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手机玻璃:“硬碰硬”的较量 2023年12月05日 本报记者 谷月

一部智能手机价格动辄几千、上万元,而屏幕占手机成本25%,一不小心摔坏了,维修费少则几百元,多则上千元。于是,手机屏幕玻璃(盖板)成了第一道安全屏障。

自2007年研发出大猩猩玻璃并成功应用在iPhone手机上后,康宁一战成名,并在接下来的十几年中始终占据手机屏幕玻璃领先地位。近两年,国产手机厂商开始“打磨”手机屏幕玻璃。去年华为就在Mate50系列上推出了昆仑玻璃版本,荣耀在90系列和X50上用上了硬度更高的巨犀玻璃,魅族也带来了名为泰坦的超坚硬玻璃,近日小米集团开发出迄今为止最坚硬的龙晶玻璃……

康宁大猩猩玻璃盛极一时

今天,大部分智能手机都以玻璃作为保护屏幕的盖板,但早期的手机屏幕盖板并不是玻璃。

在键盘功能机,甚至是“大哥大”时期,屏幕的保护面板以PC塑料(聚碳酸酯)和有机玻璃(PMMA)材质为主,这两种材质都有一个最大的弱点——不太耐磨。但当时的手机功能较少,显示的内容基本以文字为主。因此,即便屏幕有些许划痕也不影响使用。

可是,到了触屏手机时代,屏幕变得越来越大,承载的功能越来越多,如果屏幕不清晰,那么观影、拍摄、阅读、办公等一系列体验感将大打折扣。

2007年,苹果初代iPhone亮相,首次实现了无键盘的大屏智能触控交互方式,而在屏幕表面覆盖着的正是一层经过化学强化处理的碱铝硅玻璃,由此才算开启“玻璃+电容式全触屏”的主流之路。

玻璃屏幕更通透,质感更细腻,也更加耐刮,不过它也有缺点:质地脆、不抗摔。以iPhone为例,当时iPhone的屏幕经常被用户不小心摔坏,甚至为了减少高达千元的维修成本还专门产生了“碎屏险”,消费者大呼“伤不起”。

2010年,苹果第一代Retina视网膜屏手机iPhone 4正式发布,产品采用前后双玻璃设计,号称用上了当时业界最坚固耐磨的玻璃面板,而这块玻璃就是康宁的当家产品——大猩猩玻璃(Gorilla Glass)。

据业内人士透露,康宁一直是苹果玻璃面板的原料供应商,第一代大猩猩玻璃就是为iPhone 4专门研发的。后来,经过不断迭代更新,康宁玻璃的抗磨、抗摔性能越发优异,因此也获得了各大手机品牌的青睐。

在此后的十几年中,康宁始终占据手机屏幕玻璃领先地位。哪怕近几代的iPhone舍弃大猩猩玻璃,改用为超瓷晶玻璃,但新玻璃材质却是苹果和康宁共同研发的。据悉,超瓷晶玻璃是康宁在大猩猩玻璃的基础上,将氧化物(如氧化铝)加入到玻璃中,从而提高了玻璃的硬度和耐磨度。

康宁官方网站显示,自2016年康宁推出第五代大猩猩玻璃之后,包括华为、小米在内的各大手机厂商,都先后在各自的新旗舰手机上采用康宁旗下的玻璃产品,并作为亮点宣传。

华为带火国产屏幕玻璃

然而近两年,用上一块国产手机屏幕玻璃开始变成国产手机厂商的“执念”。

2022年下半年,华为率先搭载并带火了昆仑玻璃。

据介绍,华为Mate50 Pro使用的昆仑玻璃获得了业界首个瑞士SGS五星抗跌耐摔认证,整机耐摔抗跌落性能是普通玻璃的10倍。昆仑玻璃因此成为业界关注的焦点。最近,华为X5折叠屏手机大热,其宣传亮点主打“抗摔耐磨”,该手机采用的正是“玄武钢化昆仑玻璃”。

相关资料显示,昆仑玻璃是地地道道的国产玻璃,来自重庆鑫景特种玻璃有限公司(以下简称“重庆鑫景”)。重庆鑫景创立于2014年,研发投入近20亿元。

在华为之后,越来越多的国产手机厂商开始选用国产屏幕玻璃。比如,今年荣耀在Magic4至臻版与Magic5至臻版两款机型上,均采用了自研的“巨犀玻璃”。据悉,该款玻璃在耐摔性能上可以媲美昆仑玻璃。

魅族在其20系列手机上使用了一种全新双微晶玻璃材料——泰坦玻璃。该玻璃由山东青岛玻璃制造商生产,具有高透光、高强度、耐高温等特点。

近日,小米已经开发出迄今为止最坚固的手机玻璃——龙晶玻璃。根据官方公布的数据,小米龙晶玻璃的抗跌落性能较此前提升了10倍,耐刮性能提升了1.32倍。

据业内人士分析,手机厂商之所以如此迫切地在这一块小玻璃上投入精力,主要有两方面因素。

其一,从需求端来看,手机厂商存在降低物料成本的需求。在昆仑玻璃未面世前,几乎市面上大部分手机使用的都是康宁大猩猩玻璃,其价格自然水涨船高。

其二,从供给层面来看,如今,国内玻璃厂商正在崛起,国产手机屏幕玻璃与国外先进的产品相比,不但能达到同样甚至更好的耐刮擦效果,成本还更低。

平板显示玻璃技术和装备国家工程实验室副主任、北京工业大学材料与制造学部教授田英良向《中国电子报》记者介绍说:“我国手机玻璃采用更具优势的浮法生产工艺,突破了高温精细熔化和高温浮法成型等技术难题,单线产能较国外采用溢流法工艺的产能高出数倍,与此同时,投资成本却低很多。这使得国产手机玻璃成本较国外产品降低50%左右。”

凯盛科技相关负责人在接受《中国电子报》记者采访时指出,目前,手机玻璃已经基本实现主流产品的本土化。国产手机玻璃的生产成本更低。同时,通过完善的供应链体系,我国玻璃厂商拥有较强且灵活的生产能力,能够快速响应手机制造商的定制需求。这些优势使得我国手机玻璃产品在市场上具有一定竞争力。

在华为昆仑玻璃大获成功后,越来越多的厂商进入手机屏幕玻璃市场。

“在性价比方面更具优势的国产手机玻璃自然可以在终端应用市场不断扩大占有率。”据田英良统计,目前,国内从事手机玻璃生产的企业共12家,产能高达1.2亿平方米,国产手机玻璃占比已经从早期不足20%扩大至现在的70%以上。“中国已经成为全球手机屏幕保护玻璃第一生产大国。未来,手机玻璃市场将会呈现出中国企业绝对领先,美国、日本、德国三国企业竞相争夺高端市场的格局。”田英良表示。

多种技术创新同步进行

在市场占有率不断扩大的同时,国产手机玻璃也在不断提升技术实力和产品品类,以适配更多终端应用需求。

以最新上市的小米龙晶玻璃为例。据小米方面介绍,龙晶玻璃的维氏硬度达到了860 HV0.025。作为对比,iPhone 15系列采用的超瓷晶玻璃硬度为814 HV0.025,华为Mate 60系列采用的昆仑二代玻璃硬度为830 HV0.025。可见,国产手机玻璃硬度正不断迈上新台阶。

除了手机玻璃的硬度不断迎来突破外,国产手机玻璃在抗摔性、抗划伤性、透明微晶、超薄、柔性、陶瓷复合材料等方面的技术创新也在同步进行。

“国产手机玻璃产品迭代升级主要是在二步强化玻璃和透明微晶玻璃这两方面。”田英良表示,透明微晶玻璃组成体系多样,包括锂铝硅系统、镁铝硅系统等,其抗摔性能普遍可以达到1.2米以上,且其生产工艺正从低效的熔融浇筑法向高效的熔融压延法过渡,效率更高,成本更低;二步强化玻璃的抗划伤性能已经从早期的3N提高至5N,并进一步向7N水平迈进,其中由四川虹科最新研发投产的二步强化玻璃和重庆鑫景最新研发投产的透明微晶玻璃的抗摔防划性能表现最佳。

此外,在折叠屏手机成为新趋势的背景下,手机玻璃必须“软硬”兼顾。近几年,我国超薄柔性电子玻璃(UTG)迎来快速发展,能够满足折叠屏手机“刚柔并济”的需求。

近日,我国首条一次成型超薄柔性电子玻璃生产线在新疆阿克苏正式投产。凯盛科技自主开发的厚度仅为30微米,最小弯折半径为1毫米,弯折疲劳次数不小于20万次,抗摔性能达到1.2米的UTG玻璃也已经具备批量供货能力。据凯盛科技玻璃相关负责人透露,目前,凯盛科技正在持续进行技术升级,并已经成功开发出15微米的UTG产品,并将转入工业化量产阶段。

业内人士指出,15微米UGT若能成功量产,我国超薄玻璃产业有望实现从跟跑、并跑到领跑的跨越。