2019年2月20日，小米在北京召開發(fā)布會(huì)，正式發(fā)布了其年度旗艦手機(jī)小米 9。在其宣傳頁面上小編注意到小米9采用了一塊243mm2的藍(lán)寶石玻璃覆蓋其3顆鏡頭。這里小米之所以突出243mm2的藍(lán)寶石玻璃，也在于大尺寸藍(lán)寶石制備工藝復(fù)雜，成本高，也進(jìn)一步凸顯了產(chǎn)品的高品質(zhì)。
圖1 小米9手機(jī)
嚴(yán)格來講，采用藍(lán)寶石玻璃一詞是不確切的，因?yàn)椴捎玫氖撬{(lán)寶石晶體，而不是玻璃。藍(lán)寶石晶體化學(xué)組成為Al2O3，理論成分為Al 55.91%、O47.09%，無色透明，如含Ti3+與 Fe3+，則呈藍(lán)色。藍(lán)寶石具有硬度高、耐磨性、化學(xué)穩(wěn)定性和耐熱性好等特點(diǎn)，采用藍(lán)寶石代替玻璃制作手機(jī)面板，既能夠增加其耐磨性、光澤、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，又可適應(yīng)于極端惡劣環(huán)境條件，提高手機(jī)面板使用壽命。然而，截至目前，采用藍(lán)寶石作為智能手機(jī)面板的產(chǎn)品仍沒有面市。那么，藍(lán)寶石玻璃屏幕到底值不值得期待？或許是一個(gè)很值得討論的話題。
其實(shí)早在2013年11月，蘋果公司就曾發(fā)布消息稱iPhone 6可能使用藍(lán)寶石玻璃作為手機(jī)面板，此消息當(dāng)是引起了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，但其后2014年初，又宣布放棄藍(lán)寶石玻璃屏幕。2014年8月，日本京瓷公司發(fā)布了一款搭載藍(lán)寶石屏幕的手機(jī)，名為Brigadier，也是全球首款藍(lán)寶石屏幕手機(jī)。此后國內(nèi)智能手機(jī)廠商也宣布將生產(chǎn)采用藍(lán)寶石玻璃屏幕的手機(jī)，但都沒有產(chǎn)品上市。究其原因，一是藍(lán)寶石生產(chǎn)工藝復(fù)雜；二是大尺寸藍(lán)寶石手機(jī)屏幕制造成本高。
圖2 搭載藍(lán)寶石屏幕的Brigadier手機(jī)（日本京瓷公司）
生產(chǎn)大尺寸藍(lán)寶石主要方法有泡生法、熱交換法、溫梯法以及對泡生法進(jìn)行改良的冷心放肩微量提拉法。常用的方法有熱交換法、泡生法以及富有特色的冷心放肩微量提拉法。
名稱 | 工 藝 | 優(yōu) 點(diǎn) | 缺 點(diǎn) | 應(yīng) 用 |
熱交換法 | 利用熱交換器，在坩堝底部中心處加入籽晶，再裝入Al2O3原料，坩堝放在熱交換器的頂端，將晶體爐密封并抽真空。用石墨加熱器加熱到2050℃左右，使Al2O3熔融，同時(shí)在熱交換器中不斷通入氦氣，帶走籽晶附近一部分熱量，以免籽晶完全熔融。當(dāng)籽晶回熔到足夠數(shù)量時(shí)，就加大氦氣流量，使其帶走更多籽晶熱量，從而使籽晶持續(xù)生長成晶體。 | 1、藍(lán)寶石晶體均勻性和完整性都比較好。 2、藍(lán)寶石晶體開裂與位錯(cuò)等缺陷少，晶體強(qiáng)度，晶體生長速度也較快。 2、可根據(jù)客戶要求，制備不同形狀藍(lán)寶石晶體例如長方形、正方形、柱狀等。
| 1、消耗的氦氣量大，如晶體生長速度過大，易形成過冷結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致晶體中出現(xiàn)氣泡。 2、生產(chǎn)過程中，存在坩堝膨脹系數(shù)與藍(lán)寶石晶體膨脹系數(shù)相差，坩堝邊緣處易產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致生長的藍(lán)寶石晶體外部易開裂。 | 美國Crystal Systems有限公司一直采用熱交換法生產(chǎn)藍(lán)寶石晶體。 |
泡生法 | 將籽晶用籽晶桿接觸到熔融的高純Al2O3熔體表面，當(dāng)籽晶在熔體固液面上開始生長與籽晶結(jié)構(gòu)相同的單晶時(shí)，籽晶桿以很慢速度向上提拉，提拉一段時(shí)間后形成晶頸等熔體與籽晶界面凝固速度穩(wěn)定后，籽晶不再提升，也不再旋轉(zhuǎn)，僅以控制冷卻速率方式來使單晶從上向下逐步凝固，最后凝固成一個(gè)單晶錠，然后再進(jìn)行退火和冷卻。 | 在晶體生長過程中，晶體不需要提出坩堝外，精確控制冷卻速度，減少熱應(yīng)力，避免坩堝污染，晶體生長速度也較快。 | 在晶體生長過程中存在晶體的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，可能對質(zhì)量有影響。 | 2018年2月，內(nèi)蒙古晶環(huán)電子材料有限公司采用泡生法成功制備全球最大450公斤級(jí)超大尺寸高品質(zhì)藍(lán)寶石晶體。 |
冷心放肩微量提拉法 | 工藝過程可分為引晶、放肩、等徑、退火和冷卻 4 個(gè)控制階段。 | 1、該工藝能夠?qū)崿F(xiàn)藍(lán)寶石保證高質(zhì)量單晶生長。 2、能制備出大尺寸晶體，材料綜合利用率可達(dá)泡生法的1.2 倍以上。 3、晶體內(nèi)溫差小，可減少熱應(yīng)力，選用水作為冷卻介質(zhì)降低成本，晶體可實(shí)現(xiàn)原位退火。 | 易受到溫度波動(dòng)的影響；不易生長c軸晶體 |
哈爾濱工大奧瑞德光電技術(shù)有限公司制備出300mm以上藍(lán)寶石單晶 |
圖3 藍(lán)寶石玻璃手機(jī)面板
目前，國內(nèi)主流量產(chǎn)藍(lán)寶石晶體重量在60-130公斤左右。2018年2月，內(nèi)蒙古晶環(huán)電子材料有限公司采用泡生法成功制備全球最大450公斤級(jí)超大尺寸高品質(zhì)藍(lán)寶石晶體。經(jīng)初步測算，相比150公斤級(jí)藍(lán)寶石晶體，本次開發(fā)的450公斤藍(lán)寶石晶體預(yù)計(jì)量產(chǎn)后的單位成本可下降40%左右。
藍(lán)寶石應(yīng)用于手機(jī)面板還存在一個(gè)問題就是其透光性能不如玻璃，在相同的光線環(huán)境下，藍(lán)寶石屏幕看上去會(huì)更暗一些。屏幕分析機(jī)構(gòu)DisplayMate，在入射角度0的情況下，康寧大猩猩玻璃的反射率為4.13%，而藍(lán)寶石的反射率達(dá)到了7.58%，比前者高出83.7%。但透光性問題并非不能解決，目前，研究者主要通過增加背光源彌補(bǔ)了藍(lán)寶石透光性不好的缺陷。
因此，隨著大尺寸藍(lán)寶石晶體制備在解決工藝、成本問題及其透光性能后，或許國內(nèi)手機(jī)廠商下一款旗艦手機(jī)面板材料將有藍(lán)寶石晶體來定義。
參考文獻(xiàn)：
1、湯華娟，王承遇，手機(jī)面板用藍(lán)寶石玻璃性質(zhì)與制備，玻璃與搪瓷。
2、韓杰才，左洪波，孟松鶴等，泡生法制備大尺寸藍(lán)寶石晶體，人工晶體學(xué)報(bào)。
作者：樂心
作者：粉體圈
總閱讀量：3958供應(yīng)信息
采購需求
粉體圈首頁
