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一文深入了解盖板玻璃与行业应用
2019-11-25 09:44作者: 来源:光电与显示 1351
盖板玻璃

第一章盖板玻璃行业相关概述

一、盖板玻璃的特性\应用领域
 
盖板玻璃,主要应用于触摸屏最外层,英文名为Cover Lens,又称强化光学玻璃、玻璃视窗、强化手机镜片等。产品的主要原材料为超薄平板玻璃,经过切割、CNC精雕、减薄、强化、镀膜、印刷等工艺处理后,具有防冲击、耐刮花、耐油污、防指纹、增强透光率等功能。盖板玻璃贴合在触摸屏外表层后,一方面起到保护触摸屏的作用,另一方面可印刷不同颜色、图案、标志物,起到装饰及美化产品的作用。在进入以苹果产品为标志的触控时代以来,电容式触摸屏解决方案凭借其性能稳定、触感良好等优势,已然成为手机、平板、触控笔记本等移动终端人机交互的主流。无论何种触控技术,盖板都是必不可少的保护部件,而玻璃盖板由于其高透光性、强防刮性等特性,逐渐成为盖板的主流。
 
盖板玻璃可广泛应用于带触控功能和显示功能的多种电子消费产品,包括电容式触摸屏手机、平板电脑、数码相机、GPS、各类查询终端、各类自助终端、ATM机、点播机、大屏幕触摸式电子白板等。

二、盖板玻璃行业现状分析
 
由于直接暴露于手机、平板电脑等产品的表面,因此盖板玻璃要求高硬度、抗划伤性能;为了手机、平板电脑等产品的整体美化和个性化,则需要通过丝印的加工方式在盖板玻璃内层印上各种颜色及个性化Logo;手机的轻薄化又对盖板玻璃及其印刷层的厚度提出了苛刻要求;为了达到良好的视觉效果,盖板玻璃还需镀上各种功能膜,以达到抗指纹汗渍,增亮增透的显示效果。
 
由于盖板玻璃需要同时实现上述诸多功能、特性,因此生产工艺流程复杂,需要通过开料、超声波清洗、CNC精雕、抛光、钢化、镀膜、丝印、贴膜等,每一道流程都有良率上限。以每道工序的最高良率计算,开料98%,CNC精雕96%,抛光98%,钢化98%,超声波清洗98%,丝印95%,理论上全套生产过程良率上限约为80%,但实际上行业内良率集中在50—65%之间,主要是抛光和丝印环节的良率不高,制约了整体良率的提升。众所周知白色的Iphone售价要高出黑色的Iphone数百元,市场一度缺货,其主要原因就是盖板玻璃厂商白色丝印环节良品率仅为50%左右,白色涂料过薄容易透光,过厚又难以满足苹果公司对于盖板玻璃及涂料厚度的精确要求。

第二章盖板玻璃保护原理生产技术步骤及工艺

一、玻璃盖板是各触控技术的主流保护方案
 
盖板是电容式触摸屏最外层起保护作用的一层材质,由于直接与外界接触,除了表面光洁度、厚度等参数要求外,高硬度、抗压、耐刮等属性更决定了盖板品质的高低。而玻璃盖板(Cover Glass或Cover Lens)相对于其它材质的盖板在这些重要参数上优势明显,故逐渐成为各触控技术的主流保护方案。一般的,触控模组是由盖板、传感器模块、液晶面板三部分进行贴合而成。目前电容触摸屏解决方案仍是多种技术并存,薄膜和玻璃两大阵营分食触控市场,但是无论薄膜(GF、GF2)还是玻璃(GG、OGS),亦或是三星和苹果主导的On-cell和In-cell,玻璃盖板都是重要的组成部件。

二、盖板玻璃的主要生产技术步骤及原理
 
整个工艺由原材料切割开始,到成品镀膜包装结束。具体描述如下:
 
1)切割:切割为盖板玻璃加工的第一个步骤,采用切割机将来料原板尺寸白片玻璃切割成比最终成品尺寸略大的毛坯。
 
2)CNC精雕:CNC精雕玻璃是采用精雕机砂轮槽对毛坯玻璃进行磨边,去掉余量,并通过钻头进行打孔、雕槽并磨边以满足最终成品要求。
 
3)研磨:研磨的主要目的为使玻璃基片在厚度上达到最终成品要求的关键工艺,主要工作原理为将玻璃置于磨机双面平整的磨盘之中,加入磨料进行研磨,去除多余厚度而成。研磨可以使基片玻璃达到成品要求厚度并增加平整度。
 
4)强化:强化主要目的是增加玻璃的表面应力,从而使玻璃可以达到抗刮花、耐冲击的效果。主要工作原理为将玻璃置于400摄氏度的硝酸钾溶液中,使玻璃表面的钠离子与硝酸钾溶液中的钾离子进行充分的离子交换,因为钾离子体积大于钠离子,钾离子的相互挤压在玻璃表面形成应力层,从而达到玻璃强化的效果。
 
5)丝印:丝印的主要目的是使油墨在玻璃表面呈现不同颜色、不同形状、图案的工艺效果,主要工作原理为通过网版印刷、烘干,使油墨附着在玻璃表面从而实现成品要求的外观效果。
 
6)镀膜:镀膜的主要目的是在玻璃表面的特定位置形成一层具有特定功能的膜层。主要工作原理为在真空状态下通过蒸发、电子枪轰击或磁控溅射等方式使膜材沉积在玻璃表面而成,目前的主要应用膜层有防指纹膜(AF),防反射膜(AR)等。
 
7)清洗::清洗的主要目的是通过超声波去除附着在玻璃表面的脏污及尘点等物,以使盖板玻璃在强化、丝印、镀膜等生产工序达到更好效果。

三、工艺分析
 
玻璃盖板基板按生产配方的不同可分为钠钙玻璃和高铝玻璃,按生产工艺的不同则又可分为浮法和溢流法。而目前钠钙玻璃都采用浮法工艺生产,故此目前市面上有三类玻璃盖板基板,即浮法钠钙玻璃盖板基板,浮法高铝玻璃盖板基板和溢流高铝玻璃盖板基板。
 
从配方上来看,钠钙玻璃的强化深度、压应力等参数远不及高铝玻璃;而从工艺上来看,由于浮法工艺制造高铝玻璃有着先天的缺陷(由于密度不均匀导致强化后容易出现翘曲),产品质量不如溢流法,中游玻璃盖板加工厂加工良率低。故此从性能上来看,溢流高铝玻璃最好,高端市场目前主要被溢流高铝玻璃盖板所霸占。
 
溢流高铝玻璃盖板VS浮法高铝玻璃盖板:溢流工艺的产品最佳,目前高铝玻璃盖板基板的制造工艺主要有浮法和溢流法两种。浮法是历史最悠久的玻璃制造工艺,在制造钠钙平板玻璃上十分成熟,由平板玻璃向盖板玻璃转换的难度主要体现在如何把玻璃做薄;但是由于工艺上先天的不足,浮法不易制高铝玻璃盖板,产品质量上不及溢流法。
 
高铝玻璃由于配方中含有较多氧化铝和氧化钙,同样的温度条件下玻璃表面张力大(比普通的钠钙玻璃大20%左右),致使高铝玻璃体现出粘度大的特性。而浮法是利用重力将熔融玻璃液在水平面上摊平冷却,但高铝玻璃液粘度高,受表面张力影响,横向流动性差,利用垂直方向的引力要达到水平面上拉薄成型的难度也大,故此产品密度均匀性不佳。而溢流法则是靠重力在垂直方向上拉引,受表面张力影响小,制造高铝玻璃的优势与生俱来。浮法制成的高铝玻璃盖板基板在密度均匀性上存在劣势,一方面影响了玻璃盖板的性能,品牌厂商在高端产品上更愿意选用溢流法高铝玻璃盖板基板,也就是康宁的“大猩猩”玻璃盖板;另一方面,由于密度不均匀,下游加工厂在进行强化处理时玻璃容易出现翘曲,使得浮法玻璃的加工良率低于溢流高铝玻璃,而玻璃盖板加工厂的良率直接影响了其盈利情况,故此,只要溢流高铝玻璃盖板基板价格合理,玻璃盖板加工厂商也更倾向于采购溢流法制造的高铝玻璃盖板基板。总而言之,溢流高铝玻璃盖板基板是工艺、配方组合上制造玻璃盖板基板最优的方案,从目前几大高铝玻璃盖板基板厂商的产品参数来看,溢流高铝玻璃盖板基板(如康宁“大猩猩”玻璃盖板)性能优势明显,这也是高端玻璃盖板基板市场被康宁“大猩猩”玻璃盖板独占的原因。

第三章触摸屏玻璃盖板基板行业市场分析

一、玻璃盖板基板是产业链上最赚钱的环节
 
传统玻璃盖板产业链是由上游──玻璃盖板基板、中游——玻璃盖板加工、下游——Sensor及触控模组厂构成的,玻璃盖板加工厂购买玻璃盖板基板进行切割、强化等一系列加工,再交给触控厂进行Sensor制作和模组贴合(OGS由于将Sensor直接制作在盖板上,所以一般是触控厂向中游发展完成玻璃盖板加工和Sensor制作或玻璃盖板加工厂向下游发展完成玻璃盖板加工和Sensor制作)。下游Sensor制作和触控模组制造由于行业成熟且供给充足、加之新技术In-cell、On-cell的出现导致产业竞争加剧,盈利能力逐年减弱;中游玻璃盖板加工由于技术壁垒不高,更多的是比拼企业人工熟练度、规模和反应速度等实力,加之下游触控厂开始发展玻璃盖板加工业务,目前规模不大的玻璃盖板加工厂商境况不佳、盈利能力不高;而玻璃盖板基板行业处于产业链的顶端,进入壁垒高,目前仍是寡头垄断市场,市场主要被康宁和旭硝子所把持,是产业链上最赚钱的环节,目前康宁的“大猩猩”玻璃盖板毛利率将近80-90%左右。

二、玻璃盖板基板市场需求增长依然处于快车道
 
近两年智能手机、平板电脑市场的火爆导致玻璃盖板基板需求快速上升,未来两者出货数量增加仍然是盖板需求成长的动力之一;此外,触控在超级本和AIO中渗透率的逐渐提升、手机平均尺寸扩大化也是玻璃盖板基板需求增长的新动力。根据DisplaySearch的预测,13-15年玻璃盖板基板需求增长分别为28%、16%和14%。下游玻璃盖板基板市场需求增长依然处于快车道,近两年智能手机、平板电脑市场的火爆导致玻璃盖板基板需求快速上升,未来两者出货数量增加仍然是盖板需求成长的动力之一;此外,触控在超级本和AIO中渗透率的逐渐提升、手机平均尺寸扩大化也是玻璃盖板基板需求增长的新动力。

三、溢流高铝玻璃盖板性能最好,霸占高端市场
 
近年来,伴随着显示技术的不断革新,显示产品逐步向大屏幕、平面化、薄型化、高清晰度、节能环保方向发展。平板显示玻璃基板作为显示触控产业中的核心产品,由于其投资门槛高、技术要求高,加之海外玻璃基板企业长期以来对核心技术的严密封锁,导致国内面板企业主要依靠进口解决平板显示玻璃基板的来源问题。
 
目前,全球只有美国康宁,日本旭硝子、电气硝子、AvanStrate(原NHT)和大陆的东旭集团等在内的少数几家企业拥有平板显示玻璃基板的全套生产技术。在高铝盖板玻璃基板领域,目前全球仅有美国康宁、日本旭硝子、德国肖特和日本NEG等少数几家企业能够生产,整个产业处于高度垄断状态。而垄断的结果自然造成议价空间的缺失,也使大陆触摸屏企业背上了承重的成本负担。
 
高铝盖板玻璃基板占触摸屏厂商总成本比重的13%-18%,而国产基板价格至少便宜20%以上,故此20%价差将提升面板厂商净利率1.5%-1.8%,去年触摸屏厂商的净利率一般约3%-5%,10%的差价相当于可以提升面板厂商净利润的50%以上,国产高铝盖板玻璃基板的吸引力无疑是巨大的。值得注意的是,进口平板显示玻璃基板由于关税、包装、运输和仓储费用较高,导致触摸屏的生产成本也相应提高。因此,高铝盖板玻璃基板的本地化供应问题已经成为大陆触摸屏产业健康发展的瓶颈之一,大陆高铝玻璃基板市场的进口替代潜力巨大。而盖板玻璃是触控屏的重要元件,在产业链中,该领域的毛利率水平位于高端。Display Search的报告显示,2013年全球盖板玻璃需求量达2,491万平方米,2014年全球盖板玻璃需求量将达到3,122万平方米,2015年将进一步达到3,590万平方米。

四、全球供给市场
 
超薄玻璃处于LCD产业链和触摸屏产业链微笑曲线的最上端,其毛利率远高于其他环节。而且,超薄玻璃的价格和利润率都要远高于传统玻璃。长期以来,全球超薄玻璃基板行业主要被美国的康宁(Corning)、日本旭硝子(Asahi)、电气硝子(NEG)、Avanstrate这四大厂商控制。
 
超薄玻璃的基本工艺流程与系统装备是可以复制的,但工艺精细化设计、操控水平以及副效应抑制效果必须依靠长期的经验积累,而这些正是决定超薄玻璃良品率的关键性因素;这也是超薄玻璃基板长期被康宁、旭硝子等拥有百年历史玻璃生产经验的“骨灰级”企业所垄断的原因所在。预计仅计算手机、Pad、笔记本三大消费电子产品,2015年盖板玻璃需求在600亿元;康宁大猩猩玻璃(份额80%)和旭硝子(份额20%)垄断了全球市场,康宁盖板毛利率不低于60%。

五、国内现状:国内企业寻求突破
 
目前液晶显示仍是超薄的需求主力,触摸屏需求增长很快,不过盖板玻璃对力学强度和耐磨性要求很高;大尺寸化、轻薄化是未来发展方向。由于超薄玻璃需求好、利润率高,尽管进入门槛很高,还是有很多国内企业不断加大研发力度和扩大投资规模试图进入,不过这些企业未来的发展前景和获利能力不是主要取决于其投资规模和熔炉的数量,更重要的是要能够维持一定的良品率稳定生产,玻璃基板生产获利的关键不在于原材料成本,而在于生产制造成本和配方,在于以较高的良品率稳定地量产。
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