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3D盖板工艺难点与OLED配套规模及产业政策汇总

光电与显示2019-11-07 16:16:38

       日前苹果公司计划对下一代iPhone手机进行换装,换上3D盖板玻璃和背板玻璃。那么为什么手机背板要重回玻璃?盖板玻璃2.5D为什么要升级成3D玻璃?其逻辑如下:

  (1)无线充电、5G等新型传输方式的临近,无线频段越来越复杂,金属机壳屏蔽成为重大瓶颈,背板材料需要更换成非金属材料。以三星S7为例,采用了玻璃后壳,设计时就可以避免三段式设计,而且可以实现无线充电。

  (2)目前能做手机外壳的非金属材料通常有聚碳酸酯(塑料,功能机常用,已被淘汰)、玻璃(iPhone4用玻璃壳,证明该技术可行)、陶瓷(小米陶瓷手机产量不高)、炭纤维(成本过高)等。玻璃因其材质、手感及加工成形性等特性,属于目前非金属材料中最有可能率先应用的材料。

  (3)随着柔性OLED的广泛应用,盖板玻璃需要配合做成3D形状,而背板玻璃基于握感和美观度的要求也需要升级至3D玻璃。

  作为行业风向标的苹果和三星都采用双面3D玻璃以后,势必将带动其他品牌手机快速跟进。有分析认为:2018年3D玻璃渗透率达到40%,以单面3D玻璃 75元计算,对应市场规模应在千亿级别。既然3D玻璃如此受市场追捧,下面我们就来分析一下国内3D玻璃领域的专利布局情况,从中或许能分析出到底那家才有真实力。

  1、申请趋势变化

  首先看一下该技术的发展趋势:2.5D玻璃、3D玻璃的前期研发出现在2010年左右,随后专利数量稳步增加。2014年,随着2.5D玻璃在苹果、三星等主流手机上的推广应用,该领域的专利申请量呈现迅猛增长,2015年更是达到23件,预计未来依然涨势强劲。

  2、申请数量排名

  截止2016年6月,国内与2.5D玻璃、3D玻璃直接相关的发明专利申请约57件,排名前5位的申请人分别是东莞劲胜(10件)、蓝思科技(10件)、浙江星星瑞金(7)、洛阳新兆电子(7件)、美国康宁(7件)。美国康宁作为手机盖板玻璃的龙头老大,除了垄断上游玻璃基板之外,其也提前对下游热压加工设备及方法进行了布局,充分展现出其强大的研发实力及前瞻性。国内3D玻璃企业相对分散,东莞劲胜、蓝思科技、浙江星星、洛阳新兆对3D玻璃热压成型、精雕加工、丝印、切割、模具制造等技术均有涉及。

  3、主要技术路线

  美国康宁:关注3D玻璃的热压成型工艺、成套设备、模具制造等。其3D玻璃领域的专利数量虽然不多但质量上乘,例如CN103732548A公开的制造系统是对热压法制备3D玻璃相关技术的高度集成。

  东莞劲胜:关注于手机玻璃精雕、压缩注塑成型、丝印、模具等技术。

  蓝思科技:关注热压成型、抛光、丝印、模具制造等相关设备及工艺,例如:研磨抛光设备、3D和异型玻璃热加工设备及模具、3D玻璃丝印网版设备等。

  浙江星星:关注于3D玻璃的热压成型、精雕加工、切割刀具、定位装置。例如:一种可穿戴式智能设备的3D玻璃面板的加工方法,包括:外形加工、装载和清洗、预加热、热压成型和清洗取出的步骤。本发明能够一次性加工出高质量的3D玻璃面板。

        触摸屏的保护玻璃,又称之为保护盖,用来保护显示屏和触控面板。为了适应智能机的不同设计需求,保护玻璃有不同的形状。保护玻璃通常位于显示器和触控面板的顶部,再根据保护玻璃的形状分为2D,2.5D和3D等。随着智能手机厂商越来越在外形和时尚设计方面竞争,舒适的手感和灵敏的触控反应越来越重要,这也鼓励着触控面板厂商开发形状更好的保护玻璃。

  三星电子(Samsung Electronics)已将柔性On-cell AMOLED(有机发光二极管)触控面板用于其智能手机旗舰款Samsung Galaxy S系列和Galaxy Note系列。

  三星显示(Samsung Display)为了拓展On-cell AMOLED触控面板市场,除了三星电子外,开始向vivo,华为,Oppo和小米等智能手机厂商供应柔性On-cell AMOLED触控面板。

  手机厂商为了产品差异化,采用3D保护玻璃取代金属或塑料后盖。

  多种无线技术,如无线充电、近场通信(NFC)和多频段支持等已在手机中使用。与金属相比,无线电波容易穿越玻璃,因此玻璃逐渐成为手机后盖的首选。

  苹果很有可能在其2017年的新款iPhone中采用柔性On-cell AMOLED显示器,这将带动3D保护玻璃的需求。

  有趣的是,由于市场的饱和及激烈的竞争,触控面板市场的产值正处于收入停滞或逐年递减的状态,然而保护玻璃市场产值却因为2.5D和3D保护玻璃被采用比重增加,预计将在2016年到2018年分别增长0.1%,5.9%和11.1%。同时,虽然2D保护玻璃的出货量仍维持在高位,但其利润将会逐渐下降。

  和3D前盖保护玻璃不同的是,因为3D后盖保护玻璃可被用于非柔性显示器,所以它预计将有更显著的增长。IHS预测,大部分采用3D保护玻璃的智能手机,极有可能是采用2.5D前盖保护玻璃和3D后盖保护玻璃的混合方式。

  此外,如果苹果2017年采用柔性On-cell AMOLED显示器,那么3D前盖保护玻璃市场将会大幅扩大。届时,因为2D和2.5D市场的价格竞争将更加凶猛,无法生产3D保护玻璃的厂商将很难盈利。

 2D和2.5D玻璃防护屏产品的生产方法是将玻璃基板进行切割,通过精雕、光孔、抛光、强化、丝印、镀膜等加工后,制成各种规格型号的产品。3D曲面玻璃的生产流程与2D和2.5D产品基本相同,最大区别在于新增热弯成型设备。

  3D技术难点

  3D玻璃难度主要体现在3D曲面成型、曲面抛光、曲面印刷、曲面贴合四大工艺上。

  以三星S6 Edge手机使用的3D玻璃成型技术为例,其将目前硬度最高的康宁第四代大猩猩玻璃放在

弧形模具之间,加热到800摄氏度,再压进弧形模具让玻璃弯曲,然后再通过CNC加工、三面抛光、强化等步骤。热成型过程中温度和精度难以控制,玻璃的不同部位容易产生受热不均。模具目前多用石墨,属于耗材易损耗,更新频率高。此过程工艺复杂且人力成本高,因此S6 Edge初期也曾一度有良率仅50%和供货不足的传闻。

      S6 Edge 使用的 3D 成型玻璃技术是将目前最高硬度的康宁Gorilla Glass 4 玻璃放在弧形模具之间,加热到摄氏800度接近熔化的边缘,再压进弧形模具里让玻璃弯曲,接着再送进CNC工具机处理,以高度精准的数值抛磨玻璃毛边,据悉光是一片玻璃就要抛磨 40 分钟,最后这片玻璃的外表还要涂上多层化学涂层让视觉效果更好。

  这样复杂的制程,也让 3D 成型玻璃价格相对较高,一片价格在25至26美元之间,但其成本和良率会成为供货上的一大问题。据悉目前三星所需的 3D 成型玻璃供应商为中国厂伯恩光学,但其生产良率不到 50%,也还达不到三星要求的交货数量,因此也有消息指出三星正在寻找第二供应商加入生产。

    盖板玻璃的设计理念与加工模式,主要是借鉴钟表玻璃镜片深加工行业的经验。从钟表玻璃镜片的设计与应用中可以发现,3D曲面玻璃比2D平面玻璃具有更好的外观表现模式,以及更佳的防护效果。其中双曲率的3D曲面玻璃表现尤佳,在抗跌落、防划伤、搞静压试验上,明显优于2D平面玻璃。特别是应用在智能手机、智能手表等移动终端产品的柔性显示屏的防护上,效果最好。

    全行业到2018底为止全部能量产的柔性AMOLED显示屏产能,每年也不会超过4.5亿片。加上贴合良率的折损,与之配套的3D曲面盖板玻璃每年的需求量也不会超过5亿片,参照现有的市场价格,行业产值预计在400-500亿元之间。

  而另外一个可穿戴设备领域,预计能用上3D曲面盖板玻璃的产品每年也在20KK以下,对整个3D曲面盖板玻璃的产值影响很小。

  再看3D曲面盖板玻璃的另一个应用,也就是替代现在高端机型的金属机壳手机背板。按照现在国产手机约每年1亿部左右的高端机配备了金属机壳计算,由于手机背板用的3D曲面玻璃加工难度相对较低,而且国产手机普遍要比三星和苹果的价格低一个档次,即使全部替换为3D曲面玻璃,预计年新增产值也不会超过50亿元。

  而三星、苹果在转换3D曲面背板玻璃的进度上也是逐步进行的,到2018年底为止全部3D曲面AMOLED显示屏都配上3D曲面背板玻璃,每年也在3.5亿片左右。参照现有的市场价格,行业产值预计也在200亿元之内。

    从上面数字来看,3D曲面盖板玻璃能在短短的两年时间内释放出每年超过700亿元的产值,本身就是一个十分诱人的市场。而2018年对于这个3D曲面盖板玻璃加工行业更会是一个分水岭,一旦终端品牌的示范推广作用发酵起来后,中国自主市场也基本上培育完成了。只要柔性显示量产技术能在中国市场上取得突破的话,往后的市场增长速度按每年成倍的上升也不是不可能的,因此按照这个趋势发展下去,与3D曲面盖板玻璃相关的产业链企业,极具投资价值。

    而三星自身是主要的AMOLED显示屏客户,将这一举措中受益。三星电子今年对AMOLED显示屏的需求达到2.39亿片,并且将在2019年达到2.9亿片。

  

        三星据说将为苹果明年发布的iPhone手机提供4千万片AMOLED显示屏,在2018年再提供4千万片,在2019年达到1.2亿片。三星也将为中国智能手机厂商VIVO、OPPO和华为提供AMOLED显示屏,今年将提供9.9千万片AMOLED显示屏,2019年将提供1.5亿片。  

        该公司可能开始在2019年或2020年面临一定的竞争,日本显示公司,夏普和其他公司正在计划进入AMOLED面板市场。最近的一份报告也显示,三星电子计划提高其OLED显示屏的生产,三星声称采用OLED显示屏的iPhone将在2017年发布,三星已经投资68亿美元提升OLED显示屏产能,并且公司将从明年开始向苹果出货1亿片5.5-英寸OLED显示屏。

     三星显示器公司的LCD部门由于遭受到了来自其他对手的竞争压力,一直处于亏损状态。韩国媒体援引知情人士消息称,三星显示器公司已经分拆出了OLED业务,部分员工已经被转移到主打OLED业务部门。这项决策有助于三星对不盈利的LCD部门做重组。不过,这并不意味着,这家公司就放弃了LCD业务,相反他们还计划保留LCD业务,尤其是HDTV产品线。只不过,未来这家公司

将把OLED视为个人电脑市场和大尺寸显示屏领域核心发展目标。

     最新消息显示,三星显示器公司计划关闭又一条LCD液晶面板生产线——第7代液晶面板(L7-1)生产线。机构分析指,三星将转向生产更昂贵、更高端的大型电视OLED面板,据传三星还将为苹果明年新款iPhone供应OLED面板。

  更早之前,有消息传出,三星显示器公司计划把位于韩国忠清南道天安市的五代线LCD面板生产线的所有设备出售,出售所获资金将会用于OLED生产线的研发和生产,天安市五代线工厂由此将升级为OLED生产线。

  有统计显示,三星显示器在韩国共有8条液晶生产线,加上计划转型的L7产线,三星将关闭了8条液晶生产线中的6条。

  此前也有报道称,三星已经从苹果公司获得了OLED显示屏订单,并将应用在明年苹果新iPhone手机上。报道称,2017年苹果iPhone将迎来10周年,这家公司将对这款手机做重要更新,其中就包括了曲面OLED显示屏。苹果将通过一块显示屏将指纹传感器,摄像头和扬声器隐藏起来。

  面对大陆面板产业凭藉政府支援力量,持续快速成长,韩国政府亦决定挺身而出,韩国产业通商资源部(产资部)为强化OLED面板新技术研发,将推动规模上看3,000亿韩元(约2.6亿美元)发展计划。

  韩国面板产业面对大陆的追赶饱受威胁,目前非晶矽(a-Si)基板LCD主导权已转向大陆,低温多晶矽(LTPS)基板技术和大尺寸LCD量产能力,亦快被大陆超越,甚至大陆在OLED、可挠式、高解析度等面板技术亦正加速发展,加上大陆政府对面板产业积极支援,这让韩国面板业者危机感大增。

  根据韩媒电子新闻(ET News)报导,韩国产资部规划进行规模约2,000亿~3,000亿韩元(约1.7亿~2.6亿美元)、历时7年的OLED制程技术研发计划,待细部内容确定后,预计7月底提出申请。

  该计划主要系为提升OLED生产效率,提高生产力与竞争力,这项策略亦反映韩国面板产业重心正从LCD转向OLED面板,由于大陆业者持续在OLED领域快速追赶,韩国期望在新一代面板能确保技术领先地位,并拉开与大陆之间的技术差距。

  韩国希望全面提升OLED元件、材料及设备等生态系竞争力,包括卷对卷(Roll to roll)和喷墨(Inkjet)等制程技术,且目标不只是锁定大企业,亦将支援中小企业抢先取得智财权(IP),以确保竞争优势。

  韩国为确保中小企业在新技术领域亦能顺利卡位,提出共同革新制程方案,韩国中小企业若能活用共同研发设施,将可减低研发费用的负担,同时启动可能的合作方案,与韩国面板业者或科技园区展开相关合作。

  韩国业界人士表示,韩国面板产业要维持国际竞争力,政府研发支援及扶植政策是相当重要的一环,尤其是新一代面板技术发展,必须建构良好的环境,让有竞争力的中小企业窜出,这将是相当迫切的课题。

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