千亿市场扬帆起航 小间距LED显示进军室内大屏幕市场
摘要:小间距LED显示的诞生,标志着LED显示技术正式进入室内各类应用领域。我们认为小间距LED显示技术将凭借其无拼缝、优秀的显示效果、持续的半导体技术进步及成本下降等优势,在未来数年内快速进入室内应用。
小间距LED显示的诞生,标志着LED显示技术正式进入室内各类应用领域。我们认为小间距LED显示技术将凭借其无拼缝、*秀的显示效果、持续的半导体技术进步及成本下降等优势,在未来数年内快速进入室内应用。小间距LED显示有望分阶段地、全部或部分地替代原有室内大屏幕显示技术并填补技术空白,潜在市场空间在千亿以上,将在未来数年内呈现爆发式增长。我们预计,在未来五年内(2014年-2018年),小间距LED显示产品的市场规模复合增速将达到110%。
第*阶段,进入专业室内大屏幕显示市场。在指挥、控制、监控、视频会议、演播室等专业室内大屏幕显示应用领域,小间距LED显示有望对DLP背投拼接技术、液晶/等离子拼接技术、投影及投影融合技术等主流技术实现替代。我们预计小间距LED显示在这一应用领域的全球潜在市场规在200亿以上。
第二阶段,进入商务会议与教育领域。商务会议显示领域的应用包括大型会议与小型会议,前者如议会会场、酒店、企业事业单位大会议室等百人以上会场;后者主要是指数十人的小型会议室。教育领域的应用从小学课堂到大学阶梯教室,每个教室的学生数量少则几十,多则上百。这些领域目前主要使用投影技术来显示所需资料。我们认为小间距LED显示在这一领域的全球有效市场空间在300亿以上。
第三阶段,进入高端家用电视市场。受限于液晶电视的技术,目前110寸以上的大屏幕高端家用电视领域技术缺位,投影技术又难以满足高端用户对观看效果的要求,因此未来小间距LED显示技术有望在该领域取得辉煌战果,我们保守预计小间距LED显示技术在该领域的全球有效市场空间在600亿以上。进入这一领域,仍需要技术进步、完善做工和降低成本,同时还需要企业在产品设计、销售渠道和后期维护等方面做完善布局。
普通室内大屏幕显示、影院及放映厅也是重要潜在市场。随着小间距LED显示产品价格下降,从前使用较大间距LED显示屏来显示广告与信息的普通室内显示领域,正在逐步开始采用小间距LED产品。此外,标准电影院及非标准的放映厅也正在尝试使用小间距LED显示技术。这些市场的全球潜在空间有望达到100亿。
我们认为小间距LED显示技术将凭借其无拼缝、*秀的显示效果、持续的半导体技术进步及成本下降等优势,在未来数年内快速进入室内应用。小间距LED显示有望分阶段地、全部或部分地替代原有室内大屏幕显示技术并填补技术空白,潜在市场空间在千亿以上,将在未来数年内呈现爆发式增长。我们预计,在未来五年内(2014年-2018年),小间距LED显示产品的市场规模复合增速将达到110%。
第*部分——金鳞岂是池中物: LED显示技术发展趋势
主流显示技术
显示,就是通过某种方式,让人看到特定的图像,而视觉是人们采集外界图像的最基本、最主要方式。外界事物映入眼帘的基本原理,是其自身发出的光,或反射、折射的光进入到人眼而在视网膜上成像。因此,目前所有显示技术的原理,都是通过直射、反射或折射,让特定排列组合的不同波长的可见光进入人的眼睛,就形成了特定图像。
LED技术的起源与发展
LED技术的本质是一种基于二极管的半导体技术,通电后可以自发光。其在材料使用和制作工艺方面,与基于CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等结构的集成电路产品有一定差别,结构也更简单。
LED是一种二极管,有P-N结的结构,在两极之间加上特定电压后,可以使得电子从高能级向低能级跃迁,根据能量守恒定律,将释放出光能,而不同的材料具有不同的禁带宽度(Band gap),决定了当垫子发生能级跃迁时所释放出光的波长,形成不同颜色的可见光。
LED显示技术的演变
LED显示屏相比其他显示技术,具有自发光、色彩还原度优异、刷新率高、省电、易于维护等优势,但是高亮度、可实现超大尺寸这两个特性,是决定LED显示屏在过去高速增长的根本因素,在超大屏幕室外显示领域,目前没有技术能够与LED显示相抗衡。
小间距LED显示
随着LED全彩显示屏封装器件体积缩小,加上整屏成本快速下降,更小点间距的产品不断进入市场,LED显示屏的应用开始从室外走入室内。
室外显示和室内显示因其应用环境不同,对显示屏的要求有较大差别,其中分辨率,也即像素点间距就是一个重要因素。对于LED显示屏来讲,每一个自发光的封装器件——灯珠,就是一个像素点,因此两个灯珠之间的距离决定了LED显示屏在单位面积下的分辨率。一般业内会以灯珠间的距离来标明产品的型号,如P10产品表明屏体两个灯珠间的距离是10mm(毫米)。
由于室外空间较大,受众的观看距离一般较远,而人的肉眼有一定分辨极限,因此在远距离观看时,即使LED显示屏的点间距较远,也能够满足要求。而由于室内空间有限,观看距离一般要小于室外,因此需要点间距更小的显示屏才能够满足用户对分辨率的要求,否则将影响观看效果。
由于人眼分辨能力有一定极限,因此理论上来讲,某一观看距离下,人眼能够分辨的最小像素间距,可以通过人眼成像原理计算出来。
1米远能分辨的最小点间距=0.000291弧度*1000毫米=0.291毫米间距
实际上,苹果iPhone上所采用的“视网膜”屏幕也正是基于这个原理,其液晶显示屏的像素点间距超过了在常规观看手机的距离下,人眼视网膜分辨像素距离的极限。
由于LED显示屏的优势领域是110寸以上的大屏幕显示,而即使在110寸上实现4K高清的显示效果,0.634mm点间距产品就能满足要求,因此我们认为,0.634mm是下游需求决定的小间距LED显示屏的极限间距,更小的间距将没有实际意义。
由于室内的最远观看距离一般为10米,点间距在4mm(P4)的产品即可满足观看要求,因此在以下研究中,我们将点间距在4mm以内的LED显示产品定义为小间距LED显示屏。
全球LED显示市场格局
伴随着LED技术的进步和成熟,全球LED显示屏市场规模快速扩大,虽然2009年受到全球金融危机影响出现接近零增长,但增速很快在2011年又回到了20%以上的水平,中国LED显示屏市场在全球占比*高。
我们认为,随着小间距LED显示的出现,LED显示技术从室外应用走入室内应用,将打开一个个新的广阔市场,预计未来几年我国和全球LED显示市场规模仍将保持较快增长。
放眼全球,LED显示屏的市场集中度较低。全球LED显示屏制造商中,规模最大的是美国企业达科(Daktronics),但其市占率也不超过10%,且82%的收入均来自于北美地区(2013年数据)。排名第二的比利时巴可(Barco)的LED显示屏销售规模,则仅略高于中国国内龙头企业。
若按区域总产值来看,中国LED显示屏制造商已经占据了全球*高的份额,得益于成本优势和响应速度,且背靠中国大陆这一巨大市场。
中国LED显示屏企业全球竞争优势显著
为了更好地理解中国LED显示屏企业的竞争优势,我们将达科和巴可两家海外龙头企业与利亚德、艾比森、洲明科技和联建光电四家中国龙头企业进行企业规模和盈利能力等方面的对比。
通过对比国内外LED显示屏制造企业的历年收入规模与收入增速变化可以看出,利亚德、艾比森、洲明科技等中国LED显示屏企业增速高于全球行业龙头,收入体量与国外巨头的差距正在缩小,市场份额正在向国内企业转移。
中国制造业的优势从国内外LED显示屏企业盈利能力上得到了充分体现。
此外,我们也看到,海外市场中LED显示屏的销售价格高于中国国内市场,以海外市场为主的LED显示屏企业利润率要高于以国内市场为主的企业。
我们认为,凭借成本优势、高效率生产和有竞争力的供应链响应速度,中国LED显示屏制造业在全球的市场份额仍将持续提升。
受到中国企业的冲击,未来国外LED显示屏巨头的发展方向有两种,一种是向渠道商和集成商转型,剥离制造业并向有优势的企业采购产品,如丹麦的老牌LED显示屏企业ProShop Europe A/S就是走的这条路,该公司从2010 年开始,就向我国LED 显示屏企业采购。
另外一条出路则是逐渐退出竞争激烈、利润率低下的LED显示屏市场,这也是部分国外企业正在考虑的方向。
LED显示屏产业链
从LED显示产业链构成来看,从上游到下游的核心元器件主要包括RGB三色光芯片、全彩封装器件、驱动IC、多层PCB板、箱体套件、显示卡(发送卡/接收卡)和视频控制系统等,涉及到较多相关企业。
在所有元器件中,成本占比*高的是封装器件,也就是灯珠,根据产品间距规格的不同,灯珠在总成本中占比可从20%到70%。占比其次的元器件是用来承载灯珠的PCB板、控制灯珠显示(明暗、灰阶)的驱动IC、箱体材料、电源和控制系统等。
根据封装技术的不同, LED显示屏灯珠的封装工艺大致可以分为三类:
主要应用于室内领域的小间距LED显示屏一般采用表贴式封装器件,因为需要加工的灯珠数量会随着间距缩小而呈几何级数增长,表贴式封装可使用高速贴片机进行自动化生产。
随着LED显示屏像素间距的缩小,单位面积上的灯珠数量越来越多,使得灯珠在整屏的成本中,占比呈上升趋势。根据我们的测算,在小间距LED显示屏P1.9及更小间距型号的产品,灯珠成本占比已经达到70%以上。
在小间距LED显示屏市场培育期,率先推出小间距产品的企业主要采用台湾封装器件供应商亿光电子的灯珠,而基本没有其他选择。随着近两年的市场爆发,越来越多的国内封装企业开始进入该领域,目前国内的国星光电和晶台光电,用于小间距LED显示屏的1010灯珠月产能均达到或接近亿光的产能,并将根据市场需要继续扩产。
我们认为,随着国内封装企业的技术与产能提升,小间距LED显示屏用封装器件的国产化将在未来几年内推进。
LED显示屏的半导体属性
半导体属性的产品,最大特点就是技术不断进步,包括制程工艺的进步和材料科技的进步,最终的结果是推动最终产品性能提高和成本下降。
在LED显示屏的所有成本构成部分中,与半导体紧密相关的元器件,主要包括LED芯片、封装器件、驱动IC、控制系统(发送/接收卡)等,这些在过去数年成本均呈快速下降趋势。
我们以行业内广泛使用于P5-P10规格显示屏的全彩SMD3528灯珠为例,其价格从2008年到2014年的年复合降幅达到36%。而广泛用于P2.5-P1.6规格小间距LED显示屏的1010灯珠价格也呈迅速下降趋势,年复合降幅接近40%。
我们认为,对于小间距LED显示屏来说,灯珠在成本中占比已经较高,因此灯珠价格的快速下降,有助于推动产品普及。
实际上, LED两大细分下游应用——LED照明和LED显示均是受益于LED芯片价格下降而普及,但未来这一状况将开始出现分化。对于LED照明,一方面LED芯片近几年价格快速下降,另一方面,其他材料成本略具刚性,因此近些年芯片在最终LED灯具成本中的占比快速下降。
而对于LED显示则不同,随着更小间距LED显示屏的推出,灯珠数量呈几何级数增长,而LED芯片是灯珠成本结构中最大部分,因此芯片和灯珠成本在整屏成本中的比重反而是呈增加的趋势。
我们预计,未来在小间距LED显示屏市场中,也会如同室外大间距LED显示屏发展趋规律一样,出现间距越来越小的趋势。
而LED显示屏灯珠(尤其是小间距LED显示屏用灯珠)的成本下降,主要有几个因素:
1. 成本占比较高的LED芯片价格下降。
2. 规模化生产和封装技术进步带来的成本下降。
3. 行业竞争加剧;国产化程度提高。
除了灯珠之外,LED显示屏的核心元器件中,驱动IC和控制系统中的芯片都属于半导体产品,随着制程工艺进步,成本均呈现快速下降趋势,而箱体等结构件的价格则相对平稳,因其主要材料成本具有一定刚性。
我们认为,正是LED显示屏较强的半导体属性,使得其成本得以快速下降,更小间距产品不断推出,进而激发潜在市场需求,实现市场规模平稳较快增长。
我们预计,随着LED显示屏成本逐步降低,一方面,原有室外市场会持续平稳增长;另一方面,更小间距的产品将进入室内应用,打开新的广阔市场。
第二部分——群雄割据定中原:室内大屏幕显示应用领域
室内大屏幕显示,是指显示面积从110英寸(对角线长度,实际显示面积约3.34平方米)到几十平方米的室内显示应用,具体显示尺寸根据显示内容和应用领域需要不等。
根据下游应用领域特点,我们将室内大屏幕显示市场细分为以下几类:专业室内大屏幕显示、普通室内大屏幕显示、商务会议与教育、高端家用电视、影院及放映厅等。
专业室内大屏幕显示
专业室内大屏幕显示的应用领域主要包括指挥调度、公共安全监控、大型视频会议、演播室、虚拟现实等,应用行业包括了军事、公共安全、能源、交通运输、政府、电视台等。专业室内大屏幕显示的特点是应用领域专业,对显示效果和稳定可靠性的要求较高。此外,这一领域的应用有一个重要特点,就是大屏幕显示为整个系统服务,其中往往集成了多个子系统,并需要根据一定的规则,将各个子系统的信息同时呈现在前台显示屏幕上。
从专业室内大屏幕显示的应用领域来看,可以大致分为以下几类:
应用领域一:指挥调度
这一领域主要应用于某些特种行业的指挥、控制、监控和调度中心,其特点是以实时数据和图像信号为主要显示内容,借助图像和数据来完成管理与决策。
主要细分应用领域包括:
1. 军事领域
这一细分领域的应用包括沙盘模拟作战、军事指挥等,主要用于四大总部(总参谋部、总政治部、总后勤部、总装备部)及各大兵种和军区。
2. 能源领域
这一细分领域主要用于电力调度、能源安全生产管理等,具体应用领域包括:
电网公司电力调度中心:将电网运行管理、调度、监控以及电力稽查系统进行整合并显示,加强电网运行监视,保障电网安全运行。
煤矿安全生产指挥中心:搭配各种传感器,回传安全生产重要监测数据,如瓦斯监测、人员定位、风机监测、井下水位监测等,综合显示于指挥中心大屏幕上。
3. 交通运输
这一应用领域主要用于铁路、地铁、航空等运行状态监控与指挥调度。具体应用领域包括:
各大城市地铁OCC(Operation Control Center)指挥中心:集成信号系统、电力系统、行车监控系统、综合监控系统等,以便实现实时调度、运行监控,保障地铁安全运行,快速解决突发情况。
铁路系统调度指挥中心:应用于铁路总公司和各大铁路局、编组站。实现对路网行车状态的显示与控制,便于进行列车调度,提高列车准点率,保障铁路网络安全运行
应用领域二:公共安全监控
这一应用领域主要是为治安、交管、消防、刑侦等服务,输入信号主要是来自视频采集设备(摄像头)回传的视频信号,主要用于维护公共安全,响应突发事件。
在信息化时代,为了进一步提高公共安全水平,整个城市的公共安全系统对视频监控的依赖度越来越高,分布于各地的终端视频采集设备数量快速增长。视频信号的输出、公共安全水平的提高都需要在公安系统的监控中心构建大屏幕显示系统。
伴随着我国平安城市和智慧城市建设的推进,监控中心的职能也在提升,对显示屏的输出信息量和面积都提出了更高的要求。
应用领域三:大型视频会议
这一应用领域主要集中在政府以及大型企业事业单位,用于召开大型视频会议。这一应用需要多路信号同时显示并需要集成会议系统,因此也归类于专业室内大屏幕显示领域。
会议是各方沟通的主要方式,是政府和企业正常运作的必备要素,借助大屏幕显示,视频会议系统可以通过分屏技术,实现多路视频信号同时显示。
目前从全球来看,大屏幕显示在视频会议领域的应用主要集中在我国,用户主要是各级政府机关、事业单位以及大型国有企业,每个单位一般都会有一个或数个专门举办视频会议的会议厅和报告厅。
视频会议的应用对显示屏的要求没有指挥控制应用高,但由于各级别领导经常会出现在视频会议显示屏上,因此对显示屏的色彩还原度、一致性要求较高,尤其是当采用拼接屏的时候,拼缝往往是需要考虑的重要因素,需要尽量避免领导的肖像完整性被拼缝所破坏。
应用领域四:专业演播室
这一应用领域主要是指大屏幕显示技术用于广电领域的电视台专业演播室。在新闻、综艺节目等各类以主持人为核心的节目播出时,常常需要在主持人身后借助大屏幕来展示必要的图文信息或视频,以配合节目需要。
广电领域对播出效果要求较高,因此这一领域对显示屏的各项参数有一定要求,例如刷新率要能够达到一定要求,使得在摄像机拍摄显示屏时,不会因为两者刷新率的差异而造成“黑色光带”等问题。再如,由于主持人往往是位于显示屏前方,因此演播室为了避免显示屏过亮影响主持人效果,需要显示屏能够在较低的亮度下,实现较好的色彩还原和显示效果。
应用领域五:虚拟现实
专业室内大屏幕显示市场空间
目前,专业室内大屏幕显示领域主要采用的显示技术是DLP(Digital Light Processing,数字光处理)背投拼接、LCD拼接和PDP拼接,因此可以从三种产品的销售额来判断该领域需求规模。
奥维咨询的数据显示,中国大屏幕拼接显示市场在2013年的销售额为56.4亿元人民币,同比增长1.2%;销量方面则达到20.12万台,同比增长13.8%。
从销量看,LCD显示单元占据最大份额,占比高达83%;DLP市场萎缩,占比下滑至12%。但定位于中高端领域的DLP显示单元由于单价*高,因此金额占比远高于其销量占比。DLP拼接技术在专业室内大屏幕显示市场销售金额占比约为45%,LCD拼接技术占比49%,其余为PDP拼接。
从产品均价来看,定位高端应用的DLP显示单元均格*高,2013年与2012年相比,价格稳中有升;PDP显示单元价格其次,与2012年相比价格大幅下降;LCD显示单元均价最低,近两年价格保持平稳。
从下游应用来看,三种拼接技术各有特点。能源等指挥控制领域的高端应用,拼缝最小的DLP和PDP技术占比*高,因其能提供更好的整体显示效果。而在工商业领域的客户则更看重成本,因此LCD在该领域的应用占比显著高于另外两种技术。
综合考虑中国专业室内大屏幕显示市场结构,以及中国国内生产总值在全球占比等因素,我们估测,2013年全球大屏幕拼接市场中,以销售额衡量的DLP拼接技术每年市场需求约为100亿元人民币,LCD/PDP拼接技术年市场需求约为120亿元人民币,合计市场规模约220亿人民币。
普通室内大屏幕显示
普通室内大屏幕显示是指借助大屏幕显示技术,实现常规的图文信息和视频显示,下游应用包括室内广告、信息公告、信息宣传等,应用场所包括机场、火车站、大型室内展会、商业中心、政府及企事业单位的大厅等。这些领域的显示形式常常是视频播放和信息展示为主,对显示效果要求略低于专业领域,也不需要集成复杂的后台系统。
与室外的信息显示不同,室内的信息显示一般受众观看距离更近,整屏尺寸更小,因此单位面积的分辨率比室外显示更高,而室内环境光强度要小于室外,因此对亮度的要求要低于户外大屏幕显示。
这一应用领域,有的为了吸引观众,需要较高的亮度;也有些应用中为了保证较好的放映效果,需要显示屏在较低亮度的情况下,实现高灰阶、对比度鲜明。
普通室内外大屏幕显示的客户,会考虑商业效益,也对售价更加敏感。目前,该领域的用户对显示屏的使用有两种趋势:其一是原来使用广告板、灯箱的用户正逐步开始使用LED显示屏,因其售价快速降低;其二是原来使用较大间距LED显示屏的用户,为了提高显示效果,正逐步开始选用小间距LED显示屏。
从应用目的可以看出,这一领域的应用,实质上是LED显示屏原有应用领域从室外向室内的延伸。
高端家用电视
家庭影院目前已经被越来越多的家庭所拥有。其主要组成部分包括大屏幕电视和环绕音响系统,为高端用户提供极致视听体验。目前用于家庭影院显示部分的技术,主要是LCD和投影,都有其局限性。
目前全球家用电视市场主要被LCD技术所占据。LCD显示技术由于工艺特点,通过对母玻璃基板的切割,在较小尺寸显示领域能够实现玻璃基板最大程度的利用,也即最大经济性;然而,在大尺寸显示领域,LCD显示则面临对玻璃基板利用不充分、产品良率低等问题,成本直线上升。例如市面上最常见的110寸(约3.34米²)LCD电视是三星的,售价约90万人民币。尽管售价高高在上,但其刚刚发布就接到了来自中东等全球各地的订单。
对于110寸以上的家用显示领域,可选择的解决方案唯有投影仪。除了商务会议与教育等主要应用领域之外,目前投影仪已经越来越多地被人们用于家庭中,实现观看大屏幕电视的梦想。然而从显示效果来看,投影仪仍然与LCD电视相差较远。
根据WitsView的统计测算,2013年全球LCD电视出货量为2.031亿台,中国市场占比约四分之一。电视尺寸呈现扩大趋势,预计2014年50英寸及以上液晶电视占比将达到15%-17%。
实际上,80英寸~90英寸的LCD电视已经有一定市场,价格普遍集中在10万~20万元人民币这一区间。目前,已经有三星、LG、飞利浦等品牌在全球推出这些产品,且都取得了一定销量。
而用于家庭影院的投影仪,在欧美约占投影仪总销量的15%,在中国占比则约为5%。2013年,中国约有9万台投影仪用于组建家庭影院,其中主流产品价位集中在2万至6万之间,而单价高于10万的产品占比约为4%。
商务会议与教育
商务会议显示领域的应用包括大型、小型会议中的会议资料显示,大型会议如酒店会场、企业事业单位大会议室、各国议会等百人以上会场;小型会议主要是指十几人到几十人的会议室会议,这一会议形式广泛存在于企业、政府、事业单位。
教育领域主要是在授课过程中,使用大屏幕来演示课件和相关资料等,随着教育信息化的推进,目前大屏幕显示已经成为小学、中学和大学教师授课过程中不可缺少的辅助教学工具。一般来说,每堂课程的学生数量一般在几十人到上百人不等,教室大小也各不相同。
这些领域目前主要使用投影技术来显示会议所需资料。投影尺寸平均为100~150英寸。
目前用于商务会议与教育的主流投影技术包括3LCD、DLP和LCOS(Liquid Crystal on Silicon,硅基液晶),其中DLP技术目前是市场主流,在1080P(2K高清)投影领域,DLP市占率高达73%,远高于LCOS的18%和3LCD的9%。DLP投影机代表厂商包括明基、松下、夏普等。
普通室内大屏幕显示市场对显示质量的要求要低于专业室内大屏幕显示应用,但同样需要较大的显示面积,因此综合考虑技术实现难易度和成本,这一应用领域主要使用投影技术。目前市场上主流商用投影机的价格在1万左右,偏高端的应用中,产品价格更高一些。
从投影机的市场销量和销售额,可以大致估算商务会议和教育大屏幕显示的市场需求规模。
2013年全球投影机销量约839.8万台,保持温和增长,平均售价约8,000元人民币,市场规模672亿元人民币。其中,2013年中国的投影机销量约为188万台,在全球销量中所占比重约为22%,是全球最大的市场之一。
影院及放映厅
这一领域的市场,包括标准电影院和非标准的放映厅。前者是普通消费者观看电影的主要场所,由院线企业投资建设并运营,通过票房分账实现投资收益;后者主要安装于政府、学校和大型企事业单位等机构,面向特定群体进行影视播放。
影院市场是投影技术的天下。与普通家用、商用投影市场格局不同,在影院领域,采用三片DMD(数字微镜装置)的DLP投影技术之市占率高达90%,全球主要设备供应商包括NEC、Barco等,中国国产设备占比较少。
2013年3月1日至2014年3月1日的期间内,全球新增DLP影院银幕合计21,927块,我们简单假设每台影院用放映机(投影机)的平均售价为80万元人民币,可估算出每年标准影院用于银幕显示的支出约为200亿元人民币,这一数字还不包含非标准的放映厅。
第三部分——鼎足三分已成梦:室内大屏幕显示主流技术
我们认为,通过深入研究室内大屏幕显示主流技术的实现原理和优缺点,有助于理解和判断小间距替代传统技术的原因和进程。
目前主流的专业室内大屏幕显示技术,主要有DLP背投拼接、LCD拼接、PDP拼接、投影及融合等技术,每种技术都有各自的优点,以及不可避免的缺陷,分别占据不同类型的室内大屏幕显示应用领域。
室内大屏幕显示技术之一:DLP背投拼接技术
DLP(Digital Light Processing,数字光处理)背投拼接技术主要用于专业室内大屏幕显示应用,属于DLP投影技术的一种。
DLP技术由德州仪器(TI)科学家Larry Hornbeck 博士于 1987 年发明,经过不断的改进和升级,目前技术已经成熟,是主流投影技术之一,在家用、商用等各领域投影应用中,占据较大的市场份额。
构成DLP投影设备的核心是DMD(Digital Micromirror Device,数字微镜装置)、光源、色轮(采用LED纯色光源可省略此元件)、透镜组以及控制芯片等,其中DMD是核心部分,结合了半导体、机械和光学三方面核心技术,是一种高反射铝微镜阵列,阵列中有多达数百万个微镜,每个微镜的大小在微米级,通过类似铰链的机械装置安装,每一个微镜控制一个成像像素点。
DLP投影设备在进行显示时,首先由光源(UHP、LED、激光等)发出白光,被快速转动的色轮(彩色滤光片)分解为RGB(红、绿、蓝)三原色光,经过透镜后进入DMD,控制芯片通过铰链控制DMD上每个微镜的偏转角度,实现每个微镜的“开”、“关”,以及不同的亮度调节,用以正确显示每一个像素点,并通过角度的微调,产生不同色彩灰阶,最终投射到显示屏幕上。
全球从事DLP背投拼接技术的应用商主要包括国外的巴可、三菱电机、科视等,国内企业主要包括威创、GQY、中达电通、赛丽、彩讯、清投、蓝博、巨洋、大道。
DLP大屏拼接墙的主要优点:
分辨率高。
色彩还原度高,可以实现12bit灰度。
拼缝窄,可以实现0.5mm以内的拼缝。
DLP大屏拼接墙的主要缺陷:
拼缝无法消除。
光源亮度会不断衰减,显示效果下降,并带来明暗区别。
可视范围窄,易受环境光影响。
整屏一致性不佳。
DLP拼接墙技术根据其特点,在室内大屏幕显示领域主要占据高端应用,用于指挥控制、视频会议等,例如指挥中心、控制中心、调度中心。
室内大屏幕显示技术之二:液晶/等离子(LCD/PDP)拼接技术
这一技术是使用与我们在日常生活中常用的液晶电视(LCD)或等离子电视(PDP)类似的工业级产品作为拼接单元,加入控制系统后组成大屏拼接墙。这两种技术的原理差距较大,但其最大特点都是成本低廉,在中低端室内大屏幕显示领域应用较广泛。
从显示原理看,LCD是借助背光模组发白光,通过电压控制液晶分子的透射率与反射率,进而让不同亮度的光通过彩色滤光片,形成全部像素点的显示。PDP的每个像素显示是由每个等离子管控制的,其中充满氖、氙等惰性气体,加高压后等离子体放电产生紫外线,进而刺激三基色荧光粉发出可见光。
LCD拼接技术单一显示单元的尺寸一般都在70英寸以下,又以45英寸-59英寸的显示单元为主,占比高达75%。PDP拼接单元的尺寸则更大,60-69英寸的占比达到46%。
与DLP背投拼接和投影技术相比,LCD/PDP显示单元有着更好的显示效果和更低的成本,但拼缝问题却十分明显,因此往往用于中低端专业室内大屏幕显示领域。
互相比较而言,这两种技术各有优缺点。相比LCD,PDP的优点是亮度高、色彩还原性好、刷新率高等,但缺点也很明显,比如耗电量大、发热量大等。
目前已经有越来越多的企业退出PDP市场,继前不久LG刚刚宣布退出后,未来可能市场上只有中国的长虹仍然继续大规模量产PDP显示屏。
LCD/DLP大屏拼接墙的主要优点:
成本低廉。
拥有高分辨率。
亮度较高,对比度、色彩还原相对较好。
LCD/DLP大屏拼接墙的主要缺陷:
无法解决边框问题,导致拼缝过于明显。
亮度和颜色衰减。
产品不适合7×24小时全天候专业显示应用。
室内大屏幕显示技术之三: 投影及投影融合
一言以蔽之,投影技术是借助光学器件和某些技术,将背光源发出的光重新排列组合成所需要显示的图像,再投射到投影布上,根据人与投影机位置可分为前投和背投两种方式。DLP背投拼接技术也属于投影技术,为与之区分,此处主要是指前投影,目前广泛用于各种会议信息显示、电影院等领域。
投影融合技术是一种基于投影设备的技术,借助两台或多台投影设备进行显示,并将各台设备投射的画面边缘重叠,借助融合器或融合软件消除融合区域,实现超大画面、超高分辨率的显示效果。这种技术在室内大屏幕显示领域,主要用于会议和虚拟现实应用。
投影及融合技术的主要优点:
成本较低。
处理得当可消除拼缝。
投影及融合技术的主要缺陷:
一致性问题。
受环境光影响大,这是投影技术的通病。
难以实现标准分辨率。
融合区域容易发生变化。
主流室内大屏幕显示技术对比总结
第四部分——问天下谁主沉浮:小间距LED显示进入室内应用
像素点间距小于4mm的小间距LED显示屏自2012年研发成功并进入市场后,其目标定位就是进军室内大屏幕显示领域。小间距LED显示技术的出现,将克服上述三种技术的主要缺陷,并有望重写室内大屏幕显示领域技术格局,实现对传统技术的替代。
小间距LED显示行业快速成长
尽管坐拥全球最大的市场,中国企业在过往的显示技术研发与应用领域,始终落后于欧美和日韩等发达国家行业龙头。而在小间距LED显示崛起的今天,中国企业首次在研发和应用上走在了世界前沿。
小间距LED显示产品首次发布是由2011年1月,利亚德推出2.5mm间距的产品,并于2012年取得一定规模订单。随后在2013年,洲明科技等LED显示屏厂商纷纷跟进,推出自己的小间距产品线。
中国大陆本身就是全球LED显示屏的主要生产基地,聚集了一大批有规模、有技术、有经验的显示屏制造商,在看到小间距LED显示市场广阔空间后,各企业均加速推出自己的小间距产品。2014年2月广州LED展上,已经有20余家厂商展出自己的P2.5及以下间距的小间距LED产品。
更小间距产品有望成为主力
小间距LED显示屏相比传统LED显示屏,需要使用更小的封装器件、更精密的表面贴片工艺、性能更高的驱动IC和层数更多的PCB线路板。在诞生之初,受制于产业规模和技术壁垒,整个产业链参与者较少,难以形成规模优势。预计随着小间距LED显示产值快速扩大,产业链也将越来越成熟,有望借助行业规模效应降低成本。此外,半导体技术本身的特性也决定芯片、封装器件等元器件价格会随着工艺进步而下降。
2012年,规格为P2.5的小间距LED显示屏每平方米的价格在10-15万元人民币,到了2014年,主流品牌的P2.5产品价格已经降低到6-8万元每平米,更有企业每平米售价仅为3万元,当然这与其所采用的元器件和产品定位有关系。小间距LED显示屏也有高中低档之分,不同定位的产品,所使用的封装器件、PCB板层数、驱动IC、控制系统等等均不同,*高端和最低端价格差距可达数倍,所用元器件会影响最终小间距显示屏的显示质量和稳定性。
从产品规格看,目前市场上主流的小间距LED显示产品以P2.5和P1.9为主,每平米的价格一般在5万~15万之间。更小间距的P1.6产品正逐步进入市场,由于P1.6能提供单位面积中更高的分辨率,因此随着价格下降到主流产品价格区间,有望实现快速放量。
上图中的P1.9、P1.6小间距LED显示屏,实际上使用的都是同一规格的封装器件——1010灯珠(1mm×1mm)。随着市场规模打开,越来越多企业开始扩充产能,如同户外较大间距显示屏所用的3528灯珠一样,1010灯珠有望成为小间距LED显示屏领域销量最大的封装器件,其售价将进一步下降。随着成本下降,P1.6等更小间距的产品将成为市场主力,使得显示效果进一步提升,推动小间距LED显示市场进一步爆发。
更小间距的LED显示屏新产品正逐步研发并走出实验室。目前已有厂商研发成功0.7mm间距的显示单元,其意义是,能够在120英寸标准电视的显示面积内,实现4K高清,可以称之为小间距LED显示的极限,比它更小的间距将不具备实际应用意义。
小间距LED显示技术的优势
与其他主流室内大屏幕显示技术相比,小间距LED显示有以下优势,决定了其将替代原有技术。
1. 解决拼缝问题
现有的主流室内大屏幕显示技术,都有一个无法解决的致命问题,就是拼缝问题。人眼的特点是对“与众不同”的东西十分敏感,当大屏幕播放一幅完整的画面时,即使是能把拼缝做到不足1毫米的DLP拼接墙,用户也能够十分容易地看到显示单元之间的“黑线”,这是因为不同显示单元之间除了物理距离,还有“光学拼缝”:拼缝两侧的光线亮度、发散方向常常是不同的,这些差异很容易被人眼察觉。LCD/PDP拼接技术在这方面则更加明显,因此只能依靠低廉的成本应用于中低端领域。
小间距LED显示技术与其他主流技术相比,一个重要的进步就是解决了拼缝问题。由于小间距LED显示屏的每一个像素都是一个灯珠,因此只要保证每个灯珠之间的间距一致即可,其要点在于每个LED显示单元(箱体)的工艺和拼接方式,“无拼缝”的实现能够通过精确的制造工艺来保障。
2. 半导体技术进步与规模效应共同推动成本下降
如第*部分所论述,小间距LED显示技术作为LED技术的延伸,占其成本比重较高的元器件几乎都是半导体技术的产品,包括芯片、封装器件、驱动IC、控制系统(发送/接收卡)等,这些在过去数年成本均呈快速下降趋势。
DLP背投技术的“心脏”DMD(数字微镜装置)技术来自德州仪器,核心组成部分是集成电路、微镜和机械装置,是一个相对封闭的生态圈,成本难以大幅下降。这一点,从国内DLP拼接显示龙头企业——威创股份的历年产品单价和成本变化情况可以看出。需要注意的是,威创股份近些年产品单位价格/成本下降与推出价格更低的LCD拼接产品有关系。
3. 能够始终保持整屏显示一致性
当前主流室内大屏幕显示技术,还都难以克服光源亮度衰减所造成的整屏显示效果不一致的问题。例如对于DLP背投拼接墙来说,即使使用当前*新的LED光源,也存在光源亮度随使用时间的增加而衰减的情况,而每一个光源的衰减程度都不相同,就导致了每个显示单元的亮度不一致,显示人脸的时候更会出现“阴阳脸”。LCD/PDP显示单元也同样存在这一问题。
当然,原有技术也在不断自我进步,比如DLP背投显示单元已经开始尝试采用激光光源,尽管能够最大程度克服光衰的问题,但是会增加整体成本。而且,激光光源的安全性尚没有得到广泛共识。因此,从2012-2013年的DLP单元销售情况看,激光光源始终没有放量。
小间距LED显示则可以在使用过程中,随时通过逐点校正技术,通过调整电流,使得每一个灯珠亮度一致,从而实现了整屏的显示一致性。
由于在室内应用中,并不需要将LED显示屏灯珠亮度发挥到极致,一般20%最大亮度即可达到使用要求,太亮则反而会让观看者眼睛不舒服。因此,即使LED灯珠出现光衰,也有80%的“安全垫”,不超过此安全区间的最大亮度衰减并不会影响小间距LED显示效果。
4. 拥有更好的显示效果和色彩还原能力
小间距LED显示屏色温调节范围很广,可实现从2,500k到10,000k的范围,在某些室内特殊应用领域有较强的优势,诸如广播电视领域、医疗领域等对色温要求都较高。
此外,小间距LED显示屏具有更高的灰度等级,还能够轻松实现高刷新率。
小间距LED显示替代原有室内大屏幕显示技术
小间距LED显示技术将凭借其独特优势,进入室内大屏幕显示领域,实现对原有技术的全部或部分替代。
1. 专业室内大屏幕显示领域:完美替代
在高端应用领域如指挥室、控制室等,小间距LED显示技术完全无拼缝,可长期保持显示一致性,将替代DLP背投拼接技术。这些领域的客户一般需要特定的点对点分辨率视频信号输出,因此往往需要根据客户需求进行显示墙的“量身定制”,实现显示面积与显示分辨率的协调统一。比如在较复杂的控制室(轨道交通运营调度中心、铁路指挥调度中心等),整个显示屏幕常常需要同时呈现多个系统模块,因此需要将整屏分成若干个显示区域,根据每个区域的需要,计算出整个屏幕的分辨率,比如10米×4米的显示屏,需要7,200×2,880的分辨率,这时就需要企业选择合适的间距规格,来匹配客户要求。
在监控室如公安、智慧城市等领域的应用中,小间距LED显示有望成为中央主屏的首选技术。监控应用的特点是,中央主屏用于指挥调度,两侧的显示屏用于显示分路信号。监控应用中,有庞大的来自监控探头的多路信号源,一般显示于中央主屏的两侧,每一路信号显示为一个小屏幕。当需要重点查看某一路视频信号,或某一路出现报警等应急情况时,需要把该路信号接入到中央主屏来查看细节。此外,中央主屏是做指挥调度的,用于做调度和部署。
对于大型视频会议、专业演播室等领域,小间距LED显示将凭借其优势对传统显示技术实现完美替代,但各领域对成本的敏感和显示效果的需求各不相同,因此将从高端应用开始逐步替代。
小间距LED显示针对这一领域的替代,实际上已经开始了。专业室内大屏幕显示领域的全球市场需求规模,2013年约为200亿,并维持增长态势。
2. 普通室内大屏幕显示领域: LED显示是首选技术
普通室内大屏幕显示的原有方案为灯箱或广告版、较大间距LED显示屏,主要用于广告和信息显示等,随着小间距LED显示产品价格下降,将逐步取代原有方案。
这一应用领域对成本较敏感,而对分辨率的要求又不是特别高,我们预计这一应用领域未来将是以P2.5以上小间距LED显示屏为主的市场。
3. 高端家用电视:小间距LED显示将解决技术缺位问题
在高端家用电视市场,110寸以下一般是LCD的天下,110寸以上一般采用投影仪组建家庭影院,但是基于这两种显示技术的产品均有显著问题。
一方面,大尺寸的LCD电视售价太高,110寸的电视售价接近100万元人民币,而若想做到更大尺寸,虽然理论上母玻璃基板的尺寸可以满足需要,但成本将呈几何级数增长。另一方面,投影仪虽然可以实现更大尺寸显示,但显示效果较差,在灰阶、对比度、色彩还原能力等方面均无法与LCD相媲美,还会严重受环境光影响。
对于高端大屏幕家用电视的潜在消费者来说,价格并非最关键因素,即“不差钱”,这一群体一般拥有较大的居住面积,对生活品质要求较高,追求的是极致的显示效果,希望能有一种技术能够在其宽大的客厅中实现家庭影院式的视觉体验。因此,我们认为,在高端大屏幕家用电视领域,目前正处于技术缺位的状态。
小间距LED显示技术将解决这一问题。通过产品优化,以及采用光学膜等方法,小间距LED电视能够取得与LCD技术相同甚至更好的显示效果,灰阶、刷新率等方面均优于LCD,而产品售价则低于LCD电视。120寸的小间距LED电视实现2K高清,所需间距为1.384mm,需要灯珠207.36万颗,预计整个电视的成本约为30万元。不仅如此,小间距LED电视还可轻松实现裸眼3D等特殊显示技术。
上表是经过我们测算,2015年在封装器件价格进一步下降后,各尺寸小间距LED电视在实现2K高清(1,920×1,080的分辨率)的前提下的成本情况和预估售价。一个值得关注的现象是,屏幕尺寸越大,售价却不一定越贵。我们认为,从*佳观看距离和售价来看,未来尺寸在120英寸~160英寸范围内的产品,有可能成为小间距LED显示在高端家用市场的主力产品。
根据WitsView的统计测算,2013年全球LCD电视出货量为2.031亿台, 50英寸及以上液晶电视占比将达到15%-17%。我们假设全球LCD电视需求量每年增速为3%,到2020年,全球销量将达到2.5亿台。其中对10万元以上(相当于84英寸以上)LCD电视的需求量占比约1‰,对应25万台需求量。
2013年全球家用投影机的销售量约占总投影机销售量的10%,且这一占比持续增加,我们假设按每年5%的增长率,到2020年,全球家用投影机需求量将达到118万台。其中,高端用户(家用投影机单价在10万以上的)占比将提升至5%,高端用户对家用投影机需求量达到6万台。
基于以上假设,到2020年,小间距LED家用电视的潜在销量可达31万台,假设每台售价降低到20万元人民币,则对应有效市场空间高达620亿元。
4. 商务会议与教育:从高端应用开始
我们预计小间距LED显示技术在这一领域的应用将从高端市场起步,并以P1.9~P3规格的产品为主。
商务会议领域,主要是指酒店、企业、事业单位、学校等常常在各种规模会议上采用投影机进行视频或资料播放的应用,既包括上百人的大型室内会议,也包括几个人的企业小型室内会议。教育领域的应用从小学课堂到大学阶梯教室,每个教室的学生数量少则几十,多则上百。
这一领域的用户,对价格较敏感,会兼顾价格和显示效果。但我们在会议中常常发现,商用投影机的亮度和显示效果较差,环境光较亮、人距离投影墙110%较远的时候,很难看清显示内容。
普通商用会议投影,其对显示质量的要求略低于专业室内大屏幕显示应用,但同样需要较大的显示面积,因此基于现有技术的选择,这一应用领域主要使用投影技术。目前市场上主流商用投影机的价格在1万~4万,偏高端的应用中,产品价格更高一些。
小间距LED显示技术能够提供远好于投影技术的显示效果,但是目前价格仍然较高,难以大规模替代。但未来随着成本下降,有望从普通商用会议显示中,高端应用领域开始实现替代。
2013年,全球投影机的销量约839.8万台,中国大陆的销量约为180万台。其中,商务会议与教育应用的投影机占比约90%,家用占比约10%,商务会议与教育用投影机2013年销量约755.8万台,若假设每年保持3%的需求增长,到2020年,商务会议与教育领域对投影机的需求量将达到929.6万台。
我们简单假设商务会议和教育投影的投影尺寸平均为4平方米,当小间距LED显示P2.5规格的产品价格降低至2万元/米²的时候,构建屏幕的成本为8万,假设此时所有应用投影机的用户中,有5%的高端潜在用户将会采用小间距LED显示技术,那么根据2020年投影机的需求预测,则有约46.5万套小间距设备的销售,合计372亿元人民币的有效市场空间。
5. 影院及放映厅市场:万事俱备,只欠东风
我们认为小间距LED显示进入影院银幕市场已经“万事俱备,只欠东风”:技术成熟,但缺少示范项目。未来在影院和放映厅领域的越来越多的使用,将为小间距LED显示锦上添花。
院线是以盈利为目标而运作,在过去,虽然LED显示技术的像素间距和分辨率已经能够达到影院的要求,但是由于造价过高,始终迟迟无法进入影院银幕。但随着近些年小间距LED显示屏价格的下降,基于LED显示技术的银幕成本已经越来越接近主流三片DMD的高端DLP投影放映机,未来有望随着示范项目的出现,正式敲开影院银幕市场的大门。
此处所指影院市场,包括标准电影院和非标准的放映厅。前者是普通消费者观看电影的主要场所,由院线企业运营,通过票房分账实现投资收益;后者主要安装于政府、学校和大型企事业单位等机构,面向特定群体进行影视播放。
影院市场是投影技术的天下。与普通家用、商用投影市场格局不同,在影院领域,采用三片DMD(数字微镜装置)的DLP投影技术之市占率高达90%, 德州仪器统计表明,在2013年3月1日至2014年3月1日的期间内,全球新增DLP影院银幕合计21927块,中国新增银幕5077块,占比约四分之一。
小间距LED显示能够实现更好的灰阶、对比度和景深,显示效果优于投影技术,成本快速下降将带来竞争优势。而且,小间距LED显示屏可被动散热,能够省掉放置投影机及散热设备的放映室这部分空间,使得影院方面可以布置更多的观众座位以增加收入。小间距LED显示技术有望在影院市场获得突破,目前已有部分应用企业与影院合作共同研发实验项目。
影院的屏幕大小,视观众厅的面积而定,容纳100人的观众厅,屏幕大小约为7米×4米,而容纳数百人的IMAX厅普遍可达25米×14米,甚至更大。我们简单假设影院银幕平均长度为10米,根据影院的4K标准即4,096×2,160的分辨率(电影的4K标准与民用电视的4K标准不同,后者为3,840×2,160),约需要间距为2.44mm的小间距LED显示屏,目前屏幕成本预计在250万左右,这一价格仍然高于平均售价50万~100万的高端DLP影院用投影机(3片DMD)。然而,小间距LED显示拥有更好的显示效果,且价格每年快速下降。
假设全球新增影院银幕每年增速为3%,到2020年,预计当年全球新增影院银幕数量将达到3万块。此时长度10米的4K小间距LED银幕造价降低至约100万元人民币时,假设全球标准影院当年新增银幕中有20%采用小间距LED显示技术,即约6,000块银幕,合计60亿市场空间。再加上非标准影院即放映厅的需求,预计在影院及放映厅领域,小间距LED显示的市场规模有望达到100亿元人民币。
小间距LED显示市场规模预测
我们预测,小间距LED显示的市场规模将在未来五年(2014年~2018年)间实现复合增速110%的爆发式增长,全球市场规模有望在2020年达到328.6亿元人民币。
专业室内大屏幕显示将是未来数年小间距LED显示市场成长的核心驱动力。这一领域,原来主要采用的产品是DLP背投拼接墙和LCD/PDP拼接墙。我们预计在2020年,小间距LED显示对DLP背投拼接潜在市场的渗透率将达到82%,对LCD/PDP拼接潜在市场的渗透率则达到25%。
一方面,我们认为中高端的采用DLP背投拼接技术的应用将会被小间距LED显示技术迅速替代。我们预计,随着分辨率更高的产品售价降低并成为主流、小间距LED显示技术被客户接受程度提高、产品可靠性在大量项目应用中得到验证,未来数年内小间距LED显示屏销量将在这一市场快速爆发。
另一方面,LCD/PDP拼接屏的客户对售价较敏感,短期内小间距LED显示技术有望被这一部分客户中更看重显示品质的群体所接受,随着小间距产品价格下降,替代率同样也会越来越高,但上升速度预计将慢于DLP背投拼接技术的用户,最终仍会有较多对成本敏感的客户会继续使用LCD/PDP拼接屏。
来源:中银电子
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