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  [图文]苹果为什么坚持使用蓝宝石?或因专利技术及供应链           ★★★ 【字体:
苹果为什么坚持使用蓝宝石?或因专利技术及供应链
作者:61ic    新闻来源:Internet    点击数:    更新时间:2014-7-18    

关键字:蓝宝石  康宁玻璃  液晶面板 

市场研究机构NPD DisplaySearch指出,在苹果(Apple)可能应用(人造)蓝宝石材料和一连串相关投资的双重推动下,美国蓝宝石材料生产设备供货商极特先进(GT Advanced Technologies)在过去一年来的股价突飞猛进,从2013年二季的3~4美元上涨到2014年第二季的15美元以上;即使是其他未曾因苹果采用而获益的蓝宝石供应链,也吸引了不少投资者的眼光。

NPD DisplaySearch表示,到目前为止,苹果仅是将蓝宝石玻璃应用于后方相机镜头保护和直径小于10mm的指纹芯片上,两者使用的最主要目的是为了保护、防止位于蓝宝石玻璃下方的组件刮伤。不过,真正让人们持续关注的是,苹果很有可能在未来某一代的iPhone保护玻璃玻璃上,以蓝宝石材料取代铝硅酸盐玻璃材料(aluminosilicate),而且对角线尺寸至少应该会在4.7英寸以上。

在智能手机屏幕上使用蓝宝石保护玻璃的考虑情况,比起前二者来得更为复杂。除了对应的尺寸使得成本跳升外,保护玻璃材料的选择并不单单只是考虑防止刮伤而已。NPD DisplaySearch表示,保护玻璃下方就是手机屏幕,光学的穿透性也是相当重要的因素,而穿透性的高低直接影响到液晶屏幕所需的背光强度,进而影响到智能手机的功耗。

蓝宝石除了先天物理硬度高,可抵挡日常生活中灰尘、砂砾的磨损外,往往也被消费者视为是一种稀有、珍贵的矿石,而产品厂商自然也乐意以迎合消费者既有的心理,来达到产品营销的目的。不过事实上,绝大多数应用于消费者产品的蓝宝石材料,就如同所谓的“水晶”一般,其实都是人工方法制造出来的;蓝宝石之所以昂贵,并不是因为稀有,而是因为制造过程(长晶)中需要耗费大量的电能与时间。

蓝宝石保护玻璃的供应链主要是材料(蓝宝石晶棒和基板)和加工(成形和涂层)。虽然蓝宝石常见于许多精品手表中,但LED应用才真正是蓝宝石材料厂商的主要客户。主要的蓝宝石材料厂商来自全球各地,如Monocrystal、Rubicon、STC、OCI、Kyocera和USIO。这些厂商拥有数量庞大的蓝宝石长晶炉,长成晶棒后,利用金刚石线锯切割,经由研磨、抛光等程序,以基板的形式销售给下游客户,包含2英寸、4英寸和8英寸等形式。

不像Rubicon和Monocrystal已是人们所熟知的蓝宝石材料大厂,极特先进是以长晶炉设备而著称,而非生产蓝宝石材料。NPD DisplaySearch指出,过去半年来,有关极特先进在亚利桑那州(梅萨)安装长晶炉的消息从来就没有停过。媒体曾经以500台的数量来估算产能,并推算出这些产能在一年内仅能供应iPhone约三分一之的需求,结论自然是苹果会有更多的长晶炉需求。

相机镜头、指纹辨识的保护盖(小于0.5英寸)或是智能手表(约1.5/1.7英寸)对蓝宝石的消耗并不大,然而当作保护玻璃玻璃使用(至少4.7英寸)时,基板的尺寸、价格、经济切割、外型加工良率损失与供应链产能就绝对是另一个层次的考虑。再者,如果苹果真的想用整片蓝宝石材料来取代由康宁等厂商提供的铝硅酸盐玻璃的话,那么以iPhone的销售量来做为筹码,苹果其实可以直接跟全球蓝宝石材料大厂谈判、立即就可以取得有利的价格与产能,似乎并不需要透过极特先进、从无到有地建立自己的蓝宝石材料供应链。

NPD DisplaySearch表示,从苹果和极特先进在过去三年内的商业行动观察,或许可以勾勒出苹果背后的意图和战略。2013年9月12日和2014年1月23日,苹果从美国专利局(USPTO)获得两项关于蓝宝石的专利批准:一个是关于蓝宝石基板的多层夹层专利(sapphire laminate),另一个是相关的多层固着技术专利(attachment techniques)。

2013年11月4日,极特先进宣布已经与苹果公司签订关于蓝宝石材料的多年期供货协定。根据此次协议,苹果将采购并运营蓝宝石材料生产设备,而这些设备将被安装在该公司的新工厂中(亚利桑美州的梅萨)。苹果将向极特先进预先支付约5.78亿美元的款项,后者将自2015年开始,以至少5年的时间,陆续向苹果公司报销相关费用。

另外,2012年11月,极特先进从Twin Creeks收购了 Hyperion薄层切片技术,可用来切割约20微米厚度的薄层。2014年4月30日,极特先进还宣布将与EV Group共同开发相关的专业贴合制程与设备,让由Hyperion技术所切出的薄层(蓝宝石、碳化硅)得以和特殊处理过的基板(玻璃、硅、塑料)两相贴合。

(电子工程专辑)
苹果和GTAT在蓝宝石材料上的商业行动(来源:NPD DisplaySearch)

从以上的商业行为来看,可以推论苹果的两项专利内容跟极特先进的制程技术应该是相关的。也就是说,前者利用专利与建立自有的供应链来建立品牌竞争的门坎,而后者则是让专利的想法得以量产实现。

虽然目前使用的蓝宝石材料大多为人造产品,但多数人仍认为蓝宝石比玻璃还有价值。不过NPD DisplaySearch指出,这不代表非苹果品牌可以接受使用蓝宝石保护玻璃所产生的高昂成本,最有可能的应用还是一两款限量的高端机种。在分析了材料的物理特性和保护玻璃规格需求后,该机构也不认为蓝宝石材料有必然的优势可取代玻璃作为智能手机的保护玻璃。

蓝宝石材料最显著的一个特性便是硬度,蓝宝石的硬度达到了莫氏9H,仅次于钻石(10H)。莫氏硬度(Mohs Hardness)是比较两种矿物相互碰撞时相对硬度大小(划痕和耐磨性)的好方法。砂砾或灰尘中含有二氧化硅(SiO2,莫氏硬度7H),当其摩擦到智能手机保护玻璃玻璃(换算莫氏硬度后,一般低于7H),就容易产生划痕和细微损伤。因此,只要保护玻璃材料的莫氏硬度可以大于7H,那么就可以抵挡住砂砾造成的磨损。

但是耐磨性不是保护玻璃的唯一要求,蓝宝石的冲击耐受力也比玻璃强;虽然蓝宝石的断裂韧度是2.3 Mpa(铝硅酸盐玻璃是0.7 MPa),但是蓝宝石也不能经受太大或突然的冲击。蓝宝石也有缺点,可见光波段的穿透性就是最重要的一个;由于蓝宝石在紫外线波段比起玻璃有更好的穿透性,因此一些工业用组件采用蓝宝石作为光学零件。

但是,蓝宝石在可见光波段(390~700nm)的光学穿透率却不如玻璃,前者约仅大于80%,而后者则是大于90%。精品手表的表盘简单、仅作为报时用,因此采用整片蓝宝石材料作为保护玻璃,对其主要功能影响有限。然而,智能手机的屏幕与触控面板是整个人机接口的核心。较差的穿透率意味着需要加强液晶面板的背光,这对为了追求屏幕高分辨率而已经牺牲功耗的智能手机显然不是所期望的。

此外,蓝宝石的生产更为耗能,长晶炉需要长时间维持高温(~2,045°C),而长晶成晶棒的时间约需要三个星期。其他像是较高的折射率(~1.76-1.78)、比重(~3.95 g/cm3),也会对整体智能手机的规格产生影响。透过对蓝宝石优缺点的分析,NPD DisplaySearch认为对于整体智能手机来说,玻璃仍是较平衡的选择。

苹果将如何运用蓝宝石?

那么苹果为什么坚持使用蓝宝石?答案可能是因为专利、技术以及供应链的取得。只要苹果可以透过极特先进和下游保护玻璃成形加工厂商(如蓝思)的供应链使其专利可行,那么苹果就能采用Hyperion技术切割的20微米蓝宝石薄层覆盖在iPhone的保护玻璃上,作一种“表面硬度加强处理”,而不是使用整片蓝宝石材料。如此,苹果就可以充分发挥蓝宝石的耐磨性优势,但却不需要过度迁就蓝宝石材料的成本和劣势。

如果不是因为有如此特殊的工法,苹果其实应该直接透过全世界已有的蓝宝石材料大厂来建立供应链,相对来说还是比较容易的。正因为这是前所未有的工法、也因此苹果才会将供应链设在亚利桑那州梅萨、而不是亚洲,以提高保密性并让其他品牌无法复制供应链。如果是采用整片蓝宝石材料来做智能手机保护玻璃,那么现有的供应链已经成熟,除了苹果外,其他品牌自然也是立即可以采用。

极特先进表示:“将自2015年开始,以至少5年的时间,陆续向苹果公司报销相关费用。”也就是说,以苹果专利与供应链为基础的蓝宝石保护玻璃工法,可能要到2015年才看的到。那么2014年会出现以整片蓝宝石材料才作为保护玻璃吗?

NPD DisplaySearch推断,如果苹果在2014年就将蓝宝石运用在iPhone保护玻璃中,那么很有可能只会在高阶或甚至限量版的iPhone中使用整片蓝宝石。其实,另一个比iPhone更有可能在2014年应用整片蓝宝石材料的产品,就是传闻中的iWatch。

NPD DisplaySearch 指出,iWatch保护玻璃仅约1.5英寸或1.7英寸的对角线,同时屏幕要显示的信息也没有iPhone来得复杂,因此光学穿透性的影响较低。不过,考虑到成本与终端售价,苹果很有可能同时推出蓝宝石与铝硅酸盐玻璃的版本。

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