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(报告出品方/作者:中信建投证券,刘双锋、王天乐)

一、折叠屏具有诸多优势,发展前景广阔

1.1折叠屏兼具大屏与便携优点

折叠屏,顾名思义是指可以折叠的屏幕,可折叠的特性源于其屏幕是柔性屏,柔性屏可以实现度的弯曲甚至扭曲。传统屏幕是由像素点分布在玻璃基板上组成,基板材质是硬的,而柔性屏则通过柔性材质(如PI塑料)替代刚性玻璃基板,让基板变“软”,达到可以折叠的效果。应用在手机端的折叠屏技术目前主要是柔性屏加铰链的结构设计来完成。

相比于传统的显示技术,柔性显示具有众多优点,例如轻薄、可卷曲、可折叠、便携、不易碎等。搭载柔性显示技术的左右翻折型和上下翻折型折叠屏手机相比普通智能手机均具备优势,如上下翻折型折叠屏手机与普通智能手机的显示面积相仿,但通过折叠其体积在空间上更加紧凑,从而更便携;而左右翻折型折叠屏手机有以下两个优点:(1)分屏显示提升使用效率,如可以直接分出两个常规大小的屏幕,使多个应用分屏显示,便于使用者同时接收和处理多个应用信息;(2)显示面积增加使其可提供更佳的浏览阅读体验,且由于可折叠而保持了手机的便携特性。

不过目前折叠屏手机仍存在一些不足需要改进:(1)折痕问题:折叠屏可经过20万次折叠保持不坏,度很高,但多次折叠后折叠处会留下清晰度不一的折痕,影响显示效果,目前各家厂商均在致力于不断弱化折痕。(2)偏大偏重:尽管左右翻折型折叠屏手机折叠后仍保持便携特性,但是相比于传统智能手机,其体积仍很大,重量也更重,如其折叠后的厚度多在15mm以上(传统智能手机多在10mm以下),重量多在g左右(传统智能手机多在g以下)。(3)价格偏高:目前折叠屏手机价格较高也是影响其被更多消费者使用的重要因素,如左右翻折型折叠屏手机售价多在1万元人民币以上,价格约为传统中低端智能手机价格的2倍以上。

1.2三星和华为在折叠屏手机领域具备先发优势

目前主要的折叠屏手机品牌有三星、华为、小米、OPPO等。三星和华为在折叠屏手机领域发力较早,因此机型也最多,如三星已发布5款,其中3是左右翻折,2款是上下翻折;华为已发布4款,其中3款是左右翻折,1款是上下翻折;小米和OPPO各已发布1,均是左右翻折。由此看出,目前典型的折叠屏手机是左右翻折型。此外,三星、荣耀、小米均计划推出新的折叠屏机型。

1.3预计折叠屏手机出货将达万部以上

折叠屏手机渗透加速,将迎来快速增长期,带动折叠屏需求上升。折叠屏量产出货使其成本降低,从而给予折叠屏手机更大的降价空间并有利其进一步渗透,因此正反馈刺激有望形成。据canalys预计,年全球智能手机出货量年增速仅为5%,增长较缓慢;而据前瞻产业研究院援引counterpoint的报告预计,-折叠屏手机出货量将从万部快速增长到万部,同比增速2倍。因此,折叠屏手机渗透率正在快速提升,而未来随着新款折叠机型价格可能继续下探以及工艺材质持续优化,消费者的购机使用欲望将被激发,带动折叠屏手机渗透进一步加速,进而刺激折叠屏需求上升(据HisMarkit预计,-年折叠式AMOLED面板出货量将从万片上升到万片,CAGR高达30.34%)。折叠屏量产出货又使其成本降低,从而使折叠屏手机价格可以进一步下跌到消费者更容易接受的区间,构成正反馈循环。

二、折叠屏关键技术难度逐步突破,产业链趋于成熟

折叠屏手机产业链的关键技术点和价值增量主要为柔性OLED、UTG保护盖板、铰链和转轴。实现智能终端完美弯折的技术难点,最主要体现在两个方面,一块能够不断弯折的柔性显示设备,其二,辅助屏幕实现耐久性折叠的结构。折叠屏手机在FPC、电池、结构件上也有更多用量。折叠屏为手机产业链带来的增量主要在三个部分:柔性OLED、UTG保护盖板、铰链和转轴。

2.1柔性OLED:技术难度高,三星、京东方具备供应能力

折叠屏所使用的柔性AMOLED屏幕代表当前面板显示领域最先进的技术水平。折叠屏是一种基于主动式有机发光二极管(AMOLED)为技术原理的柔性显示,是一种全新的产品外观形态,面对极其复杂的应用场景与运动环境,相比于非折叠的AMOLED屏幕,折叠屏对各种有机膜材、无机膜材、金属膜材、粘弹性材料的光电特性与力学特性都提出了更深层次的要求,并产生了诸多难以完全克服的瓶颈点,代表了当前面板行业乃至显示领域内对各种材料应用的最高技术水平,需要克服的技术难点包括材料性能问题、模组弯折问题等。

(1)材料性能问题:通过结构改善等方式提高耐弯折性能

可折叠的柔性屏需要突破各类材料的光学、电学、力学性能相匹配问题。AMOLED是在仅有数十微米厚的聚酰亚胺薄膜(PI)上通过化学气相沉积(CVD)的方式进行数十层无机薄膜与金属薄膜的制备,通过涂布的方式进行数十层有机薄膜的制备,在这些不同的金属膜层、有机膜层与无机膜层的制备过程中,又伴随着图形化的要求,一般会通过掩膜板进行曝光、显影、刻蚀等半导体制备工艺形成几百万甚至是上千万个薄膜晶体管的逻辑控制电路及其旁路。

脆性无机膜层在数十万次乃至二十万次的高频弯折过程中,极易从缺陷处产生微裂纹的不断扩展,最终导致逻辑电路的断裂而引起控制异常。同时不断弯折下,MOS管也会不断累积应力导致器件的电特性出现异常。其次,AMOLED发光材料对环境中的水汽与氧气非常敏感,极易因水氧入侵发生猝灭而导致大面积黑斑。再次,模组阶段需要大量使用OCA(OpticallyClearAdhesive)光学胶,这些胶材在经历多次弯折后,其弹性显著降低,黏性显著增大,导致OCA在弯折轴线附近出现不同程度的隆起,造成显示屏平整度的降低,并使得弯折区与非弯折区的亮度出现差异。

随着材料科学及高分子材料的发展,折叠屏材料的技术难点逐步得到解决。比如,通过在无机膜层中设计一些应力松弛结构来减小应力集中,进而提高材料的耐弯折性能。也可通过在裂纹起始的位置设计一些阻挡裂纹扩展的结构。从材料本身的角度出发,以通过对脆性材料进行一系列的显微结构改善与增韧处理,进而增强脆性材料的韧性,提高其耐弯折性能。或通过利用高分子导电聚合物的性能优势,将AMOLED中较为硬、脆的金属走线与无机膜层换成具有优异耐弯折性能以及优良导电性能与电绝缘性能的高分子导电聚合物,实现全柔性AMOLED屏在高频率、小半径等极限弯折条件下而不出现线路断裂、亮线、暗线等缺陷。

其中,OCA光学胶是较为重要的一种材料。OCA粘合剂需要同时变薄,以便在多次重复或长时间折叠时不会脱落。因此,材料需要具有高延伸率、高附着力以及恢复力。3M、三星SDI、日立电气较为领先,三菱化学、杜邦也提供解决方案,国产厂商份额较低。(报告来源:未来智库)

2.1.2模组弯折问题:通过对模组进行减薄来加以解决

可折叠的柔性屏模组需要解决膜层弯折开裂问题,并在硬度和柔韧性之间取得平衡。折叠屏在全模组状态下,其模组结构是非常复杂的,通常有数十道膜层通过各种胶材进行贴合固定。一旦对其进行弯折,距离中性层不同位置的膜层分别会受到拉应力与压应力的作用而出现材料的拉伸与压缩。由于不同膜材之间的形变量是不同的,导致不同膜层之间会出现不同程度的滑移现象,造成膜层间的撕离力显著增大,尤其是当胶材经过上万次的拉压后,其理化性质会出现严重变化,导致膜层开裂,显示出现异常。同时,智能手机外层盖板具有良好的硬度以及耐摩擦性能,保证产品的可靠性和寿命,而折叠屏则需要在屏幕的耐摩擦性能与硬度性能,以及良好的柔韧性之间进行平衡。

通过减薄模组和使用UTG玻璃,模组弯折的技术难点逐步得到解决。对于模组各膜层之间弯折产生滑移的现象,目前主要通过不断减薄各膜层的厚度进而降低整个模组的厚度,从而减少膜层的滑移量和变形程度。例如一本薄的书与一本厚的书进行弯折,更薄的书折叠后封面的滑移量肯定是小于更厚的书的滑移量。与此同时,模组厚度越小就越容易变形弯折,对铰链的要求也会相应的降低。对于盖板的硬度与柔韧性兼顾问题,主要通过减薄刚性材料并搭配柔性材料组合成复合膜层来实现。通过制备几十微米厚度的超薄玻璃(UTG),并将其黏附在柔韧性优异的有机膜材上,可以实现耐摩擦和可弯折的要求。

整体来看,折叠屏的OLED技术难度较高,工艺制程与柔性OLED无太大差异,工艺能力要求提升。目前具备供应能力的厂商包括三星、京东方等。三星、OPPO等厂商采用三星屏幕,华为、荣耀等厂商采用京东方屏幕。

2.1铰链及转轴:价值量高,涉及材料—零件—组装环节

折叠屏转轴为折叠手机最重要机构件,结构复杂,难度较高。折叠屏的结构主要分为四层,依次为屏幕保护层、可弯曲柔性屏幕、软胶支撑片、转轴。其中转轴部分的铰链,一方面要做到纤薄平整,又要把折叠屏相关的连接、走线、散热等等多个元件完好地设计进去,还要考虑可靠性、用户握持感。铰链转轴的设计和制造涉及到材料选择、运动原理、子功能模块的设计、精密制造等多种技术。

铰链由上百种精密元器件组成,设计方案百花齐放,根据不同的设计方式,成本在10美金-40美金之间。华为采用的是齿轮咬合的U形铰链结构,三星采用的是轴与叶片的U形铰链形式,闻泰申请了轴针+阻尼块的结构专利,华为后采取了双楔形水滴铰链的设计,OPPO则推出了自研的拟椎式铰链结构。

锆基液态金属具有高强度和良好的成型性,是折叠屏铰链的优质材料。除铰链结构的设计以外,材料的选择也是非常关键的。MateX2的双螺旋水滴铰链结构复杂,应用了碳纤维复合材料以及高强度钢。铰链使用的锆基液态金属材料强度可达2MPa,比汽车B柱使用的钢材强度提高50%。锆基液态金属随着温度的升高,黏滞度会逐渐降低。在较高温时具有可塑性,因此在使用模具进行成型时,易于控制它的机构特性成型方式简单。液态金属具有高强度,良好成型性和高尺寸精度的特性,复杂结构的极限要求,并且具有良好用户体验和非常好的金属外观,是用作折叠屏手机铰链生产的优质材料。但由于碳不易被金属润湿,在高温下容易生成金属碳化物,所以这种材料的制作比较困难。

金属注射成型(MIM)是铰链零部件制造的核心工艺,具备一定的经验壁垒。MIM是一种将金属粉末与其粘结剂的增塑混合料注射于模型中的成形方法。它是先将所选粉末与粘结剂进行混合,然后将混合料进行制粒再注射成形所需要的形状。该工艺技术适合大批量生产小型、精密、三维形状复杂以及具有特殊性能要求的金属零部件的制造,尤其是在折叠屏铰链的零件中得以广泛应用。MIM工艺中,经验因素对产品品质产生重要的影响,一方面,原材料中金属粉末与粘结剂的配比直接关系到产品的密度、精度、强度;另一方面,烧结工艺为产品生产的核心环节,需要根据不同的注射坯件进行差异化处理,确保致密度、金属性能、减少形变。因此MIM行业存在一定的经验和技术壁垒。通常,折叠机根据不同折叠形态(U型、水滴型),MIM零件的成本约在几十到百元范围。

铰链集成组装目前主要由美国和中国台湾厂商提供解决方案。OPPOFindX的铰链价格超过美金,由安费诺提供解决方案。三星自从年推出折叠机以来,KHVatec一直是三星的铰链供应商,S-Connect于年进入供应链,AUFlex和FineTechnix也可能进入三星铰链供应链。华为折叠屏手机的组装集成则是由中国台湾厂商奇鋐和兆利完成。组装集成环节价值量较高,更涉及较多专利壁垒,国内厂商正在逐渐从零件加工向组装环节切入。

2.2UTG玻璃:良率较低,包括原片制造-减薄加工环节

具有良好耐磨性的UTG玻璃逐步替代CPI成为折叠屏盖板的主流材料。年,三星GalaxyFold和华为MateX先后发布,均采用CPI(无色透明聚酰亚胺薄膜)盖板。CPI具有良好的柔性以及延展性,量产技术成熟,性能比较稳定,价格相对具备优势,因此在初代折叠屏机型上,各家都选择这一材料作为屏幕盖板。但CPI的劣势也非常明显,耐磨性差,质感较低。年三星发布了第二代折叠手机GalaxyZflip,最重要技术升级就是采用了UTG玻璃。UTG玻璃可以将玻璃做到非常薄,可折叠,硬度高,耐刮花,也成为了折叠屏手机盖板的主流材料。

UTG产业链主要分为UTG玻璃材料的制造和减薄两个环节。玻璃制造环节代表性公司有肖特、康宁、旭硝子等,玻璃减薄深加工环节代表性公司有DowooInsys、日本长濑,国内企业包括长信科技、凯盛科技等,下游客户主要是显示模组公司,如三星、京东方等。

玻璃制造方面,肖特技术最为领先,国内厂商尚有技术差距。UTG的生产方式有很多种,康宁和NEG的溢流下拉,SCHOTT肖特的窄缝下拉,皆可做到很薄。不同公司不同工艺能做到的薄度不一样,目前肖特是全球唯一已成功量产50微米以下超薄玻璃厂商。三星从肖特独家采购UTG母玻璃,再通过DowooInsys将玻璃进行减薄与强化,后续或将引入康宁作为第二家UTG供应商。国内厂商在玻璃原材料端技术实力还有距离,国内凯盛科技UTG生产链包含“高强原片――极薄减薄――高精度后加工”的全流程,其中高强原片是采用国内企业中建材(蚌埠)光电材料有限公司生产的超薄盖板玻璃。国内玻璃原片厂直接拉出微米以下的超薄玻璃还较为困难,主要是通过化学减薄的过程实现超薄。

UTG减薄和强化也具有较高难度,国内厂商扩产规划较为积极。UTG加工也是难点,切割,清洗,化学强化,最终良率比较低,这也是折叠屏价格高的一个原因。三星的UTG加工厂为DowooInsys,国内国内具备后端减薄深加工能力的企业相对较多,包括长信科技、凯盛科技、和美光学、苏钏科技、赛德公司等,包括惠晶显示、国奥科技、沃格光电、东旭光电等也有UTG玻璃产线建设规划。UTG深加工产线的投资额较高,凯盛科技UTG二期项目投资额超过10亿元,建设周期达20个月,计划产能为万/年。目前国内UTG厂商的扩产计划较为激进,但目前各家的良率及量产能力差距较大,可重点

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