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彩虹股份--自研基板玻璃,显示自强韧劲

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基板玻璃是电子信息显示产业的关键战略材料。目前,我国只有极少数本土企业具备基板玻璃的自主研发能力,彩虹显示器件股份有限公司(以下简称“彩虹股份”)就是其中的排头兵。

基板玻璃上游原材料是一些基础化工原料,如石英粉、氧化铝等,下游是显示面板厂。尽管原材料很常见,但这块玻璃一度是横亘在我国显示产业中的一道透明围墙。随着显示技术不断向高精细化方向演进,需要基板玻璃具备超大薄平、高通透、高硬度、高强韧、无缺陷等一系列突出特征。基板玻璃之于显示面板产业,相当于硅晶圆之于半导体产业,是玻璃产品中“皇冠上的明珠”。

然而,基板玻璃的高端技术专利长期掌握在少数几家外企手中,如位居全球第一的美国康宁公司,在全球电子玻璃市场中的份额超过50%;位居全球第二的日本旭硝子玻璃有限公司,约占20%的市场份额。这些上游头部企业拥有很强的议价能力。

我国电子玻璃产业发展起步较晚,彩虹股份算是当中的“开路先锋”。

从2003年开始,彩虹股份着手基板玻璃的技术跟踪与基础研发,几乎与国内面板厂建设同步。经过近20年的努力,彩虹股份攻克了基板玻璃制造的技术壁垒,形成了基板玻璃自主知识产权和技术创新体系,产品覆盖中世代与高世代,具备0.4毫米到0.7毫米厚度基板玻璃的研发、制造及产业化能力,成为国内平板显示产业“从沙子到整机”全产业链中的关键一环。

与下游面板配套,基板玻璃产线按照产出玻璃面积分成各世代线,面积越大,世代线越高。高世代化和轻薄化是基板玻璃的发展趋势。国际基板玻璃巨头陆续将重心转移到高世代线的建设上,中低世代线不再新增产能。

对于国内企业而言,首先需要解决“有”的问题。在技术门槛高、制造难度大、技术装备严密封锁的产业背景下,彩虹股份从料方、工艺、装备、材料四方面着手,逐个进行创造性研究。

彩虹股份的研发团队历经5年攻关,历经上万次的试验、分析、改进、优化,开发出首个具有完全知识产权的基板玻璃产品料方,实现了关键核心技术零的突破,填补了国内空白,获得授权发明专利7项,其中1项为专利合作条约。2008年,彩虹0.7毫米G5基板玻璃生产线投产,诞生了中国第一片国产基板玻璃,实现了低世代基板玻璃产品量产化。

此后,彩虹股份朝着高端产品方向稳步前进:2010年,彩虹合肥基地建成了中国首条G6基板玻璃生产线;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,开建国内首条溢流法G6盖板玻璃生产线;2016 年,研制出第一片溢流法高铝盖板玻璃产品,并建成国内首条G7.5基板玻璃生产线;2019年,国家专项“中国首条溢流法G8.5+基板玻璃产线”在彩虹合肥基地点火投产;2020年,中国首条完全自主知识产权的溢流法G8.5+基板玻璃生产线成功量产,实现了国内高世代基板玻璃量产技术的历史性突破。

在一步步的发展中,彩虹股份的研发力量逐步加强。2014年,经国家发展改革委批准,在彩虹电子玻璃实验平台基础上,筹建了平板显示玻璃工艺技术国家工程实验室;2021年,实验室升格为平板显示玻璃工艺技术国家工程研究中心,成为我国电子玻璃领域唯一纳入国家科技创新基地新序列管理的单位。

依托国家级实验平台,彩虹股份着力实现从大到强的跨越阶段。围绕低密度、高强度、低收缩率、低挠度,彩虹股份深入展开基板玻璃系列料方技术研究,以满足显示面板代数不断升级的需要。2022年,首条国产G8.5+大吨位液晶基板玻璃生产线在彩虹合肥基地成功实现批量生产,向高世代基板玻璃产业化发展迈出决定性一步。

在技术攻关的过程中,彩虹股份的研发团队也积累了很多无形资产,即坚持把创新作为抓发展的“一把手工程”、坚持以创新引领高质量发展、不断追求卓越的创新精神。

彩虹股份党委书记、董事长李淼,是中国电子基板玻璃产业的主要开拓者和技术带头人之一。他先后负责主持完成了国家工程研究中心的建设、构建了彩虹基板玻璃技术研发及产业化推广应用体系;负责主持完成了“溢流法电子基板玻璃制备技术”等十余项国家和省部级重点项目;主导申报电子玻璃专利上百件,组织(参与)编制国家标准十余项,发表科技论文数十篇,为我国电子基板玻璃打破国外技术垄断、实现自主产业化作出了突出贡献。

2016年底,彩虹股份第一条G7.5基板玻璃生产线点火;2017年初进行升温、试生产爬坡,3月开始产品出现结石、污染物等缺陷,产线良率只有个位数,几个攻关小组想尽办法,依然没有解决。

G7.5生产线是彩虹股份的第一条高世代线,能否实现技术突破,事关彩虹的生死存亡。危急关头,时任彩虹集团有限公司副总经理、主管基板玻璃技术的李淼,受命解决这一缺陷难题。

解决缺陷问题,李淼自有一套自己的理论模式,分三步进行,即“是什么、从哪来、怎么办”。首先,要搞清楚缺陷到底 “是什么”。他要求团队每天检测分析缺陷样品成分、尺寸、外观等特征,并在咸阳、合肥两地召开现场会、线上会,召集团队每天集中讨论抽样测试结果、分析工艺参数。然后,再分析缺陷“从哪来”。从池炉、通道、成型各个热端工序逐一讨论。李淼带领团队系统梳理思路,常常讨论到深夜。找到原因后,便开始寻找下一步工艺方案对策,也就是“怎么办”,一步步往前推进。

在李淼的带领下,团队咬定目标、坚定信念、条分缕析、循环往复,良率逐渐提升。2017年5月,G7.5基板玻璃生产线良率达60%以上。2017年7月22日,成果通过中国电子学会鉴定,良率达到了72.5%,标志着彩虹股份高世代基板玻璃产线研制获得了巨大成功。

从百分之几到72.5%,在发展的关键转折点上,彩虹股份以科学精神、坚韧意志实现了突破跨越,而李淼的“是什么、从哪来、怎么办”,也成了后续破解产线各类缺陷、工艺波动等疑难杂症的“九字真经”。

难走的路都是上坡路,技术开发过程中的煎熬,也往往蕴藏着企业发展的新能量。

彩虹股份第一条G8.5基板玻璃生产线于2018年9月30日开工建设,计划2019年9月30日开工点火。其中,最重要的装备——溢流砖,必须在7月份在产线就位。

G8.5产品相比G6产品面积增加一倍,但是对单张玻璃的微缺陷数量要求却保持不变。G8.5溢流砖必须满足气孔率低、体积密度高、耐压强度高、抗玻璃液渗透、抗高温蠕变性等性能要求,当时国内没有一家能够生产。为破解这一瓶颈性难题,彩虹联合国内陶瓷材料厂家展开合作研发。

溢流砖研制遇到了难题——烧裂。溢流砖长度3米多,高度1米多,一窑烧两块,一次烧制从入窑烧制到降温出窑,历时两个多月,在这过程中只能耐心等待。可是历时半年连烧两窑,4块溢流砖都断裂成两半。

连续两次失败,陶瓷厂家着急,彩虹更着急。彩虹研发团队与陶瓷厂家的专家共同探讨烧裂的原因,分析每一个环节、每一道工序。2019年4月中旬,当工艺、装备、材料、垫砖、吊装、烧成等所有技术方案探讨确定之后,开始了第三窑的烧制。这是G8.5生产线开工点火前的最后一炉溢流砖入窑,成败在此一举,彩虹与陶瓷厂家在煎熬和忐忑中共同等待。

2019年6月30日,陶瓷厂家负责人小心翼翼打开窑炉,看到两块溢流砖完整无损地伫立在窑炉中,兴奋地拿起手机拍照发给大家:“成功了,两块砖完好无损!”现场蹲守的彩虹研发团队激动不已,纷纷鼓掌庆祝。面对得之不易的成功,李淼感到无比欣慰,他当场鼓励大家:“努力总有回报。拼也要拼出个好成绩。感谢大家的努力!”

截至目前,彩虹股份自主建设了6条G8.5+基板玻璃生产线,G8.5基板玻璃产品已经成功与国内京东方、华星光电、惠科光电等多家主流面板企业建立了长期稳定的供应合作关系,打破了外资企业在高世代产品中的垄断局面。依托平板显示玻璃工艺技术国家工程研究中心,彩虹股份已经获得授权专利超1700件、技术秘密1500多项,打破了国际寡头知识产权壁垒;制定国家标准13项、团体标准2项;技术管理专家团队有专家300人以上,贯通了制约我国高端显示产业发展的“卡脖子”环节。

成功研发基板玻璃技术的同时,彩虹股份也带动了产业链上下游产业的发展。上游在装备材料技术方面,溢流砖用特种陶瓷、通道用贵金属合金等核心高端材料完全实现自主可控国产化;在关键装备技术方面,形成了全套高世代装备自主开发能力,被国际企业严密封锁的池炉、通道和成型等关键装备,均为自主设计制造。

彩虹股份成为中国唯一全面掌握高世代基板玻璃核心技术、产业链布局完整、具备量产能力和市场供应能力的民族品牌。