进的显示技术,如MicroLED有可能在我国首先实现产业化。继续发展液晶显示产业实现后来居上,我国在AMOLED柔性显示和Mini/Micro LED等新型显示赛道具备领跑潜能。”


 五、国内显示产业机会与风险并存


尽管国内的显示产业在飞速发展,但仍存在若干问题需引起重视:


01

警惕盲目并购低端二手设备

国外面板企业在生产成本、销售渠道等方面逐渐失去优势,陆续退出TFT-LCD面板制造领域,存在大量已被淘汰的生产设备被以产线为单位打包推向市场。这些设备已落后于我国新建产线,生产的低质廉价面板冲击市场,会对产业环境整体造成难以逆转的破坏。但目前我国部分地方招商引资人员对显示产业发展水平认知不足,相关领域投资存在过热倾向,在信息不对称的情况下盲目投资二手线的现象屡屡出现,目前仍有多条淘汰产线正向国内销售,给我国新型显示产业健康稳定发展带来风险。


02

关键上游仍然依赖进口

随着面板产能的提升,我国新型显示产业配套体系建设取得了一定成绩,但还主要集中在难度稍低或质量要求不高的部分,关键核心材料与高端设备对外依存度仍居高不下。TFT-LCD用关键材料中,圆偏光片、金属掩膜版、透明PI膜等几乎100%进口。同时二阶上游材料如TAC基膜、石英基板、防尘膜、树脂、感光剂、彩色颜料等同样依赖进口。核心设备方面,曝光机、刻蚀设备、蒸镀机、激光退火设备、激光剥离设备等设备及其上游关键零部件均被国际巨头垄断。即便在本土化率已相对较高的领域,高端产品如快速液晶、合金靶材、阵列段AOI检测设备等仍无法实现自给,关键材料和设备受制于人的状况对我国企业提升竞争力,保障产业安全构成威胁。


03

前瞻布局不足与冒险并存

新型显示产业技术含量高,创新迭代迅速,本世纪初TFT-LCD技术仅用十数年就完成了对CRT技术的全面替代,我国显示产业曾一度因未能及时跟进技术创新而遭遇沉重打击。当前TFT-LCD和AMOLED两种技术占据95%以上的市场份额,同时仍在不断通过渐进式创新提升性能、改进形态、扩展应用,Micro LED、激光显示、微显示等其他技术路线进展迅速,下游整机竞争也给面板技术带来更多的创新挑战。我国面板企业起步较晚,本就处于追赶状态,且体量偏小,在研发投入上难以与三星、LG等国际巨头抗衡,在多点出击、快速推进的前瞻技术布局上十分吃力。一些企业和社会资本试图走引进国外尚未成熟技术的捷径,但前期基础积累不够,技术突破能力差,产业化推进艰难,反倒造成资金和人力浪费。我国企业创新整体实力不足,单点盲目冒进的现状给产业未来升级发展带来较大不确定性。


写在最后




随着产业的快速发展,显示已成为万物互联的端口,未来屏幕将无处不在,赋能物联网的应用场景,与人工智能、大数据、5G、云计算等技术相结合,创造物联应用的无限可能。相信假以时日,中国大陆的显示产业将不仅从产能,更从技术层面上实现全面超越,成为真正意义上的“领头羊”。

标签:  
显示技术电子设备智能制造

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