玻璃帝國(guó)反擊戰(zhàn)——折疊玻璃

【中玻網(wǎng)】我們剛剛講完折疊屏手機(jī)材料變革大潮中PI對(duì)玻璃材料的革命性顛覆，玻璃材料就已經(jīng)重整大軍，氣勢(shì)洶洶地反撲回來(lái)。

　　2019年11月，外媒有消息稱三星公司已經(jīng)與其供貨商Dowoo Insys簽訂超薄玻璃協(xié)議，用于未來(lái)可折疊設(shè)備，三星還將其在該公司的股份增加到27.7%，成為第1大股東。12月9日，三星又向歐洲專利局申請(qǐng)了“Samsung Ultra Thin Glass”，“Samsung UTG”，“UTG”三項(xiàng)商標(biāo)。近日已經(jīng)頻頻有網(wǎng)媒報(bào)道稱三星將于2月發(fā)布的Galaxy Fold 2上使用了超薄玻璃蓋板屏幕。12月又有媒體爆料稱，華為明年3月發(fā)布的Mate Xs也將使用超薄折疊玻璃蓋板。一時(shí)間，折疊玻璃風(fēng)光無(wú)限，大有將CPI材料掐死在襁褓間的氣勢(shì)。

折疊玻璃原理

　　顯示蓋板常用的鋁硅酸鹽玻璃主體結(jié)構(gòu)是硅酸鹽骨架，這樣的剛性結(jié)構(gòu)在彎曲時(shí)，橫截面上的非常大彎曲正應(yīng)力會(huì)作用在距中性軸遠(yuǎn)端的點(diǎn)上，斷裂一般會(huì)從這一點(diǎn)附近開始。但當(dāng)玻璃薄到一定程度（<0.1mm）時(shí)，上下表面與中性軸所在層足夠接近，整個(gè)彎曲部分距中性軸遠(yuǎn)端的點(diǎn)所受正應(yīng)力也不足以造成硅酸鹽骨架的斷裂而形成形變時(shí)，玻璃在宏觀上就能表現(xiàn)出可反復(fù)彎折的特性。

　　在玻璃實(shí)際制造過(guò)程中，難免會(huì)在表面和內(nèi)部形成許多微裂紋，這些微裂紋在外力作用時(shí)會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展，降低了超薄玻璃耐彎折以及抗摔、抗沖擊的能力。

　　目前業(yè)界解決這些微裂紋的主要方法是通過(guò)離子交換法，在一定溫度下，把熔融成型后含有小半徑堿金屬離子（一般是鈉離子）的玻璃沉浸在含有大半徑堿金屬離子（如鉀離子）的熔鹽中，通過(guò)離子擴(kuò)散，在玻璃表層“擠塞”進(jìn)大離子，形成表面壓應(yīng)力層，清理或舒緩微裂紋的擴(kuò)展，使玻璃的耐彎折能力和機(jī)械強(qiáng)度顯著提高。

　　離子交換法近年來(lái)在非折疊玻璃蓋板中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，康寧的大猩猩®玻璃和旭硝子的龍跡®玻璃等都使用了這類技術(shù)。折疊玻璃主要是通過(guò)對(duì)現(xiàn)有成型工藝和離子交換工藝的優(yōu)化和改進(jìn)，制造出更薄、微裂紋更少、應(yīng)力分布更均勻的玻璃，以實(shí)現(xiàn)耐反復(fù)彎折的能力和高的機(jī)械性能。

　　折疊玻璃開發(fā)情況

　　2008年FPD International 2008上，日本電氣硝子展出了僅50μm厚的無(wú)堿玻璃底板，采用溢流法制成，可以卷成大卷。

　　2012年美國(guó)顯示周及SID年會(huì)上，美國(guó)康寧公司發(fā)布了Willow Glass玻璃，厚度0.1mm，可以來(lái)回彎曲，不過(guò)當(dāng)時(shí)玻璃上還覆蓋了一層塑料，以增加其柔韌性。

　　2013年，德國(guó)肖特公司25-100μm厚的柔性玻璃實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。2014年日本旭硝子公司生產(chǎn)出厚度50μm的SPOOL柔性玻璃。同年，電氣硝子也推出了30μm厚的G-Leaf玻璃。

　　但當(dāng)時(shí)這些柔性玻璃普遍只能來(lái)回彎曲到一定弧度，并不能實(shí)現(xiàn)真實(shí)意義的折疊。

　　2018年12月，在折疊手機(jī)呼之欲出的前夜，康寧也發(fā)布視頻稱正在開發(fā)適用于折疊手機(jī)的折疊玻璃，彎曲半徑可以達(dá)到5mm。

　　折疊玻璃vs CPI

　　相較而言，超薄折疊玻璃在表面平整度、耐劃傷性、耐溫性、對(duì)顯示屏器件的沖擊保護(hù)等方面先天都具有更高的性能指標(biāo)，但這并不意味著CPI無(wú)法通過(guò)物理和化學(xué)改性達(dá)到類似水平。

　　另一方面，在蓋板折疊曲率半徑越來(lái)越接近零的過(guò)程中，遠(yuǎn)端的正應(yīng)力還是會(huì)不斷加大。CPI表面能夠承受的屈服應(yīng)力理論上還是會(huì)大于超薄玻璃的斷裂應(yīng)力，所以其理論曲率半徑小于玻璃能達(dá)到的較限。并且隨著玻璃厚度和曲率半徑的減小，制造工藝難度和成本都會(huì)非常大提高，產(chǎn)品良率也降低較多，在切割、輸運(yùn)的過(guò)程中也更容易形成微裂紋和破損。CPI在制造、切割、輸運(yùn)過(guò)程中不易受損，有更大的成本優(yōu)勢(shì)。

　　但在實(shí)際制造中，CPI也會(huì)出現(xiàn)各種缺點(diǎn)，目前能達(dá)到的曲率半徑也在毫米量級(jí)。再加上目前CPI整體產(chǎn)業(yè)剛剛起步，其技術(shù)改進(jìn)提升速度可能會(huì)慢于已經(jīng)與顯示產(chǎn)業(yè)磨合多年,研發(fā)、生產(chǎn)機(jī)制都更為成熟的玻璃產(chǎn)業(yè)。

　　折疊玻璃與CPI蓋板優(yōu)劣勢(shì)比較

　　短期來(lái)看，折疊玻璃與CPI的大戰(zhàn)還遠(yuǎn)未到分出勝負(fù)的時(shí)候，三星、蘋果等企業(yè)在這兩個(gè)領(lǐng)域也都同時(shí)有所布局，未來(lái)這兩種蓋板材料可能會(huì)在技術(shù)的不斷進(jìn)步中交替占據(jù)上風(fēng)，給消費(fèi)者帶來(lái)不斷優(yōu)化的屏幕使用體驗(yàn)。