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LED产业及MiniMicro LED市场研究报告

发布时间: 2019-08-08

  从长周期维度来看,LED行业由海兹定律驱动成长。即每经过10年,LED输出流明则提升20倍,而LED的成本价格将降至现有的1/10。在海兹定律的驱动下,LED单芯片成本不断下降,亮度不断提升,长周期带动了LED产业的应用渗透。但以3-5年为一个时间节点来看,LED又表现出较为明显的周期性,行业景气度由供需博弈决定。回顾2009年至今,LED芯片行业大致以4年左右为一个周期,每轮周期中行业盈利水准与库存以及LED指数的走势密切相关。2018年至今,LED市场再次进入下行周期,目前来看Mini LED技术及供应链不断成熟,有望成为推动市场逐步恢复的新成长动能。

  小间距显示持续景气,成本下降有望推动市场高增长。2015年以来,LED小间距显示成为带动行业景气度恢复的重要因素,未来在专用显示及商用显示市场仍有较大持续渗透空间。相比于传统LED,小间距产品在亮度、色彩、可靠性、超大尺寸显示等方面优势显著,在专业显示市场对液晶和DLP拼接屏形成快速替代,当前渗透率已接近20%。智慧路灯也有望成为小间距LED显示在5G世代的另一重要产品应用方向,集成5G小基站、安防监控、充电桩、环境监测、语音广播、智能调光等12大功能,市场空间超千亿,远超当前小间距传统专用及商用显示市场。

  采用Mini LED背光技术的LCD显示屏,在亮度,对比度、色彩还原和节能优于当今LCD显示器,甚至能与AMOLED竞争,同时还能控制生产成本。技术进步带动MiniLED作为小间距显示产品升级。Mini LED作为小间距技术的延伸,在商用及家用显示领域有望迎来应用渗透。四合一封装技术的突破是 Mini LED产品落地的关键。COB是适用于Mini/Micro LED产品的核心封装技术,未来最具应用前景。Micro LED在消费电子和穿戴产品也有广泛应用前景,Micro LED显示的应用,因自发光的显示特性,搭配几乎无光耗元件的简易结构,即能实现低能耗或高亮度的显示器设计。

  Mini LED能够利用既有的LCD技术基础,结合同样成熟的RGB LED技术,开发出新一代背光设计的面板。从性能上讲,无论是画质、厚度、成本还是异形切割、曲面显示,都能够与AMOLED电视面板相媲美,有望成为大尺寸AMOLED显示的潜在竞争方案。模型测算Mini LED 未来三年2片寸总需求量将达到1.07亿片,市场需求增长空间极大。华为即将发布荣耀智慧大屏,Mini LED背光亦有望应用于部分机型,带动Mini LED背光在5G大屏显示应用新趋势。建议关注产业链受益公司中微公司、三安光电、木林森、国星光电、洲明科技、瑞丰光电、TCL集团等。

  LED产业类似于半导体摩尔定律的法则,我们称-+之为海兹定律(Haitzs Law)。在海兹定律的驱动下,LED单芯片成本不断下降,亮度不断提升,长周期带动了LED产业的应用渗透。海兹博士曾在2003年,对从1965年第一只商业化LED到2003年LED的产业数据进行分析后发现,每18 - 24个月LED亮度约可提升一倍。因而总结出LED领域的“摩尔定律”,即著名的“海兹定律”:每经过10年,LED输出流明则提升20倍,而LED的成本价格将降至现有的1/10。

  依循这个定律,LED的应用市场不断拓展,从工业用、车用、手机、电视到照明,其市场规模正处于大幅的成长中。与半导体产业的发展类似,LED产业的蓬勃发展,除LED本身的技术进步,也离不开产业链配套的成熟及应用的不断创新。从其产业发展历史来看,主要包括四个阶段。

  1907年,Henry Joseph Round首先发现了碳化硅的电致发光现象。20世纪50年代,英国科学家在电致发光的实验中使用半导体砷化镓发明了第一个具有现代意义的LED。在1980年之前,除蓝光、白光外,红、橙、黄、绿光LED相继出现。之后,日本日亚的中村修二于1994年和1995年,在氮化镓研究方面获得重大突破,获得了蓝光LED,继蓝光LED技术突破后,白光LED正式启动了广泛的LED应用的时代。

  LED进入第一个黄金时期,初期是由美国亮锐Luminleds公司倒装技术与台湾的正装技术的竞争,最后因为激光切割的技术与ITO透明导电层技术的导入,正装技术大获全胜,LED进入背光时代。在这一阶段,台湾厂商大量投入并主导了LED产业,LED开始进入照明、LCD背光的商用阶段。

  这期间是一个接力赛程,LED技术路线再次提起,倒装,CSP,硅衬底,氧化锌,氮化镓同质衬底等技术出现。大陆通过LED领域持续的规模化投资,产业重心由台湾慢慢转移至中国大陆,一系列技术也由台湾工程师带到大陆。图形衬底PSS技术,半导体的自动化设备导入,溅镀透明导电层(Sputter ITO),反射电极结构的优化,外延结构优化带来外延成本大幅降低。同期当美国Veeco MOCVD设备导入,台湾工程师也渐渐失去价值,降低了大陆人事技术成本,台湾与大陆由分工关系变成竞争关系。

  2015年可能是LED行业最低谷的一年,因为大陆企业的非理性杀价竞争,导致许多企业几乎都要放弃退出,14年科锐宣布303流明瓦技术发布之后,欧美日韩台湾企业在产业内就少有声音了。但大陆企业活跃许多,封装企业加快扩产和并购,国内不少一线封装企业通过重组,实现规模化,逐步缩小和国际大厂技术和品质的差距。例如金沙江对Lumileds成功收购,鸿利光电对互联网和车联网的产业延伸,瑞丰光电同向产业的整合,国星光电芯片端的延伸,再加上封装大厂木林森、鸿利光电和兆驰股份扩产计划。大陆企业在15年前后通过牺牲利润的方式来延长海兹定律,并随后加速了LED照明、封装、芯片产业的洗牌与整合。同时中国十二五计划已经告一段落,十三五规划不再投入LED行业补贴,少了政府支持,国内LED行业将会进一步的整合,竞争格局也将逐步优化。

  虽然长维度,LED的应用渗透来自技术的进步与成本的下降,呈现出一定的成长性。但以3-5年为一个时间节点来看,LED又表现出较为明显的周期性,行业景气度由供需博弈决定。回顾2009年至今,LED芯片行业大致以4年左右为一个周期,每轮周期中行业盈利水准与库存以及LED指数的走势密切相关。其中库存拐点往往领先盈利拐点一个季度,盈利拐点与指数拐点几乎同步,若库存水位不再上升,LED指数基本确认底部区域。

  首轮周期(2009~2012):在2009年~2010年,背光源市场需求上升,国内出现了LED产业快速集中投资的局面。前期投资过热形成的产能,在2011年下半年至2012年上半年集中释放,令LED芯片价格持续下跌。

  第二轮周期(2013~2016):2013~2014年,LED背光应用市场逐渐饱和,LED通用照明应用市场渗透比重持续提升,由29%提升至34%,增加的需求消耗掉以前过剩的产能,其中汽车照明应用占比为9%。照明应用成为全球LED应用新一波高速增长的动力。2015年随着MOCVD产能利用率高达70%和开机率高达85%,使得LED芯片产能大增,供过于求,芯片行业开始下行周期,价格下降。

  第三轮周期(2016~2020):在2016下半年,由于小间距市场的需求爆发,叠加国内LED照明产品市场渗透率增加10个百分点达到42%,芯片行业渐渐迎来新一轮上行周期。短期的供需错配导致产品价格持续走高,随后国内LED芯片龙头和新进者,开始进行投资扩产,经过大约一年的扩产周期,在2017年底产能大约陆续的完成释放,17Q4起再次进入下行周期。随后,受到全球宏观经济下滑,和中美贸易战的影响,18年下游LED照明市场需求持续疲弱。18年LED芯片价格因此大幅度下降,部分小厂商芯片价格已低至现金成本线。

  目前来看,供给端新增产能明显减慢,小厂及日韩厂商老旧产能正逐步消化;同时需求端,照明应用的需求边际改善,小间距应用持续保持30%以上的较高的增速,2019年LED芯片的供需关系有望逐步恢复至较为平衡的状态。目前封装产品库存维持在中低水平,库存调配所带来的芯片端需求弹性较高。国际大公司先后推出Mini/Micro LED产品,渗透率提升有望推高LED芯片需求。总体来看,我们认为LED芯片行业底部区域正在逐步确认。

  从行业趋势来看,产能转移叠加集中度提升,本轮下行周期将再次引发对海外LED芯片厂商,及国内小厂的挤压效应。一方面促使产能转移至中国大陆的趋势持续凸显,另一方面将使行业集中度进一步提升,LED芯片龙头厂商强者恒强。中国已逐渐发展为全球最大的LED芯片研发和生产基地。统计数据显示,2017年中国大陆LED芯片产能已占全球58%,处绝对主导地位,台湾地区占比15%,日本12%、韩国9%、美国3%。

  经过多轮行业洗牌后,大陆LED芯片厂商也以三安光电、华灿光电、德豪润达、澳洋顺昌、乾照光电等厂商为主。根据统计数据显示,截至2018年度,三安光电4344.4万片(折合二寸片)的年产能位居国内厂商榜首,华灿光电以2171万片位居国内第二。德豪润达2018年末产能已达到1000万片,预计未来有望扩展至1500万片。国产厂商整体也保持着较高的产能利用率,2018年末平均达89%。

  从MOCVD设备的保有量及每年新增量来看,大陆厂商也持续保持全球前列。其中2011年绝对增幅最大,新增设备476台,以Veeco的K465i设备增加最多。截至2018年末,大陆MOCVD设备保有量超过1700台,新增超过180台。

  2018年下旬,德豪润达宣布,将动用23亿元资金购入130台MOCVD设备。芜湖、扬州德豪润达共计已到货MOCVD设备92台,目前只有58台投产(含6台研发机台)。受LED应用渗透影响,MOCVD设备产能利用率持续回升,从13年74%提升到18年85%。

  自2016年以来受小间距应用驱动,大陆LED行业迎来一轮景气周期,华灿光电此前仅有近100台MOCVD设备,公司业绩拐点也出现在2016年,营业利润由之前的负增长变为增幅123%。此时,公司已启动扩产计划并顺利实施,生产基地从武汉、张家港扩张至浙江义乌。18年底公司已有MOCVD 设备263台(折算成2寸54片机),且全部导入4寸片生产工艺,外延片综合良率99%。公司4寸衬底片产量达到每年489万片,产能利用率已达98%,在建产能还有每年700万片。

  2018年底,乾照光电在蓝绿光LED外延芯片领域拥有MOCVD共55个腔(折K465i机型),年产能达到480万片,产能利用率为94.6%,在建产能720万片。在红黄光LED外延片及芯片领域,乾照光电现有MOCVD共26个腔,年产能达到218万片,产能利用率为84.82%,在建产能144万片。

  根据LEDinside的统计数据,18年底大陆LED芯片厂商总产能达到1120万片/月(折合2寸片),年增幅超过30%。预期19年LED芯芯片产能还会再增140万片/月(折合2英寸),增加超过10%。2015-2016年随着国内小厂商低端产能MOCVD淘汰,生产效率不及新型设备,小厂逐渐关闭,国内主流厂商渐渐占领国内LED芯片市场。

  受益于政府MOCVD补贴及十城万盏工程等政策推动,中国大陆LED产业近十年来历经高速成长,产能规模也不断拉高。根据中国CSA国家半导体照明工程研发及产业联盟资料显示,中国大陆2018年MOCVD机台总数达到1908台,较2017年又增加接近200台,机台数量年增率超过一成。由于2018年持续采购设备,推估2019年中国LED产能还有两位数增幅。

  供给端:1)国外产能暂停,中国大陆产能持续增长。2)设备大约每四年会就会有比较大的升级,市场上存量的低端MOCVD将被迫逐步淘汰。预计2012到2014年生产的机型未来将逐步淡出市场,目前海内外所买折合 K465i型号MOCVD将近800台,全球保有量为3000多台,保守估计每年淘汰 100 台。

  需求端:1)在成本上,外延片能够切割的芯片数上升,并带动单芯片成本下降,大约一年的LED平均光效会上升约10%,那可切割芯片数就会成为原来的1.1倍,成本每年下降10%。2)下游应用市场规模增长,根据Trendforce的预测,全球LED照明应用市场规模年复合增长率为 8%,2020年市场规模有望达到650亿美元。

  2018年至今,LED市场再次进入下行周期,目前来看Mini LED技术及供应链不断成熟,有望成为推动市场逐步恢复的新成长动能。2015年 LED 芯片出现短期的供过于求,导致价格不断下降,使得企业利润渐渐亏损, 2016 年初 LED 芯片大厂晶元光电,开始停产蓝光LED芯片产能的20%到25%。作为主流公司,晶元光电在市场份额占比大,减少市场的供给让 LED 芯片市场供需情况得以缓解。

  2016年下半年,晶元光电把剩余产能的部分芯片价格再调整上升,幅度大约10%至15%。之后三安、华灿等LED 企业也跟着一起涨价,行业供给过剩情况暂时被打破。伴随供给端整体收缩,以及下游小间距应用带来的需求增长,行业再次进入上升周期。大陆厂商的扩产,在2017年底陆续完成产能释放,而2018年中美贸易争端也加剧了下游需求的不确定性,市场面临供需压力并再次进入下行周期。

  2018年LED芯片价格大幅度下降,部分小厂商芯片价格已低到现金成本线,大厂也因此受牵连,三安光电和华灿光电企业受LED芯片价格影响,18年毛利皆有下滑。华灿光电2018年LED芯片毛利同比减少9.45%,特别四季度行业开始加大出清库存力度,使得四季度LED芯片价格大幅下滑,导致公司收入与毛利迅速降低。

  根据前述分析,随着老旧产能的出清,2019-2020市场景气度有望逐步恢复。近年来,LED上下游厂商也加大了对Mini LED的技术研发及产品开发力度,随着产品及供应链配套的成熟,Mini LED产品有望给行业的下一轮景气周期提供新的成长动能。

  MiniLED是指用于显示应用的芯片尺寸在50-200um之间的基于倒装结构LED芯片。在显示上主要有两种应用,一种是作为自发光LED显示(Mini RGB),另一种则用于LCD的背光显示。相比于传统的背光LED模组,Mini LED背光模组将采用更加密集的芯片排布来减少混光距离,做到超薄的光源模组。

  MiniLED涉及到对大量LED芯片的转移,相比于Micro LED,有相对较大的芯片尺寸,且带有更加硬质的衬底,因此mini LED的转移有更高的精度容忍度,并且芯片由于带有衬底,对芯片的拾取操作上有更多的灵活性。基于Mini LED的这些特点,各厂商都有在开发miniLED相关的转移技术,Mini LED将来有潜力为市场提供新的成长动能。

  三安光电认为,LED主流研究方向主要在Mini LED等方面。在显示屏方面,与传统LED显示屏产品相比较,Mini LED存在着成本、价格、封装、防护、运输、安装、维护等一系列的优势,能够很好地解决传统 LED 显示存在的问题。而在背光模组方面,相同技术规格下,Mini LED背光的液晶电视面板价格,只有OLED电视面板价格六至八成,饱和度、高动态范围都优于OLED,省电一半,具有异型切割特性,可实现曲面背光,其厚度与OLED相当。特别Mini LED将在2019至2020年进入高速发展阶段,随着技术的进步和成本的不断下降,未来有望带来 LED 行业新一轮爆发,目前,Mini LED应用仍局限在高阶市场,比如专业电竞游戏显示器行业,市场渗透率大约在5%以内。

  华灿光电在mini RGB方面,采用结构为更加稳定的DBR+ITO结构的倒装芯片,并且在芯片台阶以及侧壁做了绝缘层的优化,进一步的提高了芯片的可靠性。另外还特别针对Mini红光LED芯片的衬底转移技术进行了优化,提升整体良率的同时提升了可靠性。Mini RGB芯片目前已经实现量产,并且已经成为国内外几个主要下游玩家的供应商。在Mini BLU方面,为了实现超薄背光模组的均匀混光,华灿光电同国内外下游以及终端厂家配合开发容易实现均匀混光的LED芯片。目前华灿光电的Mini BLU常规芯片可以实现量产,并且已经切入几个重要下游客户的供应链。

  MiniLED芯片和灯珠单位面积使用量巨大且排列十分紧密,对焊接面平整度、线路精度提出更高要求,对焊接参数的适应性和封装宽容度要求也更为严格。因此在高效率和高精度的Mini LED芯片固晶,成为摆在MiniLED面前的一道难题。传统锡膏固晶容易导致芯片焊接漂移,孔洞率增大,无法满足Mini LED的高精度固精要求,更高精度固晶基板及固晶设备成为急需解决的问题。传统贴片机在对P1.0以下Mini LED封装器件进行贴片时,由于精度要求在25um以下,因此传统贴片机必须将贴片速度降低到原有贴片速度的30-50%,这将大大降低显示屏的生产制造效率,更高效的贴片机也是是未来Mini LED所面临的一大难题。

  尽管Mini LED背光导入高阶应用市场,有望为LED厂在价格竞争压力下杀出血路,但2018年仍受限于成本偏高,尤其硬式OLED面板与LCD面板价格竞争趋于白热化,导致Mini LED背光搭载于高阶智能手机进度不如预期,业界估计Mini LED价格仍需下降逾15%,才有机会触及市场甜蜜点。2018年下半高阶电竞产品采用Mini LED开始小量出货,中大尺寸应用产品能避开OLED面板价格竞争,2019年上旬出货动能将慢慢的放大,推动Mini LED背光市场需求的增加。

  多家LED厂商看好Mini LED应用成长的市场潜力,晶电预测2019年Mini LED需求将快速增长,有机会占蓝光产能5-10%,2020年占比有望达到30%。由于目前Mini LED背光成本偏高,整体营收增长还并不明显,Mini LED背光成本和LED搭载芯片颗粒数有较大相关性。估计2019年Mini LED背光仍必须透过减少LED颗数及改良设计达到成本优化,降幅有望达15%左右。

  2015年以来,LED小间距显示成为带动行业景气度恢复的重要因素,未来随着成本的逐步下降,有望持续推动市场应用高增长。通常我们将灯珠间距在2.5mm以下即P2.5的LED显示产品称之为小间距LED。以利亚德、洲明、联建等为代表的中国小间距LED显示屏企业,不仅在体量上已经远远走在行业前列,在技术层面上也有着巨大的优势,利亚德早在2016年便已经量产点间距0.7mm的小间距产品。

  相比于传统LED,小间距产品在亮度、色彩、可靠性、超大尺寸显示等方面优势显著,在专业显示市场对液晶和DLP拼接屏形成快速替代,当前渗透率已接近20%。技术进步和成本下降推动小间距性价比持续提升,持续替代空间巨大。中国大陆已成为全球最大的LED生产基地,产业链配套成熟,在全球LED显示领域处于优势地位。未来小间距成本的持续下降,有望推动小间距向商用和民用市场的快速渗透。

  专用市场及商用市场是小间距显示的两个主要应用方向,其中商用市场规模更大,小间距性价比的提升将有望推动其在商用市场的持续渗透。专用市场包括公安、能源、交通等政府部门显示应用领域。夜游经济,是政府为主导的商用市场,过往几年也是推动小间距应用渗透的重要方向,虽受宏观经济波动影响自2018年以来投资进度有所放缓,但优质项目的应用渗透仍将是确定性趋势。

  其它商用领域,包括电影、广告、体育、文娱在内的多领域运营模式的革新,将有望持续推动小间距景气度上行。2018年小间距全球市场规模约68亿元,经测算商用市场的细分领域,电影屏未来每年市场空间就有30亿元,小间距市场未来3年有望持续保持30%以上的高增速,国内小间距领军企业将深度受益需求行业增长。

  在相同的显示面积内,使用灯珠数量越多,灯珠彼此间距越小,成本会相对有所提升。LED 芯片半导体的属性,让同规格的LED芯片成本及价格每年降低,而灯珠的亮度性能翻倍成长。另一方面,随着更小间距晶粒生产技术成熟度的不断提升,LED灯珠间距也越来越小,单位面积内使用晶粒数量在提升,更高的技术附加值也决定了LED显示产品,单位面积成本及售价也有所提升。因而LED显示屏像素密度也会逐年增加,但长周期来看,同等像素密度的产品成本与单价是不断下行的,因此也带动了小间距LED显示产品的应用渗透。

  一、安防监控:凭借无缝拼缝、优秀色彩表现、低能耗等特点,小间距LED显示屏符合对画质要求较高的指挥控制中心、广电演播室、气象信息中心等高端室内应用需求。与安防监控、指挥调度等领域目前占据主导地位的DLP背投拼接大屏相比,小间距LED优势在于无缝拼接,理论上尺寸能无限扩大,并且安装方式灵活多样,屏体厚度薄,节省空间,亮度高,能满足半户外环境使用需求。

  二、展览展示:小间距LED显示屏有灵活组建方式,广视角、超薄机身,安装维护方便快捷等优点,广泛适用于各种公共信息显示领域,如酒店大堂、机场、影院、医院等信息公告牌。在有公共信息展示需求的商用领域,小间距LED显示屏可以替代大中尺寸商用显示器使用,功耗低、寿命长,可以适应长时间连续开机运行的高强度使用需求。

  三、商务教育:小间距LED显示屏还可以满足各种商用领域的使用需求,诸如企业会议室、董事长办公室、网络视频会议等,可以替代投影机,打造明亮的办公环境。尽管目前商教领域不是小间距LED显示屏主攻方向,但相比传统投影机,小间距LED显示屏安装维护更加方便。

  四、家用领域:画面细腻程度的提升,将LED显示屏室内应用变为可能。随技术提高,小间距LED显示技术LED电视应运而生。近年来,不少LED显示屏厂家切入这市场,提高技术研发,加速家庭显示应用领域步伐。目前小间距LED显示屏作为家用电视产品仍处在初步试水的阶段。小间距LED电视较可能突破的是高端别墅大尺寸私人影院。

  此外,智慧路灯也有望成为小间距LED显示在5G世代的另一重要产品应用方向。智慧路灯除配套传统的小间距LED显示屏外,将多项业务系统整合在一个综合智慧管理平台上,包括5G小基站、安防监控、充电桩、环境监测、语音广播、智能调光等12大功能。单根智慧路灯目前总造价约10万元,其中显示屏造价约3-4万元,智慧路灯根据单体功能不同造价也会略有差异。

  目前在该产品领域,国产厂商洲明科技布局较为领先,公司与全球知名通信厂商达成战略合作,布局5G智慧路灯业务,同时洲明科技也是边缘计算首届联盟理事会成员之一。公司具备智慧路灯软硬件系统集成能力,预计软件系统的技术附加值将更大。公司通过自主研发的光环境管理平台,可解决市政资源重复浪费、数据独立且分散、联动协作不便等行业痛点,实现多资源联动,统一运营管理,帮助客户提高智能化决策水平。此外,公司大力探索数据融合、边缘计算、人工智能等技术,可实现基于安防摄像头的人脸识别、车辆识别,以及基于边缘计算网关的自主管理等应用。

  智慧路灯应用场景主要为市政道路、智慧景区、智慧园区和智慧商圈等。2015年至今,洲明科技的智慧路灯已经率先成功入驻多个著名景区和繁荣商圈。根据估算,智慧路灯总市场规模预计将超过千亿,远超传统的LED小间距显示市场,智慧路灯产品有望从2019年末出货开始逐步起量。从商业模式上来看,智慧路灯将主要来自政府的采购投入,以产品买断式经营为主,设备提供商除出售产品外,后续主要通过收取软件维护费用形成合作。

  从市场规模上来看,小间距显示未来在专用显示及商用显示市场仍有较大持续渗透空间。目前国内主要城市公安指挥中心仍以DLP、 LCD拼接屏为主,小间距LED的渗透率不足10%,未来小间距LED在公安领域渗透率有望提升到50%。全国2800余个区县,假设各省级、地市级、区县级均配备至少一块显示屏,若小间距LED显示屏购置标准分别400万元、 250万元、 120万元,仅算公安指挥中心市场规模就达22亿元[(省数*400 万元+地级市数*250 万元+区县数*120 万元) *渗透率 50%]。安防领域还能细分为治安、消防、交警、刑侦、特警等,小间距LED市场规模就将超过100亿元。

  奥维云网数据显示,2018年中国商用显示市场规模预计达766.4亿元,香港最快开奖现场直播,同比增长率达39.10%,其中小间距LED渗透率大约8.7%,增速高达76%。会议市场为例,目前中国会议室数量2000万间左右,假设20人以上会议室占比例为5%,若每块显示屏按30万元估算,则LED小间距在中国会议室市场规模约为260亿元。

  中商产业研究院数据显示,2018年中国银幕数量超6万块,同比增长18.3%,预计未来将维持较快增长。假设未来每年新增电影银幕数量为1万块,其中小间距LED在电影银幕渗透率为10%,若每块LED电影银幕价格为90万元,则国内小间距LED电影银幕每年新增市场规模可达9.9亿元。假设中国电影6万块银幕存量市场中,小间距LED对传统电影屏替换率10%,国内小间距LED电影银幕替换市场规模可达60亿元。

  中国LED产业显著高于全球增长速度。2011年以来市场规模快速增长,从1545亿元增长至17年5509亿元,CAGR23.6%。当前,数字化、可视化、信息化、智能化的综合智能政务办公需求与日俱增,小间距LED屏凭借着其轻薄易安装、适用范围广、生产速度快、使用寿命长等优点,快速抢占数字光处理投影技术(DLP)和大屏液晶的市场份额。

  数据显示,2018年中国小间距LED屏市场规模达到73.5亿元,增长率为58%;预计2019年112亿,增长率放缓为52.38%。未来小间距LED显示屏仍将延续高速增长,2018-2020年中国小间距LED显示屏市场规模复合增长率将达44%左右,2020年中国小间距LED显示屏市场规模将达177亿元。

  随着成本不断下降和解决方案的不断成熟,LED小间距在专业显示市场发展呈现出两大发展趋势:1.细分领域应用场景不断增多、行业空间不断释放;2.向省级-地级市-区县级的不断下沉和深入,由此推动LED小间距在专业显示市场渗透率和普及率不断提升,同时,通过AR/VR技术结合,小间距LED屏打破单屏单向显示同质化桎梏,为行业应用创新开启新方向。

  近年来,随着小间距LED显示技术的提升和规模效应显现,行业技术和资金壁垒也在显著提升。在此背景下,利亚德、洲明科技、联建光电和艾比森等业内龙头企业,携资本、成本等优势快速崛起。国内前四家厂商CR4为70%,行业集中度较高,呈现高集中寡占型市场。对于中国小间距LED显示屏企,乃至全产业链企业而言,把握在小间距LED时代占据的既有优势,并将其延伸至未来可期的Mini/Micro-LED领域,是当前及未来的迫切要务。

  灯珠成本价格下降,也是推动小间距显示应用渗透的重要因素。普通 LED 显示屏灯珠成本占总成本的比重只有 30%左右,其他占比较大的成本因素包括 PCB 板、驱动 IC 等。而对于小间距 LED 显示屏,灯珠成本占比目前已达 60%以上,因此小间距 LED 的成本主要取决于上游原材料灯珠的价格。随着上游封装技术的成熟,国产化替代,以及小间距量产带来的规模效应,灯珠成本近年来呈逐渐下降趋势,带动了小间距 LED 显示屏成本的下降。目前主流小间距灯珠型号是 2121 灯珠(P3、P4)和 1010 灯珠,同时 0808灯珠以及 0505 灯珠也已经推出。

  目前2121灯珠单个均价 2 分 6 左右;1010灯珠单个均价 6 分左右,2017 年底降到4分,2018 年后降至3分以内,预计未来价格仍将不断下降。目前来看,同等显示屏尺寸下小间距 LED 显示屏(P2.0)的成本已低于 DLP显示屏,业内普遍预计随着小间距 LED 价格的快速下降,其对 DLP 的替代率在未来三年有望打到 40%-50%,国内替代空间可达 100 亿元以上,全球替代空间可达 300 亿元。

  随着LED成本的下降有望能推动市场高增长,带来潜在的市场效益。在家用电视、商务会议及教育、影院及放映厅领域,我们测算出替换空间分别为107、110、26亿,2015 年全球小间距LED市场销售额45亿元,预计到2020年市场规模扩大为427亿元,5年复合增长率高达56.84%,小间距LED屏厂商将充分受益行业的高速增长。

  MiniLED名为“次毫米发光二极管”,最早由晶电提出,意指晶粒尺寸大约100微米以上的LED,Mini LED介于传统LED和Micro LED之间,简单的说是传统LED背光基础上的改良版本,属于Micro LED的过渡期间产品。MicroLED技术,是LED微缩化和矩阵化技术。在一个芯片上集成高密度微小尺寸的LED阵列,LED显示屏每一个像素可定址、单独驱动点亮,可看作为户外LED显示屏微缩版,将像素点的距离从毫米级降低至微米级。

  采用Mini LED背光技术的LCD显示屏,在亮度,对比度、色彩还原和节能优于当今LCD显示器,甚至能与AMOLED竞争,同时还能控制生产成本。由于用于面板背光的LED数量大大增加,新技术还可以在很大程度上改善LCD屏幕的HDR性能。以智能手机,一台5英寸手机显示屏包含大约25个LED单元,而Mini LED背光能达到包含9000-10000个单元。

  MiniLED把侧光式背光源几十颗的LED灯珠,变成了直下背光源数万颗,采用局部调光设计,其HDR精细度达到前所未有水平。目前Mini LED设计方案分为全彩RGB混光或白光,前者可达到100%NTSC高色域显示,而透过蓝光LED搭配荧光粉的白光Mini LED,则能达到80~90%NTSC显示效果。

  而Micro LED display,则是底层用正常的CMOS集成电路制造工艺制成LED显示驱动电路,然后再用MOCVD机在集成电路上制作LED阵列,从而实现了微型显示屏,也就是所说的LED显示屏的缩小版。Micro LED优点表现的很明显,它继承了无机LED的高效率、高亮度、高可靠度及反应时间快等特点,并且具自发光无需背光源的特性,更具节能、机构简易、体积小、薄型等优势。

  除此之外,Micro LED还有一大特性就是解析度超高。因为超微小,表现的解析度特别高。例如苹果iPhone6S采用micro LED显示后,解析度可轻松达1500ppi以上,比原来的Retina显示的400PPi要高出3.75倍。

  一般定义,在显示领域应用上主要为常规户内外显示屏以及小间距显示屏幕,Mini LED晶粒尺寸大约在50-200um之间的倒装LED芯片,Micro LED 尺寸大约小于50um。Mini LED背光的65英寸液晶面板使用18,000至20,000个LED,这将大量消耗LED芯片制造商的生产能力,由于Mini LED芯片尺寸以及封装技术的限制,RGB自发光显示应用的Mini LED目前能做到点间距极限基本上在0.5 mm左右。

  MicroLED渗透至大尺寸产品时,根据晶电估计,以40寸TV为例,大约需要2400万颗Micro LED,Micro LED做成高分辨率产品时,显示屏幕尺寸可以进一步拓展至80寸乃至100寸以上,这将极大的增加Micro LED芯片的消耗量,使得成本异常高昂。但Micro LED也拥有LCD及其它显示技术所不具备的超大尺寸显示无缝拼接等优点。

  主要包括高亮度、低功耗、超高解析度和色彩饱和度等几个方面。Micro LED最大优势来自于它微米等级间距,每一点画素都能定址控制及单点驱动发光。与其它LED产品发光效率和发光能量密度对比来看,MicroLED最高。显示发光效率上,有利于显示设备节能,其功率消耗量约为LCD的10%、OLED的50%;密度上能节约显示设备有限表面积,部署更多传感器,Micro LED和OLED比较,达到同等显示器亮度只需OLED的10%左右涂覆面积,亮度高30倍,分辨率可达1500 PPI,相当于Apple Watch采用OLED面板达到300 PPI的5倍左右。

  由于Micro-LED使用无机材料、结构简易,几乎没有光耗,使用寿命非常长,这点是OLED无法相比,它的寿命和稳定性,难以媲美无机材料的MicroLED。

  MiniLED在制程上相较于Micro LED良率高,具有异型切割特性,搭配软性基板亦可达成高曲面背光的形式,采用局部调光设计,拥有更好的演色性,能带给液晶面板更为精细的HDR分区,且厚度也趋近OLED,可省电达80%,故以省电、薄型化、HDR、异型显示器等背光源应用为诉求,适合应用于手机、电视、车用面板及电竞笔记本电脑等产品上。

  Mini LED显示上主要有两种应用,一种是作为自发光LED显示,同小间距LED类似,由于封装形式上不需要打金线,相比于小间距LED,即使在同样的芯片尺寸上Mini LED也可以做更小的点间距显示。另外一种则是在LCD显示产品背光上的应用。

  相比AMOLED,Mini LED背光在成本,寿命上有毋庸置疑的优点。由于LED 芯片比OLED有更高的光电转换效率,在加上local dimming控制,Mini LED背光能有较低功耗,能做到更高对比度和亮度,点间距主要受限于LCD技术但也能做到优于自发光的AMOLED。

  由于更精细的控制,这将带来更好的HDR表现。据估算采用Mini LED背光源的液晶面板的成本仅为OLED电视面板的70-80%,而显示性能则相差无几。但Mini LED背光致命弱点是无法做成柔性(但依然能做到曲面),主要受LCD技术限制。

  在终端应用上,从小屏幕如手机、Pad,到中屏幕如车载屏、笔电,再到大屏幕如TV,MiniLED背光与AMOLED各有竞争优势。但在车载和中大屏幕显示,Mini LED背光会有更加明显的成本优势和较长的寿命和可靠性,这些将是目前AMOLED无法取代的优势。Mini LED在背光领域的应用越来越受到业界的重视,在显示的几个最基本要素包括,功耗、成本、寿命、点间距、亮度、对比度上,Mini LED几乎是一个全能选手。

  MiniLED作为小间距技术的延伸,在商用及家用显示领域有望迎来应用渗透。其中四合一封装技术的突破是 Mini LED产品落地的关键。2018年众多企业相继推出新一代小间距LED显示新品——Mini LED,Mini LED是100微米或者以下颗粒尺寸的LED晶体的应用,这种更小的晶体颗粒,几乎是传统300微米尺寸LED晶体颗粒原料耗费的十分之一。更小颗粒的MiniLED虽说节约了上游成本,缩小下游终端像素间距指标,实现0.2-0.9毫米像素颗粒的极小间距显示屏,但这也意味着为中游封装技术带来了更高的技术挑战。而新一代Mini LED新品之所以能够得以成功落地,正是因为突破了中游封装技术的挑战,实现了四合一阵列化封装技术的应用。

  四合一封装技术可以视为传统SMD表面贴装灯珠和COB产品之间的折中策略:一个封装结构中有四个基本像素结构。这不仅简化技术工艺,降低“表贴”焊接困难度,更有助于小间距LED显示屏坏灯的修复,甚至满足现场手动修复的需求。此外,有了四合一技术的助力,让表贴工艺照样大显身手,如今适用于1.0间距尺寸的表贴技术,就可以制造最小0.6间距的LED显示屏,极大程度上继承了LED显示屏产业最成熟的工艺,实现了终端加工环节的“低成本”。

  与此同时,四合一封装技术作为一种“更小晶体颗粒的LED”显示技术,不仅支持更精细的显示画面,打破长期存在的主流产品间距瓶颈,更是有效攻克LED显示的像素颗粒化等难题,大幅度提升整屏坚固性,为受众带来更好的视觉体验。未来实现0.X mm为主的显示产品布局,甚至进入居家显示市场都是有可能的。

  COB是适用于Mini/Micro LED产品的核心封装技术,未来最具应用前景。COB技术同样作为一门新兴的LED封装技术,与传统的SMD表贴式封装不同,他是将发光芯片集成在PCB板中,有效的提升了LED显示屏的发光光色,达到降低风险及成本的效果。如今采用COB封装技术的小间距LED显示屏,已经被称为第二代小间距LED产品,其像素间距在2mm至0.5mm之间,是LED小间距高清显示的未来。特别是从今年开始,COB小间距LED显示屏市场就呈现出高速增长的势头。

  小间距LED显示市场,COB技术流行的原因主要在于这种技术能够有效克服LED显示的像素颗粒化问题,并带来更好的整屏坚固性。四合一LED封装虽然每一个基本封装单元只有四个像素,但是依然属于更高集成化的封装,显然会具有COB显示的很多特性。同时Mini LED晶体颗粒,使得LED晶体在显示屏上的面积占比,较传统同间距指标产品下降九成,有更多的空间提供更好的“密封性”和“光学设计”,进一步实现产品视觉体验和可靠性的增强。可以说,四合一Mini LED与COB小间距LED一样,是高度克服LED显示“像素颗粒化”现象、并提供更高稳定性的技术。

  COB是传统LED封装工艺由正装走向倒装最好的敲门砖。倒装工艺无焊线,完全没有因金线虚焊或接触不良引起的LED灯不亮、闪烁、光衰大等问题。同时,倒装工艺能够最大程度提供LED晶体的有效发光面积,最大程度提供LED晶体的有效散热面积,进一步提升了产品光学特性和可靠性。采用倒装工艺被视为下一代LED显示产品晶体封装的“关键方向”

  芯片微缩化,要求Mini LED像素点的间距在1mm以下,芯片变小尺寸在200um以下。倒装芯片技术,由于倒装芯片无需打线,适合Mini LED超小空间密布的需求,因此目前Mini LED主要采用倒装芯片结构。蓝绿光倒装LED芯片生产较为成熟,但红光倒装LED芯片技术难度高,由于需要进行衬底转移,而芯片在转移技术过程中生产良率和可靠性还不高。

  MiniLED产业上下游厂家在研发新技术同时,也在积极通过其它方法降低成本。总体来看,目前国内外Mini LED厂家重点在研发或拓展的新技术包括出光调节芯片、COB和IMD封装、Mini LED巨量转移、TFT电路背板、柔性基板等。

  在Mini LED作为背光使用时,采取大量LED芯片作为直下式的背光源,在为了调节芯片的出光,使其更容易实现超薄设计,华灿光电在传统的背光芯片上增加优化膜层,可以提升芯片出光角度,从而使得LED芯片的出光更加均匀,有效提升显示效果。

  目前COB封装,直接将LED裸芯片封装到模组基板上,然后进行整体模封,相对于传统的SMD封装。这种COB封装的全彩LED模组具有制造工艺流程少、封装成本较低、封装集成度高、显示屏的可靠性好和显示效果均匀细腻等特点,有望成为未来高密度LED显示屏模组的一种重要的封装形式。目前由于COB的产业链还没有建立完善起来,COB产品单位面积的成本比SMD高,未来随着COB显示封装产业链逐渐成熟,COB显示封装市占率有望快速提升。

  国星光电6月份发布的用于显示的Mini LED,采用集成封装技术(IMD),即四合一阵列化封装,横向和纵向分别用两颗灯珠组成的小单元,其中每颗灯珠依然是RGB三色芯片封装而成,突破了传统的设计思维,集合了SMD和COB的优点,这也将是COB封装大规模应用的前奏。

  相对于Micro LED的巨量转移技术,Mini LED的芯片尺寸较大,因此转移难度相对较小,结合巨量转移和COB封装技术,可以有效提升Mini LED的生产周期,目前Uniqarta的激光转移技术,可以透过单激光束或者是多重激光束的方式做移转,实现每小时转移约1400万颗130x160微米的LED芯片。

  如果要在画面现实效果上与OLED竞争,Mini LED背光+LCD必须做到顶级的HDR才行,也就是Local Dimming背光源的调光分区数(Local DimmingZones)必须要数百区甚至数千区才足够,但是若以传统的LED背光源驱动电路架构,这样的想法会因组件使用过多,而牺牲成本及轻薄设计。有鉴于此,群创提出使用主动式矩阵TFT电路来驱动的AM Mini LED架构。

  MiniLED背光一般是采用直下式设计,通过大数量的密布,从而实现更小范围内的区域调光,由于其设计能够搭配柔性基板,配合LCD的曲面化也能够在保证画质的情况下实现类似OLED的曲面显示,但是由于Mini LED数量众多,产生热量巨大,而柔性基板的耐热性往往较差,因此研发具有高耐热性的柔性基板也将是未来的技术趋势之一。

  Micro LED是新一代显示技术,比现有的OLED技术亮度更高、发光效率更好、但功耗更低,出色的特性将使得它不仅在巨幕显示拥有优势,消费电子和穿戴产品也有具备应用前景。2017年5月,苹果已经开始基于Micro LED显示技术的开发。2018年2月,三星在CES2018上已推出了Micro LED电视产品。

  Micro LED是将微米等级的Micro LED巨量转移到基板上,类似微缩的户外LED显示屏,每一个Micro LED都定址并且可以单独驱动点亮,相较OLED更加省电,反应速度更快。Micro LED技术上已经突破了OLED的局限,亮度和饱和度相比之下都更高。此外由于OLED材料是有机发光二极管,在使用寿命上天然也无法与Micro LED等无机材料相比。对显示产品寿命要求较高的应用领域,如汽车抬头灯、大型屏幕投影等Micro LED将更具备竞争力。

  Micro LED与OLED、LCD等技术相比,在各个功能性指标方面(PPI、功耗、亮度、薄度、显色指数、柔性面板适应度)都具备一定优势。但LCD面板应用时间较长,供应链成熟度较高,有价格优势,在30-80寸的电视产品应用领域,仍具备极强的竞争力。并且量子点、BD Cell、Mini背光作为技术补充,也一定程度上能提升LCD产品的显示性能。

  Micro LED在性能上优于OLED,但目前OLED在30寸以下消费电子市场,特别是手机市场供应链配套较为成熟。OLED除具备可做折叠类显示产品的优势外,在触控、屏下指纹、屏下摄像头等功能集成性方面,也更为成熟。而Micro LED在相关方面供应链配套较为欠缺,目前产品成本也较高,其次Micro LED在芯片巨量转移方面也待技术改进,生产效率上与OLED相比还暂不具备优势。

  MicroLED Display的显示原理,是将LED结构设计进行薄膜化、微小化、阵列化,其芯片尺寸仅在1-10um等级左右;后将Micro LED批量式转移至电路基板上,其基板可为硬性、软性之透明、不透明基板上;再利用物理沉积制程完成保护层与上电极,即可进行上基板的封装,完成结构简单的Micro LED显示。

  而要制成显示器,其晶片表面必须制作成如同LED显示器般之阵列结构,且每一个点像素必须可定址控制、单独驱动点亮。若透过互补式金属氧化物半导体电路驱动则为主动定址驱动架构,Micro LED阵列晶片与CMOS间可透过封装技术黏贴。

  黏贴完成后Micro LED能借由整合微透镜阵列,提高亮度及对比度。Micro LED阵列经由垂直交错的正、负栅状电极连结每一颗Micro LED的正、负极,透过电极线的依序通电,透过扫描方式点亮Micro LED以显示影像。

  自2008年以后,LED光电转换效率得到了大幅提高,100lm/W以上已成量产标准。因此对于MicroLED显示的应用,因其自发光的显示特性,搭配几乎无光耗元件的简易结构,就可轻易实现低能耗或高亮度的显示器设计。这样可解决目前显示器应用的两大问题:一是穿戴型装置、手机、平板等设备的80%以上的能耗在于显示器上,低能耗的显示器技术可提供更长的电池续航力;二是环境光较强致使显示器上的影像泛白、辨识度变差的问题,高亮度的显示技术可使其应用的范畴更加宽广。并且Micro LED的显示产品几乎可以适应各种显示尺寸。

  在微显示领域Micro LED产品具备一定的成本竞争力。目前微投影技术以数位光线处理、反射式硅基板液晶显示、微机电系统扫描等三种技术为主,但这三种技术都须使用外加光源,使得模组体积不易进一步缩小,成本也较高。相较之下,采用自发光的Micro LED微显示器,不须外加光源,光学系统较简单,因此在模组体积的微型化及成本降低上具优势。

  MicroLED商用前景也较为广泛。目前如果仅考虑现有技术能力,Micro LED有两大应用方向,一是可穿戴市场,以苹果为代表,据悉苹果已研究在手表及手机等产品上,使用Micro LED显示技术的可行性。未来有望推出MicroLED显示的穿戴设备;二是超大尺寸电视市场,以三星、索尼为代表,今年索尼在CES上展示的Micro LED cledis已在分辨率、亮度、对比度都具有优良的性能。

  从短期来看Micro LED市场集中在超小型显示器,从中长期来看,Micro LED的应用领域非常广泛,横跨穿戴式设备、超大室内显示屏幕外,头戴式显示器(HUD)、抬头显示器(HUD)、车尾灯、无线光通讯 Li-Fi、AR/VR、投影机等多个领域。

  技术考虑到批量转移等技术难点,在手机应用上很难短期对OLED或者LCD形成技术替代。在Micro LED磊晶部分结束后,需要将已点亮的LED晶体薄膜无需封装直接搬运到驱动背板上,这种技术称之为批量转移,或者巨量转移。

  其中技术难点有两个部分:1.转移的仅仅是已经点亮的LED晶体外延层,并不转移原生基底,搬运厚度仅有3%,同时Micro LED尺寸极小,需要更加精细化的操作技术。2.一次转移需要移动几万乃至几十万颗LED,数量巨大,并且需要考虑转移后晶粒摆放的均一性问题,需要新技术满足这一要求。

  目前各大厂商均在努力攻克这方面的技术难关,在巨量转移技术上各公司累计申请了十多项专利。从产业链的角度来说,OLED显示的全部技术有七成上下可以被Micro LED共用或者吸收,即Micro LED技术突破后整个产业掉头难度不大,为未来Micro LED应用渗透奠定了基础。

  MiniLED相较于Micro LED,短期规模化商用的机会更大,特别是在LCD背光领域,预计从2019年起有望逐步形成产品突破。

  高密度FHD显示器具有1920行x1080列大约200万个像素,每一个像素还要再分为红、绿、蓝三个Sub Pixel,因此总共有大约600万个Die。将600万个比人类头发直径还小的晶粒切割后黏贴在基板上,业界把这种制程称为巨量转移,就是把大量的发光二极体晶粒转移到显示器基板上。因此,Micro LED需要用到巨量转移极为困难。

  Mini LED短期大规模商用机会更大。过去LCD采用侧光式背光,虽然降低了成本和功耗,但是这种方式最大的弱点是无法对画面某区域进行亮度调节。由于液晶的扭转效应始终无法实现全开关的0,1控制。因此通常侧光式液晶面板的对比度即使应用调光技术也就不过在几千左右。

  而Mini LED能够利用既有的LCD技术基础,结合同样成熟的RGB LED技术,开发出新一代背光设计的面板。从性能上讲,无论是画质、厚度、成本还是异形切割、曲面显示,都能够与AMOLED电视面板相媲美,有望成为大尺寸AMOLED显示的潜在竞争方案。一旦MiniLED背光技术规模化应用,将极大提升对LED芯片的消耗,具有具大的商用市场前景。

  Mini LED把侧光式背光源几十颗的LED灯珠,变成了直下背光源数万颗,采用局部调光设计,其HDR精细度达到前所未有水平。目前Mini LED设计方案分为全彩RGB混光或白光,前者可达到100%NTSC高色域显示,而透过蓝光LED搭配荧光粉的白光Mini LED,则能达到80~90%NTSC显示效果。群创光电在2018年CES展中首度以实机展出10.1寸AM MiniLED,并认为AM MiniLED搭配软性基板是作为异型/曲面LCD所需背光源的最佳解决方案。

  根据测算,假设Mini LED背光在2018年的渗透率为1%,有1500万部手机使用MiniLED背光的屏幕,对MiniLED芯片的需求将达到600亿颗,对应约120万片2寸片的需求。假设2018年有4%的TV面板采用Mini LED背光,对于MiniLED芯片的需求量将达到1000亿颗,对应约200万片2寸片的需求。根据预测,Mini LED的市场空间将在2023年超过10亿美金。

  瑞丰光电在公告中表示,以6英寸手机面板为例,目前普通LED背光设计的液晶面板成本约20-30美元,柔性OLED成本约为80-100美元,采用Mini LED背光设计的液晶面板成本约为40-50美元。Mini LED背光相较于OLED面板也具备一定的成本优势。

  综上可以看出,预测Mini LED 未来三年2片寸总需求量将达到1.07亿片。Mini LED背光2寸片和Mini LED显示2寸片从2019年需求102.11万片和142.4万片到2021年成长分别为1388.72万片和9295万片。市场需求增长空间极大。

  华为即将发布荣耀智慧大屏,关注Mini LED背光在5G大屏显示应用新趋势。七月华为荣耀在新品媒体沟通会上表示,八月即将发布荣耀智慧大屏产品。华为认为传统电视体验不佳,一线城市很多消费者已逐渐放弃电视。立足于5G的万物互联,华为提出全场景智慧化(IOT),以及“1+8+N”战略,即1个手机+8个辅入口+IOT。智慧大屏将是重要的辅助入口,也将成为智能家居的核心入口。相较于传统电视,华为智慧大屏预计将配备摄像头、更好的声音系统,增强人机交互体验,Mini LED背光亦有望应用于部分机型。建议关注产业链受益公司中微公司、三安光电、木林森、国星光电、洲明科技、瑞丰光电、TCL集团等。


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