研究成果
CAICT观点
全面屏带动手机上游产业链新一轮变革
作者:李木            发布时间:2018-07-23

  相对于功能机时代手机外观设计的多样化和差异化,如翻盖、滑盖和全键盘等,iPhone出现后的近十年左右的时间里智能手机外观变化并不突出。在智能手机整体市场增速放缓、传统软硬件微创新无法有效刺激消费者换机需求的背景下,优异的视觉体验和显著的外观变化使得“全面屏”手机成为市场新焦点。从2017年三星S8/Note8和苹果iPhone X等旗舰机型开始,全面屏快速渗透进中高低端手机,成为智能手机新一轮创新周期的标配,也为整个手机产业链带来深刻影响。

  (一)全面屏促进新型显示产业健康发展

  全面屏渗透率逐年走高并显著提升面板产业利润空间。优异的视觉体验和显著的外观变化使全面屏成为智能手机新一轮创新周期的标配,包括AMOLED、LTPS-LCD和a-Si LCD在内的多种显示面板技术得到充分应用。根据IHS数据显示,全球全面屏面板出货量在2017年达到2亿块,并将在2018年快速增长到7.6亿块,实现340亿美金的营收。目前,市场上的全面屏技术方案主要分为两类,一类是通过固定曲面柔性屏和异形切割工艺等元素最大程度革新屏幕外观,如三星S/Note系列、苹果iPhone X和华为P20/Pro等旗舰机型;另一类是仅对现有手机屏幕参数进行改良以实现较高的屏占比和18:9纵横比,如大部分中低端全面屏手机。两种解决方案都会要求手机面板产业链进行不同难度的技术转换,助推全面屏面板模组价格上扬,也提升了新型显示产业整体的利润空间。据统计,三星Galaxy S8的总成本在300美金左右,其中柔性AMOLED显示模组成本高达85美金,占比接近30%。

  全面屏普及缓解中小尺寸LTPS液晶面板产能过剩风险。全球多条新建中小尺寸LTPS液晶面板产线产能从2017年开始陆续得到释放,苹果产品需求锐减和AMOLED竞争的双重夹击使得LTPS液晶面板产能过剩隐忧凸显,而全面屏的到来使得手机屏幕面积相对于传统16:9手机增加了10-20%(表1),LTPS面板产能需求将在全面屏浪潮带动下同步走高。首先,目前更加适配全面屏设计的柔性AMOLED面板价格依然处于高位,液晶面板成为除旗舰款以外的全面屏手机首选;其次,LTPS液晶技术相对于a-Si在高屏占比和经济切割可行性上更具优势,技术普及初期的学习成本又限制了良率水平,因而LTPS技术在全面屏上的应用有利于缓解目前5.5和6代LTPS液晶面板产线产能过剩的风险。

表1 智能手机屏幕尺寸演变

  全面屏助推AMOLED在智能手机市场进一步渗透。考虑到人体工学舒适度对整机大小的限制,智能手机屏幕从左右两侧窄边框,到左右双曲面接近无边框,如今更进一步迈向四周窄边框,全面屏成为“窄边框”的后续演进形态。柔性AMOLED在实现全面屏设计中起到突出作用:首先,指纹识别模组内收进显示面板成为智能手机追求更高屏占比的必然要求,目前基于光学和超声波技术的屏下/屏内指纹识别功能均须搭配轻薄、自发光的AMOLED面板才能实现;其次,对于柔性AMOLED来说,实现左右两侧接近无边框效果的双曲面屏是其典型优势,通过将驱动IC封装在柔性基板并向屏幕模组背部弯折,可进一步使下边框区域变短以实现更高屏占比,同时,柔性AMOLED基板机械应力小,在进行异形切割工艺时速度快、良率高,相对LCD和刚性AMOLED优势明显。目前,虽然AMOLED尤其是柔性产品受限于高昂的成本,在智能手机面板应用进度不及预期,但已经占据高端全面屏手机大部分市场份额,未来随着成本逐步降低和屏占比走高,AMOLED渗透率将实现进一步提升。

  (二)全面屏影响模组封装和触控/驱动技术走向

  全面屏时代柔性封装技术需求旺盛。全面屏对窄边框的需求推动驱动IC封装从COG向COF/COP演进,虽然依靠COG工艺可以实现18:9全面屏设计,但随着屏占比的进一步提升,柔性封装工艺成为全面屏的最佳解决方案。模组厂需要针对中小尺寸全面屏柔性封装投资相关设备,并具备超细FPC和高标准绑定工艺。根据台湾工研院的研究数据,尽管采用COF的1:6 MUX TDDI方案比采用COG的1:3 MUX TDDI的成本上升6.5-9.5美元,但是下边框尺寸极限可以由3.4-3.5mm缩减至2.3-2.5mm。目前,高精密柔性封装技术主要由我国大陆地区以外的厂商垄断,全球具备10微米等级COF并形成规模化量产的供应商包含韩国Stemco和LGIT、日本新藤电子以及我国台湾地区的欣邦和易华等企业,东山精密、丹邦科技、弘信电子等大陆厂商也在积极推动COF技术量产。

  全面屏促进触控驱动一体化发展。得益于In-Cell触控整合对LCD面板产品的附加值提升、成本控制和供应链体系简化,主要的手机面板厂商已基本完成In-Cell技术导入。但考虑到AMOLED并未达到预期的工艺成熟度和良率稳定性,原本在LCD领域受到In-Cell冲击的On-Cell成为AMOLED的首选触控解决方案。2016年,应用在手机上的嵌入式触控模组(In-Cell和On-Cell)出货量正式超过外挂式触控模组,占比达到56%。随着全面屏的铺开,触控、驱动和面板的进一步整合成为大势所趋。相对于显示驱动IC和触控IC双芯片方案,搭配柔性封装的TDDI技术可将触控传感器引线和芯片放置于屏幕之下,更利于手机边框收窄进而实现更高屏占比。

  (三)全面屏时代指纹识别芯片产业面临高速发展岔路口

  全面屏推动指纹识别与显示面板进一步整合。自iPhone 5s发布以来,指纹识别技术大受追捧,受益于日趋成熟的产业链结构和不断探底的平均售价,指纹识别功能在智能手机中的渗透率由2015年的31%攀升至2017年的70%,也代表着该市场迅速从蓝海转入红海,厂商利润空间已十分有限。如今,现有放置在手机正面的硅基电容式指纹识别方案难以支撑全面屏手机的高屏占比设计风格,指纹识别功能进一步整合进TFT面板成为大势所趋,积极研发基于光学和超声波技术的屏下/屏内指纹识别技术成为传统厂商立足全面屏时代生物识别市场的必然要求。

  全面屏带动TFT工艺和3D成像技术发展。苹果公司在收购Authentec后,拥有一条相对独立的指纹识别产业链,并采用65nm工艺和12寸晶圆,而其他大部分厂商采用0.18um工艺和8寸晶圆,包括安卓阵营的指纹识别模组大厂FPC等。如今,全面屏发展推动指纹识别与TFT工艺进一步整合,京东方已经在低世代面板产线使用TFT工艺生产电容式指纹识别芯片并具备低成本优势,上海萝箕(OXI)的光学式指纹识别芯片和高通超声波方案的传感部分也使用了TFT工艺。另外,考虑到全面屏高屏占比设计和用户体验因素,苹果iPhone X首次将基于结构光技术的3D成像模组引入到智能手机前面板并取消传统指纹识别模组,通过三维人脸建模来提供生物识别、面部交互和视觉成像等丰富功能,为指纹识别技术在高端智能手机的前景增添了不确定性,这一局面势或对以智能手机指纹识别芯片为主要代工业务的8寸晶圆厂产生重要影响。


  作者信息:

  李木,中国信息通信研究院信息化与工业化融合研究所ICT制造研究部工程师,主要研究方向为新型显示、信息通信和数据存储等。

  联系方式:limu@caict.ac.cn

  地址:北京市海淀区花园北路52号中国信息通信研究院(100191)。

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