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【原创研究】柔性电子趋势下的触摸屏产业发展分析(一)——电容触摸屏及其显示模组概述

日期: 2019-12-02
浏览次数: 304

注:此文系天堂硅谷智能制造事业部原创研究作品,作者江澈为该事业部高级投资经理  


前 言

显示屏的诞生意味着一个新世界的开始,一个由显示屏所重现的世界是光明的未来。在显示屏近百年的发展历史中,从传统的黑白显示到如今的彩色显示,加之不断优化的触控以及近年来柔性电子的赋能,打破了形式上的限制,更自由地克服了表达的障碍,将作为未来“万物互联”世界的载体。随着科技的不断进步,显示屏的发展将不断突破人类的想象,未来也将带给人类颠覆性的改变。





一、触摸屏的现状及分类

触控面板起源于20世纪60年代,是美国军方为军事用途而研制,经过五十多年的发展,触摸屏现已得到广泛的应用,但2000年后才真正进入成熟期。触摸屏面板一般包括两个部分:触摸检测装置和触摸屏控制器。触摸检测装置安装在显示器屏幕前面,用于检测用户触摸位置,把接收到信息传送到触摸屏控制器;触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息,并将它转换成触点坐标,再送给CPU,它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。

随着科技的进步,触摸屏技术也经历了从低档向高档逐步升级和发展的过程。根据其工作原理,其目前一般被分为四大类:电阻式触摸屏、电容式触摸屏、红外线式触摸屏和表面声波触摸屏。各种类触摸屏技术特性如下:



【原创研究】柔性电子趋势下的触摸屏产业发展分析(一)——电容触摸屏及其显示模组概述


数据来源:根据公开资料整理

在2007年以前小尺寸触控屏主要以电阻屏为主。随着苹果公司于2007年推出搭载电容屏的第一款iPhone,正式拉开了智能手机电容屏时代的序幕。目前在3C领域中电容屏已经基本取代电阻屏,成为智能手机、平板电脑等3C产品的标准配置,占比超过了90%。目前仅在部分工控面板、车载触摸屏等领域能见到电阻屏的身影。

红外屏虽然在稳定性、工艺成熟度方面更佳,但是其在抗干扰、外观等方面的局限性使得其在手机等3C产品的应用远低于电容屏;但是目前的电容屏导电材料ITO膜由于阻抗较高而没法应用在中大尺寸触控屏,故目前的中大尺寸触控屏几乎均为红外屏。

由于电容屏在抗干扰性、反应速度、外观等方面的特性都优于红外屏,故行业内也一直在寻找中大尺寸领域电容屏替代红外屏的方案。此外,在近期风靡市场的柔性折叠屏,均是采用的电容屏方案,而其他三种触控方式无法实现。故电容屏将是触控领域目前最优的解决方案,但对于不同的应用场景需要采取不同的材料和工艺。
 
二、电容式触摸屏概述

电容式触控面板主要由触控模组和显示模组组成,其中触控模组包含盖板玻璃、触控感应器、控制IC(分为触控IC和显示IC两类)三部分;而显示模组有两类:第一类是当前最主流的LCM(即将液晶显示器LCD和背光源贴合在一起形成的显示模组);第二类是OLED(有机发光二极管),目前正在手机领域快速取代LCM。

(一)显示模组

1、显示模组分类

按照成像原理的不同,显示面板可以分为阴极射线管显示器(CRT)与平板显示器(FPD)两类。

CRT显示器目前的用途,只有大批量需要的专业领域,像军用、医用、航天等方面。普通用户所使用的CRT显示器早在2010年已经停产。

按照显示媒质和工作原理的不同,平板显示器可进一步分为电致发光显示(ELD)、场发射显示(FED)、等离子显示(PDP)、液晶显示(LCD)、有机电致发光显示(OLED)五类。

其中LCD是目前最为成熟和广泛应用的一种,其可分为扭曲向列型(TN-LCD)、超扭曲向列型(STN-LCD)、薄膜晶体管(TFT-LCD)等几种,现在笔记本电脑、电视等LCD都是TFT-LCD,已经成为目前液晶显示器的主要发展方向。


【原创研究】柔性电子趋势下的触摸屏产业发展分析(一)——电容触摸屏及其显示模组概述



来源:《供应链金融创新案例》


TN-LCD是一款优势和劣势都很明显的产品,价格便宜,响应时间较快是其优势所在,可视角度不理想和色彩不真实又是其明显的劣势,而该劣势使其无法大规模应用。TFT-LCD之所以能够得到广泛应用,主要相对于其他产品更有优势。TFT-LCD是在TN-LCD的扩展和彩色化,可以单独控制一个像素点,因此可以将对比度提升至很高,灰度实现也更加容易,结果就是可以轻易实现更鲜艳的色彩;TFT也继承了TN型快速响应的特性,另外,额外的LC Film也有助于提高TFT的视角范围。故目前的LCD面板几乎全是TFT-LCD。


【原创研究】柔性电子趋势下的触摸屏产业发展分析(一)——电容触摸屏及其显示模组概述

数据来源:根据公开资料整理


2、OLED显示的发展趋势


相对于LCD来说,OLED在各方面的性能都更胜一筹。但是由于OLED的整体成本和良率问题还未完全实现替代,故目前仍然是LCD占据着主要市场份额。


【原创研究】柔性电子趋势下的触摸屏产业发展分析(一)——电容触摸屏及其显示模组概述

数据来源:根据公开资料整理



按驱动方式分,OLED可分为被动式驱动(PMOLED)、主动式驱动(AMOLED)。结构上,PMOLED电极材料呈矩阵式分布,以扫描的方式点亮其中的像素,瞬间高亮度发光,所需驱动电压较大。而AMOLED具有全层电极,利用独立的薄膜电晶体(TFT)控制每个像素,每个像素皆可以连续且独立地驱动发光,因此,AMOLED功耗更小、发光元件寿命更长,适用于大尺寸和高分辨率的产品之上,目前被广泛用于智能手机、电视屏幕中。


【原创研究】柔性电子趋势下的触摸屏产业发展分析(一)——电容触摸屏及其显示模组概述

数据来源:根据公开资料整理



OLED带有电致自发光特性,不需要像LCD一样装配背光模块,能够有效降低消耗的功率。同时,OLED以有机材料代替晶片的结构使得屏幕较LCD更薄、更轻,为柔性显示、元件集成提供技术基础。从显示效果来看,OLED具备180度大视角、对比度高、色彩丰富等特点,成像质量较LCD高。从响应速度来看,OLED刷新速度几乎较LCD快50倍,在高速动态画面下仍能保持高清晰度。整体来看,OLED性能优于LCD,未来大规模应用为大势所趋。

虽然TFT-LCD主导显示面板市场已有超过15年的历史,但OLED相比于TFT-LCD技术优势明显已毋庸置疑,之前一直没能实现产业化的核心原因在于制备工艺不够完善,良率过低,生产成本难以控制。但OLED是一种自发光显示器,所需的元器件和材料比被动显示器少,当工艺成熟、良率趋同之后,自发光显示器成本将低于LCD被动发光显示器。OLED目前成本更高的原因是材料费用高、良率低。2016年以来,5英寸分辨率为1080p的AMOLED显示面板的生产成本已经降低到14.30美元左右,而同样规格的TFT-LCD面板的成本则是14.60美元,小尺寸AMOLED的材料成本已经开始超越TFT-LCD,而TFT-LCD工艺已经十分成熟,成本再度下降的空间十分有限,而未来随着技术的不断进步以及OLED上量后的规模化效应,未来OLED面板的生产成本还将进一步下降(以人力成本为例:同样一个中型制造FAB,LCD需要约1000人,而OLED只需要300人)。在小尺寸屏幕方面,比如手机、智慧手表、手环等,AMOLED良率已经能达到80%了,且成本已经比良率超过97%的LCD成本低了,待AMOLED良率进一步提升后,综合成本将进一步降低。但是OLED TV面板(大尺寸OLED)正处在起步阶段,材料使用受限、工艺成熟度不高、良率低(30%-40%),从而OLED面板制造成本比LCD面板高出70%-100%,目前也仅有高端电视在使用,但是近年来成本下降速度也极快,未来随着工艺提升、良率提高,成本将低于LCD。

OLED以往存在的颗粒感重、色彩不真实、寿命偏低等缺点近年来已经渐渐得到完善,采用OLED屏幕的手机已经明显增多,目前越来越多的中端手机也已经开始搭载OLED面板。以手机和电视显示面板为例:2014年全球手机中约有90%使用TFT-LCD显示面板,OLED面板的渗透率仅约10%,而到2018年该比例分别变为79%和21%,预计2020年智能手机OLED面板的渗透率将超过50%,2025年甚至将进一步提升至73%。2015年全球电视中约有98%以上使用TFT-LCD显示面板,OLED面板的占有率不足0.5%,而到2018年比例分别为91%和1.1%(QLED也占比约1.1%)。

可见目前手机领域OLED的替代趋势逐渐加速;电视领域LCD的被替代趋势也日渐明显,但是电视领域存在OLED和QLED两种主要替代路径,目前尚未有明显的趋势。


【原创研究】柔性电子趋势下的触摸屏产业发展分析(一)——电容触摸屏及其显示模组概述


来源:手机中国

OLED产业趋势愈加明确,而且目前风靡的柔性折叠屏只有OLED可以实现,故2016年以来无论是国内还是国外都有不少企业用大把的资金投向了OLED,以期在OLED市场争夺一席地位,如京东方等龙头企业也明确宣布停止LCD新产线的投资。

目前投资热潮仍在升温,目前整个OLED产业形成了“日韩企业引导、国内企业追赶”重蹈LCD之路的局面,总体而言,目前国内还是聚集在中小尺寸产线,但是在产能和质量上还是与全球第一的三星(AMOLED出货量占约90%)差距悬殊,而大尺寸的OLED面板技术全球目前仅掌握在韩国的LGD手中,国内企业尚未攻克。




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