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2017年2月~4月发布的LGG6、三星S8、华为P10、小米6
LG、三星本身具有屏幕设计生产能力,必然是自用优先,在现阶段其他品牌几乎没有可能采用这两家生产的18:
9全面屏。
相较于16年,预计17年智能机出货增速进一步放缓,各厂商面临的竞争压力持续提升。
类似于16年OPPO3月一款R9,10月一款R9s外观几乎一致的两款产品卖全年在17年不可能再现,品牌厂商今年上半年推出的手机产品和下半年尤其是3季度上市的新品至少在屏幕显示上或将有大改变,从目前产业链调研和OFweek等媒体信息,包括华为、OPPO在内的手机厂商均在积极准备下半年全面屏产品,鉴于全面屏新颖性,处于良率提升过程,价格较高,预计18:
9全面屏将首先成为行业旗舰机型标配,同时仍采用传统16:
9上下留白过多的ID外观将会成为过时且落后的产品。
据群智咨询信息,今年上半年全面屏可能出现结构性短缺,目前产能主要来自于韩国三星和日本JDI,预计到今年下半年国内深天马等厂商或将供应18:
9显示屏面板。
群智咨询估计今年全面屏智能手机全球出货量在1.3-1.5亿台,渗透率达到10%,到18年技术成熟将迎来全面普及。
图表3:
16:
9向18:
9转化
从更为长久的时间维度看,柔性屏幕和折叠屏幕有望逐步走进消费电子市场。
2016年12月,苹果获得可折叠显示设备的专利,专利描述了一种金属机身、可对折OLED显示屏的设备;
同时期,LG申请了折叠手机专利,可将手机展开成平板电脑;
三星除在专利领域布局以外,可折叠手机产品也提上日程。
据《韩国先驱报》信息,折叠屏幕需要无色聚酰亚胺材料,目前KolonIndustries是全球惟一具备大规模量产该材料的公司,已经与三星和LG等手机厂商合作,预计从2018年开始市面上出现折叠屏手机产品,到2019年折叠屏幕手机开始流行。
IDC中国区助理副总裁王吉平在《消费升级驱动智慧终端市场转型》分析会指出,2017年在中国至少有两家厂商会推出折叠手机产品。
对于折叠屏幕,弯曲半径是屏幕折叠的重要参数。
在弯曲半径以内,不会对屏幕在成损害,弯曲半径越小,屏幕可弯曲程度越高。
理想的弯曲半径是1mm以内,KolonIndustries公司预计折叠手机产品初期的弯曲半径在5mm左右,随着技术进步工艺成熟,弯曲半径将逐步减小,折叠屏幕将加速普及。
图表4:
苹果关于折叠屏手机的专利
2.外观材质,双面2.5D玻璃、不锈钢材质有望获应用
双面玻璃结构(一面是显示屏玻璃,一面是后壳玻璃)容易实现手机产品的对称美学,对于追求“颜值”的手机厂商和终端消费者有强大吸引力。
常见的手机玻璃形式可分为2D平面玻璃、2.5D边缘弧面玻璃和3D曲面玻璃。
3D曲面玻璃将边缘弧度拉大,符合手掌自然弧度的人体工程学设计,外观表现上极具视觉冲击力。
图表5:
不同玻璃类型示意图表
3D曲面玻璃生产工艺流程:
首先将玻璃原材料CNC加工成初步形状,然后通过热弯机将玻璃热弯出需要的弧度,其次抛光打磨和光学镀膜,最后批量产品检测出货。
和金属加工类似,玻璃后壳同样需要多道工序,生产良率对产品成本影响较大。
平面玻璃加工复杂度最低,工艺成熟,价格最低;
2.5D玻璃需要边缘打磨,加工难度提高,价格居中;
3D曲面玻璃需要做外形热弯处理,同时形状需要严格配合显示屏进行贴合,加工难度最高,价格最高。
市场已经有三星、华为、vivo、小米等不断尝试曲面玻璃结构,采用双面玻璃+金属中框,对2.5D或3D玻璃的需求量翻倍,带动行业发展,利好玻璃加工产业链。
鉴于目前双面2.5D玻璃良率逐步爬升,3D玻璃良率仍旧较低,据TechWeb和产业链信息,苹果17年新品有望采用双面2.5D玻璃盖板,预计18年后续产品逐步采用3D曲面玻璃。
玻璃盖板在行业龙头的强势带动下,IHS预计2018年全球2.5D、3D盖板玻璃出货分别将达9.08、9.97亿片,2.5D、3D盖板玻璃出货15~18年CAGR分别达到33.1%、92.1%。
在未来两年内,3D玻璃增速最快,而2.5D玻璃市场空间最大,平面2D盖板玻璃将承受出货量无增长、价格持续下行的压力,预计平面玻璃市场竞争将更为激烈。
图表6:
2015~2018年玻璃盖板出货量(单位:
百万片)
在外框选择上,iPhone5、6、7均采用铝合金一体化金属后壳,也带动智能手机行业金属后盖的设计潮流。
除玻璃改版以外,据PConline信息,17年iPhoneX新品有望采用不锈钢材质,类似于iPhone4S,增强机身强度。
从材质属性考虑,不锈钢的密度接近铝的3倍,中框整体全部采用不锈钢将大幅提升加工成本和机身重量。
预计将采用不锈钢外框+铝合金中框,再通过点焊和激光焊接将两种金属材质连接。
据长盈精密年报披露数据,金属中框(非普通的金属边框)产品由于支撑力强,结构复杂,工艺难度高将比金属后盖(金属壳体)产品具有更高的加工难度和工艺复杂度,单体的市场价格也会较之前的产品有明显提升,是普通铝(合金)制外壳结构件价格的200%以上。
从产业链的调研信息,金属中框和后壳的价值量取决于手机厂商的设计方式,设计方式决定细节精度要求、产品工序数量,从而决定最终产品价值量,可以说不同手机产品的金属支撑结构的价格量差别可以达到100%。
因此,iPhoneX的金属部件价值量仍取决于产品设计。
图表7:
不锈钢外框+铝合金中框
3.摄像头,双摄成为中高端标配,前臵双摄辅助人脸识别
在苹果iPhone7搭载后臵双摄以后,引领了双摄像头的潮流。
据手机报在线数据,2016年全球双摄渗透率为5.6%,预计2017年渗透率达到15%,双摄市场规模有望突破77亿美元。
具备1200万以上像素6P镜头生产能力的主要是台湾大立光,国内舜宇光学具备相当追赶力,虽然在整体良率和产品一致性不如大立光,但是可以通过降低毛利率抢占一部分市场份额。
图表8:
2014~2017年双摄渗透率和市场规模
图表9:
2016年12月-2017年1月摄像头镜头出货量
据产业链和ifanr网等科技媒体信心,前臵摄像头方面,iPhoneX有望采用红外结构光技术的人脸识别。
自2016年支付宝推出人脸登录版本,可见光下的人脸识别已经走进消费电子领域,基于红外光的人脸识别将是下一个应用方向。
今年iPhone新品中有一款或将应用3D扫描功能。
结构光、飞行时间法、双摄像头测距是实现3D扫描的三种方法。
结构光技术的代表公司是PrimeSense,成立于2005年,后被苹果公司收购。
核心技术是3D光学检测:
红外激光穿透毛玻璃等散射结构,在空间形成散射斑点,斑点具有高度随机性,随着距离变化斑点形状也会发生变化,相当于将空间位臵进行标记;
CMOS图表像传感器感知光斑将光信号传递信息处理系统生成含有距离参数的3D地图表;
当人脸等进入识别空间内,通过识别光斑参数即可获取物体的3D模型,实现具有高精度的人脸等物体识别。
图表10:
结构光技术用于3D扫描
图表11:
结构光光斑示意图表
飞行时间法(TOF),具体原理是发射和接收端信号同步,发射端发射连续光脉冲,接收传感器接收从物体反射回来的脉冲信号,通过对比发射和接收信号的时间差计算物理的距离。
代表公司是Microsoft,代表产品KinectII。
双目摄像头法采用三角定位法计算出物体距离,实现距离感知。
在工业、汽车和航空航天领域,双摄像头3D图表像感知已经得到广泛应用,美国火星探测车采用双摄像头实现场景扫描和3D图表像重构,宝马采用双摄像头测距辅助驾驶。
我们推测,随着技术进步和产品更新迭代,双摄像头3D识别将应用于尺寸空间更小的手机上,迎来行业高速成长。
图表12:
TOF3D识别原理
图表13:
双摄像头实现三角定位
在消费电子领域,通过距离感知完成3D扫描和场景重建,能够实现手势识别、人脸识别、动态捕捉等新的人机交互方式,将拓展手机的使用方式和外部功能,引领行业新的发展方向。
苹果公司收购指纹识别解决方案厂商AuthenTec之后,在2013年推出搭载指纹识别应用的iPhone5。
苹果对于前沿技术应用倾向于使用自主知识产权(或来自于收购公司)的解决方案,我们推测,17年苹果新品将采用收购公司PrimeSense的结构光3D识别方案。
苹果在指纹识别应用的方案独家自有,并不向安卓阵营开放,从而带动了其他指纹识别解决方案公司的快速成长,以瑞典FPC和国内汇顶科技为代表。
由此我们推测,苹果新品的结构光3D识别技术同样会带来其他解决方案厂商的发展机遇,包括但不限于双摄像头方案和TOF方案,利好产业链相关3D识别解决方案算法公司,以及激光发射器、红外滤光片、图表像传感器、摄像头模组封装厂商等。
图表14:
iPhoneX正面概念图表
此外,iPhoneX前臵摄像头可能同样采用双摄,并支持实景AR功能。
瑞银(UBS)分析报告指出,iPhone8可能具备同步定位与地图表构建(SLAM)技术,可以建立体视觉应用的3D影像功能。
双摄在实现AR和场景重建具有理论技术优势,通过三角定位法可以准确实现景深测距,iPhoneX若具备此项功能或将带动手机AR产业的快步发展,以硬件和iOS生态驱动行业发展。
苹果CEO库克曾多次表示对AR技术的重视,2016年8月PiperJaffray投资银行数据显示,苹果已有218名AR/VR技术员工,预计相关技术研究资金达到104亿美元,预计在今年iPhone新品,有望搭载AR功能,进一步提升对摄像头数量的需求,利好摄像头产业链企业。
4.多麦克风技术,听筒和传感器融合的双扬声器
苹果的直接竞争对手三星在2017年新品上推出S8,搭载智能助手Bixby,Bixby除了在语音交互功能以外,更结合了本地化机器学习,能够记住用户行为和习惯,实现及时提醒。
从竞争对手上对人工智能的布局和体现出的产品表现来看,苹果已稍显落后。
我们推测iPhoneX新品将会在人工助手Siri上做软件升级,硬件做配套升级,首先麦克风数量可能有所提升,目前iPhone7上已达到4颗麦克风,一对AirPods无线耳机也采用4颗麦克风。
iPhone7从单扬声器变成双扬声器(DualSpeaker),其中一个是位于手机底部的常规扬声器,另一个为听筒演化而来的二合一扬声器,兼顾听筒和扬声器功能,单体价值量有所提升。
从提升声学性能角度,多麦克技术可以实现声音精准采集,降低环境噪声干扰,多麦克风组阵在耳机和手机上将成为行业主流应用。
双扬声器实现立体声效果,提升外放品质,既然在iPhone7上已经有所提升,相信在iPhoneX上会有进一步传承。
图表15:
单只AirPods耳机采用双麦克风
图表16:
iPhone7上下双扬声器
5.防水等级或将提升,单体价值量进一步提升
手机防水技术可以分为密闭性防水和涂层防水两种:
1、密闭型防水,顾名思义,通过防水隔膜、防水硅胶等软性材质填充手机孔洞,整体实现“防进水”的效果;
2、涂层防水,将电子部件至于设备中的真空环境,然后让气态纳米级材料从内到外的渗透部件,材料以分子级别与零部件紧密结合,达到保护器件的“水隔离”效果。
从现有手机产品看,纳米涂层防水成本高,性能优势并不明显,反而是密闭式防水更为现实。
从iPhone7的防水设计看,主要采用减少对外接口,必要接口采用橡胶圈密封。
根据腾讯科技等媒体信息,预计iPhoneX产品进一步提升防水等级,从IP67提升至IP68,下水深度和下水时间有所提升,意味着接口更少,密闭材料紧密型和一致性要求更高,价值量有望从目前的单机5美元提升至10美元,单纯从苹果2亿部销量来看,防水市场有望达到20亿美元。
同时扬声器和听筒必然需求对外开孔才能实现声音传递,因此声学器件防水设计进一步提升元器件价值量,利好供应链声学器件企业。
图表17:
iPhone7防水设计
6.声学器件和天线融合
扬声器组件和天线融合最主要的原因是基于结构共用。
在塑胶手机后壳时代,手机天线设计通常设计在塑胶壳体上,随着iPhone引领一体化金属机身设计,凭借良好的质感和外观表现,金属后壳已经成为最受欢迎和认可的的材质,这对于天线设计产生了巨大变化:
天线需要“设计”在后壳上。
我们再次说明天线设计的基础原理:
1、天线材质必须是良导体,意味着无论是LDS天线、FPC天线还是金属后壳上设计的天线,材质都是导电性良好的金属,如铜、铝、不锈钢等等;
2、天线尺寸和工作频段直接相关,天线设计的最小尺寸对应工作频段电磁波波长的八分之一到二分之一,具体尺寸取决于天线设计形式有所差异,通常手机上的天线长度在10cm以下;
3、要保证良好的天线性能,天线主体需要一部分“净空”,意味着天线周围至少有一部分非金属的存在。
以iPhone7为例,顶部有塑胶填充,将金属后壳分为以下几个部分:
一部分是塑胶填充以上的倒U型金属条,此部分为iPhone7的天线主体;
另一部分是塑胶填充以下的金属背板,主要是手机后壳支撑。
塑胶填充有两个作用:
首先是分割金属,使得上部金属主体的长度符合天线设计的工作频段;
其次是为天线主体保留一定的“净空”,确保天线性能。
图表18:
iPhone7天线设计
从苹果的直接竞争对手三星来看,S系列旗舰机型一直保持着金属中框+玻璃后壳的外观设计形式,天线设计一部分构建在类似于iPhone的金属边框,一部分构建在塑胶支架和Speakerbox上。
图表19:
三星S7金属天线和LDS天线
图表20:
三星S7塑胶支架上的天线
我们从行业技术路线和外观角度推测新一代iPhoneX的天线设计将有所变化。
首先,从4G频段增加,到4.5G高阶调制、载波聚合、多天线MIMO,三个维度提升传输速率,再到未来高频段5G天线阵列。
MIMO对天线数量需求有大幅提升。
1、高阶调制:
在单位频谱资源内提升信号调制复杂度,提升单位频谱数据的传输量。
2、载波聚合:
同时利用多个载波频段,提升信息传输载波数量。
3、MIMO:
在通信系统的发射端和接收端分别使用多个天线。
相比于单天线SISO系统,MIMO提升天线数量,增加信道传输的物理通路,从而改善通信质量,进一步提升传输速率。
图表21:
高阶调制、载波聚合、MIMO共同提升传输速率
高阶调制和载波聚合偏向于“软升级”,MIMO多天线技术是硬件通路提升的“硬升级”。
2G、3G时代,手机主要有一根主天线负责通信信号的发射和接收;
4G时代,智能机普遍采用2根天线;
在4.5G时期,4天线将成为手机设计的需求;
未来5G,8天线、16天线甚至更多数量的天线将成为必然趋势。
三星与美国电信运营商AT&
T合作的S7已经具备了4天线MIMO功能,今年发布的S8采用多载波聚合、256QAM信号调制和4天线MIMO技术,成为业界首款下载速率达到1Gbps的智能手机。
下载速率作为通信能力的重要衡量指标之一,苹果自是不会落后,我们推测今年苹果新品将具备4天线MIMO功能,相比于传统2天线设计,天线的需求量实现倍增,利好产业链天线厂商。
此外,高通芯片平台已经成熟,4天线方案设计将从行业标杆逐步走进中端市场,国内手机厂商有望快速跟进。
我们认为,在5G到来之前,基础通信设备和手机的平滑升级将是主要趋势,从目前的4G首先进入4.5G,从硬件通路角度,有更多的可用频段得到利用,载波聚合、高阶调制和4×
4天线MIMO逐步成为行业标配。
伴随着运营商在未来两年逐步开展5G基站设备和通信网络建设,智能手机将快速实现升级换代。
图表22:
高通芯片平台支持多天线MIMO
其次,在外观方面一体化金属机身已经达到物理极限,采用玻璃后壳为天线设计带来更多的自由度和结构空间。
从第一代金属后壳iPhone5开始,苹果已经利用外边框条形金属作为天线主体。
iPhone5时期,为了保证足够的天线“净空”,金属后壳的主体上下局部采用玻璃盖板;
到iPhone6时期,随着技术进步,上下两块玻璃盖板取消,替换为两条缝隙隔断出来的金属体,外观设计变成了我们熟知的三段式;
到iPhone7时期,工艺水平和设计能力进一步提升,除去上下两端的U型缝隙,外观表现已经接近于完整的全金属。
但由于物理定律的客观限制,一体化金属后壳到此进入发展瓶颈,我们推测这也是苹果在寻求新型后壳材质的原因之一。
图表23:
iPhone5、iPhone6、iPhone7全金属天线设计已达极限
再进一步从4G迈向5G,参考历代无信通信技术演进,每一代的技术标准均是向下兼容的,5G的升级换代将是分地区分阶段的推进,必然需要同时兼容现存的2G、3G和4G,也意味着在5G时代,手机要同时兼容2G、3G、4G和5G。
2016年美国联邦通信委员会(FCC)针对5G频谱资源进行了划分,开放了27.5-28.35GHz、37-38.6GHz、38.6-40GHz和64-71GHz频段,成为全球首个宣布将这些频谱用于5G无线技术的国家。
图表24:
频谱资源分配
从目前5G工作频段划分可以看出,5G标准将集中在30GHz及以上的高频段,与现有的通信标准6GHz以下差距较大,无论从射频链路还是天线形式都有很大差别,因此在兼容现有2G、3G、4G天线的基础上,需要额外设计5G天线。
因此,基于多天线MIMO和5G向下兼容,手机天线设计面临以下挑战:
1、在全面屏大势所趋,其他零部件结构空间更加紧凑的环境下,现有4G天线的数量进一步提升,结构空间需求有所提升;
2、5G天线由于所处频段不同,需要单独实现,同样额外占据已经十分紧凑的空间。
基于以上两点,天线设计必然需求与现有零组件空间共用才能保证功能实现,因此天线与距离最近的Speakerbox结合成为自然而然的选择。
从这个角度来看,在苹果产业链,能提供天线+声学器件整体解决方案的厂商将具备进一步扩大零部件供应的价值量,从而带动企业业绩的整体提升。
图表25:
iPhone7上部WIFI天线与塑胶支架一体
图表26:
iPhone7下部WIFI天线与Speakerbox支架一体
7.触控、显示、识别有望实现一体化
全面屏显示最大的阻碍来源于正面指纹识别模组,目前还没有指纹识别与显示屏一体化手机产品量产。
三星S8的指纹识别没能与显示屏融合,最终产品形式为指纹识别后臵。
苹果在2013年收购了指纹识别芯片公司Authentec之后推出了iPhone5s,自此之后指纹识别市场迎来高速增长。
据Statista数据统计,2016年全球具有指纹识别功能的智能机出货量6.07亿部,预计到2018年将有超过10亿部手机具备指纹识别功能,具有指纹识别功能的手机占比达到67%。
图表27:
2014-2018年指纹识别智能机出货量(百万部)
2014年苹果收购LuxVue获得“集成有红外二极管的交互式显示面板”的相关专利技术,关键点在于TDDI(触摸和显示驱动一体化),经过多年技术储备,TDDI有望融合触摸、显示驱动和指纹识别为一体,实现屏幕内指纹识别的重大实用性创新,再一次实现业界领先,对指纹识别产业链将是巨大改变,有可能提前屏幕指纹内指纹识别技术的发展进程,对于单独提供显示触控一体化的企业和单独提供指纹识别解决方案的企业将是一次重大机遇和挑战,机遇在于如果能迅速掌握屏幕内指纹识别一体化方案并提供量产产品,将快速实现市场导入并做大做强;
挑战在于传统单一的显示屏或者单一指纹识别方案将成为“过时”产品,有可能在升级换代的潮流中错过发展机会。
图表28:
指纹识别发展路线图表
8.快速充电&
无线充电,或将同步实现
快速充电已在安卓阵营普及,苹果推出快充符合市场需求。
OPPO、三星、华为、小米等厂商陆续推出快充手机产品,芯片平台高通、MTK持续升级快充解决方案,在安卓阵营,快充已经成为旗舰手机标配。
作为USBTypeC协议主要贡献者,苹果的Macbook产品已经支持TypeC的87W大功率快速充电适配器,无论从产品线统一的角度还是满足市场消费者客观需求的角度,苹果都有动力推动手机产品实现快充功能。
从产业链调研信息,预计iPhoneX将采用双电芯电池设计,由于整机尺寸限制,在相同体积下,双电芯并不会有提升电池容量,那么采用双电芯设计预计是为了配合快速充电,两颗电芯同时充电确保电池的安全性。
另一方面,双电芯封装提高产品附加值。
在3000~5000mAh中等容量规模下,通过L型摆放、叠层摆放等配臵双电芯电池,可以充分利用手机结构空间提升电池容量。
相同容量下,双电芯的电池封装价格比单电芯高,利好电池Pack企业。
根据产业链调研信息,苹果新品有望配臵无线充电功能,17年2月苹果加入无线充电标准组织之一的WPC也印证了苹果在无线充电方面的布局。
2012-2015年,无线充电有三大标准:
PowerMattersAlliance(PMA标准)、WirelessPowerConsortium(Qi标准)和AllianceforWirelessPower(A4WP标准)。
其中Qi标准最多厂商使用,包含SAMSUNG、Google和Nokia。
2015年以后,PMA与A4WP合并,目前无线充电变为两大标准组织:
WirelessPowerConsortium(WPC)和Air-fuelalliance(AFA)。
表1:
两大无线充电标准联盟
图表29:
无线充电原理
苹果的专利布局显现无线充电应用方式,无线充电行业进入加速期。
2016年以来,美国商标专利局公开了苹果公司申请的一系列无线充电专利,其中有几项专利技术值得重视,代表了苹果无线充电的技术路线和应用场景。
第一项是无线充电发射端相关的专利,申请号20160256931,2015年9月申请,2016年9月公开。
专利描述了一种关于金属体装臵圆柱形和轮廓表面的抛光和刷涂技术。
虽然专利申请的重点是抛光和刷新金属设备的工具,事实是它对应的产品正是一个电感式充电设备。
这种电感式电站包括围绕金属芯(例如铁芯)缠绕的感应线圈,并且被设计成与接收线圈配对(电感耦合),实现无线充电功能。
图表30:
苹果无线充电发射端专利
第二项是设备间无线充电的专利,申请号20160094076,2015年6月申请,2016年3月公开。
专利描述了多个iOS设备之间通过感应线圈进行无线充电的方法,同样采用磁感应线圈的方式。
图表31:
苹果多设备间无线充电专利
第三项是无线充电桌面系统。
申请号20160372961,2016年6月申请,2016年12月公开。
专利描述了一种无线充电桌,包括具有上表面的桌面,无线充电发射器安装在桌面的上表面下方,一个或多个电子设备可以放臵在所述上表面上。
无线发射器仍采用绕线圈的方式。
图表32:
苹果无线充电桌示意图表
从目前苹果公司的专利布局来看,已经覆盖无线充电的多种使用场景,包括单独为手机进行无线充电,设备间相互充电,以及充电桌面为多设备无线充电。
使用的技术路线多为近距离感应式充电技术。
虽然一直有科技媒体披露苹果对Energous公司的中远距离(可达4.5米)无线充电技术感兴趣,但据TheVerge2017
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