中国半导体不再被“卡脖子”!从材料开始,解密十大新材料替代现状

根据美国半导体产业 的统计,可以看到全球半导体销售额呈现逐年增长的姿态,从2001年的1472.5亿美元一路提升至 2019 年的 4110 亿美元。虽然在 2019 年全球半导体销售额因为消费电子市场疲软从而略微下滑,但是从 19 年 6 月开始全球半导体销售额呈现恢复的态势,环比数据明显优于 2018 年同月份环比数据。目前随着下游多方需求恢复的共振,将史无前例的带动半导体行业在 5G 的飞速发展,再创新高。

本期的智能内参,我们推荐国盛证券的研究 告《国产替代揭开序幕,新材料行业春天将至》,揭秘在半导体行业稳步增长的大背景下,半导体材料和显示材料的国产替代逻辑。

原标题:

《国产替代揭开序幕,新材料行业春天将至》

一、半导体材料

1、 受益 5G,行业复苏

根据美国半导体产业 的统计,可以看到全球半导体销售额呈现逐年增长的姿态,从2001 年的 1472.5 亿美元一路提升至 2019 年的 4110 亿美元。虽然在 2019 年全球半导体销售额的略微下滑主要由于全球贸易环境的紧张,以及半导体最主要的下游消费电子市场自 17H2 的疲软,但是在 19H2 我们也看到了半导体市场随着 5G 时代到来的重现生机。

▲全球半导体销售额情况

从 2018 年 12 月开始,半导体月度销售额持续下滑至 2019 年 5/6 月,但是从 6 月开始全球半导体销售额呈现恢复的态势,环比数据明显优于 2018 年同月份环比数据。

▲2018 年及 2019 年全球半导体月度销售额对比(十亿美元)

中国市场巨大,国产替代需求强劲。而对于未来的半导体市场来看,我们认为中国将会是未来最大的半导体市场。2015 年中国在全球把半导体销售额上占据了全球的 24%,至 2019 年中国已经将其占比提升至 35%。

▲中国近年占全球半导体销售额情况(十亿美元)

▲2016~2021 年全球半导体各应用市场的年复合增速预测

然而虽然中国市场巨大,但是在半导体领域目前仍然处于关键器件被海外“卡脖子”的状态。我们以智能终端为例进行拆解、分析和比较,可以发现华为作为一家系统级公司,已经在大部分芯片品类上自给自足,同时也注意到存储、射频、模拟芯片上仍然存在短板、受制于人。在 2019 年华为事件后,中国已经开始加速国产链的重塑,几乎所有科技龙头,甚至部分海外龙头也在加快国产链公司导入。

▲国产替代空间测算

2、 半导体材料 市场增长不断

从市场上看,我国半导体市场规模超万亿,半导体产业已成为国家战略新兴产业的重要部分,而超三分之二的半导体产品需从国外进口,高端领域几乎完全依赖进口情况急需改变,尤其是 2018 年中美贸易摩擦以来,中兴、华为事件更是给中国半导体行业敲响警钟。

▲华为国产替代链示意图

半导体产业呈现技术密集、资本密集及和产集群的特点。半导体核心产业链包括半导体产品的 IC 设计、IC 制造和 IC 封测。目前已经形成 EDA 工具、IP 供应商、IC 设计、Foundry 厂、封测厂的高效稳定的深度分工模式。目前全球半导体正在经历从中国台湾向中国大陆的第三次产业转移,历史上看,前两次的行业转移分别发生在 20 世纪 80 年代和 20 世纪 90 年代末,分别从美国本土到日本和美日向韩国、中国台湾的转移。目前我们已经看到设计、制造、设备等半导体环节已经逐步的向中国转移。

在半导体原材料领域,集成电路技术发展到微纳电子制造的物理极限,单独依靠特征尺寸缩小已不足以实现技术发展目标。新材料的引入以及相应的新材料技术与微纳制造技术相结合共同推动着集成电路不断发展。集成电路制造工艺用到元素已经从 12 种增加到 61 种。伴随微纳制造工艺不断发展,对材料的纯度,纳米精度尺寸控制、材料的功能性等都提出了严苛的需求。

▲半导体上下游产业链,以及半导体材料在产业链所处位置

▲半导体材料分类

简单来看,半导体制造所需要的材料主要分布在一下四步之中:

1. 掺杂/热处理:溅射靶材,湿法化学品、化学气体,CMP 抛光垫和抛光液;

2. 蚀刻/清洁:掩模/光罩,溅射靶材,CMP 抛光垫和抛光液;

3. 沉积:化学气体,CMP 抛光垫和抛光液;

4. 光刻:掩模/光罩、光刻胶、光刻胶显影液、熔剂、剥离剂。

▲晶圆制造过程所需材料

与半导体全球市场相之匹配的,全球半导体材料的销售额也在同步增长,至 2018 年全球半导体材料销售额达到 519.4 亿美元,创下历史新高。销售增速 10.65%,创下了自2011 年以来的新高;近年来,中国大陆半导体材料的销售额保持稳步增长,增速方面一直领先全球增速。

▲全球半导体材料市场销售额

▲中国大陆半导体材料市场增速 vs.全球

晶圆制造材料包含硅、掩膜版、光刻胶、电子气体、CMP 抛光材料、湿化学品、溅射靶材等,其中硅片约占整个晶圆制造材料的三分之一。

▲半导体原材料分布情况

▲封装及晶圆制造材料市场规模及增速(单位:亿美元)

3、 中国需求巨大,国产替代揭开序幕

全球半导体材料市场回暖。经历了 2015-2016 连续两年产业规模下滑后,2017 年和 2018年半导体材料市场回复增长,产业规模达约 520 亿美金。以地域结构来看,全球所有地区半导体材料市场规模均实现了不同程度的增长,但是其中中国大陆的增速领先。

产业持续东移,中国大陆增速第一。从占比来看,半导体材料市场中,中国台湾依然是半导体材料消耗最大的地区,全球占比 22.04%。中国大陆占比 19%排名全球第三,略低于 19.8%的韩国。然而中国大陆占比已实现连续十年稳定提升,从 2006 年占全球比重 11%,到 2018 年占比 19%。产业东移趋势明显。

▲全球半导体材料销售额分布

半导体材料可分为晶圆制造材料和封装材料,晶圆制造材料是半导体材料市场的主力军。根据 wind 数据,2018 年,全球半导体材料销售规模为 519.4 亿美元,同比增长 10.7%,其中晶圆制造材料及封装材料销售额分别为 322 亿美元和 197 亿美元,同比增长 15.9%和 3.1%。

根据 SEMI 统计数据,我国半导体材料市场规模为 85 亿美元,同比增长 12.3%,其中晶圆制造材料及封装材料市场规模为约 28.2 亿美元和 56.8 亿美元。未来 2 年我国半导体材料市场规模将持续高速增长,预计 2020 年我国半导体材料市场规模达 107.4 亿美元,其中晶圆制造材料市场规模达 40.9 亿美元,2016-2020 年 CAGR 为 18.3%;封装材料市场规模达 66.5 亿美元,2016-2020 年 CAGR 为 9.18%。

▲2013-2018 年全球半导体市场销售规模(亿美元)

▲2016-2020 年我国半导体材料市场规模(亿美元)

半导体材料国产化率仍待转化。根据集成电路材料和零部件产业技术创新战略联盟的调研数据,2016 年国内晶圆制造材料企业用于半导体制造的产品销售收入仅 69.5 亿元,相对于国内晶圆制造材料市场需求的比例约 20%,国产化比例较低。

在国家产业政策大力扶持和国内半导体市场稳定增长等利好条件下,特别是国家“02 专项”等专业化科研项目的培育下,国内半导体材料领域将涌现更多具有国际竞争力的公司和产品,在更多关键半导体材料领域实现进口替代,打破国外厂商的垄断。

▲2012-2017 年我国占半导体制造材料国产化情况(%)

半导体芯片制造工艺半导体将原始半导体材料转变成半导体芯片,每个工艺制程都需要电子化学品,半导体芯片造过就是物理和化学的反应过程,半导体材料的应用决定了摩尔定律的持续推进,决定芯片是否将持续缩小线宽。目前我国不同半导体制造材料的技术水平不等,但整体与国外差距较大,存在巨大的国产替代空间。

▲半导体材料国产化进程

从技术层面出发再至半导体封装材料进出口金额及量(由于缺乏晶圆制造数据,故以封装材料为例说明),可以看到中国对于半导体封装材料进口量的需求巨大,同时再对比进出口单价情况,从 2017 年开始计算,出口单价仅为进口单价的约为 60%,价格悬差巨大,也再次反映了中国虽然对于半导体材料的需求巨大,但是由于目前技术能力有限所致进出口贸易悬差巨大,也因此存在巨大的国产替代空间。

▲半导体封装材料进出口额(万美元)

▲半导体封装材料进出口量(吨)

▲半导体封装材料进口单价情况

4、 硅片:半导体制造重中之重

纵观半导体硅片的技术演变历程,可以看到从早在 20 世纪 70 年代,硅片的尺寸就逐步的向着更大尺寸发展。截止至目前全球硅片市场最大的量产型硅片尺寸为 300mm,也即是所谓的“12 英寸硅片”。

根据目前 SEMI 对于全球各类半导体硅片的出货量统计,我们也看到半导体市场对于12 英寸硅片的需求及使用也是逐步增加。2011 年,200mm 半导体硅片市场占有率稳定在 25-27%之间;2016 年至 2017 年,由于汽车电子、智能手机用指纹芯片、液晶显示器市场需求快速增长,200mm 硅片出货面积同比增长 14.68%;2018 年,200mm 硅片出货面积达到 3278.00 百万平方英寸,同比增长 6.25%。2018 年,300mm 硅片和 200mm硅片市场份额分别为 63.31%和 26.34%,两种尺寸硅片合计占比接近 90.00%。

▲半导体硅片技术演变史

▲全球各类型半导体硅片出货面积占比

▲12 寸晶圆全球产能及需求对比表

而硅片之所以趋向于大尺寸,其主要原因是因为单位晶圆生产效率的提高。虽然生产大尺寸硅片所需要的设备、材料成本等均有所提高,但是考虑到自动化带来的人工费用的减少以及单片硅片的面积之大,以 200mm(9 寸)和 300mm(12 寸)硅片进行比较,12 英寸硅片的单位成本仅为 9 英寸硅片的 70%~80%。

由于成本及良率,12 寸硅片仍为主流,技术略有所停滞的当前,国内厂商具备追赶及替代的机会。但是由于随着硅片的直径越大,硅片结晶过程中的旋转速度也需要与之匹配的减小,即容易带来由于旋转速度不快、不稳定带来的硅片晶格结构的缺陷,同时随着直径的扩大,晶圆的边缘之处更容易产生翘曲的情况,从而带来良率的降低,也意味着生产的成本的提高,因此目前全球的主流硅片的最大尺寸仍仅为 12 英寸,但这也带给了国内厂商追赶行业龙头的机会。

▲较大尺寸晶圆具备更高的理论生产效率

▲8 英寸及 12 英寸理论成本变化情况

由于半导体行业与全球宏观形势紧密相关,全球半导体硅片行业在 2009 年受经济危机影响,出货量与销售额均出现下滑;2010 年智能手机放量增长,硅片行业大幅反弹;2011年-2016 年,全球经济复苏但较为低迷,硅片行业易随之低速发展;2017 年以来,得益于半导体终端市场需求强劲,半导体市场规模不断增长,于 2018 年突破百亿美元大关。

▲全球半导体硅片市场规模(亿美元)

▲全球半导体硅片出货面积(百万平方英寸)

2008 年至 2013 年,中国大陆半导体硅片市场发展趋势与全球半导体硅片市场一致。2014 年起,随着中国半导体制造生产线投产、中国半导体制造技术的不断进步与中国半导体终端市场的飞速发展,中国大陆半导体硅片市场步入飞跃式发展阶段。2016 年-2018年,中国半导体硅片销售额从 5.00 亿美元上升至 9.96 亿美元,年均复合增长率高达41.17%。中国作为全球最大的半导体终端市场,未来随着中国芯片制造产能的持续扩张,中国半导体硅片市场的规模将继续以高于全球市场的速度增长。

▲中国大陆半导体硅片市场规模(亿美元)

中国大陆仅有少数几家企业具有 200mm 半导体硅片的生产能力。2017 年以前,300mm半导体硅片几乎全部依赖进口。2018 年,硅产业集团子公司上海新昇作为中国大陆率先实现 300mm 硅片规模化销售的企业,打破了 300mm 半导体硅片国产化率几乎为 0%的局面。

▲全球硅片市场竞争格局及市占率

5、 光刻胶:逐步突破,任重而道远

光刻胶,目前做为半导体生产中光刻工艺的核心材料,其主要工作原理是:光刻工艺利用光刻胶对于各种特殊射线及辐射的反应原理,将事先制备在掩模上的图形转印到晶圆,建立图形的工艺,使硅片表面曝光完成设计路的电路图,做到分辨率清晰和定位无偏差电路,就如同建筑物一楼的砖块砌起来和二楼的砖块要对准,叠加的层数越高,技术难度大。

同样光刻胶从功能上又可分为正性及负性光刻胶:正性光刻胶之曝光部分发生光化学反应会溶于显影液,而未曝光部分不溶于显影液,仍然保留在衬底上,将与掩膜上相同的图形复制到衬底上;而负性光刻胶之曝光部分因交联固化而不溶于显影液,而未曝光部分溶于显影液,将与掩膜上相反的图形复制到衬底上。

▲光刻胶构成

▲正性光刻胶和负性光刻胶反应原理

按照应用领域的不同,光刻胶又可以分为印刷电路板(PCB)用光刻胶、液晶显示(LCD)用光刻胶、半导体用光刻胶和其他用途光刻胶。PCB 光刻胶技术壁垒相对其他两类较低,而半导体光刻胶代表着光刻胶技术最先进水平。

▲不同分类下的光刻胶分类

行业壁垒高耸,研发能力要求极高,资金需求巨大。在上述我们也对众多光刻胶进行了简单的分类,但实际操作中由于各个客户的产品的要求不同,对应的光刻胶的具体要求将更会是千奇百怪。这一点将会直接导致光刻胶企业在生产制作光刻胶的时候需要具备足够的配方研发能力,对众多国内仍在起步的厂商无疑是个巨大的挑战。另一方面由于光刻胶最终需要应用在光刻机上,以 ASML 为例,EUV 光刻机常年保持在 1 亿欧元左右,248nm 的 KrF 光刻机也基本维持在一千万欧元以上。

▲ASML 光刻机

248nm 及以上高端光刻胶为全球市场的主流。SEMI 的数据显示,2018 年全球半导体用光刻胶市场达到 24 亿美元,较 2017 年同比增长 20%。光刻胶配套试剂方面,2018年全球光刻胶配套试剂市场达到 28 亿美元,较 2017 年增长 27%。

▲全球半导体光刻胶及配套试剂市场规模

▲中国半导体光刻胶及配套试剂市场规模

全球共有 5 家主要的光刻胶生产企业。其中,日本技术和生产规模占绝对优势。

▲光刻胶主要生产企业

国内光刻胶生产商主要生产 PCB 光刻胶,面板光刻胶和半导体光刻胶由于光刻胶的技术壁垒较高,国内高端光刻胶市场基本被国外企业垄断,特别是高分辨率的 KrF 和 ArF 光刻胶,基本被日本和美国企业占据。PCB 光刻胶的技术要求较低,PCB 光刻胶在光刻胶产品系列中属于较低端,目前国产化率已达到 50%;LCD 光刻胶国产化率在 10%左右,进口替代空间巨大;IC 光刻胶与国外相比仍有较大差距,国产替代之路任重道远。

▲国内半导体产品结构

国内半导体光刻胶技术和国外先进技术差距较大,仅在市场用量最大的 G 线和 I 线有产品进入下游供应链。KrF 线和 ArF 线光刻胶核心技术基本被国外企业垄断,国内 KrF 已经通过认证,但还处于攻坚阶段;我们乐观预计 ArF 光刻胶在 2020 年能有效突破并完成认证。

6、 CMP:突破重围,国产化启动

CMP 化学机械抛光(ChemicalMechanicalPolishing)工艺是半导体制造过程中的关键流程之一,利用了磨损中的“软磨硬”原理,即用较软的材料来进行抛光以实现高质量的表面抛光。通过化学的和机械的综合作用,从而避免了由单纯机械抛光造成的表面损伤和由单纯化学抛光易造成的抛光速度慢、表面平整度和抛光一致性差等缺点。

▲CMP 工艺工作原理

▲CMP 材料细分市场份额

CMP 抛光材料主要包括抛光液、抛光垫、调节器、清洁剂等,其市场份额分别占比 49%、33%、9%和 5%。至 2018 年市场抛光液和抛光垫市场分别达到了 12.7 和 7.4 亿美元。

▲全球 CMP 材料市场规模情况(亿美元)

▲我国 CMP 材料市场规模情况(亿元)

而随各类芯片的技术的进步,抛光步骤也随之增长,从而实现了抛光垫及抛光液用量市场的持续增长。同时随着芯片制程的提高带动的抛光材质技术要求的提升,以及整体半导体芯片市场的复苏,我们可以预期到未来 CMP 市场的量价的多重提高。

▲CMP 抛光步骤随逻辑芯片和存储芯片技术进步而增加

目前市场上抛光垫目前主要被陶氏化学公司所垄断,市场份额达到 90%左右,其他供应商还包括日本东丽、3M、台湾三方化学、卡博特等公司,合计份额在 10%左右。抛光液方面,目前主要的供应商包括日本 Fujimi、日本 HinomotoKenmazai,美国卡博特、杜邦、Rodel、Eka、韩国 ACE 等公司,占据全球 90%以上的市场份额,国内这一市场主要依赖进口,国内仅有部分企业可以生产,但也体现了国内逐步的技术突破,以及进口替代市场的巨大。

▲抛光液主要生产企业

▲抛光垫主要生产企业

7、 湿电子化学品:内资龙头效应显著

湿电子化学品,也叫超净高纯试剂,为微电子、光电子湿法工艺制程中使用的各种电子化工材料。主要用于半导体、太阳能硅片、LED 和平板显示等电子元器件的清洗和蚀刻等工艺环节。按用途主要分为通用化学品和功能性化学品,其中通用化学品以高纯溶剂为主,例如氧化氢、氢氟酸、硫酸、磷酸、盐酸、硝酸等;功能性化学品指通过复配手段达到特殊功能、满足制造中特殊工艺需求的配方类或复配类化学品,主要包括显影液、剥离液、清洗液、刻蚀液等。

湿电子化学品目前广泛应用在半导体、平板显示、太阳能电池等多个领域,湿电子化学品在半导体晶圆制程中应用于晶圆清洗、刻蚀、显影和洗涤去毛刺等工艺,在晶圆领域制造和封测领域应用分布广。国际半导体材料和设备组织(SEMI)制定了 5 个超纯净试剂的国际分类标准,应用领域的不同对超纯净试剂要求的等级也不同,半导体领域要求的等级比平板显示和光伏太阳能电池领域的要求高,基本集中在 SEMI3、G4 的水平,我国的超纯净试剂研发水平与国际水平上游差距,大多集中在 G2 的水平。

▲美国 SEMI 工艺化学品的国际标准等级

全球的湿电子化学品市场大多被欧美和日本公司占据,其中欧美公司主要有 BASF、霍尼韦尔、ATMI、杜邦、空气产品公司,合计占比 37%左右;日本公司主要有关东化学、三菱化学、京都化工、住友化学、宇部兴产、森田化学等,合计占比 34%左右;台湾地区和韩国公司主要有台湾东应化、台湾联士电子、鑫林科技、东友、东进等,合计占比 17%左右。国内企业主要有浙江凯圣、湖北兴福、上海新阳、苏州晶瑞、江化微、江阴润玛、杭州格仕达、贵州微顿品磷等,占全球市场 10%左右,技术等级主要集中在 G2 以下仅有少部分企业达到 G4 以上标准。

在众多工艺化学品企业中,上海新阳已成为先进封装和传统封装行业所需电镀与清洗化学品的主流供应商,其超纯电镀硫酸铜电镀液已成功进入中芯国际、海力士的 28nm 大马士革工艺制程,成为 Baseline 产品,进入工业化量产阶段;湖北兴福电子材料有限公司磷酸、浙江凯圣氟化学有限公司氢氟酸等也都在 8-12 英寸工艺认证中取得较好效果,即将投入量产应用。

8、 电子特气:需求空间大,拉开进口替代序幕

电子特种气体是集成电路、显示面板、光伏能源、光纤光缆等电子产业加工制造过程中不可或缺的关键材料,其市场规模保持高速发展。2010-2018 年,我国电子特气市场规模复合增速达 15.3%,2018 年我国电子特气市场规模达 121.56 亿元。其中,半导体制造用电子特气市场规模约 45 亿元。根据前瞻产业研究院预测,2024 年我国电子特种气体市场规模将达到 230 亿元,2018-2024 年复合增速将达 11.2%。电子特气将为中国新兴产业的发展注入新动力。

▲我国电子特气市场规模(亿元)

▲高纯电子特气市场格局(按应用)

电子特气按照用途可分为蚀刻及清洗气体、成膜气体、掺杂气体三大类。在半导体集成电路中,电子气体主要应用于蚀刻、掺杂、CVD、清洗等。在晶圆制程中部分工艺涉及气体刻蚀工艺的应用,主要涉及 CF4、NF3、HBr 等;掺杂工艺即将杂质掺入特定的半导体区域中以改变半导体的电学性质,需要用到三阶气体 B2H6、BF3以及五阶气体 PH3 、AsH3等;在硅片表面通过化学气相沉积成膜(CVD)工艺中,主要涉及 SiH4、SiCl4、WF6等 。

在显示面板产业中,在薄膜工序中需要通过化学气相沉积在玻璃基板上沉积薄膜,需要使用 SiH4、PH3、NF3 、NH3 等。在干法蚀刻工艺中,需要在等离子气态氛围中选择性腐蚀基材,需要用到 SF6、HCl、Cl2 等;在 LED 产业中,外延技术需要高纯电子特气包括高纯砷烷、高纯磷烷、高纯氨气,HCl 和 Cl2常常用做蚀刻气;在太阳能光伏产业中,晶体硅电池片生产中的扩散工艺需要用到 POCl3,减反射层等 PECVD 工艺需要用到 SiH4、NH3,蚀刻需要用到 CF4。薄膜太阳能电池在沉积透明导电膜工序中需要用到 B2H6等。

▲电子气体分类

三氟化氮(NF3)是目前应用最广的电子特气,占全球电子气体产量约 50%。NF3 在卤化氮中最稳定,是一种强氧化剂。在离子蚀刻时裂解为活性氟离子,氟离子对硅化合物、钨化合物有优异的蚀刻速率和选择性。并且,三氟化氮在蚀刻时,蚀刻物表面不留任何残留物,是良好的蚀刻、清洗剂。大量应用于半导体、液晶和薄膜太阳能电池生产工艺中。

▲电子气体分种类份额占比

▲电子特气在晶圆制造中的应用

两个主要因素推进了我国电子特气的需求高速增长。首先,近年来电子气体下游产业技术快速更迭。例如,集成电路领域晶圆尺寸从 6 寸、8 寸发展到 12 寸甚至 18 寸,制程技术从 28nm 到 7nm;显示面板从 LCD 到刚性 OLED 再到柔性、可折叠 OLED 迭代;光伏能源从晶体硅电池片向薄膜电池片发展等。下游产业的快速迭代让这些产业的关键性材料电子特气的精细化程度持续提升。并且,由于全球半导体、显示面板等电子产业链不断向亚洲、中国大陆地区转移,近年来以集成电路、显示面板为主的电子特气需求快速增长。我国集成电路 2010-2018 年销售额复合增速达 20.8%,对电子特气的需求带来了持续、强劲的拉动。

▲我国集成电路产业销售额

▲全球各地区 OLED 产能占比情况及预测

然而,目前我国电子特气进口依赖度高,进口替代潜力较大。随着我国半导体、显示面板市场的快速扩张,包括电子特气在内的上游原材料实现进口替代意义重大。目前我国电子特种气体市场呈寡头垄断格局,2018 年外企占我国电子气体市场 88%份额。我国电子气体领域目前的主要的外企包括美国空气化工集团、法国液化空气集团、日本太阳日酸株式会社、美国普莱克斯、德国林德集团。国内主要企业包括中船 718 所、昊华黎明院等。目前我国电子特气企业产品供应仍较为单一,但在政策扶持及下游需求的拉动下,我国电子特气企业体量、产品品种迅速发展,该领域进口替代已拉开序幕。

▲我国电子气体市场格局(2018 年)

二、 显示材料:面板行业转移升级

1、 OLED 持续渗透,下游需求强势支撑

OLED 是指有机自发光二极管(Organic Light-Emitting Diode),是一种以有机薄膜为自发光源的显示技术。由于其超高对比度、更细腻逼真的色彩、宽广视角、轻薄外形、宽温操作等特性,OLED 有望成为继 CRT、LCD 后的第三代主流显示技术。从定义来看:“自发光”决定轻薄外型和低材料成本;“有机”是实现柔性显示和异形屏的关键。

▲OLED 和 TFT-LCD 性能比较

AMOLED 已成为现阶段主流 OLED 技术。根据驱动方式不同,OLED 可分为主要应用于小尺寸的被动式无源驱动 PMOLED,以及可应用于中大尺寸的主动式无源驱动 AMOLED,其中 AMOLED 使用 TFT 阵列来控制 OLED 像素,实用性更强,已成为主流 OLED 技术。与 LCD 相比,AMOLED 有轻薄、响应速度快、高对比度、色彩逼真和柔性显示等优点。

▲AMOLED 和 TFT-LCD 性能比较

AMOLED 可满足高成像显示需求,同时更易实现异形屏设计与生产灵活性。

显示素质来看,LCD 是通过旋转液晶分子和偏振片对白色背光源的过滤和屏蔽来显示黑色,而采用自发光原理的 AMOLED 每个像素点独立控制发光,像素熄灭便可实现完全的黑,因此 AMOLED 相比 LCD 可以实现更高对比度,给人更强烈的视亮度感觉,从而实现更优质的显示体验。此外,AMOLED 也因对像素点的高度控制而具备了更低的功耗。AMOLED 高显示素质正契合了未来用于手机、电竞、VR 等应用屏幕对高清、高频、高质量显示体验的需求。

外观形态来看,AMOLED 自发光使其无需任何背光模组和滤光器,结构相对 LCD 更加简单,仅由上下两层玻璃加中间有机材料层组成,因而在厚度上可以压缩至 LCD 的约 2/3,因而在移动设备轻薄化趋势下能够备受青睐。同时,采用柔性塑料基底的 AMOLED 在柔性显示上独具优势,给应用端设备形态留出足够的设计空间,而对比之下,LCD 背光模组异型切割难度(C 角刀轮切割+CNC 易致屏幕崩边)和成本更高(激光切割),在异形屏设计与生产灵活性就稍逊一筹了。

▲AMOLED 比 LCD 更轻薄

制造成本下降,中小尺寸 AMOLED 成本与 LCD 差距逐步拉近。AMOLED 相比于 TFTLCD,由于不需要背光模组等零组件,材料成本更低,如果能实现部分关键设备国产化和制程良率提升,价值量会有更高的上升空间。现阶段小尺寸 AMOLED 成本已经能够实现与 LCD 相媲美,大尺寸技术问题尚待解决。以 5’’全高清智能手机显示屏为例,我们对比TFT-LCD 和 AMOLED 成本结构(1Q16,LCD 由 G6 生产,AMOLED 由 G5.5 生产,非材料成本包括设备折旧、人工等),可以发现材料成本方面,LCD 和 AMOLED 的占比分别为 63%和 47%,AMOLED 材料成本占比显著低于 LCD,随着制造成本压缩,AMOLED 成本可以逐步逼近 LCD。另外,需要与 LCD 区别的是,OLED 设备成本(35%)和有机材料成本(23%)是更重要的组成部分。

▲TFT-LCD&AMOLED 成本比较(美元)

OLED 市场规模不断扩张,2020 年市场规模 343 亿美元,单位出货量增速将在 2020年到达顶峰。随着 OLED 技术发展、成本改善和产能建设等的逐步推进,OLED 市场高速增长,根据英国调研机构 IDTechEx 的统计数据,2018 年全球 OLED 市场规模为 265 亿美元,同比增长 8.08%,2019 年市场进一步提速,实现 19%增长至 304 亿美元。预计到 2023 年,全球 OLED 面板收入将能够增长至 462 亿美元。根据国际数据调研机构DSCC 统计及预测,2020 年全球 OLED 出货面积增速将能达到顶峰,单位出货量将由2019 年的约 8 亿块增长至 10.26 亿块,同比增长 27%。

▲OLED 市场规模

▲OLED 出货量(分应用,百万单位)

移动 OLED 市场需求占比超过 80%,智能手机、智能手表贡献市场增量。2018 年 OLED下游应用领域中,以智能手机和智能手表为主的移动 OLED 市场占比超过 80%,其中智能手机占比最大达 71%。DSCC 预计 2019 年智能手机 OLED 单位出货量将能达到 4.87亿,同比增长 12%),智能手表的整体市场单位出货量将能够在 2019 年达到 7310 万,其中 Apple Watch OLED 出货量将有望实现 45%增长,达到 2550 万。

▲2018 年 OLED 应用领域情况

▲AMOLED 市场规模(分应用,百万美元)

AMOLED 在显示领域的应用趋势是从中小尺寸到大尺寸,从智能手机向平板、PC 到 TV、汽车以及可穿戴等新型终端设备拓展,市场前景广阔。从下游市场来看,2017 年全球AMOLED 出货量为 4.46 亿块,智能手机及可穿戴设备适用的新型半导体高端触控柔性显示屏仍是最主要的市场,占出货量 95%以上。其中智能手机出货量占比为 90%。IHS估算 2018 年 AMOLED 出货量再增 36%,达到 6.06 亿块。OLED TV、笔电、头戴式设备则将是未来三年高速增长所在,预计 2017-2021 年三者 CAGR 分别为 50%、47%和43%。受益于此,未来三年 AMOLED 总出货量 CAGR~18.6%。

AMOLED 出货量不断攀升,智能手机面板技术迭代趋势愈加明显。根据群智咨询统计,2019 年全球智能手机面板出货约 17.8 亿片,同比下降 4.9%,而在智能手机面板整体出货量处于下滑通道的状况下,AM OLED 凭借其显示性能和外观优势,市场需求强劲,逆势而上,出货量稳步提升,2019 年全球 AMOLED 智能手机面板出货达到约 4.7 亿片,同比增长约 8%,占整体智能手机面板出货量的比重由去年同期的 23%上升至 27%,其中 FOLED(刚性 AMOLED)智能手机面板出货量为 2.91 亿片,同比增长 9.0%,ROLED(柔性 AMOLED)智能手机面板出货量为 1.75 亿片,同比增长 6.2%,面板技术迭代趋势进一步确定。

▲LTPS-AMOLED 渗透率与 a-Si 相近

智能手机端 OLED 快速渗透,各品牌加速推进高端旗舰机型标配 AMOLED。2018 年受制于面板生产商 AMOLED 产能和良率,智能手机厂商 AMOLED 渗透率有较大差距,因而市场整体渗透率并不高。2018 年三星、苹果的旗舰机型均采用 AMOLED 屏幕,两家公司手机的 AMOLED 渗透率也分别达到了 63.2%和 65.7%,而其他主要手机品牌AMOLED 渗透率则普遍不到 20%。但从 2019 年智能厂商屏幕显示技术来看,各大品牌均已在高端机型中标配了 AMOLED 面板,智能手机 AMOLED 渗透性提升的效应显现。

▲2018 年主要手机品牌厂商出货量及屏幕技术(百万台)

▲2020 年各品牌手机 AMOLED 渗透率

中端机型支撑市场增长,2022 年配备 AMOLED 屏的智能手机出货量有望达到 8 亿台。根据 Counterpoint 预测,2020 年全球 AMOLED 智能手机出货量将超过 6 亿部,同比增幅达 46%。其中三星 AMOLED 渗透率将进一步提升至 71%,OPPO 渗透率将超过 51%,Vivo 渗透率约 45%,华为和小米 AMOLED 智能机渗透率也将到达 30%以上水平。随着智能手机厂商在更多机型中运用 AMOLED,价格在 300–500 美元间的中端智能手机将成为 AMOLED 面板出货量的增加最主要驱动力。Counterpoint 预测,直到 2022 年,配备AMOLED 的智能手机出货量将有望达到 8 亿台,届时 OLED 面板市场规模将有望赶超非晶硅和 LTPS 面板。

国内面板厂商崛起,手机厂商与面板厂商协同创新共同推动国内 AMOLED 产业阔步发展。得益于国内良好的政策及资本环境,国家及地方政府近几年重点支持显示产业——尤其是OLED 产业发展,在面板产能向大陆转移趋势下,国产面板厂商实现快速发展,据 CINNO 最新数据京东方已经成为 2019 年全球智能手机面板出货量最高的厂商,在AMOLED 的出货量也位列全球第二。同时国产手机品牌华为、小米、OPPO、中兴等已开始与国内 OLED 面板厂商就新技术研发展开合作,协同创新。国内面板产业发展与国产智能手机 AMOLED 渗透率提升正向协同。根据群智咨询数据显示 ,2019 年中国大陆AMOLED 智能手机面板整体出货量约 5500 万片,同比增长约 165%,市场占比提升至12%。随着 2020 年国内厂家的产能逐步释放,未来该数字将有望进一步提升。

▲2019 年全球智能手机面板各厂商占比(按出货量)

▲2019 年全球 AMOLED 智能手机各厂商占比(按出货量)

可折叠形态创新趋势带来 AMOLED 新增量,2025 年将有望推动可折叠 AMOLED 出货量增至 5000 万片。柔性显示技术的不断发展为智能手机厂商创新提供了新的施展空间,2019 年三星推出旗下第一款可折叠手机 Galaxy Fold 收获不俗市场反馈,引发可折叠形态创新热潮,也带动了柔性 AMOLED 出货量上升。根据 IHS 数据 2019 年可折叠手机渗透率约为 0.1%,对应约 150 万台出货量,而 IHS 预测 2020 年,折叠手机渗透率有望提升至 0.7%,出货量约 1000 万台。反应到 AMOLED 市场,根据 IHS 统计数据,全球可折叠 AMOLED 出货量将有望从 2018 年的约 20 万片,提升至 2025 年的约 5000 万片,七年 CAGR 将达到 220.17%。

▲全球可折叠智能手机的出货量

能手表出货量快速增长,是可穿戴设备占比最高的领域。自 2014 年三星首次推出智能手表以来,智能手表的出货量迅速增加,2018 年全球出货量达 79.1 百万台,相比 2014年增长近 80 倍。根据市场调查机构 IDC 的预测,2019 年智能手表市场全球出货量有望达到 91.8 百万台,若按照 9.4%的年复合增长率来计算,2023 年市场规模将增加至 1.32亿台。随着 Apple Watch 以及来自其他电子产品制造商的各种智能手表越来越受欢迎,智能手表在整个可穿戴设备市场的份额将从去年的 44%增长到 2023 年的 47%。

▲IDC 预测 2019-2023 全球智能手表出货量复合增长率 9.4%

Apple Watch 市占率最高,其次是三星和 Fitbit。苹果持续主导着智能手表市场,从出货量来看,2019Q2 苹果出货量 570 万台,同比增长 50%,占据 46.4%的市场份额,遥遥领先。其次是三星,市场份额为 15.9%,美国 Fitbit 以 9.8%的市场份额位列第三。IDC 最新公布的 告显示,Apple Watch 将在未来几年继续引领智能手表市场,份额占比保持在 50%以上,并迅速拉升智能手表整体销量。三星和苹果这两款标杆性产品均使用 OLED 触控技术。

▲全球智能手表出货量(按品牌分类)

▲全球智能手表市场份额(按品牌分类)

柔性 OLED 产品更符合可穿戴设备的需求。柔性 OLED 产品相对于硬屏产品而言,更加轻薄、耐撞击、不易破碎、便于携带,能够更好地适应穿戴设备的特殊设计要求,因而更加符合智能穿戴设备需求。柔性 OLED 触控显示模组在智能穿戴设备上的应用也将不断增多。Apple Watch 从初代起即采用柔性 OLED 显示技术,Apple Watch Series 4 的显示屏引入了新兴 OLED 驱动背板技术 LTPO TFT, LTPO TFT 即低温多晶氧化物,是OLED 屏的新兴驱动背板材料,相较于传统的 LTPS (低温多晶硅薄膜晶体管),可以节省 10-15%的电量,功耗更低,分辨率更高、直接速度更快、成本低、均一性好。目前Apple Watch 的 OLED 面板供应商主要由 LG 一家,即将发布的 Apple Watch Series 5 将引入日本 JDI 作为供应商。

随着汽车辅助驾驶、信息化和智能化概念不断升温,车载显示成为人车交互入口,用于向驾乘者反馈更多、更直观的实时信息,并能够提供导航、倒车雷达、车辆状况、多媒体影音等功能。显示屏车载应用日益多元,主要包括仪表盘、中控屏、后视镜以及 HUD抬头显示、娱乐系统等。柔性显示技术在车载领域的应用,将使汽车产业的进化更加符合用户的智能化需求。

车载显示屏呈现出大屏化、高清化、交互化、多屏化、多形态化等五大发展趋势,有望迎来量价齐升。随着功能升级和易操作性要求,车载显示屏从原来的 3-4 英寸小屏幕,发展到近期的 10 英寸,甚至 17 英寸,车载显示屏幕尺寸越来越大,中控屏通常在 7~10英寸之间。特斯拉 Model S 首次推出 17 英寸的大尺寸触控中控屏,大大提升整车科技感和驾车体验。这也引得越来越多汽车厂商纷纷效仿,奔驰 SUV GLB 车型搭载双 10.25英寸大屏,拜腾更是推出 48 英寸的超大中控屏,车载显示器变得越来越大,推动显示屏价值提高。根据 IHS Markit 的调查统计,2018 年全球市场汽车中控显示屏的平均尺寸为7.7 英寸,预计到 2024 年将扩大到 8.4 英寸。

▲车载显示器发展趋势

汽车智能化趋势下,多屏智能联动带动车载显示屏需求量上升。车载信息娱乐系统、流媒体中央后视镜、抬头显示系统 HUD、全液晶仪表、中控屏多屏融合车联 模块实现人机交互,以满足驾乘者智能驾驶和娱乐需求,将推动车载显示的大规模使用。根据盖世汽车研究院预测,到 2025 年全球智能 联车市场规模达 5506 亿美元,2018-2025CAGR 达 14.9%;中国智能 联车市场规模达 2154 亿美元,2018- 2025 CAGR 达 17.0%。基于此大背景下的汽车智能化、新能源化的确定趋势下,作为人机智能交互入口的车载显示屏需求将不断攀升。

▲2015-2022E 全球车载显示出货量现状及预测

车载显示屏快速增长,预计复合增长率为 7%。根据 Global Market Insights 的数据,到2025 年,全球汽车显示屏市场将从目前的 150 亿美元翻倍增长至 300 亿美元。根据 IHSMarkit 数据,2018 年,汽车用显示屏出货量同比增长 9.4%,总量为 1.62 亿片。其中,中控显示屏同比增长 7.9%,仪表盘显示屏同比增长 5.6%。预计 2019 年的总出货量预计将下降至 1.6 亿片,同比下降 1.3%。预测 2017-2025 年间,车载显示器出货量的复合增长率将达到 7%。

2、 大陆 OLED 产能占全球比重不断提升

2018 年面板行业景气度处于上行阶段,厂商密集投资扩产能。继高世代 TFT-LCD 面板后,以 AMOLED 为代表的新型显示面板投资进入高峰期,2018 年 OLED/LCD 及相关配套建线投资总计超 7000 亿,其中 OLED 投资规模接近 2000 亿。

得益于大陆对显示面板产线投资踊跃,AMOLED 产能规模扩张迅速。目前仅大陆仅 6代柔性 OLED 面板产线,中国内地已投产和在建的数量加起来已有 13 条,此外还有一条深圳柔宇的类 6 代线。目前大陆柔性 AMOLED 总投资规模超 6000 亿元,其中京东方一家的总投资金额就高达 1615 亿元。而在 2015 年底,投产和在建的产线数字仅为4 条和 6 条。政府资金加速涌入助力开启“技术+产品+产业链”布局。以维信诺为例,截止 3Q18,公司由年初至 告期期末计入当期损益的政府补助达到 8.56 亿元。12 月 19日维信诺再发公告,再获得政府补助项目共计 6 项,属于为取得、购建或以其他方式形成长期资产的政府补助总额人民币 20.00 万元;属于与收益相关的政府补助总额人民币55,857.4812 万元。

▲全球各地区 OLED 产能增长情况(按基板数量,K 片)

▲全球各地区 OLED 产能增长情况(按面积,百万平方米)

我们统计了包括 WOLED、RGB OLED 和 QD-OLED 在内的全球主要 OLED 厂商已投和在建产能情况,假设满产满载,并不考虑良率损失,预计 2021 年大陆制造商将占全球 26%产能面积,2016-2021 大陆产能 GAGR~85%。包括京东方、华星光电、维信诺、和辉光电在内的大陆 G6 AMOLED 产能集中于 2018-2019 年开出,涉及产能总计超 150k 片/M。

▲2021 年大陆在全球 OLED 产能占比达 26%(按面积)

▲2015-2021 大陆面板厂商产能(纵轴百万平方米)

大陆龙头京东方引领大陆 OLED 产能占全球比重不断提升,4Q13 鄂尔多斯(B6)产线投产,主攻 51k 片玻璃基板/月 LTPS LCD,辅助 4k 片/月的 AMOLED 硬屏,是中国首条、全球第二条 5.5 代 AMOLED 生产线,结束韩企 AMOLED 产能垄断。2017 年 10 月,成都(B7)G6 LTPS AMOLED 柔性/硬屏产线率先实现量产,抢占新一轮 OLED 投资扩产先机,目前产能

 

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