中国半导体不再被“卡脖子”!从材料开始,解密十大新材料替代现状【附下载】| 智东西内参

根据美国半导体产业协会的统计,可以看到全球半导体销售额呈现逐年增长的姿态,从2001年的1472.5亿美元一路提升至 2019 年的 4110 亿美元。虽然在 2019 年全球半导体销售额因为消费电子市场疲软从而略微下滑,但是从 19 年 6 月开始全球半导体销售额呈现恢复的态势,环比数据明显优于 2018 年同月份环比数据。目前随着下游多方需求恢复的共振,将史无前例的带动半导体行业在 5G 的飞速发展,再创新高。

本期的智能内参,我们推荐国盛证券的研究报告《国产替代揭开序幕,新材料行业春天将至》,揭秘在半导体行业稳步增长的大背景下,半导体材料和显示材料的国产替代逻辑。如果想收藏本文的报告(国产替代揭开序幕,新材料行业春天将至),可以在智东西(公众号:zhidxcom)回复关键词“nc437”获取。

本期内参来源:国盛证券

原标题:

《国产替代揭开序幕,新材料行业春天将至》

作者: 郑震湘

一、半导体材料

1、 受益 5G,行业复苏

根据美国半导体产业协会的统计,可以看到全球半导体销售额呈现逐年增长的姿态,从2001 年的 1472.5 亿美元一路提升至 2019 年的 4110 亿美元。虽然在 2019 年全球半导体销售额的略微下滑主要由于全球贸易环境的紧张,以及半导体最主要的下游消费电子市场自 17H2 的疲软,但是在 19H2 我们也看到了半导体市场随着 5G 时代到来的重现生机。

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全球半导体销售额情况

2018 12 月开始,半导体月度销售额持续下滑至 2019 5/6 月,但是从 6 月开始全球半导体销售额呈现恢复的态势,环比数据明显优于 2018 年同月份环比数据。

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2018 年及 2019 年全球半导体月度销售额对比(十亿美元)

中国市场巨大,国产替代需求强劲。而对于未来的半导体市场来看,我们认为中国将会是未来最大的半导体市场。2015 年中国在全球把半导体销售额上占据了全球的 24%,至 2019 年中国已经将其占比提升至 35%

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中国近年占全球半导体销售额情况(十亿美元)

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2016~2021 年全球半导体各应用市场的年复合增速预测

然而虽然中国市场巨大,但是在半导体领域目前仍然处于关键器件被海外“卡脖子”的状态。我们以智能终端为例进行拆解、分析和比较,可以发现华为作为一家系统级公司,已经在大部分芯片品类上自给自足,同时也注意到存储、射频、模拟芯片上仍然存在短板、受制于人。在 2019 年华为事件后,中国已经开始加速国产链的重塑,几乎所有科技龙头,甚至部分海外龙头也在加快国产链公司导入。

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国产替代空间测算

2、 半导体材料 市场增长不断

从市场上看,我国半导体市场规模超万亿,半导体产业已成为国家战略新兴产业的重要部分,而超三分之二的半导体产品需从国外进口,高端领域几乎完全依赖进口情况急需改变,尤其是 2018 年中美贸易摩擦以来,中兴、华为事件更是给中国半导体行业敲响警钟。

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华为国产替代链示意图

半导体产业呈现技术密集、资本密集及和产集群的特点。半导体核心产业链包括半导体产品的 IC 设计、IC 制造和 IC 封测。目前已经形成 EDA 工具、IP 供应商、IC 设计、Foundry 厂、封测厂的高效稳定的深度分工模式。目前全球半导体正在经历从中国台湾向中国大陆的第三次产业转移,历史上看,前两次的行业转移分别发生在 20 世纪 80 年代和 20 世纪 90 年代末,分别从美国本土到日本和美日向韩国、中国台湾的转移。目前我们已经看到设计、制造、设备等半导体环节已经逐步的向中国转移。

在半导体原材料领域,集成电路技术发展到微纳电子制造的物理极限,单独依靠特征尺寸缩小已不足以实现技术发展目标。新材料的引入以及相应的新材料技术与微纳制造技术相结合共同推动着集成电路不断发展。集成电路制造工艺用到元素已经从 12 种增加到 61 种。伴随微纳制造工艺不断发展,对材料的纯度,纳米精度尺寸控制、材料的功能性等都提出了严苛的需求。

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半导体上下游产业链,以及半导体材料在产业链所处位置

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半导体材料分类

简单来看,半导体制造所需要的材料主要分布在一下四步之中:

1. 掺杂/热处理:溅射靶材,湿法化学品、化学气体,CMP 抛光垫和抛光液;

2. 蚀刻/清洁:掩模/光罩,溅射靶材,CMP 抛光垫和抛光液;

3. 沉积:化学气体,CMP 抛光垫和抛光液;

4. 光刻:掩模/光罩、光刻胶、光刻胶显影液、熔剂、剥离剂。

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晶圆制造过程所需材料

与半导体全球市场相之匹配的,全球半导体材料的销售额也在同步增长,至 2018 年全球半导体材料销售额达到 519.4 亿美元,创下历史新高。销售增速 10.65%,创下了自2011 年以来的新高;近年来,中国大陆半导体材料的销售额保持稳步增长,增速方面一直领先全球增速。

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全球半导体材料市场销售额

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中国大陆半导体材料市场增速 vs.全球

晶圆制造材料包含硅、掩膜版、光刻胶、电子气体、CMP 抛光材料、湿化学品、溅射靶材等,其中硅片约占整个晶圆制造材料的三分之一。

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半导体原材料分布情况

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封装及晶圆制造材料市场规模及增速(单位:亿美元)

3、 中国需求巨大,国产替代揭开序幕

全球半导体材料市场回暖。经历了 2015-2016 连续两年产业规模下滑后,2017 年和 2018年半导体材料市场回复增长,产业规模达约 520 亿美金。以地域结构来看,全球所有地区半导体材料市场规模均实现了不同程度的增长,但是其中中国大陆的增速领先。

产业持续东移,中国大陆增速第一。从占比来看,半导体材料市场中,中国台湾依然是半导体材料消耗最大的地区,全球占比 22.04%。中国大陆占比 19%排名全球第三,略低于 19.8%的韩国。然而中国大陆占比已实现连续十年稳定提升,从 2006 年占全球比重 11%,到 2018 年占比 19%。产业东移趋势明显。

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全球半导体材料销售额分布

半导体材料可分为晶圆制造材料和封装材料,晶圆制造材料是半导体材料市场的主力军。根据 wind 数据,2018 年,全球半导体材料销售规模为 519.4 亿美元,同比增长 10.7%,其中晶圆制造材料及封装材料销售额分别为 322 亿美元和 197 亿美元,同比增长 15.9%3.1%

根据 SEMI 统计数据,我国半导体材料市场规模为 85 亿美元,同比增长 12.3%,其中晶圆制造材料及封装材料市场规模为约 28.2 亿美元和 56.8 亿美元。未来 2 年我国半导体材料市场规模将持续高速增长,预计 2020 年我国半导体材料市场规模达 107.4 亿美元,其中晶圆制造材料市场规模达 40.9 亿美元,2016-2020 CAGR 18.3%;封装材料市场规模达 66.5 亿美元,2016-2020 CAGR 9.18%

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2013-2018 年全球半导体市场销售规模(亿美元)

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2016-2020 年我国半导体材料市场规模(亿美元)

半导体材料国产化率仍待转化。根据集成电路材料和零部件产业技术创新战略联盟的调研数据,2016 年国内晶圆制造材料企业用于半导体制造的产品销售收入仅 69.5 亿元,相对于国内晶圆制造材料市场需求的比例约 20%,国产化比例较低。

在国家产业政策大力扶持和国内半导体市场稳定增长等利好条件下,特别是国家“02 专项”等专业化科研项目的培育下,国内半导体材料领域将涌现更多具有国际竞争力的公司和产品,在更多关键半导体材料领域实现进口替代,打破国外厂商的垄断。

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2012-2017 年我国占半导体制造材料国产化情况(%)

半导体芯片制造工艺半导体将原始半导体材料转变成半导体芯片,每个工艺制程都需要电子化学品,半导体芯片造过就是物理和化学的反应过程,半导体材料的应用决定了摩尔定律的持续推进,决定芯片是否将持续缩小线宽。目前我国不同半导体制造材料的技术水平不等,但整体与国外差距较大,存在巨大的国产替代空间。

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半导体材料国产化进程

从技术层面出发再至半导体封装材料进出口金额及量(由于缺乏晶圆制造数据,故以封装材料为例说明),可以看到中国对于半导体封装材料进口量的需求巨大,同时再对比进出口单价情况,从 2017 年开始计算,出口单价仅为进口单价的约为 60%,价格悬差巨大,也再次反映了中国虽然对于半导体材料的需求巨大,但是由于目前技术能力有限所致进出口贸易悬差巨大,也因此存在巨大的国产替代空间。

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半导体封装材料进出口额(万美元)

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半导体封装材料进出口量(吨)

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半导体封装材料进口单价情况

4、 硅片:半导体制造重中之重

纵观半导体硅片的技术演变历程,可以看到从早在 20 世纪 70 年代,硅片的尺寸就逐步的向着更大尺寸发展。截止至目前全球硅片市场最大的量产型硅片尺寸为 300mm,也即是所谓的“12 英寸硅片”。

根据目前 SEMI 对于全球各类半导体硅片的出货量统计,我们也看到半导体市场对于12 英寸硅片的需求及使用也是逐步增加。2011 年,200mm 半导体硅片市场占有率稳定在 25-27%之间;2016 年至 2017 年,由于汽车电子、智能手机用指纹芯片、液晶显示器市场需求快速增长,200mm 硅片出货面积同比增长 14.68%2018 年,200mm 硅片出货面积达到 3278.00 百万平方英寸,同比增长 6.25%2018 年,300mm 硅片和 200mm硅片市场份额分别为 63.31%26.34%,两种尺寸硅片合计占比接近 90.00%

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半导体硅片技术演变史

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全球各类型半导体硅片出货面积占比

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12 寸晶圆全球产能及需求对比表

而硅片之所以趋向于大尺寸,其主要原因是因为单位晶圆生产效率的提高。虽然生产大尺寸硅片所需要的设备、材料成本等均有所提高,但是考虑到自动化带来的人工费用的减少以及单片硅片的面积之大,以 200mm(9 寸)和 300mm(12 寸)硅片进行比较,12 英寸硅片的单位成本仅为 9 英寸硅片的 70%~80%。

由于成本及良率,12 寸硅片仍为主流,技术略有所停滞的当前,国内厂商具备追赶及替代的机会。但是由于随着硅片的直径越大,硅片结晶过程中的旋转速度也需要与之匹配的减小,即容易带来由于旋转速度不快、不稳定带来的硅片晶格结构的缺陷,同时随着直径的扩大,晶圆的边缘之处更容易产生翘曲的情况,从而带来良率的降低,也意味着生产的成本的提高,因此目前全球的主流硅片的最大尺寸仍仅为 12 英寸,但这也带给了国内厂商追赶行业龙头的机会。

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较大尺寸晶圆具备更高的理论生产效率

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8 英寸及 12 英寸理论成本变化情况

由于半导体行业与全球宏观形势紧密相关,全球半导体硅片行业在 2009 年受经济危机影响,出货量与销售额均出现下滑;2010 年智能手机放量增长,硅片行业大幅反弹;2011年-2016 年,全球经济复苏但较为低迷,硅片行业易随之低速发展;2017 年以来,得益于半导体终端市场需求强劲,半导体市场规模不断增长,于 2018 年突破百亿美元大关。

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全球半导体硅片市场规模(亿美元)

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全球半导体硅片出货面积(百万平方英寸)

2008 年至 2013 年,中国大陆半导体硅片市场发展趋势与全球半导体硅片市场一致。2014 年起,随着中国半导体制造生产线投产、中国半导体制造技术的不断进步与中国半导体终端市场的飞速发展,中国大陆半导体硅片市场步入飞跃式发展阶段。2016 -2018年,中国半导体硅片销售额从 5.00 亿美元上升至 9.96 亿美元,年均复合增长率高达41.17%。中国作为全球最大的半导体终端市场,未来随着中国芯片制造产能的持续扩张,中国半导体硅片市场的规模将继续以高于全球市场的速度增长。

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中国大陆半导体硅片市场规模(亿美元)

中国大陆仅有少数几家企业具有 200mm 半导体硅片的生产能力。2017 年以前,300mm半导体硅片几乎全部依赖进口。2018 年,硅产业集团子公司上海新作为中国大陆率先实现 300mm 硅片规模化销售的企业,打破了 300mm 半导体硅片国产化率几乎为 0%的局面。

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全球硅片市场竞争格局及市占率

5、 光刻胶:逐步突破,任重而道远

光刻胶,目前做为半导体生产中光刻工艺的核心材料,其主要工作原理是:光刻工艺利用光刻胶对于各种特殊射线及辐射的反应原理,将事先制备在掩模上的图形转印到晶圆,建立图形的工艺,使硅片表面曝光完成设计路的电路图,做到分辨率清晰和定位无偏差电路,就如同建筑物一楼的砖块砌起来和二楼的砖块要对准,叠加的层数越高,技术难度大。

同样光刻胶从功能上又可分为正性及负性光刻胶:正性光刻胶之曝光部分发生光化学反应会溶于显影液,而未曝光部分不溶于显影液,仍然保留在衬底上,将与掩膜上相同的图形复制到衬底上;而负性光刻胶之曝光部分因交联固化而不溶于显影液,而未曝光部分溶于显影液,将与掩膜上相反的图形复制到衬底上。

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光刻胶构成

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正性光刻胶和负性光刻胶反应原理

按照应用领域的不同,光刻胶又可以分为印刷电路板(PCB)用光刻胶、液晶显示(LCD)用光刻胶、半导体用光刻胶和其他用途光刻胶。PCB 光刻胶技术壁垒相对其他两类较低,而半导体光刻胶代表着光刻胶技术最先进水平。

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不同分类下的光刻胶分类

行业壁垒高耸,研发能力要求极高,资金需求巨大。在上述我们也对众多光刻胶进行了简单的分类,但实际操作中由于各个客户的产品的要求不同,对应的光刻胶的具体要求将更会是千奇百怪。这一点将会直接导致光刻胶企业在生产制作光刻胶的时候需要具备足够的配方研发能力,对众多国内仍在起步的厂商无疑是个巨大的挑战。另一方面由于光刻胶最终需要应用在光刻机上,以 ASML 为例,EUV 光刻机常年保持在 1 亿欧元左右,248nm KrF 光刻机也基本维持在一千万欧元以上。

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ASML 光刻机

248nm 及以上高端光刻胶为全球市场的主流。SEMI 的数据显示,2018 年全球半导体用光刻胶市场达到 24 亿美元,较 2017 年同比增长 20%。光刻胶配套试剂方面,2018年全球光刻胶配套试剂市场达到 28 亿美元,较 2017 年增长 27%

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全球半导体光刻胶及配套试剂市场规模

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中国半导体光刻胶及配套试剂市场规模

全球共有 5 家主要的光刻胶生产企业。其中,日本技术和生产规模占绝对优势。

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光刻胶主要生产企业

国内光刻胶生产商主要生产 PCB 光刻胶,面板光刻胶和半导体光刻胶由于光刻胶的技术壁垒较高,国内高端光刻胶市场基本被国外企业垄断,特别是高分辨率的 KrF ArF 光刻胶,基本被日本和美国企业占据。PCB 光刻胶的技术要求较低,PCB 光刻胶在光刻胶产品系列中属于较低端,目前国产化率已达到 50%LCD 光刻胶国产化率在 10%左右,进口替代空间巨大;IC 光刻胶与国外相比仍有较大差距,国产替代之路任重道远。

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国内半导体产品结构

国内半导体光刻胶技术和国外先进技术差距较大,仅在市场用量最大的 G 线和 I 线有产品进入下游供应链。KrF 线和 ArF 线光刻胶核心技术基本被国外企业垄断,国内 KrF 已经通过认证,但还处于攻坚阶段;我们乐观预计 ArF 光刻胶在 2020 年能有效突破并完成认证。

6、 CMP:突破重围,国产化启动

CMP 化学机械抛光(ChemicalMechanicalPolishing)工艺是半导体制造过程中的关键流程之一,利用了磨损中的“软磨硬”原理,即用较软的材料来进行抛光以实现高质量的表面抛光。通过化学的和机械的综合作用,从而避免了由单纯机械抛光造成的表面损伤和由单纯化学抛光易造成的抛光速度慢、表面平整度和抛光一致性差等缺点。

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CMP 工艺工作原理

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CMP 材料细分市场份额

CMP 抛光材料主要包括抛光液、抛光垫、调节器、清洁剂等,其市场份额分别占比 49%33%9%5%。至 2018 年市场抛光液和抛光垫市场分别达到了 12.7 7.4 亿美元。

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全球 CMP 材料市场规模情况(亿美元)

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我国 CMP 材料市场规模情况(亿元)

而随各类芯片的技术的进步,抛光步骤也随之增长,从而实现了抛光垫及抛光液用量市场的持续增长。同时随着芯片制程的提高带动的抛光材质技术要求的提升,以及整体半导体芯片市场的复苏,我们可以预期到未来 CMP 市场的价的多重提高。

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CMP 抛光步骤随逻辑芯片和存储芯片技术进步而增加

目前市场上抛光垫目前主要被陶氏化学公司所垄断,市场份额达到 90%左右,其他供应商还包括日本东丽、3M、台湾三方化学、卡博特等公司,合计份额在 10%左右。抛光液方面,目前主要的供应商包括日本 Fujimi、日本 HinomotoKenmazai,美国卡博特、杜邦、RodelEka、韩国 ACE 等公司,占据全球 90%以上的市场份额,国内这一市场主要依赖进口,国内仅有部分企业可以生产,但也体现了国内逐步的技术突破,以及进口替代市场的巨大。

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抛光液主要生产企业

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抛光垫主要生产企业

7、 湿电子化学品:内资龙头效应显著

湿电子化学品,也叫超净高纯试剂,为微电子、光电子湿法工艺制程中使用的各种电子化工材料。主要用于半导体、太阳能硅片、LED 和平板显示等电子元器件的清洗和蚀刻等工艺环节。按用途主要分为通用化学品和功能性化学品,其中通用化学品以高纯溶剂为主,例如氧化氢、氢氟酸、硫酸、磷酸、盐酸、硝酸等;功能性化学品指通过复配手段达到特殊功能、满足制造中特殊工艺需求的配方类或复配类化学品,主要包括显影液、剥离液、清洗液、刻蚀液等。

湿电子化学品目前广泛应用在半导体、平板显示、太阳能电池等多个领域,湿电子化学品在半导体晶圆制程中应用于晶圆清洗、刻蚀、显影和洗涤去毛刺等工艺,在晶圆领域制造和封测领域应用分布广。国际半导体材料和设备组织(SEMI)制定了 5 个超纯净试剂的国际分类标准,应用领域的不同对超纯净试剂要求的等级也不同,半导体领域要求的等级比平板显示和光伏太阳能电池领域的要求高,基本集中在 SEMI3G4 的水平,我国的超纯净试剂研发水平与国际水平上游差距,大多集中在 G2 的水平。

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美国 SEMI 工艺化学品的国际标准等级

全球的湿电子化学品市场大多被欧美和日本公司占据,其中欧美公司主要有 BASF、霍尼韦尔、ATMI、杜邦、空气产品公司,合计占比 37%左右;日本公司主要有关东化学、三菱化学、京都化工、住友化学、宇部兴产、森田化学等,合计占比 34%左右;台湾地区和韩国公司主要有台湾东应化、台湾联士电子、鑫林科技、东友、东进等,合计占比 17%左右。国内企业主要有浙江凯圣、湖北兴福、上海新阳、苏州晶瑞、江化微、江阴润玛、杭州格仕达、贵州微顿品磷等,占全球市场 10%左右,技术等级主要集中在 G2 以下仅有少部分企业达到 G4 以上标准。

在众多工艺化学品企业中,上海新阳已成为先进封装和传统封装行业所需电镀与清洗化学品的主流供应商,其超纯电镀硫酸铜电镀液已成功进入中芯国际、海力士的 28nm 大马士革工艺制程,成为 Baseline 产品,进入工业化量产阶段;湖北兴福电子材料有限公司磷酸、浙江凯圣氟化学有限公司氢氟酸等也都在 8-12 英寸工艺认证中取得较好效果,即将投入量产应用。

8、 电子特气:需求空间大,拉开进口替代序幕

电子特种气体是集成电路、显示面板、光伏能源、光纤光缆等电子产业加工制造过程中不可或缺的关键材料,其市场规模保持高速发展。2010-2018 年,我国电子特气市场规模复合增速达 15.3%2018 年我国电子特气市场规模达 121.56 亿元。其中,半导体制造用电子特气市场规模约 45 亿元。根据前瞻产业研究院预测,2024 年我国电子特种气体市场规模将达到 230 亿元,2018-2024 年复合增速将达 11.2%。电子特气将为中国新兴产业的发展注入新动力。

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我国电子特气市场规模(亿元)

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高纯电子特气市场格局(按应用)

电子特气按照用途可分为蚀刻及清洗气体、成膜气体、掺杂气体三大类。在半导体集成电路中,电子气体主要应用于蚀刻、掺杂、CVD、清洗等。在晶圆制程中部分工艺涉及气体刻蚀工艺的应用,主要涉及 CF4NF3HBr 等;掺杂工艺即将杂质掺入特定的半导体区域中以改变半导体的电学性质,需要用到三阶气体 B2H6BF3以及五阶气体 PH3 AsH3等;在硅片表面通过化学气相沉积成膜(CVD)工艺中,主要涉及 SiH4SiCl4WF6 。

在显示面板产业中,在薄膜工序中需要通过化学气相沉积在玻璃基板上沉积薄膜,需要使用 SiH4PH3NF3 NH3 等。在干法蚀刻工艺中,需要在等离子气态氛围中选择性腐蚀基材,需要用到 SF6、HCl、Cl2 等;在 LED 产业中,外延技术需要高纯电子特气包括高纯砷烷、高纯磷烷、高纯氨气,HCl 和 Cl2常常用做蚀刻气;在太阳能光伏产业中,晶体硅电池片生产中的扩散工艺需要用到 POCl3,减反射层等 PECVD 工艺需要用到 SiH4、NH3,蚀刻需要用到 CF4。薄膜太阳能电池在沉积透明导电膜工序中需要用到 B2H6等。

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电子气体分类

三氟化氮(NF3)是目前应用最广的电子特气,占全球电子气体产量约 50%NF3 在卤化氮中最稳定,是一种强氧化剂。在离子蚀刻时裂解为活性氟离子,氟离子对硅化合物、钨化合物有优异的蚀刻速率和选择性。并且,三氟化氮在蚀刻时,蚀刻物表面不留任何残留物,是良好的蚀刻、清洗剂。大量应用于半导体、液晶和薄膜太阳能电池生产工艺中。

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电子气体分种类份额占比

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电子特气在晶圆制造中的应用

两个主要因素推进了我国电子特气的需求高速增长。首先,近年来电子气体下游产业技术快速更迭。例如,集成电路领域晶圆尺寸从 6 寸、8 寸发展到 12 寸甚至 18 寸,制程技术从 28nm 到 7nm;显示面板从 LCD 到刚性 OLED 再到柔性、可折叠 OLED 迭代;光伏能源从晶体硅电池片向薄膜电池片发展等。下游产业的快速迭代让这些产业的关键性材料电子特气的精细化程度持续提升。并且,由于全球半导体、显示面板等电子产业链不断向亚洲、中国大陆地区转移,近年来以集成电路、显示面板为主的电子特气需求快速增长。我国集成电路 2010-2018 年销售额复合增速达 20.8%,对电子特气的需求带来了持续、强劲的拉动。

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我国集成电路产业销售额

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全球各地区 OLED 产能占比情况及预测

然而,目前我国电子特气进口依赖度高,进口替代潜力较大。随着我国半导体、显示面板市场的快速扩张,包括电子特气在内的上游原材料实现进口替代意义重大。目前我国电子特种气体市场呈寡头垄断格局,2018 年外企占我国电子气体市场 88%份额。我国电子气体领域目前的主要的外企包括美国空气化工集团、法国液化空气集团、日本太阳日酸株式会社、美国普莱克斯、德国林德集团。国内主要企业包括中船 718 所、昊华黎明院等。目前我国电子特气企业产品供应仍较为单一,但在政策扶持及下游需求的拉动下,我国电子特气企业体量、产品品种迅速发展,该领域进口替代已拉开序幕。

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我国电子气体市场格局(2018 年)

二、 显示材料:面板行业转移升级

1、 OLED 持续渗透,下游需求强势支撑

OLED 是指有机自发光二极管(Organic Light-Emitting Diode),是一种以有机薄膜为自发光源的显示技术。由于其超高对比度、更细腻逼真的色彩、宽广视角、轻薄外形、宽温操作等特性,OLED 有望成为继 CRTLCD 后的第三代主流显示技术。从定义来看:“自发光”决定轻薄外型和低材料成本;“有机”是实现柔性显示和异形屏的关键。

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OLED 和 TFT-LCD 性能比较

AMOLED 已成为现阶段主流 OLED 技术。根据驱动方式不同,OLED 可分为主要应用于小尺寸的被动式无源驱动 PMOLED,以及可应用于中大尺寸的主动式无源驱动 AMOLED,其中 AMOLED 使用 TFT 阵列来控制 OLED 像素,实用性更强,已成为主流 OLED 技术。与 LCD 相比,AMOLED 有轻薄、响应速度快、高对比度、色彩逼真和柔性显示等优点。

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AMOLED 和 TFT-LCD 性能比较

AMOLED 可满足高成像显示需求,同时更易实现异形屏设计与生产灵活性。

显示素质来看,LCD 是通过旋转液晶分子和偏振片对白色背光源的过滤和屏蔽来显示黑色,而采用自发光原理的 AMOLED 每个像素点独立控制发光,像素熄灭便可实现完全的黑,因此 AMOLED 相比 LCD 可以实现更高对比度,给人更强烈的视亮度感觉,从而实现更优质的显示体验。此外,AMOLED 也因对像素点的高度控制而具备了更低的功耗。AMOLED 高显示素质正契合了未来用于手机、电竞、VR 等应用屏幕对高清、高频、高质量显示体验的需求。

外观形态来看,AMOLED 自发光使其无需任何背光模组和滤光器,结构相对 LCD 更加简单,仅由上下两层玻璃加中间有机材料层组成,因而在厚度上可以压缩至 LCD 的约 2/3,因而在移动设备轻薄化趋势下能够备受青睐。同时,采用柔性塑料基底的 AMOLED 在柔性显示上独具优势,给应用端设备形态留出足够的设计空间,而对比之下,LCD 背光模组异型切割难度(C 角刀轮切割+CNC 易致屏幕崩边)和成本更高(激光切割),在异形屏设计与生产灵活性就稍逊一筹了。

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AMOLED 比 LCD 更轻薄

制造成本下降,中小尺寸 AMOLED 成本与 LCD 差距逐步拉近。AMOLED 相比于 TFTLCD,由于不需要背光模组等零组件,材料成本更低,如果能实现部分关键设备国产化和制程良率提升,价值量会有更高的上升空间。现阶段小尺寸 AMOLED 成本已经能够实现与 LCD 相媲美,大尺寸技术问题尚待解决。以 5’’全高清智能手机显示屏为例,我们对比TFT-LCD AMOLED 成本结构(1Q16LCD G6 生产,AMOLED G5.5 生产,非材料成本包括设备折旧、人工等),可以发现材料成本方面,LCD AMOLED 的占比分别为 63%47%AMOLED 材料成本占比显著低于 LCD,随着制造成本压缩,AMOLED 成本可以逐步逼近 LCD。另外,需要与 LCD 区别的是,OLED 设备成本(35%)和有机材料成本(23%)是更重要的组成部分。

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TFT-LCD&AMOLED 成本比较(美元)

OLED 市场规模不断扩张,2020 年市场规模 343 亿美元,单位出货量增速将在 2020年到达顶峰。随着 OLED 技术发展、成本改善和产能建设等的逐步推进,OLED 市场高速增长,根据英国调研机构 IDTechEx 的统计数据,2018 年全球 OLED 市场规模为 265 亿美元,同比增长 8.08%2019 年市场进一步提速,实现 19%增长至 304 亿美元。预计到 2023 年,全球 OLED 面板收入将能够增长至 462 亿美元。根据国际数据调研机构DSCC 统计及预测,2020 年全球 OLED 出货面积增速将能达到顶峰,单位出货量将由2019 年的约 8 亿块增长至 10.26 亿块,同比增长 27%

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OLED 市场规模

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OLED 出货量(分应用,百万单位)

移动 OLED 市场需求占比超过 80%,智能手机、智能手表贡献市场增量。2018 年 OLED下游应用领域中,以智能手机和智能手表为主的移动 OLED 市场占比超过 80%,其中智能手机占比最大达 71%。DSCC 预计 2019 年智能手机 OLED 单位出货量将能达到 4.87亿,同比增长 12%),智能手表的整体市场单位出货量将能够在 2019 年达到 7310 万,其中 Apple Watch OLED 出货量将有望实现 45%增长,达到 2550 万。

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2018 年 OLED 应用领域情况

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AMOLED 市场规模(分应用,百万美元)

AMOLED 在显示领域的应用趋势是从中小尺寸到大尺寸,从智能手机向平板、PC TV、汽车以及可穿戴等新型终端设备拓展,市场前景广阔。从下游市场来看,2017 年全球AMOLED 出货量为 4.46 亿块,智能手机及可穿戴设备适用的新型半导体高端触控柔性显示屏仍是最主要的市场,占出货量 95%以上。其中智能手机出货量占比为 90%IHS估算 2018 AMOLED 出货量再增 36%,达到 6.06 亿块。OLED TV、笔电、头戴式设备则将是未来三年高速增长所在,预计 2017-2021 年三者 CAGR 分别为 50%47%43%。受益于此,未来三年 AMOLED 总出货量 CAGR~18.6%

AMOLED 出货量不断攀升,智能手机面板技术迭代趋势愈加明显。根据群智咨询统计,2019 年全球智能手机面板出货约 17.8 亿片,同比下降 4.9%,而在智能手机面板整体出货量处于下滑通道的状况下,AM OLED 凭借其显示性能和外观优势,市场需求强劲,逆势而上,出货量稳步提升,2019 年全球 AMOLED 智能手机面板出货达到约 4.7 亿片,同比增长约 8%,占整体智能手机面板出货量的比重由去年同期的 23%上升至 27%,其中 FOLED(刚性 AMOLED)智能手机面板出货量为 2.91 亿片,同比增长 9.0%ROLED(柔性 AMOLED)智能手机面板出货量为 1.75 亿片,同比增长 6.2%,面板技术迭代趋势进一步确定。

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LTPS-AMOLED 渗透率与 a-Si 相近

智能手机端 OLED 快速渗透,各品牌加速推进高端旗舰机型标配 AMOLED2018 年受制于面板生产商 AMOLED 产能和良率,智能手机厂商 AMOLED 渗透率有较大差距,因而市场整体渗透率并不高。2018 三星苹果的旗舰机型均采用 AMOLED 屏幕,两家公司手机的 AMOLED 渗透率也分别达到了 63.2%65.7%,而其他主要手机品牌AMOLED 渗透率则普遍不到 20%。但从 2019 年智能厂商屏幕显示技术来看,各大品牌均已在高端机型中标配了 AMOLED 面板,智能手机 AMOLED 渗透性提升的效应显现。

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2018 年主要手机品牌厂商出货量及屏幕技术(百万台)

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2020 年各品牌手机 AMOLED 渗透率

中端机型支撑市场增长,2022 年配备 AMOLED 屏的智能手机出货量有望达到 8 亿台。根据 Counterpoint 预测,2020 年全球 AMOLED 智能手机出货量将超过 6 亿部,同比增幅达 46%。其中三星 AMOLED 渗透率将进一步提升至 71%OPPO 渗透率将超过 51%Vivo 渗透率约 45%,华为和小米 AMOLED 智能机渗透率也将到达 30%以上水平。随着智能手机厂商在更多机型中运用 AMOLED,价格在 300500 美元间的中端智能手机将成为 AMOLED 面板出货量的增加最主要驱动力。Counterpoint 预测,直到 2022 年,配备AMOLED 的智能手机出货量将有望达到 8 亿台,届时 OLED 面板市场规模将有望赶超非晶硅和 LTPS 面板。

国内面板厂商崛起,手机厂商与面板厂商协同创新共同推动国内 AMOLED 产业阔步发展。得益于国内良好的政策及资本环境,国家及地方政府近几年重点支持显示产业——尤其是OLED 产业发展,在面板产能向大陆转移趋势下,国产面板厂商实现快速发展,据 CINNO 最新数据京东方已经成为 2019 年全球智能手机面板出货量最高的厂商,在AMOLED 的出货量也位列全球第二。同时国产手机品牌华为、小米、OPPO、中兴等已开始与国内 OLED 面板厂商就新技术研发展开合作,协同创新。国内面板产业发展与国产智能手机 AMOLED 渗透率提升正向协同。根据群智咨询数据显示 ,2019 年中国大陆AMOLED 智能手机面板整体出货量约 5500 万片,同比增长约 165%,市场占比提升至12%。随着 2020 年国内厂家的产能逐步释放,未来该数字将有望进一步提升。

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2019 年全球智能手机面板各厂商占比(按出货量)

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2019 年全球 AMOLED 智能手机各厂商占比(按出货量)

可折叠形态创新趋势带来 AMOLED 新增量,2025 年将有望推动可折叠 AMOLED 出货量增至 5000 万片。柔性显示技术的不断发展为智能手机厂商创新提供了新的施展空间,2019 年三星推出旗下第一款可折叠手机 Galaxy Fold 收获不俗市场反馈,引发可折叠形态创新热潮,也带动了柔性 AMOLED 出货量上升。根据 IHS 数据 2019 年可折叠手机渗透率约为 0.1%,对应约 150 万台出货量,而 IHS 预测 2020 年,折叠手机渗透率有望提升至 0.7%,出货量约 1000 万台。反应到 AMOLED 市场,根据 IHS 统计数据,全球可折叠 AMOLED 出货量将有望从 2018 年的约 20 万片,提升至 2025 年的约 5000 万片,七年 CAGR 将达到 220.17%。

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▲全球可折叠智能手机的出货量

能手表出货量快速增长,是可穿戴设备占比最高的领域。自 2014 年三星首次推出智能手表以来,智能手表的出货量迅速增加,2018 年全球出货量达 79.1 百万台,相比 2014年增长近 80 倍。根据市场调查机构 IDC 的预测,2019 年智能手表市场全球出货量有望达到 91.8 百万台,若按照 9.4%的年复合增长率来计算,2023 年市场规模将增加至 1.32亿台。随着 Apple Watch 以及来自其他电子产品制造商的各种智能手表越来越受欢迎,智能手表在整个可穿戴设备市场的份额将从去年的 44%增长到 2023 年的 47%

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IDC 预测 2019-2023 全球智能手表出货量复合增长率 9.4%

Apple Watch 市占率最高,其次是三星和 Fitbit。苹果持续主导着智能手表市场,从出货量来看,2019Q2 苹果出货量 570 万台,同比增长 50%,占据 46.4%的市场份额,遥遥领先。其次是三星,市场份额为 15.9%,美国 Fitbit 9.8%的市场份额位列第三。IDC 最新公布的报告显示,Apple Watch 将在未来几年继续引领智能手表市场,份额占比保持在 50%以上,并迅速拉升智能手表整体销量。三星和苹果这两款标杆性产品均使用 OLED 触控技术。

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全球智能手表出货量(按品牌分类)

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全球智能手表市场份额(按品牌分类)

柔性 OLED 产品更符合可穿戴设备的需求。柔性 OLED 产品相对于硬屏产品而言,更加轻薄、耐撞击、不易破碎、便于携带,能够更好地适应穿戴设备的特殊设计要求,因而更加符合智能穿戴设备需求。柔性 OLED 触控显示模组在智能穿戴设备上的应用也将不断增多。Apple Watch 从初代起即采用柔性 OLED 显示技术,Apple Watch Series 4 的显示屏引入了新兴 OLED 驱动背板技术 LTPO TFTLTPO TFT 即低温多晶氧化物,是OLED 屏的新兴驱动背板材料,相较于传统的 LTPS (低温多晶硅薄膜晶体管),可以节省 10-15%的电量,功耗更低,分辨率更高、直接速度更快、成本低、均一性好。目前Apple Watch OLED 面板供应商主要由 LG 一家,即将发布的 Apple Watch Series 5 将引入日本 JDI 作为供应商。

随着汽车辅助驾驶、信息化和智能化概念不断升温,车载显示成为人车交互入口,用于向驾乘者反馈更多、更直观的实时信息,并能够提供导航、倒车雷达、车辆状况、多媒体影音等功能。显示屏车载应用日益多元,主要包括仪表盘、中控屏、后视镜以及 HUD抬头显示、娱乐系统等。柔性显示技术在车载领域的应用,将使汽车产业的进化更加符合用户的智能化需求。

车载显示屏呈现出大屏化、高清化、交互化、多屏化、多形态化等五大发展趋势,有望迎来量价齐升。随着功能升级和易操作性要求,车载显示屏从原来的 3-4 英寸小屏幕,发展到近期的 10 英寸,甚至 17 英寸,车载显示屏幕尺寸越来越大,中控屏通常在 7~10英寸之间。特斯拉 Model S 首次推出 17 英寸的大尺寸触控中控屏,大大提升整车科技感和驾车体验。这也引得越来越多汽车厂商纷纷效仿,奔驰 SUV GLB 车型搭载双 10.25英寸大屏,拜腾更是推出 48 英寸的超大中控屏,车载显示器变得越来越大,推动显示屏价值提高。根据 IHS Markit 的调查统计,2018 年全球市场汽车中控显示屏的平均尺寸为7.7 英寸,预计到 2024 年将扩大到 8.4 英寸。

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车载显示器发展趋势

汽车智能化趋势下,多屏智能联动带动车载显示屏需求量上升。车载信息娱乐系统、流媒体中央后视镜、抬头显示系统 HUD、全液晶仪表、中控屏多屏融合车联网模块实现人机交互,以满足驾乘者智能驾驶和娱乐需求,将推动车载显示的大规模使用。根据盖世汽车研究院预测,到 2025 年全球智能网联车市场规模达 5506 亿美元,2018-2025CAGR 14.9%;中国智能网联车市场规模达 2154 亿美元,2018- 2025 CAGR 17.0%。基于此大背景下的汽车智能化、新能源化的确定趋势下,作为人机智能交互入口的车载显示屏需求将不断攀升。

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2015-2022E 全球车载显示出货量现状及预测

车载显示屏快速增长,预计复合增长率为 7%。根据 Global Market Insights 的数据,到2025 年,全球汽车显示屏市场将从目前的 150 亿美元翻倍增长至 300 亿美元。根据 IHSMarkit 数据,2018 年,汽车用显示屏出货量同比增长 9.4%,总量为 1.62 亿片。其中,中控显示屏同比增长 7.9%,仪表盘显示屏同比增长 5.6%。预计 2019 年的总出货量预计将下降至 1.6 亿片,同比下降 1.3%。预测 2017-2025 年间,车载显示器出货量的复合增长率将达到 7%

2、 大陆 OLED 产能占全球比重不断提升

2018 年面板行业景气度处于上行阶段,厂商密集投资扩产能。继高世代 TFT-LCD 面板后,以 AMOLED 为代表的新型显示面板投资进入高峰期,2018 OLED/LCD 及相关配套建线投资总计超 7000 亿,其中 OLED 投资规模接近 2000 亿。

得益于大陆对显示面板产线投资踊跃,AMOLED 产能规模扩张迅速。目前仅大陆仅 6代柔性 OLED 面板产线,中国内地已投产和在建的数量加起来已有 13 条,此外还有一条深圳柔宇的类 6 代线。目前大陆柔性 AMOLED 总投资规模超 6000 亿元,其中京东方一家的总投资金额就高达 1615 亿元。而在 2015 年底,投产和在建的产线数字仅为4 条和 6 条。政府资金加速涌入助力开启“技术+产品+产业链”布局。以维信诺为例,截止 3Q18,公司由年初至报告期期末计入当期损益的政府补助达到 8.56 亿元。12 19日维信诺再发公告,再获得政府补助项目共计 6 项,属于为取得、购建或以其他方式形成长期资产的政府补助总额人民币 20.00 万元;属于与收益相关的政府补助总额人民币55,857.4812 万元。

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全球各地区 OLED 产能增长情况(按基板数量,K 片)

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全球各地区 OLED 产能增长情况(按面积,百万平方米)

我们统计了包括 WOLEDRGB OLED QD-OLED 在内的全球主要 OLED 厂商已投和在建产能情况,假设满产满载,并不考虑良率损失,预计 2021 年大陆制造商将占全球 26%产能面积,2016-2021 大陆产能 GAGR~85%。包括京东方、华星光电、维信诺、和辉光电在内的大陆 G6 AMOLED 产能集中于 2018-2019 年开出,涉及产能总计超 150k /M

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2021 年大陆在全球 OLED 产能占比达 26%(按面积)

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2015-2021 大陆面板厂商产能(纵轴百万平方米)

大陆龙头京东方引领大陆 OLED 产能占全球比重不断提升,4Q13 鄂尔多斯(B6)产线投产,主攻 51k 片玻璃基板/LTPS LCD,辅助 4k /月的 AMOLED 硬屏,是中国首条、全球第二条 5.5 AMOLED 生产线,结束韩企 AMOLED 产能垄断。2017 10 月,成都(B7G6 LTPS AMOLED 柔性/硬屏产线率先实现量产,抢占新一轮 OLED 投资扩产先机,目前产能爬坡中,设计产能 48k /月。假设满产满载,并不考虑良率损失,我们估计 2018 年京东方 OLED 产能约为 1.59M 平方米,未来三年产能面积再翻两番,达到6.39 M 平方米,约可提供 1 亿块 5.5’’ AMOLED /月。

3、 超高清视频拉动需求,大尺寸 LCD 迎涨价周期

超高清应用大势所趋,4K 加速普及,8K 发展迅猛。2019 3 1 日,工信部等三部门印发《超高清视频产业发展行动计划(2019-2022 年)》(后称《计划》),加快发展超高清视频产业,加快建设超高清视频产业集群,建立完善产业生态体系,《计划》提出,2020 4K 电视销量要占总电视销量的 40%2022 4K 电视全面普及、8K 电视销量要占总电视销量的 5%2018 年,全球 4K 超高清电视出货量达 9851 万台,5 CAGR 126%2018 年我国超高清电视出货量达 3210 万台,同比增长 11%,渗透率达到 67%,高于全球水平 45.5%,预计 2021 年渗透率将有望提升至 74%。更先进的 8K 显示技术发展更为迅猛,根据群智咨询数据,2019 年全球 8K 电视出货量增长为约 20 万台,渗透率仅为 0.1%,预计 2020 年全球 8K 面板市场规模将在 2019 年基础上翻倍,而 2022 年全球 8K电视面板规模有望超过 700 万台,渗透率提升到 2.7%

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▲中国超高清电视销量及渗透率

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2019-2022 全球 8K 电视面板出货规模及渗透率

大屏可展现超高清画质,超高清视频发展带动大尺寸 LCD 面板需求,国内电视平均尺寸有望在 2023 年达到 55 寸。受限与人眼的识别分辨力,相同屏幕尺寸,屏幕分辨率越高要求人眼离屏幕的距离越近,这意味着若屏幕尺寸固定,则超高清视频高分辨率带来的精细画质只有近距离才能感受,因而大尺寸电视需求应运而生。以 65 英寸为例,相比 55 英寸在可视面积上扩大了 40%,从而能够完整展现超高清画质技术并且给人更为舒服的观看体验。伴随着 4K 成为大尺寸电视的主流分辨率,2018 年我国 55 英寸以上大尺寸 4K 电视渗透率已提升至 90%以上。

液晶面板将直接受益于电视平均尺寸增加。2019 年全球液晶电视面板的出货平均尺寸达到了 45.3 英寸,比 2018 年提升了 1.4 英寸,实现较大幅度增长。群智咨询预计,2020年大尺寸将保持强劲需求,带动 2020 年全球液晶电视面板平均尺寸维持约 1.3 英寸的增长。据此我们假设到 2023 年大陆电视面板平均尺寸达到 55 寸,由于国内电视出货量大约占全球 30%左右,测算下来全球 TV 面板平均尺寸每年增加 1.25,则 2020~2023年大概每年需求增速达到 6~9%

尺寸结构来看,65 英寸及以上的大尺寸面板市场份额正不断提升。根据群智咨询数据,2019 年全球液晶电视面板出货的各尺寸中,65 英寸产品占比提升至 7.4%,同比增长了2.2 百分点;更大尺寸的 75 英寸液晶电视的比重也增长近 1 个百分点达到 1.7%。与此同时 55 英寸份额则受到更大尺寸的蚕食,市场占比首次出现下降。

基于产业趋势,判断面板行业已经进入反转,短期向上,长期回归健康。TV 面板价格破新低,32/55/65 寸均在现金成本以下,2019Q4 以来跌幅边际收窄。目前行业库存回归健康水位,明年奥运会、欧洲杯拉货需求提升,底部价格反转可期。短期价格向上,长期韩国三星、LGD 战略性退出 LCD 业务,大陆龙头厂商产业主导权增加。

从供给端来看,韩日大尺寸 LCD 产能退出,显示由高面积产量向高价值量转型。中国大陆将成为全球最大的液晶面板生产区域;随着中国大陆 LCD 产能逐渐释放,将成为拥有从 4.5 代线到 10.5 代线最全世代线覆盖的唯一区域。

TCL 集团:目前已运营及在建 LCD 产线共计 5 条,包括基于大尺寸显示的两条 G8.5 产线(t1t2),两条 G11 产线(t6t7),基于小尺寸显示的 G6 LCD LTPS 产线(t3),产线技术及产品布局完备。出货量的增长主要来自于 T3T7 等新产线的释放作用。

根据公司公告相关信息,我们预计华星光电2019~2021T1+T2+T6+T7(大尺寸LCD)出货面积为 196126313153 万平方米,增速为 12%34%20%。预计华星光电2019~2021 T3(小尺寸 LCD)出货量为 120/125/125 百万片。2018 T3 出货量估计仅有 47 百万片,2019 年出货量大幅增长,表现超预期。

4、 有机发光材料:海外高度垄断,国内企业替代发力

OLED 材料主要包括发光材料和基础材料两部分,合计占 OLED 屏幕物料成本约 30%。发光材料是 OLED 面板的核心组成部分,OLED 发光材料主要包括红光主体/客体材料、绿光主体/客体材料、蓝光主体/客体材料等,是 OLED 产业链中技术壁垒最高的领域,其市场竞争小、毛利率高,技术壁垒主要体现在专利和良率上。OLED 基础材料主要包括电子传输层 ETL、电子注入层 EIL、空穴注入层 HIL、空穴传输层 HTL、空穴阻挡层 HBL、电子阻挡层 EBL 等,有机发光层材料和传输层材料为 OLED 的关键材料。

OLED 采用的发光材料是有机材料。根据有机材料的不同,可进一步分为小分子有机材料和大分子有机材料,其中大分子有机材料一般采用喷墨打印的方式进行成膜,而小分子有机材料一般采用蒸镀的方式进行薄膜沉积。目前的量产技术都是采用蒸镀小分子的方式来制作 OLED 显示器,最终制作的 OLED 器件是由多层叠在一起而成。

根据 OFweek 产业研究院数据,2017 年全球 OLED 材料市场规模为 8.56 亿美元,同比增长 61%,其中发光材料市场规模为 4.04 亿美元,2018 年全球 OLED 材料市场规模约11.56 亿美元,根据 DSCC 预测,2022 年全球 OLED 材料市场规模将达 20.4 亿美元,其中电视用 OLED 材料。

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OLED 有材料分类

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PMOLED 膜层结构

OLED 发光材料层的形成需要经过三个环节:首先将化工原材料转化为中间体,中间体再合成至单体粗品;然后单体粗品经升华得到 OLED 单体,最后再由面板生产企业将多种单体蒸镀到基板上面,形成 OLED 有机发光材料层。

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OLED 上游有机材料产业链

OLED 发光材料目前基本被国外厂家垄断,主要集中在出光兴产、默克、UDC、陶氏杜邦、住友化学、德山等企业,市场份额占比 90%以上。OLED 有机发光材料历经三代:第一代为荧光材料,第二代为磷光材料,第三代为 TADF 材料(超敏荧光材料,目前尚在研发),目前蓝光主要使用第一代荧光材料,红光、绿光用第二代磷光材料。

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全球有机发光材料市占率

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红光材料市占率

荧光材料专利被出光兴产、默克、LG、陶氏、德山、斗山等海外公司垄断,小分子磷光OLED 材料和 TADF 材料主要由美国 UDC 公司垄断。其中,红色发光材料领域,陶氏化学占据约 74%的市场份额;蓝色发光材料市场,出光兴产占据 66%的市场份额;绿色发光材料领域三星占据 51%的市场份额。国内企业目前在发光材料专利储备和成品产出方面还存在较大差距,多从事技术含量较低的单体和中间体生产为主。

在大国间贸易摩擦频繁的大背景下,国产材料自主可控成为国内下游 OLED 面板厂商首先考虑的问题,一些大厂也有意扶持国内上游材料厂商,以减少对国外材料的依赖,这也为上游 OLED 材料厂商提供了前所未有的机遇。

我国 OLED 有机材料企业中,万润股份、西安瑞联等都已实现规模量产并进入全球 OLED材料供应链。其中万润旗下九目化学在 OLED 材料研发和生产方面已在行业处于领先地位,主要从事升华前材料研究,引入战投后有望继续扩大市场份额。三月光电主要致力于升华后材料,包括传输材料和发光材料的研发,已在光学匹配层(CPL)材料和 TADF绿光单主体方向获得突破性进展,性能已经达到商业化应用水平。

5、 PI 膜:柔性 OLED 领域最关键的显示材料

聚酰亚胺(PI)是指主链上含有酰亚胺环(-CO-NH-CO-)的一类聚合物,分子结构十分稳定,具有高模量、高强度、耐高低温、轻质、阻燃等特性,可以制成工程塑料、纤维、复合材料、薄膜、泡沫塑料等形态。由于聚酰亚胺性能优越,可以应用 FPC、绝缘材料、OLED、石墨散热片、电池等领域。

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不同形态的聚酰亚胺的下游应用

随着 OLED 取代 LCD 成为显示行业趋势,显示面板正沿着曲面→可折叠→可卷曲的方向前进,柔性 OLED 的核心诉求在于轻薄、可弯曲,因此面板各主要材料包括基板、偏光片、OCA、触控材料、盖板材料等均发生变革,主要是向更薄、更柔、更集成化演变,目前上游材料几乎 100%以来进口,未来进口替代空间广阔。

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LCD 与柔性 OLED 在材料上的对比

在现有的 LCD 手机中,玻璃材料被广泛应用作基板材料、盖板材料、触控材料和密封材料等,但是为了实现柔性可折叠就需要将现有显示屏中的这些刚性材料替代为柔性材料。与普通高分子薄膜相比,PI材料以其优良的耐高温特性、力学性能及耐化学稳定性见长,是目前柔性 OLED 手机中最佳的应用方案,在柔性 OLED 中得到了大量的应用,其中黄色 PI 在柔性 OLED 里主要应用于基板材料和辅材,CPI(透明 PI)主要应用盖板材料和触控材料。

PI 产业链上游为二胺类和二酐类原料,包括 PI 树脂和基膜的制成环节,以及精密涂布和后道加工程序,其中树脂和基膜的制成是壁垒最高的环节,目前被日本宇部、韩国科隆、住友化学、日本钟渊、SKC 等少数几家企业垄断,国内目前全部依赖进口,而精密涂布及后道加工环节也具备较高的壁垒,目前主要厂商包括住友化学的全资子公司韩国东友精密化学、日本东山、大日本印刷等少数几家企业。

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PI 膜产业链构成

6、 偏光片:受益面板产能投放及大尺寸趋势,进口替代空间大

偏光片全称为偏振光片,可控制特定光束的偏振方向。自然光在通过偏光片时,振动方向与偏光片透过轴垂直的光将被吸收,透过光只剩下振动方向与偏光片透过轴平行的偏振光。

偏光片是液晶显示面板的关键原材料之一,在液晶显示模组中有两张偏光片分别贴在玻璃基板两侧,下偏光片用于将背光源产生的光束转换为偏振光,上偏光片用于解析经液晶电调制后的偏振光,产生明暗对比,从而产生显示画面。液晶显示模组的成像必须依靠偏振光,少了任何一张偏光片,液晶显示模组都不能显示图像。

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液晶显示模组的基本结构

偏光片主要由 PVA 膜、TAC 膜、保护膜、离型膜和压敏胶等复合制成。约占 TFT-LCD 面板成本的 10%左右。目前 TAC 膜的关键技术都由日本企业所掌握,日本富士写真和柯尼卡两家合计占据全球 TAC 膜产能的约 75%左右,PVA 膜 80%市场由日本可乐丽垄断,国内皖维高新目前拥有 500 万平米 PVA 光学薄膜产能,但目前应用主要在 TN、STN 液晶显示上,同时公司为实现产品配套,拟投资建设 700 万平米/年偏光片项目。综上目前国内偏光片企业的主要原材料仍然依靠进口,议价能力弱,因此在一定程度上制约了偏光片厂商的毛利率。

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偏光片物料成本结构

目前,偏光片依据面板类型不同,主要分为 TN 型、STN 型、TFT 型和 OLED 型。目前全球偏光片市场主要还是以 TFT-LCD 面板用偏光片为主,一张偏光片需要两张 TAC 膜和一张 PVA 膜。OLED 面板中偏光片的数量从 LCD 面板中的两片减少至一片,加 1/4 波片,变成圆偏光片以减少金属电极反射,另外为了达到更好的显示效果,市场已使用 PETPMMACOP 等材料取替代 TAC

目前全球偏光片生产企业主要集中在日本、韩国、中国台湾和中国大陆,随着国内投资规模的增加,近年来中国大陆产能占全球产能的比例正在逐年上升。韩国主要公司有 LG化学、三星 SDI,日本主要公司有日东电工、住友化学、三立子等,中国台湾主要公司有括奇美材料和明基材料,大陆地区主要公司有三利谱、盛波光电等。由于偏光片行业对生产技术、人才、资金的要求较高,且客户认证方面具有比较高的壁垒,目前全球偏光片的生产仍然呈现高度集中的状态,韩国 LG、日本日东电工和住友化学三家占据了全球 60~70%的市场份额。

2018 年的全球偏光片产能规模大约 7.27 亿平米,全球市场规模为 123.1 亿美元。伴随下游面板行业的快速发展,国内偏光片厂商积极加大研发投入和产能扩张,到 2018 年国内市场规模达到 42 亿美元,占全球 34.1%的份额,预计到 2020 年国内偏光片市场规模将达到 53.2 亿元。

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全球偏光片市场规模(亿美元)

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国内偏光片市场规模(亿元人民币)

7、 PMMA:高端需求增长带动光学级 PMMA 放量

聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)俗称有机玻璃、亚克力等,是由 MMA 单体与少量的丙烯酸酯类共聚而成的非结晶性塑料,具有良好的透明性、光学特性、耐候性、耐药品性、耐冲击性和美观性等特性,是被誉为“塑料女王”的高级材料,产品包括模塑料、挤压板及浇铸板。

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PMMA 上游原料及下游产品

从全球产能分布来看,PMMA 的生产大部分集中于三菱、住友及奇美等海外化工巨头手中,市场合计占有率达到 60~70%的水平,且这些海外公司都具备原料 MMA 自给能力。

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全球 PMMA 产能按企业占比

我国从 20 世纪 70 年代开始小规模生产 PMMA 粒料,20 世纪 80 年代末黑龙江龙新化工有限公司从美国聚合物技术公司(PTI)引进了溶液法生产的 1.2 ta 的模塑料装置,有注射型和挤出型等多种品种。2003 年和 2004 年我国又相继投产了南通丽阳化学公司和上海泾奇高分子有限公司两套装置。在 PMMA 需求快速增加的推动下,海外企业也开始在国内投资建厂,2006 年和 2008 年台湾奇美和德国赢创的装置纷纷投产。双象股份于 2012 年公告拟以超募资金投资建设 8 万吨光学级 PMMA 项目,成为国内第一家规模化生产光学级 PMMA 的内资企业。

此外,我国还有数百家小型裂解 PMMA 的厂家,主要分布在华东、华南、华北等地,以私营或乡镇企业为主,这些生产厂将 PMMA 制品回收料、PMMA 生产加工过程中产生的边角料、机头料重新裂解生产 PMMA,裂解原料主要来自进口。但这部分产品由于原料质量较低和技术水平限制,质量无法保证,无法和国外产品竞争,只能应用于 PMMA 低端市场。在国家限制废旧塑料进口的局面下,这一部分低端产能可能面临退出的局面。

下游需求广泛,高端 PMMA 消费量有望持续高速增长:从市场需求来看,目前 PMMA消费主要集中在欧洲、美国和亚洲,其中亚洲地区,尤其是中国已经成为全球最大的PMMA 消费国,初级形态 PMMA 消费量接近 60 万吨。由于国内产能(高端品种)不足,我国一直是 PMMA 的净进口国,2015 年起的反倾销政策使得进口量有小幅下滑,但仍然维持在每年 20万吨左右的水平,进口产品多为光学级 PMMA,与其他工程塑料一样,PMMA 呈现低端产能过剩,高端长期依赖进口的局面。2018 年国内进口 PMMA 22.2 万吨,同比增长 15.7%2019 1-10 月累计进口量为 18.4 万吨。

凭借优良的光学性能,PMMA 下游应用广泛,其中低端 PMMA 主要应用领域为广告灯箱、标牌、灯具、浴缸、仪表、生活用品、家具等,高端 PMMA 主要应用于液晶显示屏、放射线 PMMA、光学纤维、太阳能光伏电池、汽车灯罩、防弹玻璃、飞机座舱玻璃、医用高分子材料、军用光学设备、高铁车窗、警用盾牌、高端潜水镜等领域,被我国《石化和化学工业“十二五”发展规划》列入“十二五”高端石化化工产品发展重点名录。尤其近年来液晶显示领域的快速发展,带动了光学级 PMMA 材料的需求快速增长。

从产品性能和用途看,PMMA 分为通用级、耐热级、光学级和抗冲级产品。随着液晶显示市场的快速增长,带动高端光学级的 PMMA 使用量大幅度增长,应用领域包括液晶显示器、LED 平板灯、光纤等,而改性与复合材料技术的持续发展,也使得 PMMA 在手机背板、汽车轻量化等领域的应用得到不断开发,预计未来我国 PMMA 需求仍将维持较高幅度的增长。

液晶显示器导光板是 PMMA 下游应用增长最快的领域之一。液晶面板中的背光模组主要由光源、导光板及光学膜三部分构成,其中导光板主要用于 LCD 背光模块中将光源发出的光线均匀导向于这个显示面上,主要材料即为 PMMA

除了导光板外,PMMA 也正在逐步替代 TAC 膜用于生产偏光片,是偏光片中使用占比最多的非 TAC 类薄膜(其他还包括 COP 膜、PET 膜等),由于生产难度较大,目前主要由日本住友化学、LG 化学等厂商生产,未来 PMMA 膜在光学显示领域未来还有广阔的增长空间。

PMMA 最主要的原材料为 MMA。作为 MMA 最主要的下游,PMMA 历史价格走势与 MMA相关性较大。MMA 是一种重要的有机化工原料,2018 年全球消费达到 365 万吨,下游主要用于生产 PMMA、油漆涂料、ACR、特种酯等产品。由于技术水平、设备、工艺等要求较高,MMA MDI 类似,全球市场呈现寡头垄断格局。从生产企业来看,三菱丽阳自2009 年收购璐彩特后,已成为全球最大的 MMA 生产企业,产能遍布美国、日本、沙特、韩国、英国、中国、新加坡等各个国家,占据全球 33.7%的产能比例,其次是赢创(2019年从集团剥离,现为罗姆)、陶氏化学、住友化学、奕翔化工(双象股份控股股东全资子公司)、吉林石化、LG-MMA、旭化成等企业合计占据全球 42.6%的份额。

近几年随着国内部分新增 MMA 装置的陆续投产,国内 MMA 产量稳步提高,2019 1-10 月产量达到 62.万吨,创下历史新高,然而受到技术水平、质量稳定性等问题限制,国内 MMA 装置开工率一直不高,即使在 2018 年价格上涨至 25000 /吨的情况下,平均开工率也仅有 61.7%,因此一直是 MMA 的净进口国。

8、 COP 膜:未来有望替代 TAC

目前市场上偏光片原材料大多仍采用 TAC 薄膜做为 PVA 膜的保护层,但由于 TAC 膜市场主要由两家日商 Fujifilm (富士写真)与 Konica(柯尼达)垄断,两家日企合计占据全球 TAC 产能的 75%,虽然韩国晓星与台湾达辉投入量产,但成本下降有限,价格仍然偏高。另外,从技术层面看,TAC 膜厚度降低后,力学性能变差,并且 TAC 膜光弹性系数差,显示器受力后图形变化大,另外随着 Open Cell 销售方式占比的提升,也需要偏光片具备更低的收缩性以及更长时间的耐久性,因此非 TAC 薄膜占比逐渐提高。

HIS数据,2017 年,非 TAC 膜偏光片的占比约为 28%,预计 2021 年非 TAC 保护膜的占比将提升至 41%。目前市场已近量产的非 TAC 保护膜有 PMMAPET COP 薄膜等材料,为了实现特定的光学效果、降低成本、提升产品可靠性,非 TAC 膜的新型保护膜是未来重要的发展方向,并且随着 OLED 5G 手机等大功率电子元件渗透率不断提升,对屏幕的耐热性与防水性要求也更高,COP 膜透光率与 TAC 膜相当,但机械性、耐温性、耐候性远超 TAC 膜,是未来最有可能替代 TAC 膜的材料。

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偏光片原材料成本构成

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TAC 膜与非 TAC 膜占比

COP,(Cyclo Olefin Polymer)环烯烃聚合物,是双环庚烯(降冰片烯)在金属茂催化剂作用下开环异位聚合,再发生加氢反应而形成非晶态均聚物。由日本瑞翁(Zeon)公司开发生产,用于医学用光学部件和高端药品包装材料,具有高透明、低双折射率、低吸水、高刚性、高耐热、水蒸汽气密性好等特点。COP透光率与TACPMMA相当,密度比PMMAPC 低约 10%,玻璃化温度达到 140-170℃,耐热性更好,机械性能及耐候性也优于 TAC

目前 COP 膜生产厂家主要集中在日本、美国、韩国等国家,代表性产品主要有日本瑞翁的 Zeonex® /Zeonor®,宝理的 TOPAS®,日本合成橡胶的 Arton®,日本三井(Mitsui)的 Apel®以及 EASTMAN®。国内阿科力具有 5000 吨光学级环烯烃单体产能,并在积极开发 COP 等环烯烃聚合物产品。

智东西认为, 虽然目前半导体市场的需求在中国,但在半导体领域目前仍然处于关键器件被海外“卡脖子”。中国在 2017 年半导体原材料国产化仅约为 20%,出口半导体材料的单价也仅为进口单价的 60%,差距甚大。虽然中国半导体制造材料的技术与国外差距仍然巨大,而技术的差距则致使部分国产材料无法满足芯片所需。但是由于目前摩尔定律的放缓,对于材料的升级需求相对放缓的情况下,中国厂商则具备了该赛道上追赶甚至超车的机会。目前国内在硅片、光刻胶、CMP、湿化学品等多方面均实现了一部分的国产替代,在半导体材料领域,中国厂商具备着巨大的国产化空间的同时,技术的同步提高将会给予这些厂商更好的发展空间