光学玻璃市场前景广阔,技术攻克助力高端光学玻璃关键原材料国产化

玻璃玩家 2023-04-20
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光学玻璃是指可以改变光的传播方向的玻璃,同时改变紫外、可见和红外光的相对光谱分布,具有高透明性、高度均匀性和精确的光学常数,是制造光学镜头和光学仪器的主要原材料。光学玻璃与普通玻璃的主要区别有光学玻璃具有高度透明性、物理及化学上的高度均匀性以及特定和精确的光学常数。

光学玻璃主要可以分为无色光学玻璃、有色光学玻璃、防辐照光学玻璃、耐辐照光学玻璃、紫外和红外光学玻璃、光学石英玻璃等几类。其中防辐照光学玻璃市场比重最高,2022年占比约为45.2%;其他细分产品的市场占比分别约为21.5%、10.2%、6.1%、5.93%、4.62%、3.24%和3.21%。

光学玻璃行业是指从事光学玻璃制造相关性质的生产、服务的单位或个体的组织结构体系的总称。具体指用于放大镜、显微镜、光学仪器等方面的光学玻璃,日用光学玻璃,钟表用玻璃或类似玻璃,光学玻璃眼镜毛坯的制造,以及未进行光学加工的光学玻璃元件的制造。

从行业特点来看,行业具有技术密集和劳动密集的显著特点,属于高标准、低频率和长服务周期的行业,其市场消费行为频次相对较低,消费群体对产品的更新换代速度不高,同时行业盈利模式较为透明,企业缺乏相应的市场盈利点,这使得行业增长速度缓慢;从行业地位来看,光学玻璃是光电技术产业的主要组成部分,在所有光学材料中用途最广且市场份额最大,占比为90%,是民生行业之一。

01

光学玻璃的分类

学玻璃是能改变光的传播方向,并能改变紫外、可见或红外光的相对光谱分布的玻璃。

狭义的光学玻璃是指无色光学玻璃;广义的光学玻璃还包括有色光学玻璃、激光玻璃、石英光学玻璃、抗辐射玻璃、紫外红外光学玻璃、纤维光学玻璃、声光玻璃、磁光玻璃和光变色玻璃。

光学玻璃可用于制造光学仪器中的透镜、棱镜、反射镜及窗口等。由光学玻璃构成的部件是光学仪器中的关键性元件。

通过折射、反射、透过方式传递光线或通过吸收改变光的强度或光谱分布的一种无机玻璃态材料。具有稳定的光学性质和高度光学均匀性。

1、无色光学玻璃

对光学常数有特定要求,具有可见区高透过、无选择吸收着色等特点。按阿贝数大小分为冕类和火石类玻璃,各类又按折射率高低分为若干种,并按折射率大小依次排列。多用作望远镜、显微镜、照相机等的透镜、棱镜、反射镜等。

2、防辐照光学玻璃

对高能辐照有较大的吸收能力,有高铅玻璃和CaO-B2O2系统玻璃,前者可防止γ射线和X射线辐照,后者可吸收慢中子和热中子,主要用于核工业、医学领域等作为屏蔽和窥视窗口材料。

3、耐辐照光学玻璃

在一定的γ射线、X射线辐照下,可见区透过率变化较少,品种和牌号与无色光学玻璃相同,用于制造高能辐照下的光学仪器和窥视窗口。

4、有色光学玻璃

又称滤光玻璃。对紫外、可见、红外区特定波长有选择吸收和透过性能,按光谱特性分为选择性吸收型、截止型和中性灰3类;按着色机理分为离子着色、金属胶体着色和硫硒化物着色3类,主要用于制造滤光器。

5、紫外和红外光学玻璃

在紫外或红外波段具有特定的光学常数和高透过率,用作紫外、红外光学仪器或用作窗口材料。

6、光学石英玻璃

以二氧化硅为主要成分,具有耐高温、膨胀系数低、机械强度高、化学性能好等特点,用于制造对各种波段透过有特殊要求的棱镜、透镜、窗口和反射镜等。此外,还有用于大规模集成电路制造的光掩膜板、液晶显示器面板、影像光盘盘基薄板玻璃;光沿着磁力线方向通过玻璃时偏振面发生旋转的磁光玻璃;光按一定方向通过传输超声波的玻璃时,发生光的衍射、反射、汇聚或光频移的声光玻璃等。

02

光学玻璃的发展

生活中我们可以看到各种各样的玻璃,如玻璃幕墙、玻璃杯、汽车玻璃以及工艺品等。而光学玻璃有别于普通玻璃,主要用于制造光学仪器或机械系统的透镜、棱镜、反射镜、窗口等。

考古家证明,公元三千年前,埃及和中国(战国时代)的人们已能制造玻璃。但是玻璃作为眼镜和镜子是13世纪在威尼斯开始的。

16世纪开始,因天文学家与航海学的发展需要,伽利略、牛顿、笛卡儿等用玻璃制造了望远镜和显微镜。

17世纪,光学系统的消色差成为光学仪器的中心问题。在玻璃中引入氧化铅,赫尔才于1729年获得第一对消色差透镜。

1768年,纪南在法国首先用粘土棒搅拌的方法制得了均匀的光学玻璃,从而开始建立了独立的光学玻璃制造工业。

19世纪中叶,几个发达的资本主义国家都先后建立了自己的光学玻璃工厂,如法国帕腊-芒图(1872年)、英国钱斯(1848年)、德国肖特(1848年)等。

光学玻璃主要可以分为无色光学玻璃、有色光学玻璃、防辐照光学玻璃、耐辐照光学玻璃、紫外和红外光学玻璃、光学石英玻璃等几类。

其主要有四种关键制备技术,分别为组份开发、理化测试、熔制工艺、熔制设备。其中,光学玻璃熔制技术又含单坩埚熔炼、连续熔炼等。

1953-1957年,皮尔金顿和彼克斯达夫发明了革命性的浮法玻璃技术,首次实现在同一个工艺流程中连续生产出完整的、高质量的玻璃。

而后,日本将连续熔炼应用在光学仪器上。1965年,日本HOYA公司首先实现无条纹、无气泡的BK7光学玻璃连熔生产。连熔分成原料熔化池、澄清池、搅拌均化池,最后漏料出炉。

03

国内外光学玻璃差距大,高端市场被垄断

受益于全球光学玻璃产业加速向中国大陆转移,光学玻璃企业纷纷在中国投资建厂,行业规模得到迅速扩张。数据显示,2022年我国光学玻璃市场规模已达到36亿元以上,尽管行业规模不断扩大,行业竞争日趋激烈,但由于起步较晚,技术相对落后,目前我国的光学企业还处于传统光学玻璃生产阶段,产品技术含量相对较低,与日本和德国等国际知名光学材料生产厂家相比,无论是从光学玻璃品种还是技术及设备等方面都存在着明显的差距。

目前,我国代表性的光学玻璃生产企业有四家:南通晶鑫光学玻璃有限公司(晶鑫)、北京玻璃集团公司(BOMEX)、广州奥固弘玻璃有限公司(奥固弘)和南通市国光光学玻璃有限公司(国光),上述四家企业产品线较全,生产能力较强,产品营销网络较广,产销量已占国内市场80%以上。其中,南通晶鑫光学玻璃有限公司为国内同行业的龙头企业,是江苏省乃至华东地区唯一的光学玻璃生产企业。近几年通过技术引进与营销创新,发展速度很快,规模增长迅速,成为国内主要光学材料出口企业。

此外,行业内大部分企业规模普遍较小,多数只能生产技术含量及单位价值较低的低端产品,出现供过于求的发展状况,这是由于多数企业产品种类单一,技术含量不高,产品同质化较为严重,缺乏品牌知名度,因此导致行业内企业产品销售依赖于地区销售网络,且同类产品的竞争者较多,销售局限于当地市场,从而形成行业总体集中度低的市场格局。而高端领域技术水平不足,特殊品质和特种光学玻璃等高档产品市场主要被日本、德国、英国等国的几家大公司垄断,如日本的HOYA公司、OHARA公司,德国SCHOTT公司、美国CONRING公司、英国的皮尔金顿等,我国光学玻璃行业整体竞争力较低。

04

智能手机是主要应用场景,未来在车载镜头领域的市场潜力巨大

从下游应用领域来看,光学玻璃下游市场应用场景广泛,种类丰富,在智能手机、安防视频监控、消费电子、车载、工业镜头等领域均可广泛应用,同时视讯会议、智能家居、航拍无人机、AR等新兴领域的需求也在快速增长。

当前行业最主要的应用场景是智能手机领域,随着用户对手机摄影需求的不断提升,因此对光学玻璃素质要求也随之提升。另外,2022 年中国智能手机市场出货量约 2.86 亿台,考虑到2023年手机换机周期将达历史最长,对手机零部件的性能要求更高,未来具备更高的光学素质和更薄的镜头模组优势的光学玻璃需求更大。

此外,随着汽车智能化的发展,车用镜头近年不断升级,展望下一个十年,车载镜头或将成为光学玻璃终端应用主流市场。综合来看,预计未来五年,细分市场年均增速可达25-30%,远超行业平均56%的水平。产能供应方面,各大主流供应商纷纷扩张产能,产能增幅较快。即便如此,未来五年,旺盛的需求依然会持续领先行业的供给水平。

过去几年里,行业上下游产业链均经历了新冠疫情、全球经济动荡、同业竞争日趋激烈等因素带来的严峻挑战。未来面对的是智能终端、智能家居、智能交通、智慧城市、人工智能、物联网、元宇宙这样的星辰大海,这些新兴的应用将拓展行业的市场空间。

05

国内企业攻克技术难关,助力高端光学玻璃关键原材料的国产化

虽然我国光学玻璃与国外仍存在差距,且大多数材料拥有极高的技术壁垒,但国内光学玻璃企业在市场需求、人才培养和产业链生态的共同支持下,正在持续加大科技研发投入,快速推进光学玻璃制造技术与先进工艺融合,提升产业链自主可控能力。不仅如此,国内光学玻璃企业还在积极探索与有实力的光学模组生产企业、光电终端制造企业建立战略合作关系,通过合资开发、专项课题研究、特聘专家、联合开发、委托设计等方式,全面调动社会资源,合力解决研发和生产中的现实问题,开发新型光电材料、开展光电材料精密制造工艺研究。同时,还积极探索网络营销模式,通过网络销售平台,为新兴光电企业、中小科研机构提供小批量、多种类的产品支持和技术支持。未来国内光学玻璃厂商有望把握供需不平衡发展良机,加速国产替代进程,实现国产化份额突破。

考虑到高端光学玻璃进口产品价格高企,国产化后能给国内光学玻璃制造企业带来丰厚的利润,加上随着产业转移,进入了市场驱动的良性发展阶段,严酷的市场竞争已淘汰了那些竞争力不强的企业,预计未来高端光学玻璃制造国产化有望进入快车道。

文章来源: 杭州光智云软件有限公司, 观研天下,光电汇

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