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揭示康宁大猩猩玻璃耐刮却不耐摔的秘密(上)
2016-07-23
分类:手机结构件
   在屏幕术语那么多,这些你真的能分清楚吗?小编在此和各位读者分享一下手机屏幕上的那些“不明觉厉”的专业术语,本期主要是探讨“保护玻璃”(屏幕的保护层)的知识。让我们先来回顾一下下面这张图:
揭示康宁大猩猩玻璃耐刮却不耐摔的秘密
  屏幕技术对应屏幕结构关系图

  从上图可以看出,保护玻璃处于手机屏幕的最外层,主要起到保护屏幕的作用,除此以外,近年来,由于诺基亚Lumia系列的2.5D弧形屏幕的独特设计,让Android和iOS两大阵营的机型纷纷效仿,尤其是苹果和三星的加入,让这种2.5D水滴屏设计更加是席卷整个手机界,从此,保护玻璃这一层结构不再是单纯起到保护屏幕的作用,还追加了装饰手机和优化手感的功能。
揭示康宁大猩猩玻璃耐刮却不耐摔的秘密
  接下来,小编针对保护玻璃这一层结构,将相关的专业术语划分到保护屏幕,美化外观和优化手感两大功能中进行描述,让读者能够更好地把握这些知识点。

  保护屏幕
揭示康宁大猩猩玻璃耐刮却不耐摔的秘密
  防刮蹭和防碎屏区别

  纵观下文提及的所有屏幕保护技术,大致上能够划分为防刮蹭和防碎屏两个方面,其中防刮蹭能力主要由硬度决定,而防碎屏能力主要由柔韧性决定。关于硬度和柔韧性的内容和区别,下文会详细介绍。

  康宁大猩猩

  前几年开始,美国康宁大猩猩玻璃被手机厂商广泛用于屏幕的保护玻璃之中,如今也已经发展到第四代产品。康宁公司是特殊玻璃和陶瓷材料的全球领导厂商,基于160多年在材料科学和制程工艺领域的知识,康宁大猩猩玻璃具有防刮、耐磨的特性,所以被手机厂商和消费者纷纷追捧。

  市面上所谓的大猩猩玻璃,其实就是美国康宁公司生产的环保型铝硅钢化玻璃。大猩猩玻璃的前身是康宁公司在20世纪60年代生产的,具防弹功能的特种玻璃,常被用于直升飞机。接着我们看看普通玻璃和大猩猩玻璃之间的区别,简单来说,普通的玻璃主要由石英砂,石灰石和硼酸钠组成,而石英砂的主要组成部分是二氧化硅(SiO2),康宁大猩猩玻璃也是由上述几种物质组成,区别在于在生产过程中,将产出的钠钙玻璃放置在硝酸钾溶液之中,发生了离子交换的反应,从而改变了分子结构,所谓离子交换其实就是利用硝酸钾中的钾离子将玻璃中(硼酸钠)的钠离子置换出来。
揭示康宁大猩猩玻璃耐刮却不耐摔的秘密
  化学元素周期表

  从上面的化学元素周期表和高中化学知识可得,K+相比Na+具有更大的离子结构,同时由于K+的金属性/还原性/失电子(被氧化)能力更强,所以和硼酸根离子结合能力相比Na+更强,结合起来的化合物硼酸钾相比离子交换之前的硼酸钠更加稳定,具有更高的强度,这也就是化学上常说的,硼酸根离子和钾离子形成的化学键更加稳定。

  表现在实际应用中,大猩猩玻璃具备一定的柔韧性,同时对于日常的普通刮蹭具备一定防御能力。

  Dragontrail玻璃(日本AGC)

  索尼XperiaZ系列旗舰机诞生之初,索尼并没有采用美国康宁大猩猩玻璃,而是选择了支持日本本土国货——AGC公司的Dragontrail玻璃,类似大猩猩玻璃,日本AGC这种Dragontrail玻璃也是硅酸铝玻璃,同时也主打耐刮,和大猩猩玻璃是直接竞争关系。当然,后来的索尼XperiaZ系列旗舰机也转向了大猩猩玻璃阵营,同时,小编发现XperiaZ系列旗舰机在使用AGC的Dragontrail玻璃时候,总是需要在机身表面贴上一层防爆膜,索尼官方解释是:手机跌落时候,意外碎屏之际,减少玻璃碎片飞溅伤害人体的几率。但是当索尼XperiaZ系列旗舰机更换了大猩猩玻璃之后,索尼选择把贴在双面玻璃机身上面的防爆膜去除,从这一行为上可推断,在防碎屏问题上,大猩猩玻璃可能比Dragontrail玻璃更胜一筹。
揭示康宁大猩猩玻璃耐刮却不耐摔的秘密
  索尼XperiaZ双面都贴有防爆膜

  蓝宝石

  iPhone6诞生之前一直有媒体曝光苹果将和制造蓝宝石屏幕厂商合作,打造防碎能力更佳的蓝宝石屏幕,不幸的是,最终并没有如外界推测那样,相反被国内手机厂商用在了新旗舰机上,例如大可乐3。

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  大可乐3屏幕采用了蓝宝石玻璃

  为什么那么多消费者和手机厂商都在谈论是否应该在手机屏幕上用上成本更高的蓝宝石保护玻璃?相比康宁大猩猩和Dragontrail玻璃,蓝宝石玻璃优势在哪里?

  我们先引入一个概念,莫氏硬度。简而言之就是一套表征自然界物体硬度排行的准则。根据百度百科的截图,如下表所示:
揭示康宁大猩猩玻璃耐刮却不耐摔的秘密
  莫氏硬度

  上面所说的大猩猩玻璃和Dragontrail玻璃归根到底都是二氧化硅,无论强度如何提高,最终在莫氏硬度的排行大概也只是7左右,同样处于7级硬度,并且也是二氧化硅为主要组成物质的沙石,对于手机屏幕来说无疑就是宿敌,两种都含有二氧化硅的物质相刮蹭,最终屏幕被刮花的概率有多大,结果可想而知。

  沙石在日常生活中并不罕见,先不说去沙滩漫步的时候不小心把屏幕摔在沙滩上,仅仅是篮球场水泥地、办公室地板、图书馆楼梯,沙石几乎都无处不在。手机屏幕纵然用上了大猩猩玻璃,并且面对钥匙、剪刀等尖锐物体摩擦的时候淡定从容,但是却依然难逃沙石的魔爪。这也是伙伴们买了具有第四代康宁大猩猩保护玻璃的手机,却依然为其贴上一张蓝宝石贴膜或者钢化玻璃膜的原因。

  我们再看看上面的表格,蓝宝石莫氏硬度达到了9级,换句话说仅次于钻石,如果用钻石做手机屏幕,这无疑是不现实的,成本这笔帐最终也会落在消费者头上,但是蓝宝石玻璃相比钻石来说成本相对便宜不少,而且防刮蹭的能力相比大猩猩屏幕也有一定的提升。

  纵然iPhone并没有用上蓝宝石屏幕,但是却在摄像头保护玻璃,以及指纹识别模块中用上了更加耐刮的蓝宝石玻璃,对于经常和桌面接触的摄像头位置,消费者总担心凸起的摄像头会被刮花,蓝宝石保护玻璃很好地解决了这个问题。

揭示康宁大猩猩玻璃耐刮却不耐摔的秘密
  iPhone6s摄像头区域采用了蓝宝石保护玻璃

  说了那么久,蓝宝石玻璃好像很完美,大猩猩玻璃也感觉不赖,但是这两种保护玻璃都不能从根本上降低碎屏风险,因为真正决定屏幕是否耐摔的指标并不是莫氏硬度,而是柔韧性,换句话说,硬度和柔韧性是两种不同的概念,防刮蹭和防碎屏也是两种不同的能力。

  防爆膜

  上文提到,为什么索尼要在自家旗舰机上使用防爆膜,主要原因还是屏幕不耐摔,担心摔碎了之后玻璃飞溅,误伤人体。即使是蓝宝石玻璃,纵然将莫氏硬度提高到9级,但是屏幕的耐摔性上,相比大猩猩玻璃依然没有得到改善。我们先举个简单例子,总所周知,玻璃、金属、塑料三种材质之中,塑料是最耐摔的,诺基亚那些耐摔神器基本上都是采用了塑料机身(聚碳酸酯),金属和玻璃不经摔,前者容易在摔下之后留下凹凸不平的洞,而后者则是碎片飞溅。

  这里面牵扯到另一个概念——柔韧性,众所周知,弹簧在发生适度弹性形变之后很快就能够恢复原来的状态,但是一般来说,金属一旦发生形变之后,很难恢复到原来的样子,这也是为什么iPhone频频出现“掰弯门”和“坐弯门”的原因,导致后来的iPhone6s把金属材料从6000系列铝合金更换成7000系列铝合金。

揭示康宁大猩猩玻璃耐刮却不耐摔的秘密
  iPhone6s将6000系列更换成7000系列铝合金

  相比金属和玻璃,塑料的柔韧性比较好,看看三星早年那些“大塑料”旗舰机,有多少台是被坐弯或者徒手掰弯的?我们不妨把那些可拆卸的塑料后盖适度地上下左右弯曲,你会发现只要我们把力度控制在正常幅度下,塑料后盖在形变之后很快就能够恢复原本的样子,塑料手机跌落在地上的时候,如果是后盖落地,塑料凭借自身的柔韧性,能够很好地分散冲击力,从而保护机身其它部分元件。

  相比玻璃和金属机身手机来说,塑料的柔韧性更强,但是手机屏幕毕竟不是后盖,鉴于目前技术所限,手机屏幕是无法完全采用塑料来打造,从而提高其柔韧性,降低碎屏的几率。

  退一万步来说,即使能够实现塑料屏幕,厂商也是不会采用塑料打造手机屏幕的,因为其硬度低,根据上文提及的莫氏硬度可得,即使是工程塑料的硬度也不过在2-3级之间,相比7级的玻璃来说可谓微不足道,同样,对于同为7级的沙石来说也是不堪一击。使用过三星“大塑料”旗舰机的用户应该和小编有类似的感受,使用一段时间之后,纵然你十分爱惜手机,基本上不会随意磕碰和摔在地上,但是机身后盖上面依然出现了很多细小的划痕,这就是塑料不耐刮,硬度低的特性。

  综上所述,塑料柔韧性高,但是硬度低,玻璃和蓝宝石硬度相对较高,但是却不耐摔,柔韧性低。硬度和柔韧性仿佛就是鱼与熊掌不可兼得。

  缓冲带

  上文提及到,塑料的柔韧性很高,对于防止碎屏具有一定的帮助,iPhone设计师也深深明白这个道理,所以很早就在双面玻璃打造的iPhone4中加入缓冲带的设计,这也是充分平衡硬度和柔韧性的做法。

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  清晰看到iPhone4机身边缘具有缓冲带设计

  大伙不妨仔细观察手上的iPhone4和iPhone4s,你会发现在金属边框和屏幕之间增加了一圈塑料打造的缓冲带,主要功能就是在iPhone跌落之际,即使是屏幕那一面率先落地,但是加入的缓冲带能够很好地分散了这部分的冲击力,减少碎屏风险。

  悬浮工艺

  除了上面讨论的这些方式,保护屏幕的手段还有很多,例如较早的智能机设计,鉴于当时大猩猩玻璃并不是那么流行,手机厂商普遍都刻意地将机身边框设计得略高于手机屏幕,用塑料或者金属边框分散和降低地面对屏幕的冲击力,从而减少碎屏的风险。典型的代表为中兴GrandSII。
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  中兴GrandSII

  接着要介绍的“悬浮工艺”和下文提到的“悬浮屏”设计有所区别,读者朋友需要注意一下,前者起到保护屏幕作用,后者则更多地起到美化手机外观的作用,我们先来聊一下乐视的“悬浮工艺”。

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  乐1s

  根据官方解释,乐1s上面出现的这种悬浮工艺,主要是重新设计了屏幕和边框之间的距离,优化金属边框包裹的角度,经过乐视官方上百次实测认证,最少降低70%的意外跌落碎屏率。
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