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5G手机想要普及,离不开玻璃这种神奇的材质

发布时间:2019-05-11 17:08:11  来源:践机行事     采编:张玉翠  背景:
5G手机想要普及,离不开玻璃这种神奇的材质

  当这次接到康宁的邀请,前往这家著名的老牌材料科技公司位于美国硅谷的康宁科技中心参观的时候,笔者其实还是一头雾水。因为在2018年夏天的时候,康宁推出了第六代大猩猩玻璃以及面向可穿戴设备的大猩猩玻璃DX&DX+之后,就再没有放出什么新品的消息。既然没有新品发布,那这次的行程又会有什么样的内容等待着我们呢?

  一些必要的科普

  说来也惭愧,作为智能手机的从业者,虽然自己的手指成天在和康宁大猩猩玻璃打着交道,但是康宁的科技中心却是我们首次踏足。所以,我们觉得在这次纪行开始之前,我们有必要大致了解一下康宁这家百年老店。

  康宁从事玻璃材料的研发、设计和生产到现在已经超过165年了,其公司总部位于美国东海岸的纽约州。可能在很多朋友的印象当中,品牌名称为“Corning”的玻璃锅可能更加知名,它当然也是高端厨具的代名词。但若要更准确的看待,康宁不仅仅是生产玻璃和陶瓷制品,更是材料领域技术领先的公司。

5G手机想要普及,离不开玻璃这种神奇的材质

  早在1879年,爱迪生发名电灯泡的时候,就是依靠康宁发明和制造的玻璃罩解决了最终的使用问题,让全天候的光明走入千家万户;1947年,康宁发明并开始大规模制造出电视机显像管(就是在21世纪正式退出历史舞台的CRT),让人类信息的传播进入到了影音并茂的时代;1970年,康宁发明了世界上第一种能长距离传输激光信号的光纤,让人类社会进入数字时代之后,巨大的数字信息流动不再有瓶颈……

  而在2007年,伴随着史蒂夫·乔布斯手中拿起的iPhone,人类社会再一次被智能手机所改变,而iPhone正面所覆盖的,正是康宁发明的大猩猩玻璃——只是那个时候,大猩猩玻璃还只是康宁的内部名称,以苹果的规矩,也是从不提及自家供应商,因此世人并不熟知——但是你知道吗?做出大猩猩玻璃,康宁只用了短短4个月时间,如果没有足够的技术储备,怎么可能这么快就生产出符合苹果严苛要求的手机盖板玻璃来?

  “机会总是留给有准备的人”,这句话放在康宁大猩猩玻璃身上真是再合适不过了。也正是因为这块小小的盖板玻璃,才让康宁开始在消费电子领域从幕后走到台前,2011年,大猩猩玻璃以康宁旗下面向消费电子领域的独立品牌,正式面向全世界推出。从此之后,这款玻璃开始进入了迅速的升级迭代之中,2015年之前,大猩猩玻璃几乎是以一年一代的速度在更新,其特性也从最初最简单的保护功能,加入了抗刮擦性能(2013年第三代大猩猩玻璃)和抗跌落性能(2014年第四代大猩猩玻璃);到2016年第五代大猩猩玻璃推出的时候,其抗跌落能力已经提升到了1.6米的高度,同年,可以进行色彩、照片以及真实质感呈现的Vibrant大猩猩玻璃也诞生了,面向可穿戴设备的大猩猩玻璃SR+也随之推出;2018年,大猩猩玻璃进化到第六代,其抗跌落性能已经上升到平均可经受15次从1米高度到粗糙表面的跌落,这一年,之前面向可穿戴设备推出的大猩猩玻璃也进化到了DX和DX+,在具备更好抗刮擦能力的同时,还具备出色的抗反射的光学性能。

5G手机想要普及,离不开玻璃这种神奇的材质

  到了2018年,全球使用大猩猩玻璃的设备已经多达60亿台,涵盖智能手机,笔记本电脑,显示器,平板电脑等等,与康宁合作的OEM厂商超过45家。也许这看起来是个很大的生意,但在康宁整个商业版图中,这还只是一小部分。因为在康宁公司整个产品目录中,有上万种产品,涉及光通信,消费电子,显示技术,环境科技和生命科学等各种领域,小到比发丝还细的光导纤维,大到太空望远镜的镜片、宇宙飞船的舷窗,都能找到康宁产品的身影;普通到吃饭的碗煮饭的锅,高端到为生命科学应用研究提供高品质的创新产品,以及半导体光刻机,康宁都一直在提供着技术和材料支持,用“上得厅堂,下得厨房”这句俗语来形容这家公司真是再合适不过了。而这,恰恰凸显出基础材料科学的重要性,我们甚至可以说:材料科学技术的高度,将会决定一个国家整个社会的技术高度……

  有点扯远了,让我们还是回到大猩猩玻璃这个话题上来吧。其实有了前边这一段科普,我们这次康宁硅谷科技中心之行的目的,就慢慢变得明晰了。因为未来的日子里,康宁将会以自己材料技术的高度,改变智能手机,不,或者应该说消费电子行业的产品高度。

  智能手机性能的又一个决定者

  未来智能手机的很大一部分性能,将由玻璃来决定——很多人看到这句话的第一反应肯定是:“这又是什么‘鬼’?”智能手机的关键性能,不是由CPU、GPU、NPU、RAM、ROM这些来决定的么?其实,在这次康宁硅谷科技中心参观之前,笔者在很多场合都了解到玻璃这种材质对于智能手机的重要性,但是在这次参观之后,这些零零碎碎的片段,终于算是被完事拼接了起来,没错,玻璃对智能手机的未来,就是决定性的。

  首先,玻璃未来将会对智能手机的显示性能产生更加重要的影响。这个话题抛出来我想大家都是认同的。最早的功能机时代,手机屏幕外边覆盖的更多只是一块有机玻璃(其实就是塑料),其作用只不过就是对脆弱的显示屏进行保护而已,就算是有触控屏的机型,也因为电阻屏需要屏幕表面材质出现形变的原因,同样采用塑料材质。随着iPhone的出现,电容屏+手指+手势控制这样的自然交互方式被引入,屏幕最外侧的玻璃兼具了保护和触控两项功能。后来发生的事情我们都知道了,随着智能手机屏幕技术、显示效果以及造型的变化,屏幕和机身都变得越来越薄,OTG、on-Cell、in-Cell等技术的迭代,对玻璃的要求变得越来越高,盖板玻璃也从之前的酱油角色,慢慢走到了舞台中央。

5G手机想要普及,离不开玻璃这种神奇的材质

  伴随着这些需求,显示屏外的盖板玻璃需要在屏幕变得越来越大的时候,能提供优良的抗刮擦和抗跌落性能,保护设备和用户资产,同时手机造型变得越来越轻薄,为了多抠出0.1mm的厚度,玻璃也得做到与时俱进,而性能却只能升不能降,这是其一;其二,由于玻璃本身对光线反射和折射的特性,它多少会对屏幕内外的光线都产生一定的影响,其结果就是屏幕发出的光线和色彩,在通过玻璃到达用户眼睛时会发生变化,照度减弱,影响屏幕亮度与色彩表现,而屏幕外入射的环境光线,则可能因为表面反射的原因,对用户的视觉带来干扰。

  这一系列的光学性能要求,都对屏幕外的那块盖板玻璃性能带来莫大的挑战。这方面最有名的例子,当然就是苹果iPad系列,其表面采用的康宁盖板玻璃,大幅度减少了厚度,并通过封装工艺提升,将显示屏本身与玻璃之间的空气间隙进一步减小,进而减少显示屏射出的光线信息受到的干扰和改变,再加上玻璃外侧抗反光涂层的运用,大幅度减小了环境光线在大尺寸玻璃盖板上的反射现象。综合了这些技术,拿得从第一代iPad Air起,一直到现在的iPad Pro,其显示效果都算是LCD移动设备阵营的旗帜。

5G手机想要普及,离不开玻璃这种神奇的材质

  如果说到这里你还没有直观的印象,那就用一组数据来说明吧:最新推出的康宁大猩猩玻璃DX+,其面向可穿戴设备推出,对比同期推出的第六代大猩猩玻璃,它能在显示亮度一致的情况下将显示屏的对比度提升约50% 。这意味着在同等显示效果的条件下,采用康宁大猩猩玻璃DX+的可穿戴设备,将会得到更长的电池续航表现——作为电池本身容量就比较小的可穿戴设备,这样的提升可是相当重要的。而且,它更是将环境光的反射率从第六代大猩猩玻璃的4%下降到1%,幅度高达75%。试想,如果智能手机也能用上这样的大猩猩玻璃,对显示效果和续航都将会带来重要的改变。而这,都是康宁通过自身在玻璃纯度以及光学特性上多年的研究和运用达成的——因为影响光纤传输最重要的一个指标,就是其原始材质的纯度。

  其次,对于未来的智能手机,玻璃的作用远不只是保护那么简单,外观、造型乃至射频性能都会由玻璃来决定。进入2019年,我们已经不难发现,玻璃已经不仅仅出现在智能手机的正面,背面材质也越来越多被玻璃所占据。

  其实早在小米MIX推出的时候,笔者就感觉到:玻璃和陶瓷,这两种对电磁波信号不会产生多少影响的材料,将会很快成为智能手机的主流。因为伴随着智能手机对于射频性能的要求快速提升,包括NFC、无线充电等功能的引入,对电磁波信号不太友好的金属材料,在4G时代末期已经面临瓶颈。而现在,5G时代飞速临近,我们甚至还发现,金属材料作为手机外壳的材质运用,它面临的已经不是瓶颈,而更可能是淘汰的问题。5G手机庞大而复杂的射频前端和天线模组,以及5G网络信号本身的特性,都将设备的射频性能提升到了高于运算性能的位置,而要解决这一系列问题,很重要的一点,就是解决手机外壳电磁屏蔽的问题,玻璃与陶瓷,就是最好的解决方案之一。

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  前边提到,康宁早在2016年就已经推出了Vibrant大猩猩玻璃,其目的就是向智能手机外壳材质的前瞻性技术占位。简单来说,就是金属材质作为手机外壳可以做到的所有事情,Vibrant大猩猩玻璃都可以实现,从最基础的整体着色,到近两年来流行的渐变色,还有已经运用到的可变图案,再到利用导电涂层让玻璃具备更多控制功能等。

5G手机想要普及,离不开玻璃这种神奇的材质

  但这其中最神奇的,就是Vibrant大猩猩玻璃,它利用化学蚀刻表面触感处理工艺,辅以着色,3D纹理等,能让一块玻璃在人的手中和眼中,呈现出千变万化的真实触感:比如木纹纹理的玻璃板,看上去和摸上去,都像是一块木头;皮革纹理的玻璃板,则会带来真实的皮质触感,真是非常神奇。而通过化学蚀刻工艺,让玻璃具备和喷砂工艺处理后的金属机身一样的舒适磨砂质感,已经在现场的展示机LG V40 ThinQ上实现了,和刚上市不久的OPPO Reno也有类似的工艺采用,实际的效果当然是好评。

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  至于为什么Vibrant大猩猩玻璃这样的材质和工艺还没有得到大规模的应用,是否是因为成本原因,在参观行程之后,我们还与康宁大猩猩玻璃市场与创新产品副总裁Scott Forester进行了对话。对此康宁的态度倒是比较坦诚:Vibrant大猩猩玻璃的技术和工艺是成熟的,只是采用的成本,取决于OEM合作伙伴提交的方案复杂程度。但个人认为成本原因还是不能忽略,不过Scott 也表示:“伴随着OEM合作伙伴对这项材料和技术的应用,整体成本也会很自然的被摊薄。”

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  关于玻璃和陶瓷这两种材质用在智能手机上的优劣问题,Scott说:这两种材质用在智能手机上都不错,两者的射频性都相差无已,相比之下,陶瓷的密度更高,这就代表着陶瓷更重,并且和大猩猩玻璃相比,其抗刮擦和抗摔性能会差很多,此外,陶瓷材料本身的特性也决定了加工与着色等工艺的难度会比较大,所以综合来说,大猩猩玻璃会是更好的选择。看来这也是整个参观过程中,Scott屡次强调“玻璃是最理想的手机盖板材质”的原因吧。

  大猩猩玻璃先是解决的智能手机正面的各种问题,而现在Vibrant大猩猩玻璃又解决了手机背面的问题,个人相信,伴随着5G时代的到来,射频性能将可能倒逼出全玻璃机身的出现和运用。再结合前边所述的大猩猩玻璃DX和DX+出色的光学性能对于显示和手机续航带来的提升,你能说玻璃不是智能手机性能的又一个决定者么?只是哪个厂商会第一个吃螃蟹,将全玻璃机身实现量产呢?我们等着瞧吧。

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  玻璃决定手机性能的最后一个点,就是折叠屏和与之配套的柔性大猩猩玻璃进展如何?对此Scott说:“柔性屏会是未来手机很重要的一个特性,我们一直在关注,相关的研发工作也在进行中。虽然现阶段,已经有一些厂商就这项技术和我们接触,但康宁认为,折叠屏手机还有很多技术要点没有解决,比如显示屏幕本身,比如转轴技术,等到这些技术难点被攻克之后,才能真正决定柔性屏盖板玻璃的形态和需求,估计成熟还需要1~2年的时间,对此康宁是做好准备的。”

  未来高度在哪里?

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  差不多到这篇文章结尾的时候了,也许有朋友会对本文的一个展望提出质疑:全玻璃机身的手机,耐用度抗得住么?其实在本次参观的其中一个重要环节,就是关于大猩猩玻璃的耐久性展示,也是保留节目。在这里,大猩猩玻璃的坚韧耐用是能够带给我们足够信心的。而且Scott在采访中还提到:“康宁通过技术,已经可以达到让玻璃展现出一些非玻璃材料的特性,比如最新的大猩猩玻璃DX+就是这样,虽然它是玻璃,但是它的抗刮擦能力、抗跌落以及光学性能,已经几乎快超过玻璃这种材质所能达到的范畴了。”

  “康宁就像是做饭一些在研发玻璃,目前康宁已经让氧化硅这种基础物质,与元素周期表上超过50种元素结合在一起,从而让玻璃提供各种意想不到的能力给世界。”

  这可能就是材料科学的最大魅力所在吧,但这同样也是材料科学之于人类社会的重要性,但它总会伴随着巨大的财力、人力和时间的投入,是需要极大的耐心的。当初玻璃、塑料等材质的出现,改变了我们的生活方式和品质,而现在,康宁大猩猩玻璃要做的,就是去改变我们的数字化的生活,没错,一片玻璃的技术高度,真的可以决定我们生活的高度。




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