淺談智能手機玻璃蓋板發展及應用研究

沈斌+馮小江+李培春

摘 要：玻璃蓋板具備高硬度、高強度、耐劃傷、高透過率及優異的抗沖擊等性能，廣泛應用于智能手機、平板電腦等領域，其應用前景十分廣闊。文章論述了玻璃蓋板的發展和應用，對我國玻璃蓋板原材現狀進行分析，指出我國玻璃蓋板現有問題并提出發展方向。

關鍵詞：玻璃蓋板；智能手機；平板電腦

中圖分類號：TQ171.72+9 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）28-0151-02

1 玻璃蓋板簡介

隨著觸控屏的應用普及，玻璃蓋板憑借著其優異的力學性能和光學性能成為智能手機、平板電腦等產品觸控模組的保護蓋板主流產品。

玻璃蓋板的原材料母玻璃目前有兩種主流生產工藝，分別為以美國康寧公司為代表的溢流法工藝和以日本旭硝子公司為代表的浮法工藝。按照原材料配方可分為鈉鈣玻璃和鋁硅玻璃。從工藝角度對比，溢流法優點在于玻璃兩側應力分布均勻，產品平坦度更好，缺點是投資大、產能低。浮法工藝是非常成熟的平板玻璃制造工藝，優點是產能大，缺點是玻璃在錫槽成型過程中玻璃棉與錫面及保護氣體面張力差異導致產品翹曲度大，在后段化學強化過程中翹曲更明顯，需要對半成品進行研磨以保證翹曲度在規格要求之內。采用溢流法工藝的廠商有美國康寧、日本電氣硝子等，采用浮法工藝的廠商有日本旭硝子、日本板硝子、中國東旭集團等。從原材配方對比，鋁硅玻璃中Al2O3及K2O含量遠超過鈉鈣玻璃，SiO2組分低于鈉鈣玻璃。Al2O3以【AlO4】四面體存在，并且Na2O+K2O+MgO-Al2O3≥10%，從而保證玻璃具有較低的熔融溫度[1]，此外【AlO4】的存在有利于玻璃蓋板化學強化深度增加從而大幅提升強化后玻璃的力學性能。以日本旭硝子AS2鈉鈣玻璃與Dragon Trail鋁硅玻璃為例進行對比，龍跡玻璃強化后表面維氏硬度由595Mpa提升到646Mpa，有利于玻璃蓋板耐劃傷性能的提升[2]。

2 玻璃蓋板性能

玻璃蓋板主要作用是保護顯示屏，應具有優異的力學性能。為達到以上要求，玻璃蓋板在加工過程中通常采用化學強化，以CS（Compressed Stress）-表面壓應力，CT（Center Tension）-中心張應力，DOL（Depth of Layers）-強化層深度三個指標來評估，三者之間的經驗式為：CS=CT（t-DOL）/DOL，式中t表示玻璃厚度[3]。化學強化過程中K+替換Na+，隨著強化深度的增加，玻璃蓋板的表面壓應力CS和CT均提升，CS數值增加能有效提升玻璃蓋板的表面硬度，CT數值增加則增加了玻璃自爆的風險，因此各廠家會給出最佳的強化時間、溫度和KNO3溶液離子濃度。

3 玻璃蓋板行業發展現狀

根據IHS觸控屏市場分析報告，2017年玻璃蓋板應用端使用量將達到26億片，創造的產值接近95億美金，其中以手機、平板電腦與筆記本電腦為主要的應用產品，保護玻璃需求面積將超過4000萬平方米。隨著柔性OLED及無線充電技術的發展，未來手機玻璃蓋板將采用前后雙3D玻璃，玻璃需求面積將穩步增長，預計2020年，全球保護玻璃蓋板市場需求達到7500萬平方米。其中中國區觸摸屏鋁硅玻璃原材需求占市場的80～90%，目前玻璃蓋板主要供應商仍以美國康寧、日本旭硝子、日本電氣硝子為主，中國本土制造商東旭集團、成都光明等雖已進入該行業，但市場應用比例較小，還需要持續提升產品性能及推廣市場應用范圍。

3.1 國外玻璃蓋板原材主要廠商簡介

（1）美國康寧（Corning）

康寧成立于1851年，是全球最大玻璃基板制造商，其推出的大猩猩1代應用于蘋果4代手機獲得巨大成功，隨后康寧陸續開發出大猩猩2代、大猩猩3代、大猩猩4代產品。2016年7月康寧正式推出大猩猩5代玻璃，在試驗測試中，當屏幕朝下從1.6米的高度跌落到粗糙表面上時，康寧第五代大猩猩玻璃的完好率達到80%，該產品已應用于華為P10&P10 Plus等高端手機。

（2）日本旭硝子（AGC）

旭硝子成立于1907年，其玻璃業務涵蓋建筑平板玻璃，汽車玻璃，顯示器玻璃領域，旭硝子利用浮法工藝在2011年推出了龍跡玻璃“Dragon trail”，隨后推出龍跡2代“Dragon trail-X”，2016年9月旭硝子最新產品“Dragon trail Pro”，其強化后CS達到驚人的1200Mpa，是目前全球最高等級的表面壓應力。旭硝子在玻璃蓋板行業擁有領先的市占率。

（3）日本電氣硝子（NEG）

日本電氣硝子公司成立于1944年，是全球第三大玻璃基板廠商，其玻璃業務涵蓋平板玻璃，建筑玻璃、光學玻璃及太陽能玻璃。電氣硝子采用溢流法制造T2X系列（Tougher & Thinner glass for ion-eXchange）玻璃，其中T2X-0適用于先強化后切割加工，應用于OGS行業，T2X-1追求玻璃優異力學性能，應用于保護玻璃蓋板行業。

3.2 國內玻璃蓋板原材主要廠商簡介

（1）東旭集團

東旭成立于1997年，是一家集光電顯示材料、高端智能裝備、新能源、生態環保等產業于一體的多元化實業集團。旗下子公司旭虹光電在綿陽有一條浮法產線，2014年5月旭虹推出“王者熊貓”玻璃MN228，是國內首家實現量產的鋁硅鹽蓋板玻璃，月產能達到80萬平方米。目前已應用于小米、聯想、中興等知名終端產品。

（2）彩虹集團

彩虹成立于1977年，2012年12月整體并入中國電子信息產業集團有限公司。2016年11月彩虹集團發布“彩虹凱麗”玻璃，產品對標康寧GG4，在特有的兩次離子交換化學強化工藝技術條件下，強化深度可達到100微米以上。未來三年彩虹將投資6～8條生產線，月產能將達到67～90萬平方米。endprint

除了以上代表企業，國內還涌現出一批企業踴躍布局玻璃蓋板原材，其中中國南方工業集團旗下的成都光明光電、中華映管、臺玻集團、湖南邦盛凱博均投資建設產線[4]。

4 我國玻璃蓋板原材發展問題點及方向

我國玻璃蓋板原材研發起步較晚，與國外同類產品相比，有三個主要問題仍需持續提升。

4.1 持續提升產品技術能力

國外玻璃蓋板原材產線投資較早，生產工藝非常成熟，且主要廠商均適時推出迭代新產品，從而實現多種量產品來滿足市場不同需求。而國內廠商產線建設較晚，在承受著場地、設備折舊的同時還要采取低價銷售與國外廠商爭奪市場份額，導致盈利水平較低。所以國內廠商需持續加大研發投入，不斷推出新產品滿足市場新應用需求。此外還應積極對標國外最新產品，著重提升玻璃的力學性能關鍵指標如：表面壓應力CS，強化深度DOL等。

4.2 持續強化知識產權保護

我國的自主創新能力長時間以來都是比較薄弱的，這就造成了我國和其他國家和地區在競爭中盡處下風，其中國內企業對于知識產權不夠重視是重要原因之一。玻璃蓋板原材海外廠商均是美國、日本、德國等發達國家，企業對于知識產權十分重視，此外采用玻璃蓋板的客戶以智能手機、平板電腦為主，產品銷往全球，因此品牌客戶也十分重視知識產權。為了應對知識產權糾紛的風險，需要國內企業對于玻璃原材配方、生產工藝關鍵技術等積極調研競爭對手的信息，做到提前規避競爭對手專利并在主要國家和地區盡快申請專利證書。對于知識產權糾紛應遵守相關法律法規積極應對，對于競爭對手侵犯自身知識產權需要采用法律手段堅決維護自身利益。

4.3 持續降能耗，打造環境友好型工廠

玻璃工業污染物主要為大氣污染、廢水污染和固廢污染[5]。隨著國民經濟發展步入新常態，資源能源和環境約束倒逼行業轉變發展方式，產能過剩制約發展質量效益提升。另一方面隨著顯示行業在國內蓬勃發展，未來幾年玻璃蓋板需求會呈現急速增長，為蓋板玻璃行業創造了一定發展空間，這就給玻璃產業升級轉型創造了契機。在打破國外壟斷玻璃蓋板的同時持續的降低企業能耗，不斷提升產品環境競爭力，打造環境友好型工廠。為此針對國內現狀，相關企業與科研院所應協同開發，突破關鍵工藝技術及裝備，實現價值共創。

參考文獻：

[1]田英良.Gorilla（R）Glass產品化學組成與性能發展規律解讀[C].中國硅酸鹽學會電子玻璃分會2013年光電子玻璃技術研討會，2013.

[2]夏文寶，姜宏，魯鵬.觸摸屏蓋板玻璃的發展及應用前景[J].玻璃與搪瓷，2014，42（1）：40.

[3]王承遇，盧琪，陶瑛.觸摸屏手機玻璃面板的性能與制備[J].玻璃與搪瓷，2012，40（5）：32-38.

[4]侯建偉.觸摸屏蓋板玻璃生產技術及市場分析[C].中國硅酸鹽學會電子玻璃分會2013年光電子玻璃技術研討會，2013.

[5]茆令文.論環境保護與玻璃工業的可持續發展[J].廣東建材，2000（10）：1-3.endprint