2024年4月11日发(作者：前子实)
研究与综述
5G
时代触摸屏盖板玻璃技术展望
樊晶件小曦刘映宙唐冰杰
(彩虹集团(邵阳)特种玻璃有限公司
咸阳
712000
)
摘要随着现代移动通讯的发展
，
人类通信从
2G
到
3G
再飞向
4G,
各种移动平台消费呈现爆炸式增长
，
5G
时代的到临更
是科技产品爆发后一个必然进化的趋势
。
以触摸屏最外层的盖板玻璃材料为岀发点
，
分别对其组成
、
强化性能以及多元化
的技术应用和发展趋势进行阐述
，
并指岀盖板玻璃特别是高铝硅盖板玻璃未来发展方向及应用前景
。
关键词
高铝硅盖板玻璃
；
微晶玻璃
；
超薄柔性玻璃；
车载玻璃
中图分类号
：
TQ171
文献标识码
：
A
文章编号
：
1
003-1987(2020)09-0013-06
5G
Era
Touch
Screen
Cover
Glass
Technology
Outlook
FAN
Jing,
WU
Xiaoxi,
LIU
Yingzhou,
TANG
Bingjie
(
Caihong
Group
(
Shaoyang
)
Special
Glass
Co.,
Ltd.,
卫
。
弓
。
昭
712000,
China
)
Abstract:
With
the
development
of
modern
mobile
communication,
human
communication
has
gone
from
2G
to
3G
and
then
to
4G.
The
consumption
of
various
mobile
platforms
has
shown
explosive
growth.
The
advent
of
the
5G
era
is
an
inevitable
evolutionary
trend
after
the
outbreak
of
science
and
technology
products.
Based
on
the
glass
material
of
the
outer
layer
of
the
touch
screen,briefly
expounds
its
composition,
strengthening
performance
and
diversified
technology
application
and
development
trend,
and
points
out
the
future
development
direction
and
application
prospect
of
the
cover
glass,
especially
the
high
aluminum
silicon
cover
glass.
Key
Words:
high
aluminum
silicon
cover
glass,
glass-ceramics,
ultra-thin
flexible
glass,
automotive
glass
展
，
触摸屏已经成为众多电子显示产品的首选⑵
。
0
引言
如果说2019
是
5G
发展的元年
，
2020
则是
5G
技
术井喷之年
。
与
2G
萌生数据
、
3G
催生数据
、
目前
，
电容式触摸屏已成为全球主流的触摸屏技
术
，
而电容式触摸屏最外层的盖板玻璃是触摸屏的
关键材料之一
。
这种玻璃的特殊组成赋予了其高强
度
、
高硬度和高光洁度等特点
，
具有耐压
、
耐摔
、
4G
发展数据不同
，
5G
是跨时代的技术
一
5G
代表
着高速率
、
高可靠性
、
低功耗
、
低延时的网络
耐划伤和抗冲击等性能
。
这些特性使得盖板玻璃作
为手机
、
平板电脑等电子产品
，
特别是具有触摸屏
幕和手写功能的显示产品有着巨大的市场
。
然而盖
⑴
。
当前
，
我国的
“
智慧
+
”
和
“
+
智能
”
（
包括
智能手机
、
智慧城市
）
领域的发展
，
都需要依托
于
5G
技术
。
5G
将为各种跨界融合和跨行业应用
板玻璃主要供应商仍以美国的康宁
（
CORNING
）
、
开发提供支撑
，
推动人类社会进入全面感知
、
可
靠传输
、
智能处理
、
精准决策的智能时代
。
日本的旭硝子
（
AGC
）
以及德国的肖特
（
SCHOTT
）
为主
，
使得国内电子玻璃企业面临严峻的市场环
触摸屏是手机
、
平板电脑等现代智能终端的关
键零部件
，
随着信息技术和平面显示技术的迅猛发
境
，
但部分中国本土制造商已陆续进入该行业
。全
球主要盖板玻璃生产企业汇总见表
1
。
作者简介
：
樊晶
（
1993
-
）
,
女
，陕西渭南人
，
主要从事盖板玻璃相关研究
。
13
全国性建材科技期刊
—
—
《
玻璃
》
2020
年第
9
期总第
348
期
表
1
全球主要盖板玻璃生产企业汇总
企业
康宁
旭硝子
电气硝子
国家
生产线数量
/条
27
产品商标
Gorilla
Glass
Dragongtrail
生产工艺
溢流法
投产时间
2007
年
2011
年
2011
年
2011
年
美国
日本
日本
2
2
浮法
溢流法
Dinorex
Xensation
肖特
德国
中国
中国
中国
中国
中国
1
2
浮法
溢流法
科立视
旭虹光电
Techstone-C
Panda
King
2013
年
1
4
3
浮法
浮法
溢流法
2014
年
南玻
彩虹
重庆鑫景
Kirin
King
Caihong
Glass
2015
年
2016
年
1
ATG
浮法
2018
年
美国康宁是全球最大玻璃基板制造商
，
其推
6~8
条生产线
，
月产能将达到
67~9
0
万
m',
目前
已应用于华为
、
小米
、
VIVO
等知名终端产品
。
除
出的大猩猩
1
代应用于苹果
4
代手机获得巨大成
功
，
同时手机市场进入了从功能机到大屏幕智能
了以上代表企业
，
国内像中国南方工业集团旗下的
手机的转型期
，
随后康宁陆续开发出大猩猩
2
代
、
大猩猩
3
代
、
大猩猩
4
代产品
、
大猩猩
5
代产品
。
成都光明光电
、
中华映管
、
台玻集团
、
湖南邦盛凯
博均投资建设产线⑷
。
2018
年
7
月正式推出有突破性改进的全新第六代
“
大猩猩玻璃
”
(Gorilla
Glass)
,
并宣称该产品
1
盖板玻璃简介
1
.1
盖板玻璃组成
专为未来智能手机设计
，
拥有
“
迄今为止最为耐
用的一款盖板玻璃
”
。
日本旭硝子推出的龙迹玻
璃
"Dragon
trail"
和龙迹
2
代
"Dragon
trail-X
"以
玻璃的化学组成通常是以组成玻璃的化合物
或元素的质量比(质量分数
/%)
、
摩尔比(摩尔
分数
/%)
、
原子比来表示
，
其组成(成分)是决
及
“
DragontrailPro
”
具备较高等级的强化性能
。
随着经济全球化进程加速
，
特别是
5G
热潮和
定玻璃物理化学性质的主要因素
。
改变玻璃的组
成即可改变玻璃的结构状态
，
从而使玻璃在性质
智慧城市的不断普及及应用
，
国内企业面临的市场
竞争形势日趋严峻
，
产品生命周期缩短
，只有不断
上发生变化
。
在生产中
，
往往是通过改变玻璃的
组成来调整性能和控制生产
。
目前
，
盖板玻璃从
料方研发经历了钠钙玻璃
(
Na
2
O+CaO+SiO
2
)
,
钠
地推陈出新
，
研发生产更具竞争力的产品
，才
能打破目前的僵局
。
旭虹推出的
“
王者熊猫
”
玻璃
M
N228
，
是国内首家实现量产的铝硅盐盖板玻
璃
，
月产能达到
80
万
m
，
⑶
。
彩虹集团通过对盖板
铝硅玻璃
(
NazO+A^Os+SiO?)
和锂铝硅玻璃
(
Li
2
O+Al
2
O
3
+SiO
2
)
三个阶段
，
盖板玻璃性能不断
玻璃组成不断革新
，
从耐划伤的普通钠铝硅电子玻
提升
，
从耐划伤的普通钠钙玻璃逐渐向高韧性耐
跌落的高铝盖板玻璃转化
。
从料方组成配比来
看
，
铝硅玻璃中
A1
2
O
3
及
K
2
0
含量远超过钠钙玻
璃逐渐向高韧性耐跌落的高铝盖板玻璃转化
，
并发
布
“
彩虹
CG21
”
玻璃
，
产品对标康宁
GG5,
在特
有的两次离子交换化学强化工艺技术条件下
，
强化
深度可达到
100pm
以上
。
未来三年彩虹将投资
璃
，
SO
组分低于钠钙玻璃
。
S©
是主要的玻璃形
成氧化物
，
以
［
SiO
。］
四面体结构形成无规则的
14
研究与综述
连续网络骨架如图
1
所示
。
在钠-钙-硅玻璃体系中
适量的
SiO
2
可降低玻璃热膨胀系数
，
提高玻璃热
稳定性
、
软化温度
、
黏度及机械强度
。
而铝硅玻
璃中
Al
3+
以
［
A104
］
四面体的形式进入玻璃结构网
络
，
［A104
］
四面体的
A1-
0
键键强大于
Si-
0
键
，
同时
［
A10J
四面体的存在对
［
SiO
4
］
四面体网络
结构具有一定修补作用
，
降低玻璃结晶倾向的同
时提高其热稳定性和机械强度
。
当
（
R2O+RO
）
/A1
2
O
3
>
1
时
，
R2O
与
R0
提供的游离氧充足
，
A1
2
O
3
均以四面体结构形成架状网络结构
，
多出的游离
氧进一步断开网络
，
形成少量的快速离子扩散通
道
，
同时可保证玻璃具有较低的熔融温度
。
图
1
SiO
2
结构
根据用户对产品轻量化
、
耐刮划
、
抗冲击等
性能要求
，
众多企业在料方开发过程中均以铝硅
玻璃体系为基础
，
相继掺入
Li
2
O,P
2
O
5
等部分特定
元素成分优化料方
，
进一步提升玻璃性能
。
而碱
金属离子
（
Li、
Na,
K
）
或碱土金属离子
（
Mg
、
Zn
）
都属于玻璃结构中的网络外体
，
碱金属及碱
土金属离子在一定程度上可促进强化工艺中与盐
浴中的离子交换进程
，
并在玻璃结构中起到断网
作用
，
从而降低玻璃液的黏度
，
使玻璃易于熔
融
。
因此
，
在料方优化过程中
，
碱金属与碱土金
属含量的调整对于玻璃性能有至关重要的作用
。
1.2
盖板玻璃强化性能
目前
，
终端用户因产品开发需要
，
对产品性
能提出更高要求
，
强度性能提高仍是盖板玻璃研
发主要方向
，
盖板玻璃通过进行化学强化可使其
性能大幅度提升
，
而用于触摸屏保护的盖板玻璃
都是经过化学强化后的
。
一般盖板玻璃大多采用
普通钠钙硅玻璃
，
其利用传统强化工艺中的一步
强化使盐浴中较大半径的碱金属离子卍快速置换
玻璃表面中较小半径的
NJ
形成单层压缩应力
，
但由于钠钙玻璃的钠含量较低
，
且玻璃网络架构
全为硅氧四面体
，
离子交换能力弱
，
导致钠钙玻
璃的压缩应力和应力层深度都很低
，
最终作为触
控屏使用一段时间后即会被刮伤
，
透明度也很
低
，
对使用者的眼睛伤害很大
。
为了不断满足市场应用对盖板玻璃抗摔
、
表
面耐磨等强度方面的要求
，
彩虹自主研发出高铝
含量的锂铝硅盖板玻璃及其复合离子交换化学强
化技术
，
见图
2
。
通过二步强化进一步体现锂铝硅
盖板玻璃性能优势
，
锂铝硅盖板玻璃网络体间含
有
Li
+
和
N『
，
一般的盖板玻璃在一定配比的硝酸
钾与硝酸钠熔融液体中实现熔融液体中
K
+
和
NJ
分
别与玻璃表面内
NJ
和
W
置换
，
一般的两步工艺
的第一步采用硝酸钠大于硝酸钾配比的熔盐
，
则
Na
+
与
W
置换为主
，
实现更大的离子交换深度
；
第二步采用硝酸钾大于硝酸钠配比的熔盐
，
则
Q
与
NJ
置换为主
，
在玻璃表面产生更大且适当的
表面压应力
。
最终获得的锂铝硅盖板玻璃表面压
缩应力可达
850
MPa
以上
，
应力层深度
100
以
上
。
从传统的一步强化工艺上升到二步强化工
艺
，
玻璃韧性和强度成倍增加
，
其技术的独创性
以及性能提升可以全面超越美日同类产品
、
避免
知识产权和技术壁垒
，
有效解决了强化玻璃盖板
的国产化和本地化
，
能够适应目前和未来数年内
触控技术
、
3D
热弯技术发展趋势的要求
；
同时
，
对于锂铝硅酸盐玻璃化学强化前后的表面结构和
化学强化工艺表面结构性能关联
、
化学强化锂铝
硅酸盐玻璃中表面应力分布及衰减规律等基础理
论研究具有一定指导意义
。
15
全国性建材科技期刊一一
《
玻璃
》
2020
年第
9
期总第
348
期
图
2
彩虹盖板玻璃复合强化技术原理
锂铝硅强化玻璃盖板一直受制于技术理论的限制
，
2
盖板玻璃应用技术
2.
1
更高强度盖板玻璃应用
手机等移动终端对盖板玻璃抗跌落性能要求
要想实现革命性的突破很难
，
大大限制了我国战略
性新兴产业的发展
。
而微晶玻璃兼具玻璃和晶体的
诸多优点
，
具有优异的机械
、
热学和光电性能
，
有
望成为
5G
时代盖板玻璃新的发展方向
。
越来越高
，
期望能够在
1.5
m
乃至
1.8
m
的高度坠
落到坚硬表面时仍保持完好状态
，
这就催升了盖
板玻璃开发工作者应以该需求为方向进行更优料
2.2
微晶玻璃
电容触摸屏最早是直接利用了单层电容
方产品的开发
。
康宁公司发布的
GG5
玻璃均为锂
铝硅玻璃
，
同样
，
肖特最新的产品也为锂铝硅玻
SENSOR
的普通钠钙基板玻璃
，
由于普通的钠钙
基板玻璃和电容触摸屏的框贴组装方式
，
使得电
容触摸屏的结构强度很差
，
难以在消费电子领域
璃
，
从而确认
“
锂铝硅玻璃
”
是目前行业内公认
为性能较优异的盖板玻璃体系
。
彩虹
2017
年年初
推广应用
。
然而微晶高铝玻璃和蓝宝石的出现将
为移动终端领域开启智能手机与电容触摸屏组合
的新时代
，
将超薄微晶玻璃用作手机盖板的主要
实现量产化的
CG21
锂铝硅玻璃同样采用锂铝硅配
方架构
，
其强化性能表现与
GG5
处于同一水准
。
为了更好地满足移动终端提出的需求
，
目前最简
材料
，
为国内终端客户提供了一个更高性价比的
单最快捷的方法就是在现有的
CG21
、
GG5
等高铝
锂铝硅玻璃类型上进一步开发
，
通过提高玻璃体
系中铝含量
、
增加碱金属氧化物含量以及部分促
选择
。
微晶玻璃是人们充分利用玻璃的热力学和
动力学特性而获得的新材料
，
微晶玻璃在特性上
是一种介于玻璃和陶瓷之间的材料
，
其维氏硬度
进化学离子交换的有效元素成分
，
并适当降低或
替代某一部分元素含量
，
同时通过微调各元素含
在
750
kgf/mm
2
以上
，
可化学强化
（
CS
）
值在
500
MPa
以上
，
深度
（
DOC
）
高于
110
g,
特性上表
现地更耐刮
、
更强韧
。
特别是高品质铝硅酸盐玻
量进一步控制粘温目标及强化性能目标
，
最终开
发出具有高应力值
、
深应力层
、
足够坚韧且能够
璃
，
化学强化后拥有出色的耐刮擦性能和机械
耐受日常使用中的刮擦
、
碰撞和跌落的新一代盖
强度
，
适用于电容式触摸屏技术的保护面板
。
如
Na
2
O-Al
2
O
3
-SiO
2
系玻璃
，
先通过热处理使其析
板玻璃产品
。
由于我国新型玻璃产业发展起步较晚
，
加上
科技投入较少
、
创新型人才匮乏等原因使得传统的
出
0
・
A1
2
O
3
・
2SiO2
钠霞石晶体
，
然后通过
K+
与
N
a
+
交换
，
使表面的霞石晶体转变为
16
研究与综述
K
2
0
-
A1
2
O
3
-
2SiO
2
A
方钾霞石
，
体积增大
10%
使
表面产生很大的压应力
，
机械强度提高到
1500
MPa,
在己知的微晶玻璃中强度是最高的
。
目前
，
锂铝硅
（
LAS
）
微晶玻璃由于其突出
的力学性能和卓越的热学性能成为众多研究者的
研究热点
，
其中锂铝硅微晶玻璃基础组成中
Li
2
O,
A1
2
O
3
,
SiO
2
摩尔比为
1
：
1
：
4,
通过一些特
定元素成分调节可使其在某一温度范围内达到零
膨胀
，
被一些尖端技术领域所应用
；
镁铝硅玻璃
陶瓷也是微晶玻璃体系中的一种
，
其具有生产成
本低
、
原材料丰富
、
低介电常数
、
低热膨胀系
数
、
高力学强度和良好的电绝缘性能等
，
被广泛
应用于电子工业领域
[S]
o
不同体系的微晶玻璃理论研究虽然已经较为
成熟
，
但对于在微晶盖板玻璃应用方面鲜有报
道
，
彩虹集团现已将微晶盖板玻璃开发列入近两
年的研究方向之一
。
2.3
超薄柔性玻璃
超薄柔性玻璃的实现无疑填补了折叠屏手机
的一块短板
，
而折叠屏手机的出产也将为超薄柔
性玻璃扩大市场份额
，
与其相辅相成的超薄柔性
玻璃也将迎来新一轮的爆发
。
玻璃要做到超薄的
同时还要保持良好的柔韧度及高强度
，
则必须在
玻璃中添加其他材料
，
高铝硅玻璃就是符合这种
特性的材质
，
其弹性模数及介电常数值也符合电
容式触摸屏基板与保护盖板玻璃的要求
。
通常
，
超薄玻璃的制作是采用下拉法直接热成型工艺进
行生产
，
将熔融玻璃浆液倒入狭窄缝隙中直接拉
制而成
。
目前
，
全球唯一一家可以实现超高强度超薄
玻璃量产的制造商肖特科技
，
通过下拉法生产技
术
，
批量生产的超薄玻璃厚度为
70-350
^m,
无
需二次减薄就能在超薄厚度范围达到极高质量
。
而康宁所生产的超薄可弯曲玻璃厚度为
0.
1
mm左
右
，
可以如同纸张一样对折
，
半径为
5
mm,
预计
两年内问世
。
此外
，
三星显示目前已经实现折叠
屏用超薄柔性玻璃
UTG
（
Ultra
Thin
Glass
）
盖板
的量产和商用
，
超薄柔性玻璃
UTG
采用强化工艺
处理
，
可增强
30
pm
超薄玻璃的柔韧性和耐用
性
。
随着近年来中国电子信息化产业的高速发
展
，
国内对于超薄玻璃的需求也急剧增多
，
而以
京东方为首的中国厂商在最近几年已完成了柔性
屏产能的布局
，
其中
，
更多终端厂商期望采用原
生玻璃而非减薄后的玻璃
。
柔性盖板材料同时要求柔性
、
耐磨性以及透
光性
，
之前推出的第一代折叠产品
，
柔性盖板材
料主要采用无色聚酰亚胺
（
CPI
）
材料
，
CPI
材料
虽然目前具备量产基础
，
柔韧性也更具优势
，
但
其抗冲击能力
、
硬度差等缺点
，
在可折叠手机折
痕问题上还有很大的提升空间
。
而超薄柔性玻璃
具有天然优势
，
能弥补可折叠手机面临的不足。
超薄柔性强化玻璃硬度足够
，
能有效地保护内侧
的
0
LED,
并且具有光学优势
，
可弯折次数高
，
大大解决手机屏幕折痕问题
。
因此
，
对国内玻璃
行业来说
，
利用企业自身优势研发出柔性玻璃生
产技术
，
不仅能满足市场的需求
，
而且可以提升
我国玻璃行业的技术水平
，
进一步促进和带动相
关产业技术发展
。
2.4
车载玻璃
目前
，
一般汽车上玻璃的使用量占汽车总质
量的
3%~5%,
且处于增加趋势
，
其分别在防护
性
、
外观性
、
安全性三个方面上发挥着重要作
用⑹
。
随着无人驾驶
、
自动驾驶以及
5G
技术的快
速发展
，
汽车智能化时代加速到来
。
而作为智能
汽车实现人机交互最重要媒介的车载显示屏
，
像
智能手机屏幕一样
，
尺寸不断扩大
，
成长迅速的
车载显示市场为盖板玻璃创造了市场空间
。
特斯
拉是最早使用盖板玻璃屏幕的汽车
，
其采用的就
是
17
英寸（
1
英寸
=
2.
54
cm
）
的大尺寸触控中控
屏
。
根据
IHS
Markit
的调查统计
，
2018
年全球市
场汽车中控显示屏的平均尺寸为
7.7
英寸
，
预计
到2024
年将扩大到
8.
4
英寸
。
而作为这一块大屏
17
全国性建材科技期刊
—
—
《
玻璃
》
2020
年第
9
期总第
348
期
的重要防护材料盖板玻璃
，
将成为人与车载屏幕
背后智能系统交互的第一个触点
，
人机交互的入
口
。
汽车车载显示大屏化
、
智能化的趋势，
使得
对既能达到汽车业严格标准又具备智能手机盖板
玻璃般精巧工艺的高性能玻璃的需求在增加
。
玻璃盖板取代
PMMA
和膜类材质是必然的
，
因为屏幕尺寸越来越大
，
表面积越大
，
贴合平整
度要求越高
，
同时热膨胀系数
、
耐刮擦表现
、
光
学指数都成为了汽车厂商关注的焦点以及用户看
得见的表面参数
，
这一定会是玻璃优于其他材质
的重要体现
。
同时部分玻璃厂家已经大力推广新
产品
，
声称更加安全的安全玻璃
，
参数更高
、
专
为汽车开放的车载玻璃
，
都在将内饰玻璃专业化
和差异化
[7]
o
康宁于2019
年专为车载内饰显示打
造的产品康宁高性能车用玻璃
AutoGrade™
Gorilla
Glass,
既能提供更强耐久性
，
又能通过汽车行业
的标准头碰测试
，
同时保持玻璃的薄度及灵活性
以满足不断变化的汽车内饰设计需求
。
但车载盖
板玻璃目前面临其表面
AG
加工难度问题
，
所以从
配方角度出发
，
需针对盖板玻璃料方做进一步优
化和调整
；
从
AG
加工工艺角度出发
，
需采用与配
方相适应的加工方法
。
现阶段汽车玻璃的发展倾向于
“
轻量化
”
。
超薄高铝玻璃兼具玻璃的柔韧性和高强度特性
，
可用于汽车的显示玻璃
、
天窗玻璃
、汽车前后挡
风玻璃
。
重庆鑫景特种玻璃在拥有自主知识产权
且具备国内领先超薄电子玻璃团队的基础上
，
其
产品已广泛应用于新型显示触摸屏盖板玻璃和航
空
、
高铁
、
新能源汽车风挡玻璃等领域
，
具有高
强度
、
抗划伤
、
抗冲击等特点
，
特别是对我国军
工级航空玻璃基础材料依赖进口有潜在意义
。
并不是所有汽车玻璃都是钢化玻璃
，
一般轿
车玻璃分为两种
，
一种是夹层玻璃
，
另一种是钢
化玻璃
。
前风挡为夹层玻璃
，
侧窗
、
天窗及后风
18
挡多为钢化玻璃
。
福州福场目前与福耀合作开发
新型汽车玻璃
，
即
：
一种
“
0.7mm
厚的高铝玻璃
与
2.1mm
厚的钠钙玻璃组成的夹层玻璃
”
，
使其
适用于汽车的前后挡风玻璃
、
天窗玻璃
。
福耀在
前期研发过程中与康宁计划研发高铝钠钙夹层玻
璃
，
但由于部分技术问题无法克服
，
最终未能完
成高铝钠钙夹层玻璃的研发
。
随后与福场合作共
同开发
，
福场针对彩虹
CG0
1
玻璃和重庆鑫景玻璃
进行试做后
，
表示后续将采用彩虹
CG01
玻璃为技
术应用载体向福耀推广
。
3
结语
根据触摸屏行业技术的发展
，
高铝盖板玻璃
将以其优良的特性不断提升其市场占有率
。
作为
国内高端盖板玻璃的领军者
，
彩虹紧跟
5G
时代玻
璃的发展方向
，
将不遗余力
，
致力于发展具有国
际先进水平的特种玻璃产业
，
为国产品牌的振兴
发挥力量
。
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display
measurements:
Selected
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and
solutions]
」
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Journal
of
the
Society
for
Information
Display,
2018,
26
(
7-9
)
:
517-525.
2024年4月11日发(作者：前子实)
研究与综述
5G
时代触摸屏盖板玻璃技术展望
樊晶件小曦刘映宙唐冰杰
(彩虹集团(邵阳)特种玻璃有限公司
咸阳
712000
)
摘要随着现代移动通讯的发展
，
人类通信从
2G
到
3G
再飞向
4G,
各种移动平台消费呈现爆炸式增长
，
5G
时代的到临更
是科技产品爆发后一个必然进化的趋势
。
以触摸屏最外层的盖板玻璃材料为岀发点
，
分别对其组成
、
强化性能以及多元化
的技术应用和发展趋势进行阐述
，
并指岀盖板玻璃特别是高铝硅盖板玻璃未来发展方向及应用前景
。
关键词
高铝硅盖板玻璃
；
微晶玻璃
；
超薄柔性玻璃；
车载玻璃
中图分类号
：
TQ171
文献标识码
：
A
文章编号
：
1
003-1987(2020)09-0013-06
5G
Era
Touch
Screen
Cover
Glass
Technology
Outlook
FAN
Jing,
WU
Xiaoxi,
LIU
Yingzhou,
TANG
Bingjie
(
Caihong
Group
(
Shaoyang
)
Special
Glass
Co.,
Ltd.,
卫
。
弓
。
昭
712000,
China
)
Abstract:
With
the
development
of
modern
mobile
communication,
human
communication
has
gone
from
2G
to
3G
and
then
to
4G.
The
consumption
of
various
mobile
platforms
has
shown
explosive
growth.
The
advent
of
the
5G
era
is
an
inevitable
evolutionary
trend
after
the
outbreak
of
science
and
technology
products.
Based
on
the
glass
material
of
the
outer
layer
of
the
touch
screen,briefly
expounds
its
composition,
strengthening
performance
and
diversified
technology
application
and
development
trend,
and
points
out
the
future
development
direction
and
application
prospect
of
the
cover
glass,
especially
the
high
aluminum
silicon
cover
glass.
Key
Words:
high
aluminum
silicon
cover
glass,
glass-ceramics,
ultra-thin
flexible
glass,
automotive
glass
展
，
触摸屏已经成为众多电子显示产品的首选⑵
。
0
引言
如果说2019
是
5G
发展的元年
，
2020
则是
5G
技
术井喷之年
。
与
2G
萌生数据
、
3G
催生数据
、
目前
，
电容式触摸屏已成为全球主流的触摸屏技
术
，
而电容式触摸屏最外层的盖板玻璃是触摸屏的
关键材料之一
。
这种玻璃的特殊组成赋予了其高强
度
、
高硬度和高光洁度等特点
，
具有耐压
、
耐摔
、
4G
发展数据不同
，
5G
是跨时代的技术
一
5G
代表
着高速率
、
高可靠性
、
低功耗
、
低延时的网络
耐划伤和抗冲击等性能
。
这些特性使得盖板玻璃作
为手机
、
平板电脑等电子产品
，
特别是具有触摸屏
幕和手写功能的显示产品有着巨大的市场
。
然而盖
⑴
。
当前
，
我国的
“
智慧
+
”
和
“
+
智能
”
（
包括
智能手机
、
智慧城市
）
领域的发展
，
都需要依托
于
5G
技术
。
5G
将为各种跨界融合和跨行业应用
板玻璃主要供应商仍以美国的康宁
（
CORNING
）
、
开发提供支撑
，
推动人类社会进入全面感知
、
可
靠传输
、
智能处理
、
精准决策的智能时代
。
日本的旭硝子
（
AGC
）
以及德国的肖特
（
SCHOTT
）
为主
，
使得国内电子玻璃企业面临严峻的市场环
触摸屏是手机
、
平板电脑等现代智能终端的关
键零部件
，
随着信息技术和平面显示技术的迅猛发
境
，
但部分中国本土制造商已陆续进入该行业
。全
球主要盖板玻璃生产企业汇总见表
1
。
作者简介
：
樊晶
（
1993
-
）
,
女
，陕西渭南人
，
主要从事盖板玻璃相关研究
。
13
全国性建材科技期刊
—
—
《
玻璃
》
2020
年第
9
期总第
348
期
表
1
全球主要盖板玻璃生产企业汇总
企业
康宁
旭硝子
电气硝子
国家
生产线数量
/条
27
产品商标
Gorilla
Glass
Dragongtrail
生产工艺
溢流法
投产时间
2007
年
2011
年
2011
年
2011
年
美国
日本
日本
2
2
浮法
溢流法
Dinorex
Xensation
肖特
德国
中国
中国
中国
中国
中国
1
2
浮法
溢流法
科立视
旭虹光电
Techstone-C
Panda
King
2013
年
1
4
3
浮法
浮法
溢流法
2014
年
南玻
彩虹
重庆鑫景
Kirin
King
Caihong
Glass
2015
年
2016
年
1
ATG
浮法
2018
年
美国康宁是全球最大玻璃基板制造商
，
其推
6~8
条生产线
，
月产能将达到
67~9
0
万
m',
目前
已应用于华为
、
小米
、
VIVO
等知名终端产品
。
除
出的大猩猩
1
代应用于苹果
4
代手机获得巨大成
功
，
同时手机市场进入了从功能机到大屏幕智能
了以上代表企业
，
国内像中国南方工业集团旗下的
手机的转型期
，
随后康宁陆续开发出大猩猩
2
代
、
大猩猩
3
代
、
大猩猩
4
代产品
、
大猩猩
5
代产品
。
成都光明光电
、
中华映管
、
台玻集团
、
湖南邦盛凯
博均投资建设产线⑷
。
2018
年
7
月正式推出有突破性改进的全新第六代
“
大猩猩玻璃
”
(Gorilla
Glass)
,
并宣称该产品
1
盖板玻璃简介
1
.1
盖板玻璃组成
专为未来智能手机设计
，
拥有
“
迄今为止最为耐
用的一款盖板玻璃
”
。
日本旭硝子推出的龙迹玻
璃
"Dragon
trail"
和龙迹
2
代
"Dragon
trail-X
"以
玻璃的化学组成通常是以组成玻璃的化合物
或元素的质量比(质量分数
/%)
、
摩尔比(摩尔
分数
/%)
、
原子比来表示
，
其组成(成分)是决
及
“
DragontrailPro
”
具备较高等级的强化性能
。
随着经济全球化进程加速
，
特别是
5G
热潮和
定玻璃物理化学性质的主要因素
。
改变玻璃的组
成即可改变玻璃的结构状态
，
从而使玻璃在性质
智慧城市的不断普及及应用
，
国内企业面临的市场
竞争形势日趋严峻
，
产品生命周期缩短
，只有不断
上发生变化
。
在生产中
，
往往是通过改变玻璃的
组成来调整性能和控制生产
。
目前
，
盖板玻璃从
料方研发经历了钠钙玻璃
(
Na
2
O+CaO+SiO
2
)
,
钠
地推陈出新
，
研发生产更具竞争力的产品
，才
能打破目前的僵局
。
旭虹推出的
“
王者熊猫
”
玻璃
M
N228
，
是国内首家实现量产的铝硅盐盖板玻
璃
，
月产能达到
80
万
m
，
⑶
。
彩虹集团通过对盖板
铝硅玻璃
(
NazO+A^Os+SiO?)
和锂铝硅玻璃
(
Li
2
O+Al
2
O
3
+SiO
2
)
三个阶段
，
盖板玻璃性能不断
玻璃组成不断革新
，
从耐划伤的普通钠铝硅电子玻
提升
，
从耐划伤的普通钠钙玻璃逐渐向高韧性耐
跌落的高铝盖板玻璃转化
。
从料方组成配比来
看
，
铝硅玻璃中
A1
2
O
3
及
K
2
0
含量远超过钠钙玻
璃逐渐向高韧性耐跌落的高铝盖板玻璃转化
，
并发
布
“
彩虹
CG21
”
玻璃
，
产品对标康宁
GG5,
在特
有的两次离子交换化学强化工艺技术条件下
，
强化
深度可达到
100pm
以上
。
未来三年彩虹将投资
璃
，
SO
组分低于钠钙玻璃
。
S©
是主要的玻璃形
成氧化物
，
以
［
SiO
。］
四面体结构形成无规则的
14
研究与综述
连续网络骨架如图
1
所示
。
在钠-钙-硅玻璃体系中
适量的
SiO
2
可降低玻璃热膨胀系数
，
提高玻璃热
稳定性
、
软化温度
、
黏度及机械强度
。
而铝硅玻
璃中
Al
3+
以
［
A104
］
四面体的形式进入玻璃结构网
络
，
［A104
］
四面体的
A1-
0
键键强大于
Si-
0
键
，
同时
［
A10J
四面体的存在对
［
SiO
4
］
四面体网络
结构具有一定修补作用
，
降低玻璃结晶倾向的同
时提高其热稳定性和机械强度
。
当
（
R2O+RO
）
/A1
2
O
3
>
1
时
，
R2O
与
R0
提供的游离氧充足
，
A1
2
O
3
均以四面体结构形成架状网络结构
，
多出的游离
氧进一步断开网络
，
形成少量的快速离子扩散通
道
，
同时可保证玻璃具有较低的熔融温度
。
图
1
SiO
2
结构
根据用户对产品轻量化
、
耐刮划
、
抗冲击等
性能要求
，
众多企业在料方开发过程中均以铝硅
玻璃体系为基础
，
相继掺入
Li
2
O,P
2
O
5
等部分特定
元素成分优化料方
，
进一步提升玻璃性能
。
而碱
金属离子
（
Li、
Na,
K
）
或碱土金属离子
（
Mg
、
Zn
）
都属于玻璃结构中的网络外体
，
碱金属及碱
土金属离子在一定程度上可促进强化工艺中与盐
浴中的离子交换进程
，
并在玻璃结构中起到断网
作用
，
从而降低玻璃液的黏度
，
使玻璃易于熔
融
。
因此
，
在料方优化过程中
，
碱金属与碱土金
属含量的调整对于玻璃性能有至关重要的作用
。
1.2
盖板玻璃强化性能
目前
，
终端用户因产品开发需要
，
对产品性
能提出更高要求
，
强度性能提高仍是盖板玻璃研
发主要方向
，
盖板玻璃通过进行化学强化可使其
性能大幅度提升
，
而用于触摸屏保护的盖板玻璃
都是经过化学强化后的
。
一般盖板玻璃大多采用
普通钠钙硅玻璃
，
其利用传统强化工艺中的一步
强化使盐浴中较大半径的碱金属离子卍快速置换
玻璃表面中较小半径的
NJ
形成单层压缩应力
，
但由于钠钙玻璃的钠含量较低
，
且玻璃网络架构
全为硅氧四面体
，
离子交换能力弱
，
导致钠钙玻
璃的压缩应力和应力层深度都很低
，
最终作为触
控屏使用一段时间后即会被刮伤
，
透明度也很
低
，
对使用者的眼睛伤害很大
。
为了不断满足市场应用对盖板玻璃抗摔
、
表
面耐磨等强度方面的要求
，
彩虹自主研发出高铝
含量的锂铝硅盖板玻璃及其复合离子交换化学强
化技术
，
见图
2
。
通过二步强化进一步体现锂铝硅
盖板玻璃性能优势
，
锂铝硅盖板玻璃网络体间含
有
Li
+
和
N『
，
一般的盖板玻璃在一定配比的硝酸
钾与硝酸钠熔融液体中实现熔融液体中
K
+
和
NJ
分
别与玻璃表面内
NJ
和
W
置换
，
一般的两步工艺
的第一步采用硝酸钠大于硝酸钾配比的熔盐
，
则
Na
+
与
W
置换为主
，
实现更大的离子交换深度
；
第二步采用硝酸钾大于硝酸钠配比的熔盐
，
则
Q
与
NJ
置换为主
，
在玻璃表面产生更大且适当的
表面压应力
。
最终获得的锂铝硅盖板玻璃表面压
缩应力可达
850
MPa
以上
，
应力层深度
100
以
上
。
从传统的一步强化工艺上升到二步强化工
艺
，
玻璃韧性和强度成倍增加
，
其技术的独创性
以及性能提升可以全面超越美日同类产品
、
避免
知识产权和技术壁垒
，
有效解决了强化玻璃盖板
的国产化和本地化
，
能够适应目前和未来数年内
触控技术
、
3D
热弯技术发展趋势的要求
；
同时
，
对于锂铝硅酸盐玻璃化学强化前后的表面结构和
化学强化工艺表面结构性能关联
、
化学强化锂铝
硅酸盐玻璃中表面应力分布及衰减规律等基础理
论研究具有一定指导意义
。
15
全国性建材科技期刊一一
《
玻璃
》
2020
年第
9
期总第
348
期
图
2
彩虹盖板玻璃复合强化技术原理
锂铝硅强化玻璃盖板一直受制于技术理论的限制
，
2
盖板玻璃应用技术
2.
1
更高强度盖板玻璃应用
手机等移动终端对盖板玻璃抗跌落性能要求
要想实现革命性的突破很难
，
大大限制了我国战略
性新兴产业的发展
。
而微晶玻璃兼具玻璃和晶体的
诸多优点
，
具有优异的机械
、
热学和光电性能
，
有
望成为
5G
时代盖板玻璃新的发展方向
。
越来越高
，
期望能够在
1.5
m
乃至
1.8
m
的高度坠
落到坚硬表面时仍保持完好状态
，
这就催升了盖
板玻璃开发工作者应以该需求为方向进行更优料
2.2
微晶玻璃
电容触摸屏最早是直接利用了单层电容
方产品的开发
。
康宁公司发布的
GG5
玻璃均为锂
铝硅玻璃
，
同样
，
肖特最新的产品也为锂铝硅玻
SENSOR
的普通钠钙基板玻璃
，
由于普通的钠钙
基板玻璃和电容触摸屏的框贴组装方式
，
使得电
容触摸屏的结构强度很差
，
难以在消费电子领域
璃
，
从而确认
“
锂铝硅玻璃
”
是目前行业内公认
为性能较优异的盖板玻璃体系
。
彩虹
2017
年年初
推广应用
。
然而微晶高铝玻璃和蓝宝石的出现将
为移动终端领域开启智能手机与电容触摸屏组合
的新时代
，
将超薄微晶玻璃用作手机盖板的主要
实现量产化的
CG21
锂铝硅玻璃同样采用锂铝硅配
方架构
，
其强化性能表现与
GG5
处于同一水准
。
为了更好地满足移动终端提出的需求
，
目前最简
材料
，
为国内终端客户提供了一个更高性价比的
单最快捷的方法就是在现有的
CG21
、
GG5
等高铝
锂铝硅玻璃类型上进一步开发
，
通过提高玻璃体
系中铝含量
、
增加碱金属氧化物含量以及部分促
选择
。
微晶玻璃是人们充分利用玻璃的热力学和
动力学特性而获得的新材料
，
微晶玻璃在特性上
是一种介于玻璃和陶瓷之间的材料
，
其维氏硬度
进化学离子交换的有效元素成分
，
并适当降低或
替代某一部分元素含量
，
同时通过微调各元素含
在
750
kgf/mm
2
以上
，
可化学强化
（
CS
）
值在
500
MPa
以上
，
深度
（
DOC
）
高于
110
g,
特性上表
现地更耐刮
、
更强韧
。
特别是高品质铝硅酸盐玻
量进一步控制粘温目标及强化性能目标
，
最终开
发出具有高应力值
、
深应力层
、
足够坚韧且能够
璃
，
化学强化后拥有出色的耐刮擦性能和机械
耐受日常使用中的刮擦
、
碰撞和跌落的新一代盖
强度
，
适用于电容式触摸屏技术的保护面板
。
如
Na
2
O-Al
2
O
3
-SiO
2
系玻璃
，
先通过热处理使其析
板玻璃产品
。
由于我国新型玻璃产业发展起步较晚
，
加上
科技投入较少
、
创新型人才匮乏等原因使得传统的
出
0
・
A1
2
O
3
・
2SiO2
钠霞石晶体
，
然后通过
K+
与
N
a
+
交换
，
使表面的霞石晶体转变为
16
研究与综述
K
2
0
-
A1
2
O
3
-
2SiO
2
A
方钾霞石
，
体积增大
10%
使
表面产生很大的压应力
，
机械强度提高到
1500
MPa,
在己知的微晶玻璃中强度是最高的
。
目前
，
锂铝硅
（
LAS
）
微晶玻璃由于其突出
的力学性能和卓越的热学性能成为众多研究者的
研究热点
，
其中锂铝硅微晶玻璃基础组成中
Li
2
O,
A1
2
O
3
,
SiO
2
摩尔比为
1
：
1
：
4,
通过一些特
定元素成分调节可使其在某一温度范围内达到零
膨胀
，
被一些尖端技术领域所应用
；
镁铝硅玻璃
陶瓷也是微晶玻璃体系中的一种
，
其具有生产成
本低
、
原材料丰富
、
低介电常数
、
低热膨胀系
数
、
高力学强度和良好的电绝缘性能等
，
被广泛
应用于电子工业领域
[S]
o
不同体系的微晶玻璃理论研究虽然已经较为
成熟
，
但对于在微晶盖板玻璃应用方面鲜有报
道
，
彩虹集团现已将微晶盖板玻璃开发列入近两
年的研究方向之一
。
2.3
超薄柔性玻璃
超薄柔性玻璃的实现无疑填补了折叠屏手机
的一块短板
，
而折叠屏手机的出产也将为超薄柔
性玻璃扩大市场份额
，
与其相辅相成的超薄柔性
玻璃也将迎来新一轮的爆发
。
玻璃要做到超薄的
同时还要保持良好的柔韧度及高强度
，
则必须在
玻璃中添加其他材料
，
高铝硅玻璃就是符合这种
特性的材质
，
其弹性模数及介电常数值也符合电
容式触摸屏基板与保护盖板玻璃的要求
。
通常
，
超薄玻璃的制作是采用下拉法直接热成型工艺进
行生产
，
将熔融玻璃浆液倒入狭窄缝隙中直接拉
制而成
。
目前
，
全球唯一一家可以实现超高强度超薄
玻璃量产的制造商肖特科技
，
通过下拉法生产技
术
，
批量生产的超薄玻璃厚度为
70-350
^m,
无
需二次减薄就能在超薄厚度范围达到极高质量
。
而康宁所生产的超薄可弯曲玻璃厚度为
0.
1
mm左
右
，
可以如同纸张一样对折
，
半径为
5
mm,
预计
两年内问世
。
此外
，
三星显示目前已经实现折叠
屏用超薄柔性玻璃
UTG
（
Ultra
Thin
Glass
）
盖板
的量产和商用
，
超薄柔性玻璃
UTG
采用强化工艺
处理
，
可增强
30
pm
超薄玻璃的柔韧性和耐用
性
。
随着近年来中国电子信息化产业的高速发
展
，
国内对于超薄玻璃的需求也急剧增多
，
而以
京东方为首的中国厂商在最近几年已完成了柔性
屏产能的布局
，
其中
，
更多终端厂商期望采用原
生玻璃而非减薄后的玻璃
。
柔性盖板材料同时要求柔性
、
耐磨性以及透
光性
，
之前推出的第一代折叠产品
，
柔性盖板材
料主要采用无色聚酰亚胺
（
CPI
）
材料
，
CPI
材料
虽然目前具备量产基础
，
柔韧性也更具优势
，
但
其抗冲击能力
、
硬度差等缺点
，
在可折叠手机折
痕问题上还有很大的提升空间
。
而超薄柔性玻璃
具有天然优势
，
能弥补可折叠手机面临的不足。
超薄柔性强化玻璃硬度足够
，
能有效地保护内侧
的
0
LED,
并且具有光学优势
，
可弯折次数高
，
大大解决手机屏幕折痕问题
。
因此
，
对国内玻璃
行业来说
，
利用企业自身优势研发出柔性玻璃生
产技术
，
不仅能满足市场的需求
，
而且可以提升
我国玻璃行业的技术水平
，
进一步促进和带动相
关产业技术发展
。
2.4
车载玻璃
目前
，
一般汽车上玻璃的使用量占汽车总质
量的
3%~5%,
且处于增加趋势
，
其分别在防护
性
、
外观性
、
安全性三个方面上发挥着重要作
用⑹
。
随着无人驾驶
、
自动驾驶以及
5G
技术的快
速发展
，
汽车智能化时代加速到来
。
而作为智能
汽车实现人机交互最重要媒介的车载显示屏
，
像
智能手机屏幕一样
，
尺寸不断扩大
，
成长迅速的
车载显示市场为盖板玻璃创造了市场空间
。
特斯
拉是最早使用盖板玻璃屏幕的汽车
，
其采用的就
是
17
英寸（
1
英寸
=
2.
54
cm
）
的大尺寸触控中控
屏
。
根据
IHS
Markit
的调查统计
，
2018
年全球市
场汽车中控显示屏的平均尺寸为
7.7
英寸
，
预计
到2024
年将扩大到
8.
4
英寸
。
而作为这一块大屏
17
全国性建材科技期刊
—
—
《
玻璃
》
2020
年第
9
期总第
348
期
的重要防护材料盖板玻璃
，
将成为人与车载屏幕
背后智能系统交互的第一个触点
，
人机交互的入
口
。
汽车车载显示大屏化
、
智能化的趋势，
使得
对既能达到汽车业严格标准又具备智能手机盖板
玻璃般精巧工艺的高性能玻璃的需求在增加
。
玻璃盖板取代
PMMA
和膜类材质是必然的
，
因为屏幕尺寸越来越大
，
表面积越大
，
贴合平整
度要求越高
，
同时热膨胀系数
、
耐刮擦表现
、
光
学指数都成为了汽车厂商关注的焦点以及用户看
得见的表面参数
，
这一定会是玻璃优于其他材质
的重要体现
。
同时部分玻璃厂家已经大力推广新
产品
，
声称更加安全的安全玻璃
，
参数更高
、
专
为汽车开放的车载玻璃
，
都在将内饰玻璃专业化
和差异化
[7]
o
康宁于2019
年专为车载内饰显示打
造的产品康宁高性能车用玻璃
AutoGrade™
Gorilla
Glass,
既能提供更强耐久性
，
又能通过汽车行业
的标准头碰测试
，
同时保持玻璃的薄度及灵活性
以满足不断变化的汽车内饰设计需求
。
但车载盖
板玻璃目前面临其表面
AG
加工难度问题
，
所以从
配方角度出发
，
需针对盖板玻璃料方做进一步优
化和调整
；
从
AG
加工工艺角度出发
，
需采用与配
方相适应的加工方法
。
现阶段汽车玻璃的发展倾向于
“
轻量化
”
。
超薄高铝玻璃兼具玻璃的柔韧性和高强度特性
，
可用于汽车的显示玻璃
、
天窗玻璃
、汽车前后挡
风玻璃
。
重庆鑫景特种玻璃在拥有自主知识产权
且具备国内领先超薄电子玻璃团队的基础上
，
其
产品已广泛应用于新型显示触摸屏盖板玻璃和航
空
、
高铁
、
新能源汽车风挡玻璃等领域
，
具有高
强度
、
抗划伤
、
抗冲击等特点
，
特别是对我国军
工级航空玻璃基础材料依赖进口有潜在意义
。
并不是所有汽车玻璃都是钢化玻璃
，
一般轿
车玻璃分为两种
，
一种是夹层玻璃
，
另一种是钢
化玻璃
。
前风挡为夹层玻璃
，
侧窗
、
天窗及后风
18
挡多为钢化玻璃
。
福州福场目前与福耀合作开发
新型汽车玻璃
，
即
：
一种
“
0.7mm
厚的高铝玻璃
与
2.1mm
厚的钠钙玻璃组成的夹层玻璃
”
，
使其
适用于汽车的前后挡风玻璃
、
天窗玻璃
。
福耀在
前期研发过程中与康宁计划研发高铝钠钙夹层玻
璃
，
但由于部分技术问题无法克服
，
最终未能完
成高铝钠钙夹层玻璃的研发
。
随后与福场合作共
同开发
，
福场针对彩虹
CG0
1
玻璃和重庆鑫景玻璃
进行试做后
，
表示后续将采用彩虹
CG01
玻璃为技
术应用载体向福耀推广
。
3
结语
根据触摸屏行业技术的发展
，
高铝盖板玻璃
将以其优良的特性不断提升其市场占有率
。
作为
国内高端盖板玻璃的领军者
，
彩虹紧跟
5G
时代玻
璃的发展方向
，
将不遗余力
，
致力于发展具有国
际先进水平的特种玻璃产业
，
为国产品牌的振兴
发挥力量
。
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