蓝宝石专题研究下篇：HEM机械化程度更高，更具成本优势及投资建议

下篇结论

对比泡生法和HEM，HEM的成本更低（可节省人力成本1525万元），自动化程度更高，使蓝宝石盖板的商业化量产成为了可能。LED衬底市场增长虽有限，手机盖板将成为市场新增长点。我们预计2016-2021年，智能手机蓝宝石盖板的市场规模将由2.3亿美元增长至139.8亿美元，年均复合增速为128.2%；智能手表用蓝宝石盖板的市场规模可由2.4亿美元增长至6.2亿美元，年均复合增速为21.3%。

三、蓝宝石晶体制作工艺的技术现状

1. 纳米级PSS将会成会蓝宝石衬底的未来发展趋势

       蓝宝石长晶形成后，会进行取芯，用掏棒机套取规定尺寸的晶棒，之后对晶棒进行切割、研磨、抛光形成晶片，用作LED衬底。

       蓝宝石图形化衬底（PSS，即Patterned Sapphire Substrate）技术，是指在蓝宝石平面衬底上制备出周期性的图形化结构，是近年来发展起来的有效提高LED芯片出光效率的技术。图形化的界面改变了氮化镓（GaN）材料的生长过程，能减少GaN外延材料的位错密度，提高量子效率；另外，粗糙的GaN蓝宝石界面能散射从有源区发射的光子，使原本全反射的光子有机会出射到器件外，从而有效地提高了光的提取效率。因此，采用PSS 技术的LED的发光强度和发光效率比普通LED 大大提高，并且反向漏电流减小，LED器件的寿命延长。

       蓝宝石图形化衬底按照晶格常数的大小可分为：微米级蓝宝石图形化衬底和纳米级蓝宝石图形化衬底。纳米级图形化衬底具有微米级图形化衬底所没有的光子晶体的禁带效应。利用其光子晶体所特有的禁带效应可以实现对光子的控制，使更多的光子出射到LED外部而不被衬底所吸收。经过测试，在20mA电流驱动下，纳米级蓝宝石图形化衬底、微米级（2μm）蓝宝石图形化衬底上GaN/InGaN 结构发光二极管的光输出功率比普通蓝宝石衬底上GaN/InGaN 结构发光二极管的光输出功率分别提高30%、20%。因此，纳米级蓝宝石图形化衬底比微米级蓝宝石图形化衬底更能提高LED的性能。

       蓝宝石图形化衬底主流制备工艺主要包括湿法腐蚀和干法刻蚀。湿法腐蚀采用等离子体化学气相淀积法（PECVD）在蓝宝石衬底上沉积SiO2或涂抹光刻胶掩膜，利用光刻技术将光刻板上的图形转移到掩膜上，在掩膜的保护下，使用混合酸溶液（H3PO4与H2SO）进行腐蚀，去除表面的掩膜后即可得到蓝宝石图形化衬底。干法刻蚀在蓝宝石衬底上沉积一层SiO2或光刻胶掩膜，利用光刻工艺在掩膜上制作光刻图形：首先刻蚀气体通过电感耦合方式辉光放电，产生活性粒子，与基片固体表面的互相作用，去除表面的掩膜后，可制得蓝宝石图形化衬底。该两种制备工艺没有明显的优劣之分，可根据终端需求的不同而选择不同的制备工艺。

2. 热交换法是蓝宝石盖板实现商业化量产的技术突破

       蓝宝石长晶技术复杂且价格昂贵，实现蓝宝石盖板商业化量产的主要壁垒在于低成本的生产大尺寸和高品质的蓝宝石晶体。目前，泡生法和热交换法是市场的主流技术，其中泡生法市场应用量的份额最大，在70%以上。但随着热交换法工艺的不断进步，贵州皓天采用HEM技术目前已能生产出重达230公斤、直径达510毫米的蓝宝石晶体，使得未来蓝宝石盖板的商业化量产成为了可能。

       假设热交换法和泡生法生产的晶体可达165Kg和85Kg，如果要生产1000万片屏幕的产量，分别需要309个和771个长晶炉，每年可长出15.2个165Kg的晶体，以及20.6个85Kg的晶体。其中，热交换生产出来的晶锭运营产量是90%，而泡生法只有60%，因而，热交换法生产出的晶锭每年可产屏幕数量3.24万，而泡生法只有1.3万，接近3倍的差距。另外，从所需的操作人员数量来看，泡生法需要385人，而热交换法只需要77人，在年产屏幕相等的情况下，泡生法所需的人员数量是热交换法所需人员数量的5倍。

       蓝宝石长晶的成本大致由5个因素构成分别说是：原材料（高纯氧化铝）、支持系统（各种设备）、热场、能耗（电力）和人力。对比以上的数据可以看出，泡生法和热交换法的原材料投入和支持系统并不存在重大的成本差异，但热交换法的热场使用时间更长，更具有成本优势，除此之外，热交换法的人力成本更低，比泡生法可节省人力307人，按每人每年5万元的薪资计算，可节省人力成本1525万元，但热交换法坩埚成本是泡生法的15倍，每年比泡生法多出60万的坩埚成本，但整体来看，热交换法的成本更低，更具优势。

HEM法和KY法之所以会在人员数量和晶锭运营产量上有重大差别主要由于两者的生产工艺和生产原理的不同：

• 长晶气泡的存在：在熔化和长晶期间，KY材料中的热分布通常将气泡向晶锭中心集中，从上到下呈垂直排列。与沿C平面轴切取的LED材料不同，显示屏盖材料需要沿晶锭的A平面轴或垂直方向切取。因而，存在于KY晶锭中心的气泡，会极大地降低KY晶锭的合格材料数量。

• 自动化长晶过程：KY长晶工艺属于高度手动的操作，需要经过高强度训练的操作工才能管理大批量生产设施。而HEM的高度自动化，简化了制造操作，可节省了大量的人力成本。

• 电耗： HEM用的ASF长晶炉使用低廉的石墨热场，可以坚持长达五年的生产。而 KY长晶炉使用的是由价格昂贵的钼或钨制造的耐高温金属热场，每运行三到四次就必须换成新的热场。

• 坩埚：这是KY 设备的一个优势，其主要原因是KY所用的钨坩埚可以使用多次，因此成本可以分摊，而 HEM用ASF长晶炉的坩埚只能使用一次。

3. 3D曲面盖板工艺是蓝宝石盖板推广的一大挑战

       玻璃盖板经过了从2D到2.5D到3D的发展过程，和传统2.5D玻璃、陶瓷盖板和金属背板相比，3D盖板性能更加优越，可以和柔性的OLED屏幕完美贴合，未来随OLED屏幕的不断推广，将会在3C产品上得到广泛的应用。3D盖板工艺对蓝宝石玻璃的挑战在于， 3D玻璃的成品率低，仅为50%，而蓝宝石玻璃成本高，另外相比硅，蓝宝石的熔点高，对蓝宝石玻璃进行3D热弯处理的难度更大。

      3D曲面玻璃与AMOLED屏幕可是实现完美贴合，要想理解3D曲面玻璃的应用需求，首先要理解OLED屏幕未来的发展趋势，OLED（有机发光二极管）屏按照驱动方式的不同可分为PMOLED（无源驱动）和AMOLED（有源驱动），PMOLED结构简单、成本低、相应速度极快，在显示简单的微型设备方面具有极大发展潜力；AMOLED的每个像素配备带有开关的TFT（Thin Film Transistor， 薄膜晶体管），其驱动方式更易于实现高亮度、高分辨率、高色彩表现、低能耗，该类面板被广泛用于消费电子产品。

       目前LCD显示面板是市场的主流，LCD（液晶显示）需要背光源，不能实现单像素点的控制，对面板的控制能力有限，且在有大量黑色画面时，LCD部分黑色画面的背光光源仍在工作，而OLED面板却可以精确关闭部分像素，所以与传统的LCD显示相比，OLED面板可以更轻薄、成像的色彩更丰富、更节能。

      根据我国的对AMLOED的十三五规划，预计2016-2020年AMOLED的生产规模可由27.2万平方米增长至786.4万平方米，年均复合增速132%。在中小尺寸方面，全球97%的AMOLED屏幕由三星提供，其良品率已经达到了99%。继三星推出3D曲面玻璃+AMOLED屏后，华为、OPPO、Vivo全部推出搭载AMOLED屏幕的机型，其中OPPO和 Vivo的OLED产品销量占比已过半。据预测，到 2020 年全球将有半数以上的智能机使用OLED屏幕。2016年，苹果向三星签订了总值25.9亿美元的合同，三星显示将在未来三年为苹果提供1.6亿块OLED屏幕。

      随着手机用AMOLED屏的普及，作为其最佳配置的3D玻璃也将会得到越来越广泛的应用。蓝宝石盖板如果要追求和AMOLED屏实现完美贴合，也要进行3D热弯工艺的处理。目前3D玻璃是2.5D玻璃价格的3倍，而蓝宝石玻璃是大猩猩玻璃盖板成本的10倍，转移到终端消费者身上，约会增加100美元。如果将蓝宝石盖板玻璃做成3D曲面玻璃，将会带来巨大的成本，以iPhone为例，配置蓝宝石3D曲面盖板的iPhone要比正常iPhone的价格高出200美元左右，就近期这无疑是蓝宝石盖板推广的一种障碍，但长期来看，3D的蓝宝石盖板将会是行业发展的最终趋势。

四、案例分析

1. 贵州皓天

       贵州皓天光电科技有限公司成立于2010年11月，是全球领先的蓝宝石制造型企业，致力于为LED、光学、手机、手表、半导体、航空、航天、国防等行业提供蓝宝石晶锭、晶棒、切割片、抛光片、窗口片等。

公司采用国际上最先进的蓝宝石生长加工技术（HEM）和设备，结合界面生长理论和能带结构理论，于2015年3月成功自主研发出质量为230Kg以上级蓝宝石，产品的高度达到285mm，直径达520mm，这一技术的突破将进一步降低长晶成本，促进蓝宝石在大型材料上的运用推广。

除技术优势外，皓天光电所在地贵阳有全国最大的氧化铝基地，氧化铝是生产蓝宝石最重要的原材料，并且贵州电力资源丰富。皓天光电于2013年总投资42亿元的蓝宝石衬底材料项目，规划于2014年建成，建成后将形成年产3000万片LED蓝宝石衬底材料的规模。目前，公司产品主要用作LED衬底材料和窗口、手机、手表，主要市场在台湾、韩国及欧美地区，在国内市场也有部分客户。其中，台湾90%的蓝宝石、衬底材料企业在用公司的产品。

2. 奥瑞德

2014年8月12日，哈尔滨奥瑞德公司进行重大重组，借壳上市，将西南药业现有的资产、负债、业务等进行置换并发行股份购买，最终持有哈尔滨奥瑞德公司100%股权。2015年6月公司进行定增并完成了10.1亿元的配套融资，总股本变为7.67亿股。公司主营业务为蓝宝石晶体材料、蓝宝石晶体生长专用装备及蓝宝石制品的研发、生产和销售，是国内最大泡生法蓝宝衬底生产商，蓝宝石单晶产能世界第一，2015年占比全球市场份额的40%。公司目前主要产品为蓝宝石晶棒、晶片及其它蓝宝石制品、蓝宝石晶体生长专用装备、硬脆材料精密加工专用装备、3D玻璃热弯机等。

2012-2016年，公司主营业务收入由2.15亿元增长至14.79亿元，年均复合增速61.9%；公司净利润由0.18亿元增长至4.67亿元，年均复合增速为127.3%，业绩表现优异。

纵观公司毛利率可以发现，公司毛利率自2014年持续提升，由20%增长至2016年的50%，提升了近30个百分点。原因在于：2014年之前，蓝宝石晶棒及蓝宝石单晶炉业务是公司业绩的基石，2015年12月公司完成了对新航科技100%的股权的重大资产购买，主营业务增加了脆硬材料精密加工专用设备的研发、设计和销售，主营业务产业链进一步延伸，在扩展原有蓝宝石业务的同时，亦成为具备规模化生产单晶炉和切磨加工专用设备的蓝宝石产业关键装备整体供应商。随着公司产业链的进一步延伸也带来了公司业绩的进一步增长，也在侧面说明了公司经营战略的正确性。

分产品来看，2015年公司主业集中于蓝宝石晶体生长及专用设备的研发，单晶炉、蓝宝石制品、研磨系列分别占比营业总收入的50%、44%和4%。2016年公司扩大主营范围，增加了3D玻璃热弯机业务，并研磨系列等生产装备在主营业务中的占比：3D玻璃热弯机、蓝宝石制品、研磨系列、精磨机、单晶炉分别占比总收入的46%、16%、13%、12%、4%。

分地区来看，公司产品业务主要分布在华东、华中和华南，三大地区分别占比公司总收入的37%、37%和26%。

综合公司的股价以及对比公司近三年的业绩表现可以看出，公司近三年的净利复合增速为142.21%，ROE为19.8%，业绩表现优异。公司当前股价17.4，PETTM为71倍，估值较高。

蓝思科技成立于2011年，2015年3月在创业板挂牌，主营业务为研发、生产、销售高端视窗触控防护玻璃面板、触控模组及视窗触控防护新材料，主营产品包括视窗防护玻璃、触摸屏单体、触摸屏模组、摄像模组、指纹模组、摄像头、按键、陶瓷、金属配件等，产品广泛应用于手机、平板电脑、笔记本电脑、电视、数码相机、播放器、GPS导航仪、汽车仪表、智能家居、医疗设备等各方面。

公司自创业板上市来，一直在扩充产业链，首先在2015年6月定向增发60亿，用于扩展蓝宝石和3D曲面玻璃的产能，其次合资设立蓝思科技智能机器人，接着于2016年收购联胜科技100%股权，通过布局3D玻璃、蓝宝石、陶瓷等新型产品，并自主研发自动化设备，为未来增长提供可持续发展的动力。

2011-2016年，公司主营业务收入由60.3亿元增长至152.36亿元，年均复合增速20%，公司归母净利润由12.36亿元增长至12.04亿元，年均复合增速为-1%。整体来看，公司主营业务收入增速尚可，但公司的盈利能力还有待遇进一步提高。

分产品来看，2016年公司主要产品：手机防护玻璃、平板电脑防护玻璃和其他产品分别占比65%、11%和24%；分地区来看，公司主要业务集中于国外，国内外业务占比分比为15%和85%，苹果和三星是公司的前两大客户，分别占比公司主营业务收入的35.07%和11.78%，两者合计占比约47%。

分产品看公司毛利率，平板电脑防护玻璃的毛利率波动较大，由2012的40%下降至2014年的3%，2016年又上升至14%，而手机防护玻璃毛利率保持着比较稳定态势，一直处于25%-30%的区间，近几年呈缓慢上升的态势。

分地区看公司毛利率，国外地区的毛利率在远高于国内地区的的毛利率在20%-30%之间，远高于国内产品的毛利率，其原因在于，公司销往国外的高端产品，其产品的毛利率也相对较高。

五、投资建议

纵观蓝宝石的整个产业链的价值分布可以看出：技术和资金高度密集于行业上游的长晶设备及晶体生长，占据着行业价值的70%，而下游蓝宝石盖板的加工和应用的技术含量稍低，人力和资金较为密集，占据行业价值的30%。

基于以上分析，我们认为：

• 就上游而言，蓝宝石长晶所需要的设备、热场控制系统技术、研发人员存在较高的技术壁垒，且设备和热场控制系统需要根据长晶需求进行个性化定制，当前市场主流的长晶工艺是泡生法和热交换法，其中70%是泡生法，近3年内不会太大的变化。但泡生法的弊端在于机械化程度低，对熟练的技术人员的依赖性高，而热交换法的自动化程度高，适合大体积、大批量的晶体生产，未来随着热交换法工艺成本的不断降低，热交换法将会是市场的主流，重点关注奥瑞德、贵州皓天科技。

• 就中游蓝宝石盖板加工工艺而言，目前对于手机盖板的抛光、倒角、2.5D的制造工艺较为成熟，且成品率较高，但3D热弯工艺的成品率仅为50%，未来5年，随着柔性OLED屏幕的不断渗透，对3D曲面盖板的需求也将越来越大，可重点关注3D热弯工艺及其设备领域，重点关注奥瑞德。

• 就下游应用而言，LED衬底市场增长虽有限，手机盖板将成为市场新增长点。我们预计2016-2021年，智能手机蓝宝石盖板的市场规模将由2.3亿美元增长至139.8亿美元，年均复合增速为128.2%；智能手表用蓝宝石盖板的市场规模可由2.4亿美元增长至6.2亿美元，年均复合增速为21.3%。