智能手机玻璃盖板发展
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时间：2017-10-07
1 玻璃盖板简介
随着触控屏的应用普及，玻璃盖板凭借着其优异的力学性能和光学性能成为智能手机、平板电脑等产品触控模组的保护盖板主流产品。
玻璃盖板的原材料母玻璃目前有两种主流生产工艺，分别为以美国康宁公司为代表的溢流法工艺和以日本旭硝子公司为代表的浮法工艺。按照原材料配方可分为钠钙玻璃和铝硅玻璃。从工艺角度对比，溢流法优点在于玻璃两侧应力分布均匀，产品平坦度更好，缺点是投资大、产能低。浮法工艺是非常成熟的平板玻璃制造工艺，优点是产能大，缺点是玻璃在锡槽成型过程中玻璃棉与锡面及保护气体面张力差异导致产品翘曲度大，在后段化学强化过程中翘曲更明显，需要对半成品进行研磨以保证翘曲度在规格要求之内。采用溢流法工艺的厂商有美国康宁、日本电气硝子等，采用浮法工艺的厂商有日本旭硝子、日本板硝子、中国东旭集团等。从原材配方对比，铝硅玻璃中Al2O3及K2O含量远超过钠钙玻璃，SiO2组分低于钠钙玻璃。Al2O3以【AlO4】四面体存在，并且Na2O+K2O+MgO-Al2O3≥10%，从而保证玻璃具有较低的熔融温度[1]，此外【AlO4】的存在有利于玻璃盖板化学强化深度增加从而大幅提升强化后玻璃的力学性能。以日本旭硝子AS2钠钙玻璃与Dragon Trail铝硅玻璃为例进行对比，龙迹玻璃强化后表面维氏硬度由595Mpa提升到646Mpa，有利于玻璃盖板耐划伤性能的提升[2]。
2 玻璃盖板性能
玻璃盖板主要作用是保护显示屏，应具有优异的力学性能。为达到以上要求，玻璃盖板在加工过程中通常采用化学强化，以CS（Compressed Stress）-表面压应力，CT（Center Tension）-中心张应力，DOL（Depth of Layers）-强化层深度三个指标来评估，三者之间的经验式为：CS=CT（t-DOL）/DOL，式中t表示玻璃厚度[3]。化学强化过程中K+替换Na+，随着强化深度的增加，玻璃盖板的表面压应力CS和CT均提升，CS数值增加能有效提升玻璃盖板的表面硬度，CT数值增加则增加了玻璃自爆的风险，因此各厂家会给出最佳的强化时间、温度和KNO3溶液离子浓度。
3 玻璃盖板行业发展现状
根据IHS触控屏市场分析报告，2017年玻璃盖板应用端使用量将达到26亿片，创造的产值接近95亿美金，其中以手机、平板电脑与笔记本电脑为主要的应用产品，保护玻璃需求面积将超过4000万平方米。随着柔性OLED及无线充电技术的发展，未来手机玻璃盖板将采用前后双3D玻璃，玻璃需求面积将稳步增长，预计2020年，全球保护玻璃盖板市场需求达到7500万平方米。其中中国区触摸屏铝硅玻璃原材需求占市场的80～90%，目前玻璃盖板主要供应商仍以美国康宁、日本旭硝子、日本电气硝子为主，中国本土制造商东旭集团、成都光明等虽已进入该行业，但市场应用比例较小，还需要持续提升产品性能及推广市场应用范围。
3.1 国外玻璃盖板原材主要厂商简介
（1）美国康宁（Corning）
康宁成立于1851年，是全球最大玻璃基板制造商，其推出的大猩猩1代应用于苹果4代手机获得巨大成功，随后康宁陆续开发出大猩猩2代、大猩猩3代、大猩猩4代产品。2016年7月康宁正式推出大猩猩5代玻璃，在试验测试中，当屏幕朝下从1.6米的高度跌落到粗糙表面上时，康宁第五代大猩猩玻璃的完好率达到80%，该产品已应用于华为P10&P10 Plus等高端手机。
（2）日本旭硝子（AGC）
旭硝子成立于1907年，其玻璃业务涵盖建筑平板玻璃，汽车玻璃，显示器玻璃领域，旭硝子利用浮法工艺在2011年推出了龙迹玻璃“Dragon trail”，随后推出龙迹2代“Dragon trail-X”，2016年9月旭硝子最新产品“Dragon trail Pro”，其强化后CS达到惊人的1200Mpa，是目前全球最高等级的表面压应力。旭硝子在玻璃盖板行业拥有领先的市占率。
（3）日本电气硝子（NEG）
日本电气硝子公司成立于1944年，是全球第三大玻璃基板厂商，其玻璃业务涵盖平板玻璃，建筑玻璃、光学玻璃及太阳能玻璃。电气硝子采用溢流法制造T2X系列（Tougher & Thinner glass for ion-eXchange）玻璃，其中T2X-0适用于先强化后切割加工，应用于OGS行业，T2X-1追求玻璃优异力学性能，应用于保护玻璃盖板行业。
3.2 国内玻璃盖板原材主要厂商简介
（1）东旭集团
东旭成立于1997年，是一家集光电显示材料、高端智能装备、新能源、生态环保等产业于一体的多元化实业集团。旗下子公司旭虹光电在绵阳有一条浮法产线，2014年5月旭虹推出“王者熊猫”玻璃MN228，是国内首家实现量产的铝硅盐盖板玻璃，月产能达到80万平方米。目前已应用于小米、联想、中兴等知名终端产品。
（2）彩虹集团
彩虹成立于1977年，2012年12月整體并入中国电子信息产业集团有限公司。2016年11月彩虹集团发布“彩虹凯丽”玻璃，产品对标康宁GG4，在特有的两次离子交换化学强化工艺技术条件下，强化深度可达到100微米以上。未来三年彩虹将投资6～8条生产线，月产能将达到67～90万平方米。
随着触控屏的应用普及，玻璃盖板凭借着其优异的力学性能和光学性能成为智能手机、平板电脑等产品触控模组的保护盖板主流产品。
玻璃盖板的原材料母玻璃目前有两种主流生产工艺，分别为以美国康宁公司为代表的溢流法工艺和以日本旭硝子公司为代表的浮法工艺。按照原材料配方可分为钠钙玻璃和铝硅玻璃。从工艺角度对比，溢流法优点在于玻璃两侧应力分布均匀，产品平坦度更好，缺点是投资大、产能低。浮法工艺是非常成熟的平板玻璃制造工艺，优点是产能大，缺点是玻璃在锡槽成型过程中玻璃棉与锡面及保护气体面张力差异导致产品翘曲度大，在后段化学强化过程中翘曲更明显，需要对半成品进行研磨以保证翘曲度在规格要求之内。采用溢流法工艺的厂商有美国康宁、日本电气硝子等，采用浮法工艺的厂商有日本旭硝子、日本板硝子、中国东旭集团等。从原材配方对比，铝硅玻璃中Al2O3及K2O含量远超过钠钙玻璃，SiO2组分低于钠钙玻璃。Al2O3以【AlO4】四面体存在，并且Na2O+K2O+MgO-Al2O3≥10%，从而保证玻璃具有较低的熔融温度[1]，此外【AlO4】的存在有利于玻璃盖板化学强化深度增加从而大幅提升强化后玻璃的力学性能。以日本旭硝子AS2钠钙玻璃与Dragon Trail铝硅玻璃为例进行对比，龙迹玻璃强化后表面维氏硬度由595Mpa提升到646Mpa，有利于玻璃盖板耐划伤性能的提升[2]。
2 玻璃盖板性能
玻璃盖板主要作用是保护显示屏，应具有优异的力学性能。为达到以上要求，玻璃盖板在加工过程中通常采用化学强化，以CS（Compressed Stress）-表面压应力，CT（Center Tension）-中心张应力，DOL（Depth of Layers）-强化层深度三个指标来评估，三者之间的经验式为：CS=CT（t-DOL）/DOL，式中t表示玻璃厚度[3]。化学强化过程中K+替换Na+，随着强化深度的增加，玻璃盖板的表面压应力CS和CT均提升，CS数值增加能有效提升玻璃盖板的表面硬度，CT数值增加则增加了玻璃自爆的风险，因此各厂家会给出最佳的强化时间、温度和KNO3溶液离子浓度。
3 玻璃盖板行业发展现状
根据IHS触控屏市场分析报告，2017年玻璃盖板应用端使用量将达到26亿片，创造的产值接近95亿美金，其中以手机、平板电脑与笔记本电脑为主要的应用产品，保护玻璃需求面积将超过4000万平方米。随着柔性OLED及无线充电技术的发展，未来手机玻璃盖板将采用前后双3D玻璃，玻璃需求面积将稳步增长，预计2020年，全球保护玻璃盖板市场需求达到7500万平方米。其中中国区触摸屏铝硅玻璃原材需求占市场的80～90%，目前玻璃盖板主要供应商仍以美国康宁、日本旭硝子、日本电气硝子为主，中国本土制造商东旭集团、成都光明等虽已进入该行业，但市场应用比例较小，还需要持续提升产品性能及推广市场应用范围。
3.1 国外玻璃盖板原材主要厂商简介
（1）美国康宁（Corning）
康宁成立于1851年，是全球最大玻璃基板制造商，其推出的大猩猩1代应用于苹果4代手机获得巨大成功，随后康宁陆续开发出大猩猩2代、大猩猩3代、大猩猩4代产品。2016年7月康宁正式推出大猩猩5代玻璃，在试验测试中，当屏幕朝下从1.6米的高度跌落到粗糙表面上时，康宁第五代大猩猩玻璃的完好率达到80%，该产品已应用于华为P10&P10 Plus等高端手机。
（2）日本旭硝子（AGC）
旭硝子成立于1907年，其玻璃业务涵盖建筑平板玻璃，汽车玻璃，显示器玻璃领域，旭硝子利用浮法工艺在2011年推出了龙迹玻璃“Dragon trail”，随后推出龙迹2代“Dragon trail-X”，2016年9月旭硝子最新产品“Dragon trail Pro”，其强化后CS达到惊人的1200Mpa，是目前全球最高等级的表面压应力。旭硝子在玻璃盖板行业拥有领先的市占率。
（3）日本电气硝子（NEG）
日本电气硝子公司成立于1944年，是全球第三大玻璃基板厂商，其玻璃业务涵盖平板玻璃，建筑玻璃、光学玻璃及太阳能玻璃。电气硝子采用溢流法制造T2X系列（Tougher & Thinner glass for ion-eXchange）玻璃，其中T2X-0适用于先强化后切割加工，应用于OGS行业，T2X-1追求玻璃优异力学性能，应用于保护玻璃盖板行业。
3.2 国内玻璃盖板原材主要厂商简介
（1）东旭集团
东旭成立于1997年，是一家集光电显示材料、高端智能装备、新能源、生态环保等产业于一体的多元化实业集团。旗下子公司旭虹光电在绵阳有一条浮法产线，2014年5月旭虹推出“王者熊猫”玻璃MN228，是国内首家实现量产的铝硅盐盖板玻璃，月产能达到80万平方米。目前已应用于小米、联想、中兴等知名终端产品。
（2）彩虹集团
彩虹成立于1977年，2012年12月整體并入中国电子信息产业集团有限公司。2016年11月彩虹集团发布“彩虹凯丽”玻璃，产品对标康宁GG4，在特有的两次离子交换化学强化工艺技术条件下，强化深度可达到100微米以上。未来三年彩虹将投资6～8条生产线，月产能将达到67～90万平方米。
除了以上代表企业，国内还涌现出一批企业踊跃布局玻璃盖板原材，其中中国南方工业集团旗下的成都光明光电、中华映管、台玻集团、湖南邦盛凯博均投资建设产线[4]。
4 我国玻璃盖板原材发展问题点及方向
我国玻璃盖板原材研发起步较晚，与国外同类产品相比，有三个主要问题仍需持续提升。
4.1 持续提升产品技术能力
国外玻璃盖板原材产线投资较早，生产工艺非常成熟，且主要厂商均适时推出迭代新产品，从而实现多种量产品来满足市场不同需求。而国内厂商产线建设较晚，在承受著场地、设备折旧的同时还要采取低价销售与国外厂商争夺市场份额，导致盈利水平较低。所以国内厂商需持续加大研发投入，不断推出新产品满足市场新应用需求。此外还应积极对标国外最新产品，着重提升玻璃的力学性能关键指标如：表面压应力CS，强化深度DOL等。
4.2 持续强化知识产权保护
我国的自主创新能力长时间以来都是比较薄弱的，这就造成了我国和其他国家和地区在竞争中尽处下风，其中国内企业对于知识产权不够重视是重要原因之一。玻璃盖板原材海外厂商均是美国、日本、德国等发达国家，企业对于知识产权十分重视，此外采用玻璃盖板的客户以智能手机、平板电脑为主，产品销往全球，因此品牌客户也十分重视知识产权。为了应对知识产权纠纷的风险，需要国内企业对于玻璃原材配方、生产工艺关键技术等积极调研竞争对手的信息，做到提前规避竞争对手专利并在主要国家和地区尽快申请专利证书。对于知识产权纠纷应遵守相关法律法规积极应对，对于竞争对手侵犯自身知识产权需要采用法律手段坚决维护自身利益。
4.3 持续降能耗，打造环境友好型工厂
玻璃工业污染物主要为大气污染、废水污染和固废污染[5]。随着国民经济发展步入新常态，资源能源和环境约束倒逼行业转变发展方式，产能过剩制约发展质量效益提升。另一方面随着显示行业在国内蓬勃发展，未来几年玻璃盖板需求会呈现急速增长，为盖板玻璃行业创造了一定发展空间，这就给玻璃产业升级转型创造了契机。在打破国外垄断玻璃盖板的同时持续的降低企业能耗，不断提升产品环境竞争力，打造环境友好型工厂。为此针对国内现状，相关企业与科研院所应协同开发，突破关键工艺技术及装备，实现价值共创。
参考文献：
[1]田英良.Gorilla（R）Glass产品化学组成与性能发展规律解读[C].中国硅酸盐学会电子玻璃分会2013年光电子玻璃技术研讨会，2013.
[2]夏文宝，姜宏，鲁鹏.触摸屏盖板玻璃的发展及应用前景[J].玻璃与搪瓷，2014，42（1）：40.
[3]王承遇，卢琪，陶瑛.触摸屏手机玻璃面板的性能与制备[J].玻璃与搪瓷，2012，40（5）：32-38.
[4]侯建伟.触摸屏盖板玻璃生产技术及市场分析[C].中国硅酸盐学会电子玻璃分会2013年光电子玻璃技术研讨会，2013.
[5]茆令文.论环境保护与玻璃工业的可持续发展[J].广东建材，2000（10）：1-3.
4 我国玻璃盖板原材发展问题点及方向
我国玻璃盖板原材研发起步较晚，与国外同类产品相比，有三个主要问题仍需持续提升。
4.1 持续提升产品技术能力
国外玻璃盖板原材产线投资较早，生产工艺非常成熟，且主要厂商均适时推出迭代新产品，从而实现多种量产品来满足市场不同需求。而国内厂商产线建设较晚，在承受著场地、设备折旧的同时还要采取低价销售与国外厂商争夺市场份额，导致盈利水平较低。所以国内厂商需持续加大研发投入，不断推出新产品满足市场新应用需求。此外还应积极对标国外最新产品，着重提升玻璃的力学性能关键指标如：表面压应力CS，强化深度DOL等。
4.2 持续强化知识产权保护
我国的自主创新能力长时间以来都是比较薄弱的，这就造成了我国和其他国家和地区在竞争中尽处下风，其中国内企业对于知识产权不够重视是重要原因之一。玻璃盖板原材海外厂商均是美国、日本、德国等发达国家，企业对于知识产权十分重视，此外采用玻璃盖板的客户以智能手机、平板电脑为主，产品销往全球，因此品牌客户也十分重视知识产权。为了应对知识产权纠纷的风险，需要国内企业对于玻璃原材配方、生产工艺关键技术等积极调研竞争对手的信息，做到提前规避竞争对手专利并在主要国家和地区尽快申请专利证书。对于知识产权纠纷应遵守相关法律法规积极应对，对于竞争对手侵犯自身知识产权需要采用法律手段坚决维护自身利益。
4.3 持续降能耗，打造环境友好型工厂
玻璃工业污染物主要为大气污染、废水污染和固废污染[5]。随着国民经济发展步入新常态，资源能源和环境约束倒逼行业转变发展方式，产能过剩制约发展质量效益提升。另一方面随着显示行业在国内蓬勃发展，未来几年玻璃盖板需求会呈现急速增长，为盖板玻璃行业创造了一定发展空间，这就给玻璃产业升级转型创造了契机。在打破国外垄断玻璃盖板的同时持续的降低企业能耗，不断提升产品环境竞争力，打造环境友好型工厂。为此针对国内现状，相关企业与科研院所应协同开发，突破关键工艺技术及装备，实现价值共创。
参考文献：
[1]田英良.Gorilla（R）Glass产品化学组成与性能发展规律解读[C].中国硅酸盐学会电子玻璃分会2013年光电子玻璃技术研讨会，2013.
[2]夏文宝，姜宏，鲁鹏.触摸屏盖板玻璃的发展及应用前景[J].玻璃与搪瓷，2014，42（1）：40.
[3]王承遇，卢琪，陶瑛.触摸屏手机玻璃面板的性能与制备[J].玻璃与搪瓷，2012，40（5）：32-38.
[4]侯建伟.触摸屏盖板玻璃生产技术及市场分析[C].中国硅酸盐学会电子玻璃分会2013年光电子玻璃技术研讨会，2013.
[5]茆令文.论环境保护与玻璃工业的可持续发展[J].广东建材，2000（10）：1-3.
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