手机设计越来越轻薄，屏幕越来越大，但与之相应的是屏幕的脆弱度也随之增加。每个人都曾经历过那种心痛的时刻：不小心将手机摔落地上，然后发现屏幕上出现了裂纹。这不仅仅是经济上的损失，更多的是情感上的遗憾，因为手机对我们来说，不仅仅是一部机器，更是一个记录生活、连接世界的工具。

为了解决这一问题，手机制造商早已开始寻求各种方法来保护手机屏幕。最初的屏幕贴膜技术虽然能够在一定程度上抵御刮擦，但在防摔方面的效果并不明显。而且，长时间使用后，贴膜可能会出现气泡、掉色等问题，从而影响屏幕的显示效果。

为了提高手机屏幕玻璃的硬度，制造商们开始追求新的突破。硬度决定了屏幕玻璃对外界物理冲击的抗击能力，硬度越高，屏幕玻璃越能抵御刮擦和摔落带来的损害。

手机玻璃发展历程

（1）手机的更新换代推动了手机玻璃的发展

手机玻璃发展与手机的演变紧密相连，手机玻璃的更新换代推动了手机玻璃的变革，而手机玻璃功能的提升和扩展又为手机的创新、创意提供新的平台。从1973年第一代手机，从1G网络到目前的6G，由移动互联网向移动物联网，加速了许多行业的数字化转型，不仅用于生活娱乐，更多用于工业互联网、物联网、智联网，有力地促进了我国数字经济发展。手机发展历程中有几个具有里程碑意义：2007年第一部智能手机的问世，由功能手机进入智能手机时代；2019年5G手机问世，构建了高速、移动、安全的新一代信息基础设备；2018年折叠式手机问世，大屏幕高分辨率影像、折叠双屏形成新的生态系统。

（2）手机玻璃的发展历程

手机制造的初期并没有专用的玻璃，通常采用钠钙玻璃和硼硅酸盐玻璃。钠钙玻璃已大量生产，成本低廉且便于离子交换进行化学增强，故将钠钙玻璃用于钟表和仪器、仪表作表面保护，国内称为“表蒙玻璃”，以后用作手机的盖板玻璃。硼硅酸盐玻璃硬度、强度及化学稳定性、热稳定性均优于钠钙玻璃，但不易熔化成形和加工，而硼硅酸盐光学玻璃K9国内已大量生产，均匀性、透明性均佳，国内有一段时间厂家将切割、研磨、抛光后的K9光学玻璃作为手机盖板玻璃。2007年，苹果公司乔布斯（Steve Jobs）研制了第一部触摸屏手机iPhone时，就考虑到手机玻璃是采用亚克力（Acrylic）还是玻璃的问题，亚克力是丙烯酸和甲基丙烯酸化学品的通称，常用的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），透光率为92%，维氏硬度为16～21 kgf/mm2，弯曲强度90～130 MPa，断裂韧性可达1.6 MPa ·m1/2；玻璃与其相比，玻璃的透光率92%以上，最高可达95%～97%，比亚克力要高，而且在紫外线照射下不会老化。玻璃的维氏硬度440～480 kgf/mm2，比亚克力要高几十倍，但亚克力抗冲击强度是玻璃的16倍，既要考虑到玻璃的高硬度、耐磨和耐刻划性，又要提高玻璃的抗冲击强度和抗摔性，这是一个难题。乔布斯与康宁公司埃利森（Adam Ellison）联系后，考虑采用上世纪60年代康宁公司Chemcor产品的化学增强技术，通过离子交换以提高玻璃强度与抗摔性。于是康宁公司位于肯塔基州哈罗斯伯格（Harrodsburg）企业将熔融溢流下拉法生产的1.3 mm薄玻璃用离子交换进行化学增强。未增强玻璃硬度534 kgf/mm2，通过离子交换，交换层深度44 μm，形成压应力750 MPa，玻璃硬度提高到649 kgf/mm2，抗冲击强度比交换前提高4倍。康宁公司将此产品命名为Gorilla，中文译为“大猩猩”，简称CG1。2012年又开发第二代Gorilla，简称CG2，其强度比CG1提高20%，产生擦伤的负荷需4 N力，而CG1仅需2 N力，冲击断裂落球高度比CG1增加80%。与钠钙玻璃相比，CG玻璃更具有优势，在相同厚度条件下，钠钙玻璃离子交换的深度为15 μm，形成压应力500 MPa，抗冲击强度仅有120 MPa，仅为CG1的18.5%。2012年10月统计有10亿台手机采用CG2玻璃，占世界第一位。

2020年研制的第七代Gorilla Glass Victus首次实现跌落高度和抗刮擦能力同时提升，一般铝硅酸盐玻璃通常不足0.8 m高度跌落就损坏，而Victus跌落高度可提高到2 m，同时其抗刮擦性能比一般铝硅酸盐玻璃要高4倍，其对设备的保护得到普遍的认可，已用于80亿台设备和2400机型，是目前最坚固的大猩猩玻璃。

康宁研发另一著名玻璃产品为Lotus XT，中文译为“莲花”，是一种硼硅酸盐玻璃，具有很高的弹性模量，E为80.7 GPa，维氏硬度626 kgf/mm2，工作温度（103Pa·s）1370 ℃、软化点Tf （106.5Pa·s）1045 ℃，退火点799 ℃以及低的热膨胀系数α10-300℃ 34.5×10-7/℃，耐高温和高的尺寸稳定性，用于LTPS高效能显示器的基片，做到精确加工，精确定位，精确显示，使显示屏达到更亮更清晰。Lotus XT还能拉成33 μm以下薄玻璃，用作可折叠显示屏。

Willow中文译为“柳木”，也可制成超薄可挠性玻璃，具有高温稳定性和尺寸稳定性，能在500 ℃应用，随意弯曲。康宁与三星合作研制成超薄玻璃Ultra Thin Glass（UTG）厚30 μm，具有很高的柔韧性和耐用性，还可以通过化学增强，进一步增加强度和韧性，最初用于三星折叠屏手机Galaxy Z Flip，可折叠2万次而不断裂，还与聚酰亚胺（PI）组成叠层材料，充分发挥超薄玻璃的刚性和聚酰亚胺的塑性，形成新的韧性材料，折叠时达到严整，减少皱褶。

上世纪50年代康宁公司就已发明了微晶玻璃，抗冲击强度很高，热稳定性与化学稳定性好，电性能均佳，苹果公司将改进的新品种纳米微晶玻璃用于iPhone 12的盖板，称为超晶瓷，以后iPhone 13，iPhone 14均用此为盖板，具有很高的抗摔性和耐刮擦性。

2012年左右，德国Schott用小浮法生产了盖板玻璃。Xensation Cover是一种铝硅酸盐玻璃，弹性模量E为73 kN/mm2，未离子交换前的努普硬度（Knoop Hk 0.1/20）为595 kgf/mm2，交换后为700 kgf/mm2；未离子交换前维氏硬度（Vicker Hv 0.2/20）为630 kgf/mm2，交换后为680 kgf/mm2；离子交换后形成压应力>800 MPa，压应力深度>100 μm，四点弯曲强度>600 MPa，是较优良的盖板玻璃。2015年Schott利用狭缝下拉法制造了铝硼硅酸盐玻璃AF 32eco和硼硅酸盐玻璃D263。D263的性能：弹性模量72.0 kN/mm2，努普硬度470 kgf/mm2，Tg点557 ℃，线膨胀系数72×10-7/℃，介电常数6.7（1 MHz）。AF32的弹性模量74.8 kN/mm2，努普硬度580 kgf/mm2，Tg点717 ℃，线膨胀系数32×10-7/℃，介电常数5.1（1 MHz）。D263介电常数比较高，可代替蓝宝石作指纹识别，不必用密码清屏，实用、简单、安全便捷，适用在线支付，权限控制识别。

As87eco超薄玻璃可制成30 μm薄片，最薄25 μm，可弯曲半径3 mm。

2011年，日本旭硝子（AGS）研制出盖板玻璃Dragonton第一代，中文译为“龙迹”或“龙尾”，强度为钠钙玻璃的6倍，以后又推出Dragontrail X，比以前龙迹系列产品强度提高30%，是普通玻璃的8倍，手机屏从1.3 m高度落下不碎。2014年，旭硝子发布的SPOOL超薄玻璃厚度仅有0.1～0.05 mm，用小浮法生产，成功卷绕成100 m的卷轴。

日本电气硝子（NFC）于2012年采用小浮法工艺生产Dinorex碱硅酸盐盖板玻璃，中文译为“霸王龙”1代，2012年用溢流下拉法推出Dinorex 2代。2014年则发布了Dinorex 3代，比2代在同样条件下离子交换速度提高了2倍。该公司研制的超薄玻璃G-Leaf厚度只有90 mm～0.03 mm，最薄的只有25 μm～100 μm，可与树脂层积板构成Lamin隐形材料。

我国对玻璃盖板的研制起步并不晚。2007年，成都光明光电公司即已申报了铝硅酸盐玻璃化学钢化的专利，2013年建成高铝玻璃浮法生产线，后因故停产。2019年，根据国内手机玻璃生产商对提高抗摔性能的要求，进行了透明微晶玻璃手机盖板的研制，2020年已小规模生产。

2011年8月，我国台湾华映集团在福州成立科立视材料科技有限公司，于2013年建立了第一条溢流下拉法生产线，制造Gorilla 4.5代盖板玻璃，用于触摸屏，后来又生产抗菌盖板玻璃。2018年开展透明微晶玻璃研发。

2014年，四川旭虹光电科技公司生产了锂铝硅酸盐盖板玻璃，产品名称Panda 1681（大熊猫1681），第一代以后又生产了Panda 1681-2第二代，性能比第一代有明显提高。

南玻集团所属的河北视窗玻璃在2021年生产0.25～1.1 mm超薄屏幕玻璃，宜昌南玻集团光电玻璃公司在2020年批量生产0.18 mm铝酸盐玻璃，是国内最早生产0.33 mm以下铝酸盐超薄玻璃企业。2015年，咸宁南玻光电玻璃公司生产了KK3第一代高铝玻璃，2019年发展为KK6第二代高铝玻璃，在透光度、抗摔性和耐刮擦性方面均有提高。

蚌埠玻璃工业设计院也是我国早期研发盖板玻璃单位之一，2017年建成一条Al2O3含量高于14%的盖板玻璃浮法生产线。重庆鑫景则与北京工业大学合作在2018年建成和投产了Al2O3 18%高铝玻璃生产线。2021年又研制成透明微晶玻璃，应用于华为P50 Pro手机，称为昆仑玻璃，可在2 m高度向下跌落，获得首个瑞士SGS五星抗摔权威论证，此外防刮擦性能也有显著提高。

最近湖南旗滨企业建成一条透明微晶玻璃生产线，用特种压延法生产0.7 mm以下超薄微晶玻璃，有望应用于手机盖板。

机 身 背 盖

玻璃成为手机背盖的主流材质路线其实要比屏幕面板复杂坎坷一丢丢，从当初塑料，到玻璃，再到金属，又因为越来越丰富的网络需求，需要放下更多天线的原因，又回归到今天主流的玻璃材质了 —— 不过玻璃背盖，手机厂商们还能怎么玩？

正面板用到的强化、钢化、纳米微晶化的玻璃，当然也会被用在玻璃背盖上，但是因为背盖玻璃不需要透光，设计上，它其实可以有更多的可能性 —— 主要有两条路线，一条是玩玻璃的质感，可以从触感入手，可以从观感入手，当然，也可以触感、观感一起入手；另一条，其实就是在玻璃形态上做文章了。

第一条路线，就不得不提到 AG 工艺了 —— 首先 AG 是「Anti-Glare / 防眩光」的简称，简单来说就是在玻璃表面做了特殊的「雾面」处理，来分散外部光线在玻璃面上的集中反射，以防止炫光效果 —— 实现的方法有三种：喷涂、镀膜和化学蚀刻。

其中「喷涂」的成本最低，效率最高，直接在玻璃表面喷上一层涂层形成凹凸的表面，但抗摩擦性很差。「镀膜」，是先在偏光片的表面进行加工处理，再将处理过的镀膜覆盖到普通玻璃表面，光透率高，但硬度低、触感一般。

「化学蚀刻」是成本最高的，但也是最容易出效果的，利用强酸化学蚀刻的方式直接对玻璃表面进行凹凸加工处理，这样处理一体性更强，且硬度、寿命和耐刮程度也最高，从 iPhone 12 系列开始，现在的 iPhone 背盖用的就是这种工艺。

不过 iPhone 并不是最早采用 AG 玻璃的厂商，最早把 AG 玻璃概念带起来的，其实是一加，时至今日所有主流手机平台都推出过 AG 玻璃后盖的手机，这类玻璃表面是附着许多细小密麻、且不平整的颗粒，调节颗粒的大小还可以获得不同的质感和观感 —— 这方面展开还能再聊上一期。

除了 AG 玻璃，普通的亮面玻璃配合不同的光学膜，也能营造非常丰富的视觉质感，荣耀的数字系列可以说是近年这方面的代表，还有一种像 vivo 这两代的 S 系列、OPPO 往代的 Reno 系列、华为的 P60 Art，在玻璃下覆盖了比较特别的纹理，甚至是粒子，营造出特别的视觉质感。更有甚者把一些发光和变色的技术，像夜光、光致变色，甚至是电致变色搬到了玻璃背盖上。

就算是 AG 玻璃，细节不同的蚀刻工艺 + 各种不同的光学膜打底，也能组合出丰富的背盖样式，像 OPPO Reno10 Pro 系列的部分配色，是一种视觉上略带迷幻的 AG 质感。

所以不同的光学处理 + 玻璃表面材质的处理拼配，已经成为今天各家手机厂商玻璃背盖设计的突破口了，考验设计师天马行空的想象力、工程师的研发力，和供应链、生产方的技术能力。

第二条路线，其实就是我们今天已经很熟悉的 2.5D、3D、双曲面、四曲面玻璃，甚至可以做成正、背面玻璃都做成四曲面的，「八边玲珑」的手机。

不过这条线路无论终点在哪，都有一套相同的工艺 —— CNC 切割 + 热弯成型。

CNC 切割主要目的是预先处理好孔位和玻璃尺寸，接着经过一系列的清洗、抛光处理，再进入重要的热弯成型阶段。因为玻璃在高温状态下，会变成微热糖果类似的半固半液软化状态（非晶体材料无固定熔点的特性），这时把它放在模具热压，冷却后就能成为想要的形态 —— 过程听起来简单，其实当中的工艺和操作的精准才是重点，像现在的 2.5D、3D 曲面玻璃的工艺已经很成熟了，但形态要求越高，弯曲度越夸张，就越考验热弯成型的工艺了。

多年前三星的 Galaxy Round，和 LG 的 Flex 曲面手机，正面板玻璃就用了热弯成型的工艺。而 OPPO 之前 Find X3、Find X5 系列背盖的「不可能曲面」，如果只有四边曲面，工艺上是比较容易实现的，但 OPPO 要求这个「环形山」的摄像头 Deco 玻璃是要跟背盖一体，一块完整的玻璃，需要热弯出两个平面，而且两个平面有流畅弧度做过度衔接，就非常考验工艺了。

手机玻璃发展方向

从手机发展历程中可以看出，从功能手机到智能手机、智慧手机，手机玻璃既是功能材料也是装饰材料，由前盖板、触摸屏、显示器到后盖板，玻璃均是合适的材料。特别是5G手机和折叠屏手机中，玻璃成为前盖板和后盖板“双玻结构”的理想材料。今后手机玻璃发展方向为：

（1）进一步提升手机玻璃的硬度、强度、抗摔性、耐刮擦性等特性。

经过离子交换后，手机玻璃的硬度有所增加，但提升幅度不大，各国手机的硬度虽有所差异，但并不明显，今后需要通过研究比较采用两步法还是多步法进行离子交换更合适，优化离子交换熔盐配方和交换工艺制度，特别是选择新型添加剂以提高交换后玻璃表面质量。

断裂韧性是指材料抗裂纹扩展的能力，以Kc来表示断裂韧性，断裂韧性值愈大，则愈不容易产生脆性断裂。

CG1的断裂韧性值最大，强度也应该最高，但从表1中则看出CG1的抗摔性不是最高的，似于两者产生了矛盾。抗摔性是一个使用者可以直接观察到的结果，与多种因素有关，断裂韧性不是唯一因素，测定抗摔性更符合实际情况，更容易为使用者所接受。抗摔性目测方法是将手机从一定的高度跌落在地，观察其破裂情况。实际测定时，必须指出一些具体条件，除高度还应指明屏幕向上还是向下，地面是否平整光滑，是地板还是水泥、岩石等粗糙地面，而且还要说明次数。如三星Galaxy S20用6代Gorilla玻璃从1 m高度跌落，仍能保持屏幕的完整性。Galaxy S20，从15楼摔到三楼后盖板都摔坏了，但屏幕仍完好，仅有一个坏点。

为了直接观察手机玻璃的抗冲击强度，则用落球法试验，因手机玻璃比较薄且面积小，不能经受钢化玻璃直径63.5 mm（质量1040 g）钢球自由落地的冲击而采用较轻的钢球，如华为手机昆仑玻璃的测试，则规定重150 g的钢球从1.2 m高度落下冲击玻璃中心而不破裂。国外也有采用133 g钢球进行冲击试验的，如Corning 0.55 mm手机玻璃要求133 g钢球冲击高度为90 cm而不破裂。

（2）手机是AI的最佳载体，已由产品形成一个行业，随着手机行业的不断发展，手机玻璃也要不断创新创意。高端化、轻薄化、柔性化、集成化、绿色化和生态化成为手机玻璃今后发展方向

①高端化。指手机玻璃达到性能卓越，独特雅致，雍容华贵的要求，并不完全指价格高端。以华为Mate 50 Pro采用昆仑玻璃盖板为例，采用平均晶体尺寸5～60 nm的纳米微晶玻璃结构，装配的华为Mate 50 Pro手机从2 m高度跌落实测情况，达到手机正面向下跌落而不是边角跌落，前盖玻璃未碎裂。根据华为官方介绍昆仑玻璃将整机抗摔性能提高10倍。至于手机上昆仑前盖玻璃目前的价格只比普通玻璃贵200元，普通消费者可以接受。

②轻薄化。手机屏面积扩大，摄像头的增加，内部集成更多的元件，排布复杂的天线，大功率电池，强大5G功能均使手机的厚度和重量增加。但从手机使用者来看，要求手感舒适，于是产生了手机功能和手机轻薄化的矛盾。要解决此矛盾，主要是手机设计者通过元件的功能化、复合化和结构元器件的合理排列与堆叠以减少手机的厚度和重量，但玻璃本身的轻薄化，也不应忽略。要使手机轻薄化，一方面减少玻璃的密度，另一方面减少玻璃的厚度。玻璃的密度受玻璃配方和生产工艺的限制，密度不可能降低很大。

③柔性化。随着手机弯曲屏与折叠屏的流行，手机玻璃的柔性化成为一种发展趋势。柔性指玻璃抵抗裂纹扩展的能力，柔性与塑性紧密相关，也可以形容为材料发生塑性变形而不断裂的能力，即发生弯曲而不断裂，换言之，柔性是指材料抵抗变形破坏的能力，如抗弯、抗冲击、抗扭转等。玻璃柔性主要由结构键来确定，但通过结构键来提高玻璃柔性，目前还是非常困难的，只有运用强度尺寸效应制造超薄玻璃来减少表面裂纹及各种宏观微观缺陷是行之有效的办法。通常认为当玻璃厚度低于0.1 mm时，即具有柔性。

④集成化。最初手机的盖板玻璃、触摸屏玻璃、显示器玻璃、后盖玻璃是分开的，各有其功能。以后逐步走集成化道路，由一种部件集合多种功能。首先将触摸屏与盖板玻璃一体化。既可作为触摸屏，也可作盖板。成本均降低，而好品率却提高。

⑤绿色化。指手机玻璃中不含或含限量的有害物质以及在手机制造过程中绿色生产和低碳排放。手机主机中有害物质的含量均应在国家标准GB/T 26572规定以下，包括汞（Hg）、镉（Cd）、六价铬（Cr（VI））、多溴联苯（PBB）、多溴二苯醚（PBDE）、Pb虽然超出GB/T 26572规定的限量，但目前无代替方案，按欧盟RoHS指令豁免。当然这是整机的检测，不单是手机玻璃的检测，但手机玻璃成分设计时不应选择铅、镉、汞等有毒成分，原料处理和熔制时要避免有毒成分的挥发，同时要提高化学稳定性，防止这些有毒成分的析出，还必须在熔制成形和加工过程中尽量减少碳排放。

⑥生态系统优化。此处的生态系统并不是常用的ecosystem的概念，一般生态系统是指在自然空间内，生物与环境构成统一整体，在这个统一整体中，生物与环境相互影响，相互制约，并在一定时期内处于稳定的动态平衡状态。手机的生态系统是指个人或实体接触到手机硬件和软件的总和，手机厂商对于所制造品牌手机硬件以及操作系统进行优化，使手机应用时能处于最佳系统，为用户提供更为完美的使用服务。而用户则要选择系统好用的软件和功能稳定的优化生态系统。因此，手机设计者和制造者需要根据手机使用情况，不断优化手机的硬件和操作系统，使其处于最佳状态，如华为研发的鸿蒙生态5G手机等。

文章来源： WHYLAB，多才明月照， 玻璃杂志