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郑州华晶金刚石股份有限公司

蓝宝石触摸屏离广泛应用仅一步之遥

关键词 蓝宝石 , 触摸屏 , 移动设备|2013-07-13 09:31:40|来源 第一财经周刊
摘要 作为康宁公司(CorningIncorporated)最广为人知的产品,“大猩猩”玻璃至少做了两件好事:第一是满足触摸屏手机的操作需求,第二则是多少对付了一...
  作为康宁公司(Corning Incorporated)最广为人知的产品,“大猩猩”玻璃至少做了两件好事:第一是满足触摸屏手机的操作需求,第二则是多少对付了一些人摔手机的坏习惯。尽管安装了大猩猩玻璃的手机有时仍然会被摔得惨不忍睹,但它的确已经比普通玻璃强韧太多了。

       最近康宁公司打算把大猩猩玻璃的这种优良传统进一步发扬光大。在这家公司的工厂内,第三代大猩猩玻璃的生产计划正被排上日程,它将比目前的产品还要坚固数倍。新产品是在2013年1月的CES展上被公开展示的,康宁计划在2013年年内就让它上市。

        在康宁公司加紧部署新产品的时候,它在未来可能出现的竞争对手已经在iPhone 5这样的手机上悄悄冒头了。为了加强保护,iPhone 5在相机镜头盖上用了合成蓝宝石。虽然现在这种材料还没有成为主角,但你似乎不应该怀疑它的前景。

        “越来越多的厂商会跟进苹果,在智能手机中使用更多蓝宝石材料。”咨询机构Yole Developpement的分析师Eric Virey表达了这样一种观点。甚至在手机行业供应链上也传出消息,在苹果下一代iPhone的Home键、显示屏等部件上,将大量出现蓝宝石玻璃。

        自2007年iPhone诞生以来,伴随着这种全球最畅销的手机之一的大猩猩玻璃,也逐渐主导了大部分智能手机的触摸屏。康宁国际大中华区消费电子商务总监王兆应对《第一财经周刊》透露的数字是,在过去6年,大猩猩玻璃已应用在全球30多个主要品牌、1000多个产品型号中,涵盖超过15亿台设备。

        大猩猩玻璃最初就是为了满足触摸屏的特征而研发的。康宁公司不仅为此改变了普通玻璃的成分,在传统的硅酸盐之外还加入了铝,还运用了一种名为“熔融下拉制程”的专利技术。最后这种玻璃不仅光滑轻薄、灵敏度高,同时也有一定的强度以对抗划痕和碰撞。这些产品特征也正是“大猩猩”这个名字的由来。

        《纽约时报》那篇着名的《iPhone为何在中国制造》,曾经描述过大猩猩玻璃的诞生原因。2007年,离iPhone原定的上架时间还有1个月,乔布斯把一小群苹果高层召进了一间办公室。他生气地举起当时揣在裤兜里好几个星期的一台样机,好让大家都看到塑料屏幕上的几十条微小划痕,然后把自己的钥匙从裤兜里掏了出来。“人们都会把手机揣在兜里,还会把钥匙装进去。我不愿意出售会有划痕的产品。”他说。唯一的办法便是找到不会产生划痕的玻璃,而这件事情必须在6周之内办好。

        不过后来的维修数字所表明的事实仍然有些残酷:电子产品保修公司SquareTrade最新发布的一个数据表明,从2007年第一代iPhone推出至今,美国人已经花费了59亿美元用于维修自己的iPhone;在造成iPhone损坏的5大原因中,“摔落”占30%,比排在第二位的“进水”高出12个百分点;有6%的用户曾经用胶带将破碎的iPhone屏幕粘合以继续使用。

        “许多手机制造商和用户都经历过屏幕破裂的困扰。我们的一项调查显示12%的智能手机在使用第一年就会破裂,而用户甚至愿意为了一个强度更高的屏幕多付30美元。”Virey说。

        尽管大猩猩玻璃已经比普通玻璃坚固许多,甚至小刀也无法将它划伤,但它仍然不是无敌的,尤其是遇到包含石英成份的沙尘,因为其硬度甚至超过钢。此外大猩猩玻璃的强度大也并不能代表它的韧性高,当它摔落时仍然容易破碎。

        于是当工业蓝宝石供应商们认为应该有更加完美的解决方案时,大猩猩玻璃的这种缺陷成为了他们的“把柄”。

        蓝宝石的主要成分是氧化铝,之所以会呈现斑斓的色彩,是因为它含有铁等其他杂质,真正纯净的蓝宝石则是无色透明的,透光率极佳,因此非常适合用于显示器的制作;蓝宝石的介电常数也比强化玻璃更高,如果用于触摸屏,相同面积下的灵敏度也更高;更关键的指标是硬度,蓝宝石的强度是目前市面上强化玻璃的3倍,在摩氏硬度表中指数能达到9,仅次于钻石

        “这让蓝宝石几乎不可能被划伤。”GT Advanced Technologies(以下简称“GTAT”)的市场总监Jeff Nestel-Patt对《第一财经周刊》说。这家公司原本从事太阳能产业,2010年7月收购了一家工业蓝宝石供应商Crystal System,原因正是看重蓝宝石未来在智能手机等大众电子消费品领域的潜力。

        蓝宝石是经历了几次技术变革之后,才得以逐渐进入消费市场的。天然蓝宝石非常稀有、价格高昂。一直到1902年,法国化学家Auguste Verneuil首次发明了人工合成蓝宝石技术,从此蓝宝石开始被应用在高级腕表和一些对强度性能要求较高的产品中。

        到了1960年代,由于蓝宝石坚固稳定,抗信号干扰能力强,因此人们将蓝宝石薄片作为衬底,在上面覆盖上一层硅,用在高频率抗干扰电子元器件上,这一技术目前仍然被使用在智能手机的天线内,用来降低信号干扰。另外,如今几乎每个带LED显示屏的电子产品都会用蓝宝石作为LED芯片的衬底,它是蓝宝石最大的应用市场。

        在手机屏幕方面,蓝宝石一度只是一些昂贵的小众品牌的选择,比如Vertu。另一家工业蓝宝石公司Rubicon Technologies的CEO Raja M.Parvez对此解释说,人工蓝宝石在模具中合成之后,最初多是一个不规则的圆柱体。由于它的强度高,因此若要把它打磨再切成薄片,然后根据需要做成不同形状,就需要用金刚钻切割,再打磨抛光。这一生产过程的成本非常高昂。

        这里有一些数字可以证实:用大猩猩玻璃制作一个智能手机显示器,成本仅为3美元;而相同面积的蓝宝石玻璃的造价会是大猩猩玻璃的7倍多,需要23美元。Eric Virey认为,尽管性能更优越,但蓝宝石的成本必须降到15美元以下才能让手机制造商们产生兴趣。

        这就是一些工业蓝宝石供应商正在做的事。其实在过去15年,蓝宝石的生产成本已经下降了10倍,最大的一个原因在于技术进步带来的产能提升。2009年年末,LED显示屏成功应用在大尺寸电视机上,蓝宝石衬底需求大增,直接导致随后2年蓝宝石产能的短缺,各供应商不得不进行技术改进以提升产能。

        在2001年的时候,Rubicon Technologies所生产的蓝宝石晶圆仅重3.5千克,切割后用于制作衬底的薄片直径也只有2英寸(约5厘米)。如今,Rubicon的蓝宝石晶圆平均重85千克,最大可以达到200千克,衬底薄片的直径也扩展到6英寸(约15厘米)。“在采购蓝宝石衬底时,大尺寸对于LED芯片制造商来说可以节约成本,但同时也需要更高的技术,才能在保持更大产量的同时保证质量,并且切割和抛光这些大尺寸薄片也需要更高的精准度。”Parvez说。

        GTAT收购Crystal Systems之后也拥有了蓝宝石合成的专利技术—ASF熔炉。由于采用了独特的保密设计,ASF熔炉能在相同尺寸的模具内,提高35%的蓝宝石产能,相当于间接降低了成本,特别适合制作大尺寸的蓝宝石晶体。“过去几年中蓝宝石行业最大的变化就是制造成本的持续下降。”Jeff Nestel-Patt 说,这一趋势为蓝宝石的应用开启了更多可能性,比如智能手机等移动设备的显示屏。2013年5月,GTAT拿到了为摩托罗拉新款POS机供应蓝宝石屏幕的订单,此前这种POS机一直只使用强化玻璃作为屏幕材料。

        激烈的竞争是导致蓝宝石成本下降的另外一个原因。由于对LED前景的乐观态度,过去3年,蓝宝石市场新增了80家公司,其中50家位于中国。这也是为什么如今所有制造商都在想方设法开辟新的应用市场,并迫切希望把蓝宝石用在手机上。

        从行业咨询机构的角度看,Eric Virey预计蓝宝石用于智能手机屏幕制造的成本将在未来数年降到13美元左右,尽管还是比大猩猩玻璃贵,但优越的性能还是会吸引一些高端的智能手机型号使用。“未来5年,智能手机对于蓝宝石制造商来说意味着一个20亿美元的新市场。”Virey说。最先在一些高端手机市场上,蓝宝石玻璃会成为大猩猩玻璃的主要竞争对手。Virey预计到2018年,蓝宝石在智能手机显示器市场的渗透率将达到5%至18%。

        在相当一段时间内,大猩猩玻璃还可以通过改进的工艺、更经济的价格来维持自己的竞争力。“蓝宝石的基本物理结构对于降低成本而言是一个很大的障碍。”王兆应说。根据康宁的实验,即便是在很小比例的手机上使用,也需要投资数十亿美元才能生产出足够数量的蓝宝石。康宁也曾经发布过一份冗长的报告,证明第三代大猩猩玻璃由于采用了原材耐损技术,因此其表现会优于蓝宝石材料。

        原材耐损是一种原子层面的技术,它对玻璃的原子排列进行了改进,使它们的原子单位不像原玻璃成分排列那么紧密,并且原材料内部的化学性质也有所不同,使新的大猩猩玻璃的耐损性能进一步提高。同第二代大猩猩玻璃相比,它能减少40%的可见划痕、导致横向开裂所需要的力也是原来的3倍。

        Rubicon Technologies和GTAT这样的公司则不打算让自己追赶大猩猩的过程拖得太久。GTAT最近正在大力投入一项名为Hyperion Implant的晶圆生产技术,它原本是用来提高硅片和太阳能电池芯片产量的。GTAT希望将它运用到蓝宝石的生产中,让蓝宝石衬板变得几乎比头发丝还细,能同其他相对更经济的材料拼接在一起使用。GTAT相信,这一技术一旦实现商业化,将进一步降低蓝宝石的成本。

        “蓝宝石运用于触摸屏和移动设备,这已经不是会不会发生的问题了,而是有多快的问题,随着成本的下降,相信这一进程会不断加快。”Jeff Nestel-Patt说。如果让他与王兆应面对面,这话会显得非常针锋相对。而对于越来越多涌现在市场上的移动设备来说,屏幕上覆盖的玻璃又多了一种选择这当然是一件好事。

        大猩猩要小心了。
 

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