[科技新報]藍寶石水晶玻璃是Apple所看好的材料？技術整合大螢幕應用成為可能

作者：科技新報

2013-11-17 10:30:00

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藍寶石水晶玻璃

sapphire crystal

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科技生活

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蘋果看好的螢幕材料

Apple 與著名的的太陽能設備與藍寶石水晶玻璃製造商達成了一筆達 5 億 7,800 萬美元的交易，特別的是這筆交易內容是極特先是要把生產設備建製在 Apple 新建在美國亞歷桑那州的廠房中，這個做法可能牽涉到藍寶石水晶玻璃的加工改善、美國生產與組裝配送等多個考量，在結構調整與改良下，藍寶石水晶玻璃未來在 Apple 產品應用的範圍應會逐步擴大，包含到整個 iPhone 上全部改用藍寶石水晶玻璃都有可能。

藍寶石水晶玻璃的優缺點

藍寶石水晶玻璃（ Sapphire Crystal）是屬於人工合成的玻璃製品，也是 Apple 近來很感興趣的材質之一（另一自然就是拿下使用權卻只停留在測試的液態金屬 Liquidmetal 了），蘋果為對它感興趣主因在於，除了其如同玻璃般無色透明外，最重要是其硬度與韌性與現有來自康寧 Corning 的 Gorilla 強化玻璃更佳。

Source: MIT Technolgy Review

▲未切割加工的藍寶石水晶玻璃

以抗刮性來說，藍寶石水晶玻璃達到了莫式硬度 9，僅次於鑽石，在韌性方面 Gorilla 大約是 0.7MPa．m0.5，藍寶石水晶玻璃則是達到了 3MPa．m0.5，也就是四倍以上的水準。

不過藍寶石水晶玻璃也不是沒有缺點，首先由於硬度高、抗刮等堅固的特性，藍寶石水晶玻璃較密度也較大，約為 3.98 g/cm3，比 Gorilla 的 2.54 g/cm3 高，因此在同樣尺寸與厚度下，藍寶石水晶玻璃的重量就是會比 Gorilla 玻璃更重。除此之外，雖然兩種材質都有不錯的光學品質，但藍寶石水晶玻璃在折射率較高，也就是在同樣的光源亮度下，Gorilla 的顯示會較為明亮，而些都是高硬度所換來的代價。

除此之外，藍寶石水晶玻璃另一重大的問題就是加工成本過高與耗時，導致其成品是 Gorilla 玻璃的 3 到 4 倍以上的價格，雖然 Yole Développement 分析師 Eric Virey 曾表示未來幾年藍寶石水晶玻璃做為手機螢幕表面的價格將會由原本的 30 美元的成本下降到 20 美元，但對比到 Gorilla 不到 3 美元的成本，還是貴上太多，這也是目前藍寶石水晶玻璃無法大規模採用的最大問題，而多使用在腕錶等較高單價的商品上主因。

切割技術的突破

Apple 對藍寶石水晶玻璃的研究甚深，也深知其發展現況，顯然他們找到了解決生產上的因應方式，關鍵正是在極特先進身上，要知道極特先進的主業在太陽能上面，藍寶石的只占其總營收的 11%，Apple 會找上它自然有他的原因在，除了極特先進擁有較大的藍寶石長晶爐，可生產較大尺寸重量的藍寶石水晶玻璃之外，極特先進在 2012 時自 Twin Creeks 手取得了切割太陽能基板的相關技術，這個技術除了運用在太陽能產業的太陽能電池切割之外，也可運用在藍寶石水晶玻璃上，這技術可能才是蘋果與他合作的最重要原因。

Source:Extreme Tech

▲Twin Ceeks 研發的「氫離子加速器」可用來切割藍寶石玻璃

這個名為「氫離子加速器」（Hydrogen ion particle accelerator ）的設備是利用氫離子來控制各式晶圓切割的精準度，用以避免原材料的無謂浪費與切割厚度太薄所造成的碎裂，自然也可以省下大量的成本，按照 Extreme Tech 的說法，這個設備本質上根本是一個離子加農炮（ion cannon）。

控制離子來做切割應用的想法雖非 Twin Creeks 首創，先前也有類似概念的測試，但不同的是 Twin Creeks 所研發的設備大幅降低了成本，讓停留在實驗室的概念得以在商業市場中量產應用。

透過這個新技術，Apple 有機會降低藍寶石水晶玻璃的成本，雖然其相對密度較高、重量較重，但只要成品夠薄，整體而言將有機會比現有的 Gorilla 強化玻璃更輕，這對不斷追求更輕更薄外觀的 Apple 來說，是一個非常大的誘因。

由於蘋果投入藍寶石水晶的金額相當高，這個交易下未來極特先進的業務收入可能反會以藍寶石為大宗，根據 Cantor Fitzgerald 分析師 Brian White 的估算，極特先進其藍寶石的營業額為原本為 2,890 萬美元，未來將會成長至現有規模的 15 至 16 倍之譜，約在 4 億 8,000萬至 6 億 4,000 萬美元之間。

在這合作計劃中，Apple 一開始會投入 5 億 7,800 萬美金讓極特先進於五年陸續報銷，但並未實際談到雙方合作的時間長短，也就是說這數目還只是一開始合作的預付款，長久下來 Apple 投入金額必定超過這個數目。

技術整合大螢幕應用成可能

Apple 的零組件防禦策略

Apple 投入的金額數量所產出來的藍寶石水晶玻璃，只用來覆蓋在 iPhone 後方鏡頭與 Touch ID 這兩個小面積上怎麼算都不合理，就算加上 Apple 未來的 iWatch 整個看來似乎還是綽綽有餘，因為 iWatch 的螢幕面積不會太大。合理的推測，Apple 所圖的應是把藍寶石水晶玻璃應用到 iPhone，甚至 iPad 的面板上。

從最近蘋果遞交給美國專利商標局的文件我們就可見到 Apple 布局的跡象，這個名為「Sapphire Laminates」藍寶石層壓板的文件可看到 Apple 利用藍寶石來做夾層黏合，把一片藍寶石或兩上片上下覆蓋來與其的玻璃進行加工合成。

Sourece:Appleinsider

▲Apple 與藍寶石合成加工有關的「Sapphire Laminates」專利揭示它未來應用的可能性

這專利目前看來有幾個好處，首先是可以減少使用藍寶石玻璃的使用量，除了降低成本外，其次也以避免以藍寶石水晶玻璃因過薄而易於斷裂的問題，且穿插其他玻璃還可以減輕重量。除此之外，理論上也可以運用這個方式來把觸控與液晶顯示的各式機構包覆其中，也就是將有機會創造出更輕更薄的觸控螢幕，而這部分就要 Apple 與其面板協力廠商進行合作發展了。

蘋果願意進行如此高額的投資，並要求極特先進直接進駐自己的廠房中就近生產，顯見蘋果極看重此一技術的發展，也可以說藍寶石水晶玻璃將是其未來重要的戰略性材料。從蘋果近來的發展歷史可以看到，蘋果如預見一項技術可以滿足其需求，或是未來的需求量極大，就會設法對其壟斷，除了可以避免未來供貨不足外，還可以藉此阻絕競爭者的跟進。

如當年 retian 面板推出不久時，HP 惠普的 TouchPad 平板也有意採用新一代的高解析度面板，不過卻發現各廠的產能早就被蘋果給鎖定一段時間，HP 根本無法取得其所需的高解析度面板，等到產能釋出，蘋果早已領先市場多時，雖然 TouchPad 這產品本身在市場強度不及 iPad，不過仍可看出掌握關鍵零件早是蘋果慣用的手法。

建廠策略諸多考量

可以想見，蘋果要求極特先進的設備直接進廠，除了技術鎖定外，另外有一個主因就是其加的製程與生產可能還要進一步調整或整合，如果要包含液晶與觸控的元件，其中勢必要經過諸多的測試調整，可預期的是，採用藍寶石水晶玻璃的產品應不會太快應用到量產商品，或者是初期只有單純的藍寶石玻璃表面，而後才會陸續整合其他的觸控模組，但相較於另一個蘋果鎖定多時的 Liquidmetal 液態金屬的進度來看，藍寶石水晶玻璃商品化的可能性還是快多了。

此次兩家廠商合作的新廠是位在美國亞利桑納州近鳳凰城的梅薩（Mesa），蘋果也有許多考量在，除了主要是因應「美國製造」的策略，增加美國本土的就業機會外，從新版本的 Mac Pro 生產影片可以看到，生產流程雖然人工參與部分不少，但自動化比例也不低。從目前看來的資料中看到工廠中只會有 700 名員工下，也可以預見這個新工廠將會是個採用高度自動化流程的工廠，這也解釋了蘋果近來為什麼要投下百億美元到機器人自動化流程上。