证券研究中的量价时空(4):光电子的浪潮、我眼中的电子股(第二篇)——A股民间高手眼中的证券世界(证券研究长篇连载之四十)

上个周六晚,我参加一个相亲联谊活动,那是在一个外滩的礼堂,礼堂有一个带着华丽把手的雕纹衣橱,一个延伸到天花板的装饰性书架,一张狭窄的木质长方形桌子摆着茶水,另一...


上个周六晚,我参加一个相亲联谊活动,那是在一个外滩的礼堂,礼堂有一个带着华丽把手的雕纹衣橱,一个延伸到天花板的装饰性书架,一张狭窄的木质长方形桌子摆着茶水,另一个螺形拖脚小桌设计得像是一个大大的纽扣,身旁一个男生跟姑娘们说他能记得每个人走进来的顺序,因为他是公务员。

活动结束的时候,我站起来走过地板来到奶油色的窗帘前,拉开威尼斯式的软百叶窗帘,看着外面霓虹灯光照亮下的街道,活动结束时已经晚上10点了。我想了想,我还是回公司晚上再工作一会儿,这样的话,下周还能有足够时间再参加一场相亲会。我身边朋友参加相亲活动总是说自己有事,可是我认为没有什么事情比爱情和家庭更重要。

我回到公司里,在过去的几年时间里我读了很多电子股、通讯股、计算机股和互联网股的资料,它们摞起来能够装满一个大衣柜。我拿出哈里德教授撰写的物理教材《Fundamentals of Physics》,看到光子和物质波的时候,我开始想起学校里学习过的知识,爱因斯坦相对论的讨论带领我们进入了一个以接近光速运动的物体的世界,它使我们对空间和时间的本质有了更深入看法的同时,也奠定了量子力学的宏观基础。尽管爱因斯坦提出了相对论,但是让他拿到诺贝尔奖的却是他对光电效应( Photoelectric Effect )的解释。光电效应是指某些频率的光照射铜片的表面时,铜片的表面会发射出电子的现象。爱因斯坦主要是以光子来解释光电效应。他认为,光是以量子的形式来传递能量,而这个能量的大小就等于光的频率乘上一个常数,即E=hf(光子能量),后来h被称为普朗克常数( Plancks constant )。光的频率会是光电效应的关键,一个例子是,当时的科学家注意到频率高的蓝光或紫外光都可以使金属射出电子,但是频率低的红光就办不到。

这个1921年的物理学诺贝尔奖后来引申出光电子领域的诸多重要创新发明,在A股机构投资者的交谈中,他们一定会谈对于LED行业或者显示屏商业模式理解,但商业模式往往是存在即合理,科学进步却可以看清主线。当年轻证券分析师对一种新技术开始预测未来的时候,难道没有想过2004年时以安彩为代表的我国彩电工业是如何陷入巨亏的么?那个时候这么庞大的产业,在电视方向走向PDP还是液晶出现了失误,是没有人能预测到未来还是未来原本就无法预测?我认为是后者。

过去的一百年里我们是处在光电子显示技术的进步浪潮中,从1897年 Karl Braun发明了阴极射线管(CRT)技术开始、数字光处理技术(DLP)、等离子显示板(PDP)、有机发光二极管(OLED)、液晶显示系统(LCD)、全色发光二极管(LED)本质都是现代光电子显示技术的浪潮,因此全球产能转移的格局下,中国企业分一杯羹是必然的现象。

我看过最早一个版本的LED灯是霓虹灯,留学时有一个假期开车横穿美国,在那些1930年代的美国高速公路两旁,出现了许多刺破黑夜的霓虹灯。霓虹灯对那些油箱就快空掉或是急着想找个地方躺下来睡觉的旅人来说,就像是上帝赐予的礼物。

我仔细考虑过,霓虹灯只是一种电子与原子碰撞形成光子的物理现象,还没有像LED一样精确运用光电效应原理。事实上,霓虹灯是在1923年由法国化学家及工程师克洛德引进到美国的,霓虹灯是一种含有低压的氖气或其他气体的玻璃管。通过管壁的导线将霓虹灯接到电源上,当电源打开时,电子被吸引到正极,这些电子有时会与氖原子产生碰撞,并且敲掉氖原子上的电子,产生一个自由电子与一个带正电的氖离子。有时Ne+会抓住一个位于高能级的电子。根据原子的能级结构理论,当这个电子从高能级掉到较低的能级时,就会放出特定波长(或颜色)的光,例如氖气放出来的是橘红色的光。在管子里装不同的气体,就可以产生不同颜色的光。

在这篇文章中,我重点讲述了两个部分,第一个部分是显示照明产业链,包括Led、LCD、OLED等光电子相关内容;第二个部分是智能手机产业链。

第一部分、LED的发光原理显示技术产业链

我们A股投资者经常提及的LED 半导体主要由 P 型半导体和 N型半导体构成,两者相连接处形成一个“P-N结”(当一块P型半导体和一块N型半导体相接触时,里面的电子和空穴的分布式不均匀的,N型半导体中自由电子浓度远远高于空穴,显示负电荷,P型半导体中空穴远远高于电子,显示正电荷)。当PN结通电时, N型半导体中的电子会被推向P型半导体并与其中的空穴复合将电能转化为光能而发光。

由于LED技术极为重要,我把这个光电效应过程写的更清楚一些,LED的电流大小是由加在二极管两端的电压大小来控制的。根据加在二极管两端的电压大小,利用通过LED的电流最终使pn结发光。那么LED是怎么发光的呢?

让我们思考一下,P区带有过量的正电(通常称为空穴),N区带有过量的负电荷(通常称为电子),当正向导通的电压加在这个半导体材料的PN结上时,电子就会从N区向P区移动。在P区和N区的交界处电子和空穴发生合,复合过程中能量就会以光的形式从LED中发射出来。在P区上一个呈电中性的原子,其正电质子和负电电子的数量是相等的。现在由于少了一个负电的电子,所以那里就会呈现出一个正电性的空穴,当有外面一个电子进来掉进了空穴,就会发出电磁波,即光子。

我也考虑过LED发光的颜色问题,根据不同的结构和材料,LED发出的颜色也是不同的。LED发光的颜色由组成的半导体材料决定,通常是采用两种有细微差异的材料构成n区和p区。n区和p区的交界处形成的pn结组成发光层。这样一来,由于半导体材料不同,金属原子上的电子加热后吸收能量会发生能级跃迁成为激发态电子,当跃迁的电子回到原来的能级再次成为基态电子时会以光的形式释放出能量,这就是焰色,不同金属电子能级之间能量差不同,表现为不同金属产生不同焰色。

与传统光源(白炽灯、荧光灯)相比,LED光源具有节能环保耐用等诸多优势,是人类照明史上的一次飞跃,无论在学术界还是产业界都被认为是21世纪最具发展前景的电光源,我们先来谈一下LED的产业链构成,LED产业链大致可分为三部分:上游LED原材料、外延和芯片制造;中游LED封装;下游LED显示应用产业。

上游LED发光材料和器件的原材料包括:砷化镓单晶(其本身为III—V族化合物,它的优点是禁带较宽为1.43电子伏特,和电子迁移率较高,用砷化镓制成的材料可以经受高温和高频的工作条件)、氮化铝单晶等衬底材料,大部分是III—V族化合物半导体单晶,生产工艺比较成熟。由于外延工艺的高度发展,器件的主要结构如发光层、限制层、缓冲层、反射层等均已在外延工序中完成,芯片制造主要是做正、负电极和完成分割检测。

关于LED上游芯片设计的公司,A股的研究已经很透彻了,主要有四只股票,分别是三安光电(营业收入84亿、营业成本43亿、研发支出5.3亿、净利润32亿);华灿光电(营业收入26亿、营业成本17亿、研发支出1.3亿、净利润5亿);澳洋顺昌(营业收入36亿、营业成本30亿、研发支出1亿、净利润3.5亿);乾照光电(营业收入11亿、营业成本9.6亿、研发支出0.73亿、净利润2亿)。

从技术分析的角度看,三安和华灿的股价达到了进入股票池的标准,而澳洋顺昌和乾照光电则没有。当然严格来讲澳洋顺昌是多元化经营路线,它并非以LED芯片设计为主营业务,我通常会选择那些主营业务单一的公司进入股票池,所以没有选择澳洋。那么从财务数据来看呢?

三安光电能够达到这一标准,在我看来,主要依据两个原因,第一点是LED芯片制造虽然不如半导体制造那么高门槛,但是也是十足的重资产行业,生产制造的规模效应非常显著。为了芯片生产而专门准备的高纯气体供应系统,超洁净厂房等基础设施,是更加不可分割的专用性资产,会大大抬高LED芯片厂商的固定生产成本,而三安拥有全球最大的LED芯片产能,只有产能利用率达到合理水平,这些固定成本三安就可以在更大的芯片产量上摊销,那么估计仅平均成本一项就可以比一般的竞争对手低上10%。

第二个原因是三安的净利润得益于MOCVD设备补贴,MOCVD外延炉是最重要的LED制造设备,我曾经仔细研究过金属有机物化学气相沉积(MOCVD)的工作原理,这种方法利用气相反应物(或是前驱物)及Ⅲ族的有机金属和Ⅴ族的NH3在衬底表面进行反应,从而在其上生成固态沉积物。有些专家经常用一个国家或地区有多少台MOCVD外延炉来衡量这个国家或地区光电行业的发展规模,这已充分说明了MOCVD外延炉的重要性。

我也考虑过2017年三安光电的加权净资产收益率ROE17.13%为何高于2017年华灿光电的ROE的13.62%,后来我思考了一个结论是工艺技术上,华灿光电还是落后于三安光电。我曾经研究过,照明领域使用的LED有两大类,一类是磷化铝、磷化镓和磷化铟的合金( Algalnp 或 Alingap ),可以做成红色、橙色和黄色的LED;另一类是氮化钢和氮化镓的合金( In Gan ),可以做成绿色、蓝色和白色的LED。我读了2017年的年报,华灿光电做的是LED蓝光芯片、绿光芯片和衬底片,三安光电的年报写的并不是很清楚,但是我认为它能够做附加值更高的白光芯片。由此在LED上游芯片设计的公司中,我选择将三安光电和华灿光电列入股票池。

接下来我们讲LED中游封装类的公司,在半导体产业中,LED封装产业与其他半导体器件封装产业不同,它可以根据用于显示、照明、通信等不同场合,封装出不同颜色、不同形状的品种繁多的LED发光器件。具体来说,LED的封装在制作工艺上除了要对LED芯片的两个电极进行焊接,从而引出正、负电极之外,还需要选择合适折射率的环氧树脂来提高LED芯片的出光效率,这就是封装的工艺原理。现代的封装技术通常采用SMD封装,所谓SMD(Surface Mounted Devices)指表面贴装型封装结构LED,主要有PCB板结构的LED(ChipLED)和PLCC结构的LED(TOP LED)。

在A股里做封装的上市公司毛利率要远低于上游芯片设计类的公司,例如2017年木林森的封装产品毛利率为22.51%,国星光电的封装产品毛利率24.98%,鸿利智汇的封装产品毛利率18.65%,所以从K线的角度,LED芯片设计类的上市公司比LED封装类的上市公司是一种更好的投资品种(芯片设计类上市公司比封装类上市公司产品毛利率平均高了10%)。我们将这三家公司列入到股票池(观察中),但不放入股票池内。

最后我们介绍下游LED显示应用产业,其中主要的应用产业有LED显示屏、LED路灯、LED车灯、LED交通信号灯、液晶背光源、LED景观灯饰、LED特殊照明等。上世纪九十年代开始,LED显示屏行业开始在我国兴起,由于 LED 有着节能环保价格低廉等优势,这一行业始终受国家政策扶持,经过二十多年的发展,我国在 LED 显示屏制造领域实际上已经获得了相对垄断地位,曾经的巨头达科、巴科等海外公司在中国 LED显示企业的压力下,市场空间被不断蚕食,目前只能在少数几个小众的细分领域维持其市场份额或转型系统集成商选择和中国企业合作。

我把显示技术相关的A股企业看了一遍,所谓大屏幕显示是一种现代显示技术,广泛应用在控制室、视频会议、高端展示等领域,传统的大屏幕显示领域主要被三种显示技术瓜分:DLP拼接、LCD拼接、PDP拼接,我曾经看过一份资料,TCL李东生曾经在电视显示技术上选择了PDP而不是LCD,这造成了TCL的衰落。事实上,目前PDP(等离子显示技术)已经不再是主流技术,其市场空间在过去几年基本上已被LCD侵蚀(事实上,大屏幕显示最为成熟的技术是LCD液晶显示技术,因为PDP技术已经被落后淘汰,同时DLP技术有着天然的缺陷)。

我仔细考虑过各种显示技术的工艺对比,液晶显示系统LCD的原理是指在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体,两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线,透过通电与否来控制杆状水晶分子改发方向,将光线折射出来产生画面;等离子显示板PDP则是一种利用气体放电的显示技术,其工作原理与日光灯很相似;数字光处理技术DLP是指影像信号经过数字处理,然后再把光投影出来。能在各类产品(如大屏幕数字电视、公司/家庭/专业会议投影机和数码相机(DLP Cinema))中提供最佳图像效果。但是DLP技术有着天然的缺陷,首先是根本无法消除的显示单元之间的1毫米拼缝,其次在色彩表现力方面也逊色于直接发光的LED显示屏。

我们在1980-1990年代所接触的都是大屏幕显示领域,例如我曾经在纽约广场见到的LED广告牌,当LED显示屏幕用于小型化的智能手机时,就需要解决一个问题,即图像如何在更小的屏幕上还能显示的很清晰,这其中会用到LED切割等技术。

第二部分、小间距LED的技术工艺

先来介绍一下小间距LED的技术工艺,小间距LED顾名思义是屏的点间距小,单位面积的分辨率高。最大的竞争力在于显示屏完全无缝以及显示色彩的自然真实。它可以显示更高清晰度的图形图像和视频,尤其是在图像拼接方面的运用,可以做到无缝和任意大面积拼接,相对于DLP和LCD拼接显示技术,小间距显示在显示效果、能耗、维修成本等方面有着全面优势。

我们都知道,我们在商场里见到的液晶电视的显示能力是4K,所谓4K分辨率指像素为4096*2160,在影院任何位置,观众都可清楚看到画面的每个细节,2K分辨率为2048*1080。传统高清电视,画面像素为207万,数字影院的像素为221万,4K影院的像素为885万,iphone X的像素为274万,iPhone 6的像素为100万。行业内对小间距的共识大概在灯珠之间距离小于2.5mm,目前主流小间距产品包括P2.0、P1.6等级别的产品的技术已经非常成熟,P1.2产品也已经达到量产水平,是目前各厂家力推的新品,P0.8的产品已突破所有关键技术节点,在分辨率上,P0.8产品已经可以在50-60英寸显示尺寸上实现2k标准的画质输出;P1.5级别的产品则满足100英寸级别显示屏的全高清画质显示,虽然落后于液晶等的4K显示能力,但是完全符合并超过国家高清显示标准,但由于成本过高,还需要等待上游的封装器件价格的进一步下滑才能达到量产水平。

一个数据是,2012年和2013年,我国基于DLP、LCD、PDP三大传统技术的大屏幕显示领域的市场规模都是 56 亿美元(全球规模约 300 亿),但需要注意的是,传统的DLP 主要被运用在相对高端的大屏显示领域,但目前 在高端显示领域DLP数字光处理技术的统治地位正在被LED小间距显示技术不断蚕食。我们看到目前LED小间距显示屏已快速进入以下高端应用场景: 1.军事机构;2.高端监控室,如城市交通监控系统,一般由一块中央主屏和多个副屏组成;3.大型规频会议系统;4.高端商用展示,通过租赁商出租,一般用于大型公司重大活动。

我们继续讲一下LED显示技术,传统的LED显示屏是三色的,即由红、绿、蓝三原色组成小的显示单位,与计算机显示器的工作原理一致,能真实还原由红、绿、蓝三原色构成的各种颜色,从而实时显示色彩丰富的静态图像,全彩屏的每一个发光单位都包含红、绿、蓝三种颜色的LED发光管,LED显示屏按型号可分为P2.0、P2.5、P3等,点间距分别为2.0mm、2.5mm和3mm。由此可知LED显示屏点间距越小,单位面积中含有的三色LED发光管越多,从而像素更高。同时,小间距LED显示屏的最大竞争力在于,由于基点间距很短,因此可实现完全无拼缝,并提高像素。

在过去几年里,目前同等显示屏尺寸下小间距LED显示屏(P2.0)的成本已经和DLP显示墙持平,业内普遍预计随着小间距LED价格快速下降,其对 DLP 的替代率在未来三年有望达到 40%-50%,在 LED 小间距屏的压力下,DLP 厂商用脚投票,纷纷布局 LED 小间距领域。

小间距价格是很高的,因此在100寸以下的普通家用市场领域,小间距完全无法和 LCD 电规竞争,但在高端定制民用市场,小间距未来的市场空间值得期待。在高端家用电视领域,LED小间距显示屏可以视作一种土豪般奢侈品的存在,目标用户是高净值人群,2011 年保时捷和 LED 厂商合作,推出一台 201 英寸的 LED 小间距显示屏,当时价格高达 400 万人民币。

我研究过小间距LED的生产工艺,小间距LED是利用红光(R)、绿光(G)、蓝光(B)三种 LED 芯片构成 RGB 显示阵列固定在 PCB 板上面,配合驱动电路与软件系统即组成 LED 显示屏。随着技术不断成熟以及成本下降,驱动 LED 显示性能持续升级:更高对比度、更低坏点率(维修频率更低)、更小的灯珠间距(像素密度,PPI)、更高的分辨率,以及更加轻薄、防晒防雨抗撞击、接口标准化等等方面。

上面所说的由 R、G、B 三种芯片构成显示阵列的 LED 屏称为全彩 LED 显示屏,另外还有单色 LED 屏(显示阵列由单色 LED 芯片构成)和双色 LED 屏(显示阵列由两种颜色 LED 芯片构成)。单色 LED 屏和双色 LED 屏是最早出现的 LED 显示产品,主要用来显示文本信息和简单图形,广泛应用于车站、证券营业厅、银行营业厅、门头屏等领域。这类显示屏技术要求相对较低、成本不高,是早期 LED 屏和现在低端显示屏的主流产品,目前国内知名的上市企业均已退出此类产品的生产经营。

从应用领域来讲,全彩 LED 屏应用领域最为广泛,但是在过去由于 LED 灯珠之间间距大,像素密度低,只适合远距离观看屏幕内容,应用场合主要是室外。提高 LED 显示屏像素密度的方法是缩小 LED 灯珠尺寸和灯珠之间的距离,这样造成的结果是同样面积的显示屏使用了更多的 LED 灯珠,成本显著提升(LED 灯珠占到屏幕成本的30%-60%,生产主要厂家为LED芯片设计公司三安光电、华灿光电等)。这样一来,小间距LED灯珠之间的间距越小,成本越高。

一件确定的事情是LED灯珠的成本会降低,由于LED灯珠是由半导体构成的,其半导体属性决定了其价格会逐年下降,亮度、可靠性等性能提升。所以,传导到 LED 显示屏的主流像素密度在逐年提升,相同规格的 LED 屏的价格呈现逐年下降趋势,性价比的提升推动 LED 显示屏进入到更多的应用领域。从党政军等对价格不敏感的政府各部门开始渗透,然后进入高端商用领域和更广阔的政府各级部门,随着技术成熟,各方面性能媲美或超过 LCD 屏,未来将在商用领域得到普及,以及进入到更广阔的民用市场。

那么小间距LED作为半导体为何能发出不同颜色的光?前文我们讲过半导体的材料决定LED的光:砷化镓二极管发红光,磷化镓二极管发绿光,碳化硅二极管发黄光,氮化镓二极管发蓝光。我曾经研究过黄正荣那本《半导体和半导体器材》,在灯珠当中,可以按照比例配置这几种材料使得灯珠具有红、绿、蓝的基底,由于各种材料发光与其禁带宽度有关,只自由电子由导带向下跃迁至价带时发出光子,因此三种半导体材料因禁带宽度以及制造晶格缺陷的方法,可以精确地制作出三色基底,再用电流控制半导体发光即可。另一方面,LED 全彩屏的灯珠间距范围从几十 mm到1mm(P1.0)甚至更小,其中行业内把间距小于2.5mm(P2.5)的显示屏称作小间距屏。

当前小间距 LED 显示屏主要应用在 100 英寸以上的室内专业显示领域,户外显示市场基本被小间距LED 大屏独占,在室内显示市场,除了 LED 小间距屏,还有 LCD 拼接墙、DLP 拼接墙两类显示技术。小间距 LED 屏可以做到无限延展和无视觉拼缝,并且在亮度、色彩、可靠性等方面逐年提升,形成对 LCD 与 DLP 技术的替代趋势。

按LED小间距显示的点间距来划分,2018年全球小间距最大营收占比的间距已经来到P1.2–P1.6,大概占比39%。目前小间距显示屏最大的商用市场来自企业及教育、高端零售、酒店以及影剧院等文化娱乐场所,LED显示目前在这些应用领域的渗透率还不高,未来有更大的增长潜力去替换传统的LCD、DLP和投影显示。需要说明的是小间距LED芯片不仅可以用于会展的大显示屏,也适合应用于手机、电视、车用面板及电竞笔记型计算机等产品上,但小间距LED如果用于生产电脑、手机等小屏幕会过于昂贵。

LED 显示技术持续升级,推动市场主流产品的性能大幅提升。当前市场占比最多的小间距产品已经是 P1.5(灯珠间距 1.5mm),P1.2在2018年将超过P1.5成为占比最高的产品,并且P0.7已经小规模量产,但是成本还相对较高,技术不太成熟。随着封装技术持续进步,多合一SMD、正装COB、倒装COB 等技术将走向成熟并得到应用,LED显示屏的灯珠以及间距将继续缩小、性能也将持续提升,半导体属性推动LED显示产品价格持续下降,未来像素密度更高的LED显示产品MiniLED和MicroLED有望在民用市场得到规模应用。所谓的Mini LED又名次毫米发光二极管,意指晶粒尺寸约在100微米以上的LED。简单来说,是传统LED背光基础上的改良版本。

背光、照明、显示三大传统应用领域多点开花,铸就 LED 百亿市场,LED市场根据其具体作用我们将其分为照明、显示和液晶屏背光三大领域:

第一个领域是照明,这一点我们已经很熟悉了,LED在照明领域的应用具体可以分为通用照明(室内照明、室外照明)、汽车照明、景观装饰照明等细分领域。LED光源由于灯具结构简单、使用寿命长、色彩丰富纯真、能耗低等优点,得以迅速取代传统照明手段。目前照明是LED规模最大的应用领域,通用照明、景观照明持续渗透,汽车照明等细分领域呈高增长状态,从我读过的上市公司年报看,三安光电就在切入汽车照明领域。

第二个领域是显示屏,由于LED显示屏具有高亮度、可实现超大尺寸等特点,因此在户外超大屏显示领域具有独特的优势。近年来技术进步使得小间距(间距在2.5mm以下的)LED显示屏成本迅速下降,小间距LED显示屏在大屏显示、商用市场出现了爆发式的增长,目前是LED的第二大细分应用领域,这个代表的上市公司为利亚德。

尽管目前小间距 LED 对 LCD 和 DLP 拼接墙的替代率刚刚接近20%,主要应用领域依然在监控、调度、指挥、会议、传媒等专用显示领域,但是商用领域的机场、商业购物中心、学校教育等市场已经开始采用小间距 LED 播放各类信息,各种 LED 新技术的应用将加速小间距在商用领域的渗透。一个案例是2018 年 2 月初,上海万达影城安装启用了国内第一块小间距LED电影屏。该屏由三星提供,面积约50平米,4K*2K分辨率(4096*2048个LED自发光灯珠作为像素点),灯珠间距 2.5mm(P2.5),在5米以外的距离观看属于高清屏。

相对传统电影院屏幕,这块屏幕的优点有亮度高、对比度高。该LED屏融入了高动态范围(HDR)技术,避免了图像均匀性差和画质失真等问题,能够在峰值亮度下呈现完美的色彩准确度,将鲜亮的色彩、深邃的黑暗和洁净的纯白呈现给观众,创造了划时代的电影画质。另一方面,当前小间距LED广告主要的应用领域如下:1)户外广告方面:LED 屏逐渐成为户外广告主流载体之一;2)体育方面:LED 球场屏需求稳步提升,创新型球场屏应用不断涌现;3)文化娱乐方面:舞台、景区演艺趋热,AR/VR 应用或成重要的需求端。

第三个领域是液晶屏背光,LCD本身不发光,需要在液晶面板底层加上背光源照射才能显示出画面。最初彩色显示屏大规模商用时背光源为CCFL(冷阴极荧光极管),随后被LED取代,用于手机等消费电子产品的LED背光源引领了高亮度LED需求的第一波高速增长。虽然OLED正在取代LCD,但是大尺寸TV领域将还是以LCD为主,在大尺寸、高亮度的趋势下对背光LED的需求逐渐增长。

这里我们要先回顾一下液晶工业发展的状况。

第三部分、世界液晶工业替代CRT技术的历程

我中学时就学习过液晶,在1888年,一位奥地利植物学家F . Reinetzer 发现一种物质,将其加热溶解至特定温度(179℃)时会成为透明液体,降到特定温度(145℃)时又成为固态晶体。不久之后,德国的一位物理学家D莱曼表明,处于这两个温度之间的浑浊中间态似乎有一种晶体分子结构,于是他建议把处于这个状态的化合物称为“液晶”。但在此后的近一百年时间里,液晶都没有得到重视,直到20世纪60年代才因为与显示技术相结合而获得应用。

随着研发液晶显示器的进展,寻找控制液晶发光的方法就把薄膜晶体管的作用引入视野。液晶本身并不发光,液晶显示器(LCD)的光亮来自于液晶晶胞后面的光源(背光源)。每个晶胞起小快门的作用,或阻止光线通过或允许光线通过。这些快门由纵横矩阵式排列的透明电极来控制。两块玻璃中间是液晶,透明电极放在玻璃板的面上。纵横电极相交之处就被称为一个像素。

我仔细看过一遍佐佐木昭夫写的《液晶电子学基础和应用》,液晶材料本身是液态,但有折射的性质。通过电压可控制分子(晶胞)的转动,当分子转动到不同的角度会有不同的透过率,所以靠透过率来实现显示技术的实现。当加上电压时,液晶分子会站起来,但不能长时间地加,因为有一个动态寻址过程。加上电压之后,一个信号驱动另外一个信号,电压如果保持不了,显示性能就不好。

想要解决对比度问题的根本途径就是把这些点分开,方法是让每个点都有自己的开关,只有开关打开的点才能被选中。这与电极方法不同——电极是一种被动的元件,而开关则是积极主动的装置,就产生了“主动矩阵”( active matrix )的概念,而薄膜晶体管(TFT)就是用来充当开关的。加上薄膜晶体管之后,相当于把像素驱动之后,把薄膜晶体管断掉,就放不了电。信号驱动别的信号,电就不会断,可以实现大容量显示。薄膜晶体管可以使主动矩阵液晶比当时生产的任何液晶都优越。与此同时,薄膜结构的优点是可以覆盖大块区域,薄膜晶体管可以使主动矩阵液晶比当时生产的任何液晶显示器的性能都优越。随研究进展而越来越明显的是,它的革命性应用领域之一是电视的平板显示,即成为墙上的屏幕。

在1980年代,日本科学界就意识到硅片永远不会成为大量生产液晶电视的方法,必须向薄膜晶体管发起挑战,。1983年5月,须羽精工在东京的一次记者招待会上宣布了2英寸的微型彩色液晶电视,使电子产业界大为震惊。而到了1988年日本电子界研发出了14英寸的显示器,在这样一个面积的屏必须装有100多万支薄膜晶体管,远远超过此前任何尝试过的数量级。当年10月,夏普在日本电子展览会上展示了这个14英寸的液晶显示屏,引起轰动。

我查过资料,在1980年代,早期各家企业的玻璃尺寸都没有统一的标准。NEC选择在300mm×350mm的玻璃基板上生产两片9.4英寸的TFT液晶面板;DTI选择使用300mm×400mm的玻璃基板,最少能生产两片东芝选择的9.5英寸或者IBM更喜欢的10.4英寸面板;而夏普建立的第一条320mm×400mm的产线,能生产四片8.4英寸的面板。而到了2006年夏普的第一条8代线为2160mm*2460mm,10代线已经达到了2880mm*3080mm。

半导体和TFT-LCD的制造都使用光刻工艺在玻璃基板上刻蚀晶体管的设计,两者都要求完全洁净的设备。伴随着TFT-LCD工业在日本的建立,日本也发展出一大批平板显示的上下游企业。日本的平板制造供应链体系要强于其他任何国家,在包括几乎所有必要设备和材料的供应链上的每一个环节,都至少有一家日本企业参与。比如:(1)旭硝子和日本电气硝子为液晶平板做玻璃基板;(2)尼康和佳能做大面积的扫描式光刻机和步进式光刻机;(3)NEC-安内华(NEC-Anelva)制造干刻机设备;(4)日东电工做彩膜和偏光片;(5)大日本印刷株式会社和日本凸版印刷株式会社为大面积平板提供先进的印刷设备;(5)日本真空技术株式会社提供透明导体的氧化铟锡(ITO)电膜;(6)佳能做镜像投影系统;(7)还有一些公司做背光源。即使在日本企业不是很强的地方,比如液晶化学品、应用材料公司生产的化学气相沉积设备(CVD)、液晶驱动芯片和康宁公司生产的高性能玻璃等,外国企业也是把它们的液晶业务总部设在日本或者和日本企业结成战略联盟,以管理它们的全球平板显示业务。于是,日本成为新工业的温床。

这里附带解释一下,化学气相沉积(CVD)设备,是生产过程中的关键部分,这种设备是为了在玻璃基板上生成用于制造电路的半导体薄膜。我也曾经查阅过TFT玻璃基板的工艺,制造薄膜晶体管的非晶硅沉积要求玻璃基板能够承受住极端的高温。除了光学无缺陷和抗裂,TFT玻璃基板还要能够在生产过程中保持稳定的化学性能,而熔融玻璃就拥有以上的各种特性。此外,熔融玻璃可以满足TFT厂商未来扩大显示尺寸、降低厚度、增加亮度与视觉效果的雄心。

液晶平板显示器最终淘汰CRT技术是因为两点,第一点,液晶技术可以制作便携电脑或显示屏,这样一来所有需要显示的产品都变成可移动的了。以电脑监视器的生产经验来看,庞大的显像管始终是监视器体积无法变小的主要原因,一个办公桌上只要放上一台CRT监视器,桌面上几乎就只能放个键盘了。加上监视器的主流尺寸从过去的14、15英寸进入到17、19英寸时,重量就到了一个人几乎搬不动的地步。

2006-2007年是全球电视市场的转折点。2006年第一季度,液晶电视占全球电视机出货量的份额还不到20%,而CRT电视的份额则接近80%;但在不到两年后的2007年第四季度,液晶电视占全球电视市场的份额(47%)终于第一次超过CRT电视(46%)。我有很多本1990年代出版介绍A股的书籍,当时A股还有生产彩电显像管的上市公司,但是现在都已经不再了。历史上,从主要地区市场看,日本市场的平板电视是在2005年超过CRT电视的;2006年,欧洲市场的液晶电视销量超越CRT电视;2007年,北美地区的液晶电视销售量首度超越CRT电视;2008年,中国市场的液晶电视出货量超越CRT电视,而且在前一年就已经超过日本而成为第三大液晶电视市场(仅仅排在欧洲和北美之后)。至此,从196年代初RCA的研发人员为开发平板电视而最初尝试液晶显示技术,到液晶显示终下不可转地在电视机上替代CRT,已经过去了将近半个世纪之久。

液晶平板显示器最终淘汰CRT技术的第二个原因是在生产成本上,当TFT—LCD生产线从5代线跨越到6代线后,玻璃基板可以经济合理地切割超过30英寸显示屏的瓶颈就被打破。恰恰是在跨过这一步之后,CRT电视就绝无希望再能抵抗液晶电视的冲击了,CRT显像管达到37英寸时,电视机的重量就达到需要4个成年男人才能搬动的程度。在平板显示的领域中里,原本等离子屏一直占据尺寸可以做得比液晶屏更大的优势,但6代线使40英寸以上的液晶屏成为可能,最终淘汰了等离子显示技术。在TFT-LCD工业本身,随着主流电视屏迅速扩大到30英寸以上,CRT技术就因为笨重开始被淘汰掉了。

刚才我们讲述了液晶工业的历史,现在我们回顾液晶屏工作原理,“TFT-LCD ”叫“薄膜晶体管液晶显示”,包括了两项基本技术——TFT(薄膜晶体管)和LCD(液晶显示),也就是由薄膜晶体管控制的液晶显示。简单的来说,屏幕能显示的基本原理就是在两块平行板之间填充液晶材料,通过电压来改变液晶材料内部分子的排在列状况,以达到遮光和透光的目的来显示深浅不一,错落有致的图象,这就像我小学时学国画,仅用黑色就可以画山水一样,而只要在两块平板间再加上三元色的滤光层,就可实现显示彩色图象。

液晶显示器(LCD/Liquid Crystal Display)的显像原理,是将液晶置于两片导电玻璃之间,靠两个电极间电场的驱动,引起液晶分子扭曲向列的电场效应,以控制光源透射或遮蔽功能,在电源关开之间产生明暗而将影像显示出来,若加上彩色滤光片,则可显示彩色影像。

TFT薄膜晶体管是核心技术,TFT是“Thin Film Transistor”的缩写,又称为“真彩”,它属于有源矩阵液晶屏,它是由薄膜晶体管组成的屏幕,它的每个液晶像素点都是由薄膜晶体管来驱动,每个像素点后面都有四个相互独立的薄膜晶体管驱动像素点发出彩色光,可显示24bit色深的真彩色。而基板的上层会有一层彩色滤光片,TFT型LCD中的红、绿、蓝三原色是由彩色滤光片产生的,这三种颜色的滤片,有规律地制作在一块大玻璃基板上,每个像素(点)是由三种颜色的单元或称为子像素所组成。

TFT型LCD主要由LCD控制模块和LCD面板两部分组成。由于采用TFT(薄膜晶体管),因此又称为薄膜晶体管显示器。TFT的作用是用来主动控制每一个像素的器件,这样就相当于在每一个像素点上设计了一个场效应开关管。多个TFT构成一个TFT液晶板,如上图所示。因此,TFT型LCD容易实现真彩色和高分辨率。这样一来,TFT型LCD由两层玻璃基板夹住液晶组成的,形成一个平行板电容器,通过嵌入在下玻璃板上的TFT对这个电容器和内置的存储电容充电,来维持每幅图像所需要的电压直到下一幅图像更新。由于LCD面板本身并不发光,因此还必须增设背光灯作为光源,并加上一个背光板来分布光线,从而提高屏幕亮度。(总而言之,我认为下层玻璃板的TFT薄膜晶体管与上一篇文章里介绍的真空电子三极管工作原理一样,TFT薄膜晶体管所发出的就是彩色光,液晶分子仅仅是起到了通过调整角度来实现遮光和透光的目的,最终显示深浅不一,错落有致的图象,而传递到了上层玻璃板还有彩色滤光片使得TFT薄膜晶体管发出的彩色光饱和度更好。)

我们前文中讲过LED应用的第三个领域是液晶屏背光,我研究过液晶工艺的特点,液晶不同于等离子的最大区别就是液晶必须依靠被动光源。目前市场上主流的液晶背光技术包括LED(发光二极管)和CCFL(冷阴极荧光灯)两类。CCFL(冷阴极荧光灯)背光源是目前液晶电视的最主要背光产品。 冷阴极荧光灯,即CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp),或称为CCFT(Cold Cathode Fluorescent Tube)。它的工作原理是当高电压加在灯管两端后,灯管内少数电子高速撞击电极后产生二次电子发射,开始放电,管内的水银或者惰性气体受电子撞击后,激发辐射出253.7nm的紫外光,产生的紫外光激发涂在管内壁上的荧光粉而产生可见光。

LED背光采用发光二极管作为背光光源,是未来最有希望替代传统冷阴极荧光管的技术。发光二极管由数层很薄的搀杂半导体材料制成,一层带有过量的电子,另一层则缺乏电子而形成带正电的空穴,工作时电流通过,电子和空穴相互结合,多余的能量则以光辐射的形式被释放出来。通过使用不同的半导体材料可以获得不同发光特性的发光二极管。目前已经投入商业应用的发光二极管可以提供红、绿、蓝、青、橙、琥珀、白等颜色。手机上使用的主要是白色LED背光,通过CCFL和LED两种背光方法,可以增加在低光源环境中的照明度和电脑显示器、液晶荧幕上的亮度,由于LED的发光更容易控制,而对于液晶中分子排列显示构成引导,所以LED背光在液晶显示中是最为常用的。

我们接下来对于现代显示技术的几个不同方向A股上市公司进行股票池的筛选,第一个方向是LED照明,主要是利亚德和洲明科技,利亚德的显示产品包括LED小间距电视、LED显示屏、LCD大屏拼墙等,利亚德的显示产品技术很有优势,2017年显示屏板块毛利率为37.7%高于洲明科技的显示屏毛利率29.52%。从K线上看两个公司走势很相似,我选择将两个股票都列入股票池,我没有选择艾比森是因为它的主营业务都在境外,不好确认收益真实度情况。

第二个方向是液晶工业的上下游产业链企业,东旭光电具有彩电显像管CRT时代石家庄显像管总厂的底子,它做液晶玻璃基板的产品线非常有特点,液晶玻璃基板是液晶显示面板上游的核心原材料,约占整个面板生产成本的15%-20%,制造工艺要求极高。东旭光电公司是国内唯一一家同时掌握溢流熔融法和浮式法两种玻璃基板生产工艺的企业。同时东旭光电建立起了液晶完整产业链,自2015年起,先后布局了曲面盖板玻璃、彩色滤光片、蓝宝石等业务,业务结构得以优化、产业集群效应显现。 盖板玻璃用于保护触控模组和显示屏,公司主要生产高铝盖板玻璃并加工成曲面盖板玻璃;彩色滤光片是液晶显示器彩色化的关键组件,公司主要产品为G5代彩色滤光片;蓝宝石广泛应用于LED衬底材料及光学元件等领域,目前公司的主要产品为2英寸和4英寸的LED衬底产品。我看过它2017年在光电显示材料的毛利率是28.27%,这个毛利率并不低,但是我还是没有选择它,因为它走了多元化经营的道路,它在2017年的加权净资产收益率只有7.09%,这个数据太低了,无法给予股东足够回报。

我也看了莱宝高科(公司主导产品包括中小尺寸平板显示器件用ITO导电玻璃、彩色滤光片(CF)、TFT-LCD面板和中大尺寸电容式触摸屏,其中触摸屏包括触摸屏面板、触摸屏模组、一体化电容式触摸屏、全贴合等产品,2017年其显示材料及触控器件毛利率为13.99%,加权净资产收益率为3.82%);以及长信科技(公司主营业务包括四大板块:一是ITO导电玻璃板块;二是中大尺寸触控显示一体化业务板块;三是TFT面板减薄业务板块;四是中小尺寸触控显示一体化业务板块,2017年其显示材料及触控器件毛利率为9.96%,加权净资产收益率低于10%);最后是强力新材(公司主营业务是光刻胶专用化学品的研发。光刻胶主要是由光引发剂、树脂以及各类添加剂等化学品成份组成的对光敏感的感光性材料,主要用于电子信息产业中印制电路板的线路加工、各类液晶显示器的制作、半导体芯片及器件的微细图形加工等领域。2017年其PCB光刻胶光引发剂毛利率为45.64%,其LCD光刻胶光引发剂毛利率为66.71%,加权净资产收益率为12.52%),最后我的看法是在液晶产业链的公司中,传统的显示材料及触控器件公司(东旭光电、莱宝高科、长信科技)盈利性并不高,我想这也是东旭光电多元化经营试图转型的原因。光刻胶的企业由于之前竞争少,但是随着TFT-LCD的产能向中国大陆转移,生产光刻胶引发剂的企业将增多,强力新材毛利率将降低,因此我决定将强力新材列入股票池(观察)中,但需要说明的是,这类A股上市公司的投资机会需要结合下游产业链才有机会,且风险较高,我认为即使有机会成本也过高。莱宝高科与长信科技由于产品毛利率较低,加权净资产收益率也低,都不放入股票池中。

接下来谈安防类A股上市公司,安防行业的主要趋势有三点,第一点是分布式存储比集中式存储更有优势、第二点是网络摄像机(IPC)取代模拟摄像机、第三点是网络硬盘录像机(NVR)取代硬盘录像机(DVR)。

这种科学原理在我研究云计算的时候就有感受,集中存储对网络带宽要求高,对交换机的交换能力要求高,对中心存储服务器的性能要求高,这样整体成本都会很高。集中存储的另一个问题是数据的不安全性,如果存储服务器出了问题,整个数据可能全部丢失。分布式存储数据都存储在单台的NVR上,只有中心需要查看预览和回放数据时,才需要连接NVR,对网络带宽的要求就比较低,整个项目的成本也会低。从长期的发展趋势来看,分布式存储比集中存储更有优势。另一方面,集中存储管理的数据都在几百路以上,才能显示出其优势。对于路数要求少的场合,集中存储管理复杂,成本高,不具有优势,在渠道上销售,NVRIPCamera的方案具有优势。

模拟摄像机和网络摄像机(IPC)属于前端视频采集设备。模拟摄像机输出的是模拟视频信号,通过编码器可以将视频采集设备产生的模拟视频信号转换成数字信号,进而将其储存在计算机里,通过同轴电缆进行传输。网络摄像机由网络编码模块和模拟摄像机组合而成,网络编码模块将模拟摄像机采集到的模拟视频信号编码压缩成数字信号,从而可以直接接入网络交换及路由设备。网络上用户可以直接用浏览器观看Web服务器上的摄像机图像,授权用户还可以控制摄像机云台镜头的动作或对系统配置进行操作。网络摄像机能更简单的实现监控特别是远程监控、更简单的施工和维护、更好的支持音频、更好的支持报警联动、更灵活的录像存储、更丰富的产品选择、更高清的视频效果和更完美的监控管理。另外,IPC支持WIFI无线接入、3G接入、POE供电(网络供电)和光纤接入。由于技术的发达,网络摄像机会逐渐的取代模拟摄像机,这种技术更快也更轻,会成为监控的主流。

DVR:Digital Video Recorder(硬盘录像机),即数字视频录像机,相对于传统的模拟视频录像机,采用硬盘录像,故常常被称为硬盘录像机,因此被称为DVR。它是一套进行图像存储处理的计算机系统,具有对图像/语音进行长时间录像、录音、远程监视和控制的功能。DVR集合了录像机、画面分割器、云台镜头控制、报警控制、网络传输等五种功能于一身,用一台设备就能取代模拟监控系统一大堆设备的功能,而且在价格上也逐渐占有优势和人气。NVR是(Network Video Recorder网络硬盘录像机)的缩写。NVR最主要的功能是通过网络接收IPC(网络摄像机)设备传输的数字视频码流,并进行存储、管理,从而实现网络化带来的分布式架构优势。简单来说,通过NVR,可以同时观看、浏览、回放、管理、存储多个网络摄像机。

虽然NVR和DVR都是属于监控主机类,不同的是,NVR应用针对的是数字信号,而DVR针对的是模拟信号,我们说过自通讯2G时代开始,信道中传输数字信号就要比模拟信号更有优势了,DVR将模拟视频进行数字化编码压缩并储存在硬盘上,其“D”字母主要涉及的是编码及储存技术,与网络传输关系不大,因此DVR通常就近安装在模拟摄像机附近的机房内。而NVR从网络上获取经过编码压缩的视频流然后进行存储转发,其字母“N”涉及的网络传输,因此我们在NVR设备上一般看不到视频信号的直接连接,其输入及输出的都是以及编码并添加了网络协议的IP数据,在信息传递的保密性和安全性上都更好。

关于安防类的上市公司主要有两家分别为海康威视(营业收入419亿、营业成本235亿、研发支出31.9亿、净利润94亿)和大华股份(营业收入188亿、营业成本116亿、研发支出17.9亿、净利润23.8亿),在产品工艺上,海康更侧重前端,即摄像机和编解码,大华更侧重于后端,即显示、存储和传输。另外一件事情是,2017年海康威视的毛利率是44%高于大华股份的毛利率38.23%,海康威视是一家国企,在安防领域,它的订单很稳定,而大华股份则是一家民营企业,它更重视营业收入而非净利润。我的选择是将海康威视和大华股份都放入股票池中,我认为这是一个单季度营业收入将会持续高速增长的行业。

(特意说明一下,这篇文章我写了2.6万字,但是微信只能发2万字,于是我只好把剩余部分放到下一篇文章中,而PPT则是将股票池都列出来了。)