1. 一文看懂顯示關鍵材料之玻璃基板

      發佈時間:2021-05-07發佈部門:




      什麼是玻璃基板?


      玻璃基板是液晶面板上遊核心部件。要了解玻璃基板產業,首先要把握整個液晶面板產業鏈。液晶面板產業鏈分爲上遊、中遊、下遊三部分。上遊主要是面板材料生產;中遊是面板生產組裝;下遊是顯示終端生產。


      玻璃基板是液晶面板產業的最上遊,也是我國整個面板產業中鏈中發展相對滯後的環節。我國目前本土企業只有極少數能夠具備自主研發的能力。

      通常的液晶面板按照結構劃分包括偏光板、玻璃基板、彩色濾光片、配向膜、液晶材料、光學膜片、IC驅動電路等部分組長。

      一塊液晶面板通常要用兩塊玻璃基板,分別供作底層玻璃基板及彩色濾光片的底板使用。玻璃基板不僅僅是兩塊玻璃那麼簡單,其內側具有溝槽結構,並附着配向膜,可以讓液晶分子沿着溝槽整齊的排列。在上、下兩層玻璃兩側會貼有TFT薄膜晶體管和彩色濾光片。玻璃基板對於整個液晶面板行業的地位就像晶圓對半導體行業的地位,是整個面板產業中最重要的元件。

      基板玻璃是構成液晶面板重要的原材料之一。





      從成本構成看,兩塊玻璃基板約佔整個面板成本的15%-20%左右。以42 寸液晶面板結構爲例,其中玻璃基板成本約爲18%(其中彩色濾光片含有另外一塊玻璃基板的成本)。雖然相對於背光模組而言,玻璃基板的成本並不是最高的,但是卻是生產難度最大、技術含量最高的部分。



      液晶面板的關鍵結構類似於三明治,兩層“麪包”(TFT基板和彩色濾光片)夾“果醬”(液晶),故製作一片TFT-LCD面板需要用到兩片玻璃,分別作爲底層玻璃基板和彩色濾光片底板使用。


      TFT-LCD剖面結構圖

      圖片來源:innolux官網


      面板成品的分辨率、透光度、厚度、重量、可視角度等指標都與所採用的基板玻璃質量密切相關,作爲重要的基底材料,基板玻璃之於TFT-LCD產業的意義相當於硅晶圓之於半導體產業。



      TFT-LCD上遊原材料成本分佈

      數據來源:公開資料整理


      玻璃基板上遊原材料是一些最基礎的化工原料如石英粉、氧化鋁等,下遊主要是面板廠和彩色濾光片供應商。


      圖片來源:廣發證券發展研究中心





      玻璃基板的特性



      由於TFT-LCD製造過程中的特殊環境,如高溫、高壓、酸性-中性-鹼性的環境變更等,要求玻璃基板具備一定的特性。


      玻璃基板特性要求

      資料來源:公開資料整理




      玻璃基板的原料及原料特點


      液晶基板玻璃的主要原料包括:石英粉,碳酸鍶,碳酸鋇,硼酸,硼酐,氧化鋁,碳酸鈣,硝酸鋇,氧化鎂,氧化錫,氧化鋅等。它們是玻璃的形成物,玻璃的調整物和中間體成份,構成了玻璃的主體,決定了該種玻璃的物理和化學性質。


      玻璃基板製造原料及特性

      資料來源:公開資料整理




      玻璃基板的製造流程、製造工藝分類及特點


      玻璃基板通常分爲有鹼玻璃及無鹼玻璃兩類。有鹼玻璃包括鈉玻璃及中性硅酸硼玻璃兩種,主要應用於TN及STN LCD上,全球主要廠商以日本爲代表(旭硝子和電氣硝子),通常以浮法工藝爲主;無鹼玻璃以無鹼硅酸鋁玻璃爲主,其鹼金屬總含量在1%以下,主要用於TFT- LCD上,主要廠商是美國康寧,以溢流熔融法爲主。

      玻璃基板的生產流程通常分爲前端和後端兩部分。前端就是把石英砂投進熔爐,發現固體到液體再到固體的相變,出來玻璃基板,這是前工序。後端就是把前端生產出來的玻璃基板進行切割、研磨和拋光等加工。

      當今主流玻璃基板生產技術有三種,分別爲浮式法、流孔下引法、及溢流熔融法。熔融溢流技術可以產出具有雙原始玻璃表面的超薄玻璃基材,相較於浮式法(僅能產出的單原始玻璃表面)及流孔下拉法(無法產出原始玻璃表面),可免除研磨或拋光等後加工製程,同時在平面顯示器製造過程中,也不需注意因同時具有原始及與液態錫有接觸的不同玻璃表面而造成玻璃表面性質差異,目前已經成爲TFT- LCD玻璃基板的主要方法。

      製造工藝:基板玻璃的製造工藝主要有浮法、流孔下引法和溢流熔融法三種,目前主流工藝是溢流熔融法。


      玻璃基板製造方法

      資料來源:網絡公開資料


      玻璃基板的製造流程分爲融合成行以及加工工程兩部分


      玻璃基板製造流程

      資料來源:網絡公開資料


      而不同的製造工藝其關鍵工藝亦不相同,各大產商根據不同的產品亦選擇不同的方法。


      不同玻璃基板製造工藝特性比較

      圖片來源:廣發證券發展研究中心




      玻璃基板世代線及切割效率


      隨着世代線的發展,玻璃基板的尺寸逐漸變大,從最初的4代線到如今的10.5代線,基板的尺寸已經發展到2940 *3370mm。厚度方面7代線和8代線玻璃基板進入到0.5mm水平。


      不同世代線玻璃基板尺寸及適用產品尺寸

      數據來源:東吳證券研究所


      不同世代線的玻璃基板根據不同的產品尺寸,其切割適用效率亦不相同。


      不同世代線切割效率

      圖片來源:中信建投證券研究發展部


      我國TFT-LCD產業鏈結構按行業地位呈現典型的三角形,上遊材料設備明顯落後,中下遊依靠大資金投入和廣闊的市場需求,具有明顯優勢。




      我們通常所說的G代線就是根據玻璃基板的大小尺寸決定了液晶面板的代數。不同的代數適合切割不同尺寸大小的面板,但其中也涉及到一個切割經濟性的問題,因此要考慮到市場對某個尺寸面板的需求情況才能決定某代線是否適合切割多少尺寸的面板較爲經濟合理。例如5代線最高階段的基板尺寸是1200×1300毫米,最多能切割6片27英寸寬屏LCD-TV用基板,所以5代線的上限是27英寸寬屏電視機;6代線經濟切割的上限是37英寸;7代線經濟切割的上限是46英寸;8代線的基板尺寸是2160×2460毫米,最多可以切割8片46英寸LCD-TV基板,切割6片52英寸LCD-TV用基板,52英寸是8代線的經濟切割尺寸。





      近年來我國液晶面板產業發展迅速,未來兩年大陸總共約有10條高世代液晶面板建設投產,同時由於韓國逐步削減低世代面板生產線轉向OLED的生產,屆時我國的面板產能有望超過韓國成爲全球第一。目前國內總共有24條已投產的4.5代以上的TFT-lCD生產線,4條AMOLED生產線。

      按代數分,4.5代線4條、3.3代線6條、6代線5條、8.5代線9條,總體看高世代線的佔比較大。
      全球TFT-LCD用玻璃基板市場份額方面,90%以上集中在美國康寧、日本旭硝子、電氣硝子、安瀚視特等幾大廠商,而歐洲多是與日本廠家合作,份額尚不足1%。


      全球主要玻璃基板廠市佔率

      數據來源:廣發證券


      近年來玻璃基板國產化進程加快,彩虹集團、東旭集團、中國建材國際工程集團等本土企業在中小尺寸面板市場份額已達80%,而在高世代液晶面板生產線及AMOLED無鹼玻璃技術工藝及生產技術上還有待突破,短時間內實現國產化配套還有較大難度。

       


      來源:新材料在線