基板玻璃是電子信息顯示產業的關鍵戰略材料。目前,我國只有極少數本土企業具備基板玻璃的自主研發能力,彩虹顯示器件股份有限公司(以下簡稱“彩虹股份”)就是其中的排頭兵。
基板玻璃上游原材料是一些基礎化工原料,如石英粉、氧化鋁等,下游是顯示面板廠。盡管原材料很常見,但這塊玻璃一度是橫亙在我國顯示產業中的一道透明圍墻。隨著顯示技術不斷向高精細化方向演進,需要基板玻璃具備超大薄平、高通透、高硬度、高強韌、無缺陷等一系列突出特征。基板玻璃之于顯示面板產業,相當于硅晶圓之于半導體產業,是玻璃產品中“皇冠上的明珠”。
然而,基板玻璃的高端技術專利長期掌握在少數幾家外企手中,如位居全球第一的美國康寧公司,在全球電子玻璃市場中的份額超過50%;位居全球第二的日本旭硝子玻璃有限公司,約占20%的市場份額。這些上游頭部企業擁有很強的議價能力。
我國電子玻璃產業發展起步較晚,彩虹股份算是當中的“開路先鋒”。
從2003年開始,彩虹股份著手基板玻璃的技術跟蹤與基礎研發,幾乎與國內面板廠建設同步。經過近20年的努力,彩虹股份攻克了基板玻璃制造的技術壁壘,形成了基板玻璃自主知識產權和技術創新體系,產品覆蓋中世代與高世代,具備0.4毫米到0.7毫米厚度基板玻璃的研發、制造及產業化能力,成為國內平板顯示產業“從沙子到整機”全產業鏈中的關鍵一環。
與下游面板配套,基板玻璃產線按照產出玻璃面積分成各世代線,面積越大,世代線越高。高世代化和輕薄化是基板玻璃的發展趨勢。國際基板玻璃巨頭陸續將重心轉移到高世代線的建設上,中低世代線不再新增產能。
對于國內企業而言,首先需要解決“有”的問題。在技術門檻高、制造難度大、技術裝備嚴密封鎖的產業背景下,彩虹股份從料方、工藝、裝備、材料四方面著手,逐個進行創造性研究。
彩虹股份的研發團隊歷經5年攻關,歷經上萬次的試驗、分析、改進、優化,開發出首個具有完全知識產權的基板玻璃產品料方,實現了關鍵核心技術零的突破,填補了國內空白,獲得授權發明專利7項,其中1項為專利合作條約。2008年,彩虹0.7毫米G5基板玻璃生產線投產,誕生了中國第一片國產基板玻璃,實現了低世代基板玻璃產品量產化。
此后,彩虹股份朝著高端產品方向穩步前進:2010年,彩虹合肥基地建成了中國首條G6基板玻璃生產線;2012年,研制出0.4毫米G5基板玻璃;2013年,研制出0.4毫米G6基板玻璃;2015年,開建國內首條溢流法G6蓋板玻璃生產線;2016 年,研制出第一片溢流法高鋁蓋板玻璃產品,并建成國內首條G7.5基板玻璃生產線;2019年,國家專項“中國首條溢流法G8.5+基板玻璃產線”在彩虹合肥基地點火投產;2020年,中國首條完全自主知識產權的溢流法G8.5+基板玻璃生產線成功量產,實現了國內高世代基板玻璃量產技術的歷史性突破。
在一步步的發展中,彩虹股份的研發力量逐步加強。2014年,經國家發展改革委批準,在彩虹電子玻璃實驗平臺基礎上,籌建了平板顯示玻璃工藝技術國家工程實驗室;2021年,實驗室升格為平板顯示玻璃工藝技術國家工程研究中心,成為我國電子玻璃領域唯一納入國家科技創新基地新序列管理的單位。
依托國家級實驗平臺,彩虹股份著力實現從大到強的跨越階段。圍繞低密度、高強度、低收縮率、低撓度,彩虹股份深入展開基板玻璃系列料方技術研究,以滿足顯示面板代數不斷升級的需要。2022年,首條國產G8.5+大噸位液晶基板玻璃生產線在彩虹合肥基地成功實現批量生產,向高世代基板玻璃產業化發展邁出決定性一步。
在技術攻關的過程中,彩虹股份的研發團隊也積累了很多無形資產,即堅持把創新作為抓發展的“一把手工程”、堅持以創新引領高質量發展、不斷追求卓越的創新精神。
彩虹股份黨委書記、董事長李淼,是中國電子基板玻璃產業的主要開拓者和技術帶頭人之一。他先后負責主持完成了國家工程研究中心的建設、構建了彩虹基板玻璃技術研發及產業化推廣應用體系;負責主持完成了“溢流法電子基板玻璃制備技術”等十余項國家和省部級重點項目;主導申報電子玻璃專利上百件,組織(參與)編制國家標準十余項,發表科技論文數十篇,為我國電子基板玻璃打破國外技術壟斷、實現自主產業化作出了突出貢獻。
2016年底,彩虹股份第一條G7.5基板玻璃生產線點火;2017年初進行升溫、試生產爬坡,3月開始產品出現結石、污染物等缺陷,產線良率只有個位數,幾個攻關小組想盡辦法,依然沒有解決。
G7.5生產線是彩虹股份的第一條高世代線,能否實現技術突破,事關彩虹的生死存亡。危急關頭,時任彩虹集團有限公司副總經理、主管基板玻璃技術的李淼,受命解決這一缺陷難題。
解決缺陷問題,李淼自有一套自己的理論模式,分三步進行,即“是什么、從哪來、怎么辦”。首先,要搞清楚缺陷到底 “是什么”。他要求團隊每天檢測分析缺陷樣品成分、尺寸、外觀等特征,并在咸陽、合肥兩地召開現場會、線上會,召集團隊每天集中討論抽樣測試結果、分析工藝參數。然后,再分析缺陷“從哪來”。從池爐、通道、成型各個熱端工序逐一討論。李淼帶領團隊系統梳理思路,常常討論到深夜。找到原因后,便開始尋找下一步工藝方案對策,也就是“怎么辦”,一步步往前推進。
在李淼的帶領下,團隊咬定目標、堅定信念、條分縷析、循環往復,良率逐漸提升。2017年5月,G7.5基板玻璃生產線良率達60%以上。2017年7月22日,成果通過中國電子學會鑒定,良率達到了72.5%,標志著彩虹股份高世代基板玻璃產線研制獲得了巨大成功。
從百分之幾到72.5%,在發展的關鍵轉折點上,彩虹股份以科學精神、堅韌意志實現了突破跨越,而李淼的“是什么、從哪來、怎么辦”,也成了后續破解產線各類缺陷、工藝波動等疑難雜癥的“九字真經”。
難走的路都是上坡路,技術開發過程中的煎熬,也往往蘊藏著企業發展的新能量。
彩虹股份第一條G8.5基板玻璃生產線于2018年9月30日開工建設,計劃2019年9月30日開工點火。其中,最重要的裝備——溢流磚,必須在7月份在產線就位。
G8.5產品相比G6產品面積增加一倍,但是對單張玻璃的微缺陷數量要求卻保持不變。G8.5溢流磚必須滿足氣孔率低、體積密度高、耐壓強度高、抗玻璃液滲透、抗高溫蠕變性等性能要求,當時國內沒有一家能夠生產。為破解這一瓶頸性難題,彩虹聯合國內陶瓷材料廠家展開合作研發。
溢流磚研制遇到了難題——燒裂。溢流磚長度3米多,高度1米多,一窯燒兩塊,一次燒制從入窯燒制到降溫出窯,歷時兩個多月,在這過程中只能耐心等待。可是歷時半年連燒兩窯,4塊溢流磚都斷裂成兩半。
連續兩次失敗,陶瓷廠家著急,彩虹更著急。彩虹研發團隊與陶瓷廠家的專家共同探討燒裂的原因,分析每一個環節、每一道工序。2019年4月中旬,當工藝、裝備、材料、墊磚、吊裝、燒成等所有技術方案探討確定之后,開始了第三窯的燒制。這是G8.5生產線開工點火前的最后一爐溢流磚入窯,成敗在此一舉,彩虹與陶瓷廠家在煎熬和忐忑中共同等待。
2019年6月30日,陶瓷廠家負責人小心翼翼打開窯爐,看到兩塊溢流磚完整無損地佇立在窯爐中,興奮地拿起手機拍照發給大家:“成功了,兩塊磚完好無損!”現場蹲守的彩虹研發團隊激動不已,紛紛鼓掌慶祝。面對得之不易的成功,李淼感到無比欣慰,他當場鼓勵大家:“努力總有回報。拼也要拼出個好成績。感謝大家的努力!”
截至目前,彩虹股份自主建設了6條G8.5+基板玻璃生產線,G8.5基板玻璃產品已經成功與國內京東方、華星光電、惠科光電等多家主流面板企業建立了長期穩定的供應合作關系,打破了外資企業在高世代產品中的壟斷局面。依托平板顯示玻璃工藝技術國家工程研究中心,彩虹股份已經獲得授權專利超1700件、技術秘密1500多項,打破了國際寡頭知識產權壁壘;制定國家標準13項、團體標準2項;技術管理專家團隊有專家300人以上,貫通了制約我國高端顯示產業發展的“卡脖子”環節。
成功研發基板玻璃技術的同時,彩虹股份也帶動了產業鏈上下游產業的發展。上游在裝備材料技術方面,溢流磚用特種陶瓷、通道用貴金屬合金等核心高端材料完全實現自主可控國產化;在關鍵裝備技術方面,形成了全套高世代裝備自主開發能力,被國際企業嚴密封鎖的池爐、通道和成型等關鍵裝備,均為自主設計制造。
彩虹股份成為中國唯一全面掌握高世代基板玻璃核心技術、產業鏈布局完整、具備量產能力和市場供應能力的民族品牌。