电子行业专题报告:MiniLED商业化开启,相关产业链迎来机遇

电子行业专题报告:MiniLED商业化开启,相关产业链迎来机遇
2021年09月17日 11:49 未来智库官网

(报告出品方/作者:开源证券,刘翔、傅盛盛)

1、 Mini LED 商业化开启

1.1、 Mini LED 背光是 LCD 升级的重要方案

Mini LED 又称次毫米发光二极管,是指采用数十微米级的 LED 晶体构成的显 示屏,介于 Micro LED 和小间距显示之间。Micro LED 是新一代显示技术,即 LED 微缩化和矩阵化技术,指在一个芯片上集成高密度微小尺寸的 LED 阵列,一般将 100 微米以下尺寸晶粒构成的显示屏称为 Micro LED 显示屏,100 微米以上称之为 Mini LED,点间距一般在 P0.4-P1.2。小间距 LED 显示屏是指 LED 点间距在 P2.5(2.5米)及以下的 LED 显示屏。

从终端应用场景来分,Mini LED 的应用领域可以分为背光和直接显示两大场景。

Mini LED直显使用 RGB 的 LED 灯珠直接作为像素进行显示,作为小间距显示 屏的升级替代产品,可以提升可靠性和像素密度,在尺寸及 PPI 上面受到限制,因此 多应用在大尺寸显示如室外大屏、指挥中心大屏、墙幕显示等领域。

Mini LED 背光是 LCD 面临 OLED 压力和终极显示 Micro LED 又存在技术颈下的产物。采用 Mini LED 背光的 LCD,可以大幅提升现有的液晶画面效果,同时 成本相对比较容易控制,有望成为市场的主流。

OLED 在对比度、黑场表现、色域、响应速度、可视角度方面相较于目前 LCD 液晶显示均有革命性提升,但成本偏高,且因为是有机材料,还面临 寿命短的问题。

Micro LED 具有自发光、高亮度、高可靠度及反应时间快、体积小、轻薄, 还能轻易实现节能的效果,但在一些关键技术和设备上还未取得突破,还无 法大规模商业化。

Mini LED 目前主要用于 LCD 背光源,从性能上看,Mini LED 背光显示能 够以全矩阵式的方式进行分区调光,如低分辨率的黑白画面,强化显示画面 的高对比度以及高分辨率,达到 HDR 效果,同时 Mini LED 的芯片尺寸持续缩小,能增加控光区域,让画面更加细致,显示效果和厚度接近OLED,且具有省电功能。此外,由于具有异型切割特性,搭配软性基板亦可达成高 曲面背光的形式,可以用于生产曲面屏。从量产上看,相比 Micro LED, Mini LED 技术难度更低,更容易实现量产。

1.2、 技术逐步成熟、成本下降,Mini LED 背光商业化启动

随着 Mini LED 技术的逐步成熟、成本的下降,终端厂商纷纷导入 Mini LED 背 光产品。2020 年 10 月 22 日,TCL 发布了全球首款基于 IGZO 玻璃基板的主动式 Mini-LED 142 寸显示屏,小米、康佳等厂商也已发布 Mini LED 背光产品,三星、 LG、长虹等 2021 年来均推出了此类产品,集邦咨询预计 2021 年 Mini LED 背光电 视将会达到 440 万台,占整体电视市场比重约 2%。平板方面,苹果 2021Q1 发布了 12.9 寸的 Mini LED 背光 iPad Pro。LEDinside 预计,到 2023 年,Mini LED 背光产品 市场规模将超过 10 亿美元。

Mini LED 背光商业化的启动为整个产业链注入了全新活力。由于 Mini LED 市 场潜力大,LED 上中下游企业纷纷布局,设备、芯片、封装、背光模组、面板、终 端品牌厂商都对该技术投入了大量的资金与精力,以求取得先机,占领行业制高点, 这也推动了 Mini LED 产业驶入快速成长的车道。

2、 设备:Mini LED 背光需求起量,设备厂商最先受益

Mini LED 工艺包括前道制造与后道封装,制备流程与 LED 制备流程大抵相似, 大部分设备与 LED 制造设备一致,升级改造即可使用,但部分工艺对设备提出了更 高的要求,有望给设备厂商带来新的机遇,如前道工艺中的 MOCVD 和测试分选设 备,以及后道封装中的固晶机和返修设备。

2.1、 前道制造:MOCVD 与测试分选设备是保证良率的核心

与 LED 芯片制备相似,Mini LED 前道制造包括衬底、外延、芯片加工三大步 骤。衬底材料多为蓝宝石,流程包括蓝宝石晶体生长、切片、抛光等;外延指通过 MOCVD 加工,在衬底上生产具有特定单晶薄膜外延片的过程;芯片加工包含刻蚀、 溅射、蒸镀、光刻、测试分选等多个步骤,形成金属电极、制备完成后,对其进行检 测分选。

Mini LED 的磊晶步骤对 MOCVD 设备提出更高要求。磊晶为衬底、外延阶段 的重要工艺,指在衬底材料上,如蓝宝石、硅、GaAs 等,通过 MOCVD 制成具有特 定单晶薄膜外延片的过程,主要应用于发光层的制作,是芯片厂最核心的环节。由于 磊晶的光效率会随 LED 晶片尺寸的缩小而下降,LED 的尺寸越小,有缺陷的比例就 越高,叠加蓝宝石衬底散热性能较差的问题,Mini LED 制备对 MOCVD 设备的均匀 性及波长一致性提出了较高的要求,这也是提高良率、降低成本的关键所在。

LED 芯片加工有三种结构,分别为水平、垂直、倒装三类,其工艺流程存在一 定差异,但倒装芯片优势明显。水平结构是最为常见的结构,P 电极和 N 电极都位 于芯片表面,是最为简单的制作流程。垂直结构的 P 电极位于芯片表面,而 N 电极 位于芯片底部,无需刻蚀 PN 台阶,衬底剥离工艺难度较大。倒装结构类似水平结构 的翻转,但成本比水平芯片高,制作流程也存在差别,技术难度低于垂直结构,在 Mini LED 规格下,倒装结构芯片存在发光效率高、散热好等优势,有望成为 Mini LED 的主流结构。

现有的 LED 加工设备几乎完全能够满足 Mini LED 的加工需求。与 LED 加工 流程类似,Mini LED 设备支出占比最高的为光刻机与刻蚀机,由于 Mini LED 对此 类设备的精度要求更低,Mini LED 加工环节面临的困难更多来自芯片设计与流程优 化,对设备硬性升级并无要求,现有 LED 加工设备技术成熟,基本能够满足需求。

测试分选设备上,Mini LED 设备制造厂商需要提高准度与速度。LED 测试分 为测试与分选两道工序,可由一体机完成,可靠性强但是速度较慢;也可由两台机器 分别完成,速度相对提升,但由于数据在两台机器间传递导致可靠性降低。Mini LED 对芯片一致性与可靠性的要求更高,意味着设备制造厂商需要提高准度与速度,以 解决芯片检测环节效率低、耗时长的问题。

2.2、 后道封装:固晶机与返修设备提升质量,改善良率

倒装+COB 将成 Mini LED 主流封装方向。LED 封装的目的在于保护芯片,能 起到稳定性能、提高发光效率与提高使用寿命的作用,主要工艺流程分为为固晶、焊 线、封胶、烘烤、切割、分 BIN 及包装等环节。LED 封装按照集成度区分可分为 SMD、 COB 与 IMD 三类,按照芯片正反方向可分为正装与倒装,由于倒装+COB 具有散热 性好,可靠性高,保护力度更强以减少维修成本等种种优点,倒装+COB 有望成为 Mini LED 的主流封装方向。

Mini LED 芯片尺寸缩小,单位面积芯片数量大增,封装环节要求固晶设备提高转移速率。固晶设备是封装环节的重要设备,负责将晶片吸取后贴装到 PCB 或玻璃 基板上并进行缺陷检查,由于 Mini LED 芯片尺寸缩小,单位面积芯片数量大增,其 转移速度在一定程度上决定了封装良率,是降低成本、实现量产的关键。固晶设备转 移方案目前包括拾取放置方案(Pick&Place)、刺晶方案和激光转移方案,其中 Pick&Place 为目前主流应用技术,成熟度和性价比较高。

测试返修环节目前仍未形成标准化的技术路径。为了保证 Mini LED 最终产品的 良率,需要在芯片出厂前进行光电测试,并进行色度学参数测试,再进行返修。该领 域设备种类繁多,并且由于对微米级尺寸且数量庞大的灯珠进行有效测试与修复的 难度很大,目前仍未形成标准化的技术路径。

2.3、 中微公司、新益昌等公司布局 Mini LED 设备

随着苹果、华为、三星/LG 等全球大厂陆续推出 Mini LED 的终端消费品,势必 将拉动上游厂商对设备材料的大量采购需求,国内部分设备公司已经布局 Mini LED 设备,如中微公司、北方华创、新益昌、深科达等。

2.4、 新益昌:国内固晶机龙头,受益于 Mini LED 需求成长

新益昌是国内固晶机设备龙头,业绩增长迅速。新益昌于 2006 年成立,2021 年 于上交所上市,经过多年技术积累,成长为国内 LED 固晶机、电容器老化测试智能 制造装备领域的领先企业,主营 LED 固晶机和电容器老化测试设备,同时开拓半导 体封装设备、锂电池设备业务。

公司 LED 固晶机设备、电容器老化测试设备和半导体封装设备 2021H1 合计占 比约 94.4%,其中半导体封装设备营收占比持续增加,2021H1 提升至 10.7%。同时,公司 Mini LED 固晶机导入市场顺利,2021H1 Mini LED 固晶机收入已占 LED 固晶机27%。

2020H1 受益于行业景气,公司业绩大幅增长。公司 2021H1 营业收入大幅增长。 公司营业收入从 2017 年的 5.1 亿元增长至 2020 年的 7.0 亿元,近 4 年 CAGR 11.7%, 2021H1 营收达到 4.94 亿元,同比+53.44%。归母净利润从 2017 年的 0.5 亿元增长至 2020 年的 1.1 亿元,近 4 年 CAGR 达 27.8%,2021H1 归母净利润 0.99 亿元,同比 +133.96%。

公司盈利能力较强,毛利率与净利率持续提升,期间费用率稳定。近年来公司 毛利率逐步上升,从 2017 年 25.2%提升至 2020 年的 36.3%,再到 2021H1 的 43.2%, 主要系公司具备核心零部件自研自制能力,自制率提升带动毛利率持续提升,同时 2021H1 毛利率较高的 MiniLED 固晶机及半导体固晶机较 2020 年同期大幅增长。净 利率也从 2017 年的 10.2%逐步提升至 2021H1 的 20.1%。

多年深耕固晶机和电容器领域,公司客户资源深厚。公司与大量客户保持长期 稳定的合作关系,由于设备厂商一旦选定,除非出现重大质量问题,一般很少变更, 公司与客户均保持长期合作关系,客户资源优势明显。

持续高研发投入。公司研发投入持续提升,2020 年研发经费投入达 0.49 亿元, 占营收 7.0%,2021H1 公司研发费用为 0.28 亿元,同比+27.84%。

公司在手订单充足,募投助力未来发展。据公司公告,截止 2021 年 H1,公司 发出商品的账面余额为 3.7 亿元,2021 年 H1 合同负债为 2.13 亿元,在手订单为业 绩托底。同时公司上市共募集资金 5.5 亿元,将投入 4.3 亿用于新益昌智能装备新建项目和 1.2 亿元投入新益昌研发中心建设项目。据公司招股书数据,新益昌智能装备 新建项目建设期 2 年,投入建设后第 4 年完全达产可实现年收入 12.07 亿元,公司增 长可期。

3、 LED 芯片:Mini LED 提供增量市场

Mini LED 背光应用大幅提升 LED 芯片数量需求。传统 LCD 采用侧入式背光 源,单机背光源对 LED 灯珠需求约为 30-50 颗。而采用 Mini LED 作为背光源,单 机对 LED 芯片需求预计将提升至 10000 颗以上。小米最新发布的大师电视 82 英寸 至尊纪念版为 8K(7680×4320)分辨率,具备 960 分区背光,共 15360颗Mini LED。 康佳最新发布了 75 英寸 8K Mini LED 背光电视,该产品则采用了 20000 多颗 Mini LED,5184 个背光分区。Mini LED 背光应用的持续渗透将大幅提升 LED 芯片的需 求。

Mini LED 背光打开 LED 芯片市场空间。Omdia 预计,随着时间的推移,普通 LCD 和 mini LED 背光 LCD 之间的成本差距将迅速缩小。在 2025 年,mini LED 背 光电视的出货量预计将达到 2530 万台,占整个电视市场的 10%。假设 mini LED 背 光在笔记本电脑和显示器中的渗透率与 TV 一样,我们测算,到 2025 年,mini LED 2 寸外延片需求约为 1120 万片。参考聚灿光电定增方案中的 mini LED 价格,我们计 2025 年 mini LED 外延片市场规模约为 16.95 亿元。

芯片厂商加速布局 Mini LED。三安光电 Mini LED 芯片已批量供货三星,公司 现有产能及泉州三安半导体都有 Mini LED 的产能,湖北三安投资建设的 Mini/Micro 显示产业化项目正处于建设阶段。华灿光电部分 Mini LED 背光芯片已经批量供应战合作伙伴群创光电,8 月群创全球首发了 55 寸可卷曲 AM Mini LED 显示器,华灿 光电是唯一的 Mini RGB LED 背光芯片供应商。2020H1 聚灿光电非公开发行股票募 资 10 亿元,发力 Mini/Micro LED。

4、 封装模组:覆铜板、驱动 IC、封装等受益 Mini LED

4.1、 覆铜板:Mini LED 背光电视渗透带动覆铜板市场快速扩容

Mini-LED PCB 工艺难度在于阻焊环节与表面处理环节。部分厂商采用双面 PCB 方案,成品厚度严格控制在 0.15±0.05 mm,由基板+铜箔+电镀铜+阻焊油墨+ 文字油墨 5 种材料加工而成,其中电镀铜厚度及阻焊油墨厚度影响成品厚度,因而 阻焊难度高。下游厂商采用 P0.7 以下间距的 Mini-LED,随着间距下降,PCB 层数呈 现增加的趋势。Mini-LED 采用 COB 封装,对电路板的平整性要求极高,填平规格 <1μm。

Mini-LED 覆铜板的工艺难度在于高反射率及耐高热辐射,对覆铜板的材料体 系都有不同的要求。Mini-LED 材料有四大特殊的性能要求:(1)高反射率:为了确 保 LED 发光效果,需要覆铜板具有高反射的特点,使得 Mini-LED 的基板材料外观 呈白色,白色覆铜板在可见光区域表面的白度与光反射率成正比,需要在原有的树 脂体系中增加白色颜料、荧光剂、防氧化剂等助剂,通常采用二氧化钛作为白色颜 料;(2)高玻璃化温度(Tg):玻璃化温度是基板保持刚性的最高温度,传统 FR-4 的 Tg 值为 130℃,而 Mini-LED 覆铜板的 Tg 值达到 180℃以上;(3)耐紫外线变色性 及耐热变色性:由于高热辐射通常会导致基板表面明显变色,会影响覆铜板的反射 率,因而需要将原有的树脂体系改为脂肪族环氧树脂;(4)散热性:Mini-LED 通常 具有大功率、高亮度的特点,会导致单位面积产生高热量,进而会影响 LED 元件的 发光效率及发光寿命,因而需要相关的覆铜板材料具有良好的散热性。

内资厂商中生益科技已实现国产化供应,产品性能优越。日本三菱瓦斯善于开 发 BT 树脂为主的材料,可应用于 IC 载板和 Mini-LED 领域,针对不同的应用领域 开发出五款细分产品。生益科技开发的 BT 树脂-玻纤布基白色 CCL,属于高耐热性 白色覆铜板品种,覆铜板牌号 WLM1 是一款白色 LED 用可见光高反射率材料,采 用无铅兼容无卤的配方工艺,可实现在热处理和光线照射后不变色,目前已实现为 北美大客户批量供应材料。

Mini-LED 背光电视渗透率快速提升带动相关覆铜板市场快速扩容,预计 2022 年市场空间有望同比实现翻倍增长。传统侧光式 LED 背光转为 Mini-LED 背光后, Mini-LED 方案下采用 HDI 板焊接,覆铜板及 PCB 用量增加,表面积尺寸与设备屏 幕尺寸相当,我们假设背光电视、显示器和笔记本电脑、平板电脑单设备屏幕平均面 积为 1.1/0.21/0.08 平米(对应 55 寸/24 寸/12 寸),单台设备采用 2 层覆铜板(对应 6 层 PCB),预计 2021-2022 年 Mini-LED 覆铜板平均单价为 300 元/平米,2023 年后每 年价格下降 5%,对应 2021-2025年市场规模分别为 34.8/79.7/116.2/135.5/150.1 亿元, 其中 2022 年是市场扩容最快的年份,同比增长达到 129.1%。

生益科技:内资覆铜板龙头,独家供应海外客户 Mini-LED 覆铜板

公司是内资覆铜板龙头厂商,在覆铜板高端材料领域储备各类细分产品解决方 案。公司未来 5 年的战略规划将由“做大做强”迈向“做强做大”,在细分高端产品 中不断实现国产替代并开发新产品引领市场。公司早期储备 BT 材料相关工艺,在内 资厂商中率先实现 Mini-LED 白色覆铜板量产,独家供应北美消费电子客户,代表全 行业最高端的覆铜板工艺,享受创新红利带来的产品溢价。

南亚新材:高速扩张期的覆铜板厂商,布局高端显示材料

公司顺应产业发展趋势,布局高端显示材料。公司公告拟以自有资金 7.8 亿元投 资建设年产 1500 万平米高端显示技术用高性能覆铜板智能工厂项目,项目拟建设周 期为 18 个月(由 2021 年 9 月至 2023 年 2 月),该项目面向江西 N6 工厂扩产,针对 MiniLED 等高端显示应用推出 HDI、IC 基板材料,在细分领域实现国产替代,产品 升级驱动 N5 工厂产值或将高于江西 N4、N5 工厂。成本端,江西新工厂效率优势突 出,此前 N4 工厂相比 N1 工厂成本下降 30%以上,而且伴随 N6 工厂投产,盈利水 平有望再次攀升。

奥士康:供应海外龙头显示器厂商 Mini-LED 供应链

Mini-LED PCB 的加工难点在于阻焊环节,公司能够降低报废率,实现盈利水平 的提升。公司在韩国客户 Mini-LED 产品中已经实现批量供应,伴随韩国客户订单释 放兑现扩产的产能。

4.2、 LED 驱动芯片:Mini LED 提升需求量

LED 显示驱动芯片主要分为 RGB 直接显示与背光显示两种。LED 显示驱动芯 片的核心功能是通过控制功率器件的占空比来逐行调节 LED 灯珠的通断和亮度。按 照应用终端的差别,LED 显示驱动芯片主要分为应用 LED 屏的 RGB 直接显示芯片 和应用于 LCD 屏的背光显示芯片两种。RGB 直接显示是 LED 自己独立成像显示的屏幕技术,背光显示是基于液晶显示背光源使用的技术;RGB 直接显示主要占据高 端显示市场和商用市场,背光显示主要应用于电视、电脑显示器等,即 RGB 直接显 示和背光显示是互补性产品。

LED 显示驱动芯片主分为行驱动器和列驱动器。LCD 屏和 LED 屏都很多像 素构成,且每个像素由 1-4LED 灯珠构成。LED 显示驱动芯片的功能就是控制每 个像素内灯珠的通断与亮度,且 LED 显示驱动芯片主要分为行驱动器和列驱动器两 种,其中,行驱动器负责控制栅极信号、即逐行控制灯珠的通断,列驱动器负责控制 数据线信号、即逐列控制灯珠的亮度。

LED 显示驱动芯片赛道以国产厂商为主。LED 显示驱动芯片赛道的主要参与者 为聚积科技(中国台湾)、集成北方、富满电子、明微电子等,均为国产芯片厂商。 虽然 TI 等国际模拟芯片大厂也对 LED 显示驱动芯片有所布局,但因该类产品整体 毛利率相对较低,国际模拟芯片大厂不愿过多布局该类产品。

RGB 直接显示芯片以算法为主、模拟为辅。RGB 直接显示芯片是一颗以算法为 主、模拟为辅的数模混合芯片,其功能为将图像数据以 RGB 形式还原,即通过高精 度和快速响应的输出电流驱动 RGB 灯珠以实现灰度级的变换。

Mini LED 时代提升了 RGB 直接显示芯片的需求量。由于传统 LED 屏的 LED 灯珠数量较少,在传统 LED 屏时代,一个 LED 屏幕用 1-2 颗 RGB 直接显示芯片就 可以满足需求。然而,到了 Mini LED 时代,Mini LED 屏幕的 LED 灯珠数量大幅提 升,这使得需要更多的 LED 显示驱动芯片给面板供电;

背光驱动芯片同时为多“串”灯珠供电。由于 LCD 本身不发光,LCD 屏幕需要 白光背光源使其产生画面。

Mini LED 时代提升了背光驱动芯片的需求量。一般而言,LED 灯具需要在 20mA 的电流时才能发光,这意味着如果一串 LED 灯有着越多的灯珠便需要显示驱动芯片 在灯串两端具有越高的压降。Mini LED 屏幕的 LED 灯珠数量大幅提升,这使得单颗 背光显示芯片无法提供足够的压降,从而提升了背光显示芯片的需求量。

4.3、 封装模组:Mini LED 提升背光模组价值,封装环节迎来变革

液晶显示屏幕的成像原理是靠面板中的电极通电后,液晶分子发生扭转,从而让 背光显示模组的光线能够通过并实现发光,而液晶自身不会发光,因而背光显示模 组是液晶显示屏幕可以正常显示的重要组件。按照发光源类型的不同,背光显示模 组可以分为 LED 背光显示模组、CCFL 背光显示模组和 EL 背光显示模组。LED 背光显示模组的基本构成主要包括遮光胶、增光膜、扩散膜、导光板、FPC 和 LED 组 件、反射膜、胶铁一体等。

Mini LED 提升背光模组价值。集邦咨询数据显示,以 65UHD 4K 电视为例, 高端的侧入式背光显示器模组生产成本约在 350 美元;采用被动式驱动的 Mini LED 背光(LED 使用颗数 16,000 颗)的显示器模组则约在 650~690 美元之间,是传统侧 入式背光模组价值的将近一倍,但低于 WOLED 显示器模组成本(预计在 800 美元 以上)。

Mini LED 背光电视技术方案主要包括 COB、POB 两种。COB 即 Chip on Board, LED 芯片直接打在基板上,再进行整体封装;POB 即 Package on Board,行业内俗称 的满天星方案,首先将 LED 芯片封装成单颗的 SMD LED 灯珠,再把灯珠打在基板 上。相比 POB,COB 具有高密度、高防护、高信赖性、高适应性、高画质与使用成本低的技术优势,相较于 SMD 小间距产品失效率大大降低,延长了产品使用寿命、 降低了使用成本,更适应 mini LED 封装。

封装环节迎来变革。对封装厂商来说,一方面 mini LED 芯片数量大幅增加的, 从原来一台显示终端的几十颗 LED 变成了上万颗,封装环节在产业链中的价值占比 提升;另一方面,Mini LED 封装方式使封装厂商从原来单纯的提供 SMD LED 灯珠 封装器件,变成了提供背光模组,向前延伸了一个产业链环节,整体价值量会有明显 提升。

封装厂商积极卡位 Mini LED。国内国星光电、木林森、瑞丰光电、聚飞光电、 兆驰股份、鸿利智汇等厂商积极扩产 Mini LED 产能,卡位 Mini LED 市场。国星光 电已经实现 Mini LED 产品批量出货,而且 Mini 背光产品拥有两条技术路线可供客 户选择,且进入了国内知名 TV 品牌厂商的供应链。木林森通过子公司木林森实业与 新创企业深圳远芯合作,加码 Mini 背光和 Mini直显领域。瑞丰光电 Mini LED 产品 已实现中批量生产。

5、 投资分析

技术逐步成熟、成本下降,Mini LED 开启商业化之路,TCL、小米、康佳等厂 商相继发布 Mini LED 背光产品,三星、LG、长虹等预计 2021 年推出此类产品。Mini LED 商业化的启动为整个产业链注入了全新活力,产业链相关公司将因此受益。

6、 风险提示

Mini LED 商业化进度低于预期;TV、IT 等显示需求疲软。

(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

精选报告来源:【未来智库官网】。

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