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蓝宝石行业未来几年在这些领域潜力巨大
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蓝宝石行业未来几年在这些领域潜力巨大

蓝宝石行业未来几年在这些领域潜力巨大

蓝宝石除了可作为装饰蓝宝石Sapphire(蓝宝石单晶体)是现代工业重要的基础材料,材料的基因决定材料的应用属性方向,优良的光学性能、物理性能和化学性能基因让蓝宝石在科学技术、国防与民用工业、电子技术等众多领域得以广泛应用。

                     蓝宝石本可以靠颜值吃饭

                          它却靠实力打天下

                         牛掰特性,应用广泛

例如防化学腐蚀,耐高温、导热好、硬度高(莫氏硬度高达9,人称最硬的金刚石莫氏硬度为10)、透红外、化学稳定性好等特性,使其被广泛应用于红外军事装置、卫星空间技术、高强度激光窗口材料;独特的晶格结构、优异的力学性能、良好的热学等属性使蓝宝石晶体成为实际应用的半导体GaN/Al2O3发光二极管(LED),大规模集成电路SOISOS及超导纳米结构薄膜等最为理想的衬底材料;光学穿透带很宽,从近紫外光到中红外线都具有很好的透光性的特性,使其被大量用在光电元件中。

    

                          蓝宝石玻璃光学窗口片

                          来源:深圳赓旭光电

                   氧化铝原料管够,生产工艺是核心竞争力所在

天然蓝宝石数量极其罕有,因此工业上使用的蓝宝石大多为人工合成(长出来的样子如下),生产蓝宝石晶体的原料为高纯氧化铝粉体。相信粉体圈圈内人都知道,中国氧化铝粉体厂家产业规模化的不少,因此从原料供应的角度来说,蓝宝石这个材料是原料管够。业界通识,出于降成本考虑,生产高质量、大尺寸的蓝宝石晶体是蓝宝石应用成本的关键,尽管生产大尺寸晶体的工艺困难会在一定程度上在增加成本,但规模化经济在一定程度上可以带来整体成本的下降。

                      个头一个比一个大的蓝宝石晶体

                          来源:晶盛机电
一个极为经典的“大尺寸蓝宝石更好应用”案例就是:更大尺寸晶棒可以降低原材料的损耗,6英寸的圆晶生产的芯片是2英寸圆晶的10~12倍,然而几何面积增加只有2英寸圆晶的9倍,圆晶曲率的下降带来的"边缘效应"可以在外周形成更多的芯片。

哪些领域被看好?

蓝宝石的应用领域涉及衬底材料,军事、武器方面的应用及消费性电子智能终端等,目前衬底依旧是蓝宝石的重要应用领域,主要以LED衬底材料为主,衬底材料应用占比约75%,非衬底材料应用占比约25%

1992年日本工程师中村修二划时代地利用蓝宝石基板制备了GaN外延层并顺利实现蓝光LED制作之后(就是时下最潮流的:GaNonAl2O3LED芯片),蓝绿光LED实现了井喷式的大爆发,蓝宝石晶体化学成分为氧化铝,晶体结构为六方晶格,其具有超高的硬度,在高温下物理、化学性质稳定,光学性能优秀,逐渐成为蓝绿光LED的主流选择。

蓝宝石目前主要应用在LED衬底,LED的衬底也主要它是它是它。而传统的LED行业(可见光波段,常规Size的)市场容量虽然巨大,但竞争白热化,似乎已经难有增长空间,因此发掘新的应用领域成了实现蓝宝石行业增长的动力来源。据蓝宝石业内专家预测,在未来3-5年蓝宝石行业主要增加机会在UVLEDmini/microLED及消费电子及这3大领域。

潜力股1:UV-C-LED(深紫外LED

LED的日子不好过,主要原因还是生产过剩,自从氮化镓LED蓝光与绿光芯片技术国产化之后,除了红光之外,可见光波段的芯片价格就呈现指数下降,尽管市场容量极大,但中国制造能量更大,大到足以让蓝光绿光LED从钻石价到黄金价......最后到白菜价。

虽然可见波段LED不给力,但是有一个波段的UV-C-LED波段的LED,价格依然坚挺。根据UV能量的大小不同,即波长的不同,我们又把UV分成三种,它们分别是:UVA320~410nm)、UVB280nm~320nm)、UVC200nm~280nm)。

UV-LED市场应用中,UV-A占有大市场份额高达90%,其主要的应用市场为固化,涉及到美甲、牙齿、油墨印刷等领域。除此之外,UV-A也导入商业照明,可以使白色衣物看起来更洁白;UV-B以医疗为主,据报导293nmUV-B可以产生维生素D3,抑制骨骼疏松症等代谢性骨病,尤其是缺乏日照的地区(应用小众);UV-C则主要应用于杀菌消毒,自新型冠状病毒肺炎疫情在全球传播以来,消费者杀菌消毒意识迅速提高,防疫商机也带动了UV-C-LED系列产品的需求。

LEDUV印刷固化面光源

 

来源:深圳市海特奈德光电科技有限公司

不同波长的LED价格和市场份额主要是受技术门槛的影响,波长越短的技术要求越高,UV-C-LED价格约是UV-A波段LED价格的10倍。UV-C具有彻底的杀菌消毒功能,可以广泛应用于白色家电、净水、空气净化、医疗和军事等领域(市场容量大大的),而且UV-C技术门槛最高,附加值最大,拥有极高的毛利率。因此UV-C-LED的应用是广泛的,如果它能大量应用当然也是会带旺蓝宝石衬底的市场需求。

尽管UV-C-LED相比于传统的汞灯而言可圈可点之处很多,但目前UV-C-LED还存在外延层制备技术难度大、芯片结构设计困难、芯片封装材料限制多、芯片散热困难等问题,导致UV-C-LED价格实在太高了难以得到大范围的推广。但从材料基因上及市场需求来看,UV-C-LED应用潜力真的很大。

图片来源:湖北深紫科技有限公司

 

潜力股2:mini/microLED

前面提到,可见波段LED日子有点不好过,但其实并非所有的可见光波段的LED都没有发展机会了。据调研机构TrendForce发表的2020年十大科技产业趋势,其中MiniLEDMicroLED位居趋势之一,并且将大量应用在高端产品上,MiniLED将与OLED直接竞争。消费电子龙头、TV厂商、面板企业和LED显示产业链上中下游都卯足了劲将更多的注意力、资金、技术投入到了火热的Mini/MicroLED市场。电子信息时代,除了芯片不断进步以外,屏幕显示的材料也是不断迭代中,真是生命不息,创新不止,惊喜不断。

你还记得这个大屁股显示器么

大屁股显示器也叫CRT显示器,学名为“阴极射线显像管”

实际上,从本质上来说,MicroLED、MiniLED一样,都是基于微小的LED晶体颗粒作为像素发光点,区别在于,MicroLED是采用的1-10微米的LED晶体,实现0.05毫米或更小尺寸像素颗粒的显示屏;MiniLED则是采用数十微米级的LED晶体,实现0.5-1.2毫米像素颗粒的显示屏。而我们耳熟能详的小间距LED,采用的是亚毫米级LED晶体,最终实现1.0-2.0毫米像素颗粒显示屏。miniLED被视为过渡技术,是一种类似LED但规模较小的产品,MicroLED类似OLED,基于像素,其生产过程更为复杂。

华硕32英寸MINI-LED背光4K显示器,采用MINI-LED背光技术,其LED比传统尺寸小一半,以更密集的方式提高亮度控制的粒度。它能够实现1152区动态背光控制,具备更高亮度和更深暗度,提供更佳对比并且准确重现HDR内容。

据悉,MicroLED耗电量仅为LCD10%0LED50%。另外,与同样属于自发光显示器的OLED相较,在同样的电力下,亮度比OLED荧幕高出三倍,并具有较佳的材料稳定性与无影像残留。而且类比于平时我们见到的LED显示屏(一块块拼接起来的那种呢),采用“模块化”的方式用户可以随意添加屏幕,对于屏幕添加的数量目前没有上限限制。

更小的LED可以取得更好的显示效果和分辨率,更小的LED需要芯片微缩化,而为了适应芯片微缩化,对于设备的要求自然也会提升。因此Mini/MicroLED最关键的技术和工艺问题都存在于芯片和设备部分,所以这也是投资以及技术研发力度最大的部分。这一领域主打高端市场,毛利润高,但技术难度也同时存在。

潜力股3:消费电子

消费电子领域是一个体量极大的市场,自然是蓝宝石材料不能停止探索其应用可能的市场热点,在这一领域通常是用作视窗口材料使用。其一开始被点燃大概是是某果整的导火索,尽管某果最后还是放弃了蓝宝石屏幕,似乎是给蓝宝石在手机屏上的应用泼了一盘冷水,但这绝对不阻碍蓝宝石在消费电子上的探索。

或许蓝宝石一时半会儿是不可能攻破其大尺寸薄片应用(很遗憾手机屏幕现在算是大尺寸)的致命弱点:啵啵脆,但稍微小块一点的它还是能hold住的。例如是个机子就得有的镜头盖,还有时下非常潮流的移动可穿戴设备某Wacth,某智能手环、某智能手表等的窗口材料都有蓝宝石的身影。

     

科技进步让蓝宝石走进千家万户

虽然现在蓝宝石在消费电子的应用比例是比较小的,但以消费电子的市场容量来说,体量真是不少呢,如果蓝宝石晶片广泛被可穿戴设备上的应用,将会大大刺激蓝宝石的需求空间,让蓝宝石行业充满无限想象空间。而在消费电子类中最让蓝宝石业界期待的“在手机屏幕上的应用”受限于目前的加工制造水平还不能得到大量的推广,自然还是有好长的路需要走。

本文内容来自粉体圈。

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