手機結(jié)構(gòu)件

揭示康寧大猩猩玻璃耐刮卻不耐摔的秘密(上)

07月23日

分類：手機結(jié)構(gòu)件

　　在屏幕術(shù)語那么多，這些你真的能分清楚嗎？小編在此和各位讀者分享一下手機屏幕上的那些“不明覺厲”的專業(yè)術(shù)語，本期主要是探討“保護(hù)玻璃”（屏幕的保護(hù)層）的知識。讓我們先來回顧一下下面這張圖：

　　屏幕技術(shù)對應(yīng)屏幕結(jié)構(gòu)關(guān)系圖

　　從上圖可以看出，保護(hù)玻璃處于手機屏幕的最外層，主要起到保護(hù)屏幕的作用，除此以外，近年來，由于諾基亞Lumia系列的2.5D弧形屏幕的獨特設(shè)計，讓Android和iOS兩大陣營的機型紛紛效仿，尤其是蘋果和三星的加入，讓這種2.5D水滴屏設(shè)計更加是席卷整個手機界，從此，保護(hù)玻璃這一層結(jié)構(gòu)不再是單純起到保護(hù)屏幕的作用，還追加了裝飾手機和優(yōu)化手感的功能。

　　接下來，小編針對保護(hù)玻璃這一層結(jié)構(gòu)，將相關(guān)的專業(yè)術(shù)語劃分到保護(hù)屏幕，美化外觀和優(yōu)化手感兩大功能中進(jìn)行描述，讓讀者能夠更好地把握這些知識點。

　　保護(hù)屏幕

　　防刮蹭和防碎屏區(qū)別

　　縱觀下文提及的所有屏幕保護(hù)技術(shù)，大致上能夠劃分為防刮蹭和防碎屏兩個方面，其中防刮蹭能力主要由硬度決定，而防碎屏能力主要由柔韌性決定。關(guān)于硬度和柔韌性的內(nèi)容和區(qū)別，下文會詳細(xì)介紹。

　　康寧大猩猩

　　前幾年開始，美國康寧大猩猩玻璃被手機廠商廣泛用于屏幕的保護(hù)玻璃之中，如今也已經(jīng)發(fā)展到第四代產(chǎn)品。康寧公司是特殊玻璃和陶瓷材料的全球領(lǐng)導(dǎo)廠商，基于160多年在材料科學(xué)和制程工藝領(lǐng)域的知識，康寧大猩猩玻璃具有防刮、耐磨的特性，所以被手機廠商和消費者紛紛追捧。

　　市面上所謂的大猩猩玻璃，其實就是美國康寧公司生產(chǎn)的環(huán)保型鋁硅鋼化玻璃。大猩猩玻璃的前身是康寧公司在20世紀(jì)60年代生產(chǎn)的，具防彈功能的特種玻璃，常被用于直升飛機。接著我們看看普通玻璃和大猩猩玻璃之間的區(qū)別，簡單來說，普通的玻璃主要由石英砂，石灰石和硼酸鈉組成，而石英砂的主要組成部分是二氧化硅（SiO2），康寧大猩猩玻璃也是由上述幾種物質(zhì)組成，區(qū)別在于在生產(chǎn)過程中，將產(chǎn)出的鈉鈣玻璃放置在硝酸鉀溶液之中，發(fā)生了離子交換的反應(yīng)，從而改變了分子結(jié)構(gòu)，所謂離子交換其實就是利用硝酸鉀中的鉀離子將玻璃中（硼酸鈉）的鈉離子置換出來。

　　化學(xué)元素周期表

　　從上面的化學(xué)元素周期表和高中化學(xué)知識可得，K+相比Na+具有更大的離子結(jié)構(gòu)，同時由于K+的金屬性/還原性/失電子（被氧化）能力更強，所以和硼酸根離子結(jié)合能力相比Na+更強，結(jié)合起來的化合物硼酸鉀相比離子交換之前的硼酸鈉更加穩(wěn)定，具有更高的強度，這也就是化學(xué)上常說的，硼酸根離子和鉀離子形成的化學(xué)鍵更加穩(wěn)定。

　　表現(xiàn)在實際應(yīng)用中，大猩猩玻璃具備一定的柔韌性，同時對于日常的普通刮蹭具備一定防御能力。

　　Dragontrail玻璃（日本AGC）

　　索尼XperiaZ系列旗艦機誕生之初，索尼并沒有采用美國康寧大猩猩玻璃，而是選擇了支持日本本土國貨——AGC公司的Dragontrail玻璃，類似大猩猩玻璃，日本AGC這種Dragontrail玻璃也是硅酸鋁玻璃，同時也主打耐刮，和大猩猩玻璃是直接競爭關(guān)系。當(dāng)然，后來的索尼XperiaZ系列旗艦機也轉(zhuǎn)向了大猩猩玻璃陣營，同時，小編發(fā)現(xiàn)XperiaZ系列旗艦機在使用AGC的Dragontrail玻璃時候，總是需要在機身表面貼上一層防爆膜，索尼官方解釋是：手機跌落時候，意外碎屏之際，減少玻璃碎片飛濺傷害人體的幾率。但是當(dāng)索尼XperiaZ系列旗艦機更換了大猩猩玻璃之后，索尼選擇把貼在雙面玻璃機身上面的防爆膜去除，從這一行為上可推斷，在防碎屏問題上，大猩猩玻璃可能比Dragontrail玻璃更勝一籌。

　　索尼XperiaZ雙面都貼有防爆膜

　　藍(lán)寶石

　　iPhone6誕生之前一直有媒體曝光蘋果將和制造藍(lán)寶石屏幕廠商合作，打造防碎能力更佳的藍(lán)寶石屏幕，不幸的是，最終并沒有如外界推測那樣，相反被國內(nèi)手機廠商用在了新旗艦機上，例如大可樂3。

　　大可樂3屏幕采用了藍(lán)寶石玻璃

　　為什么那么多消費者和手機廠商都在談?wù)撌欠駪?yīng)該在手機屏幕上用上成本更高的藍(lán)寶石保護(hù)玻璃？相比康寧大猩猩和Dragontrail玻璃，藍(lán)寶石玻璃優(yōu)勢在哪里？

　　我們先引入一個概念，莫氏硬度。簡而言之就是一套表征自然界物體硬度排行的準(zhǔn)則。根據(jù)百度百科的截圖，如下表所示：

　　莫氏硬度

　　上面所說的大猩猩玻璃和Dragontrail玻璃歸根到底都是二氧化硅，無論強度如何提高，最終在莫氏硬度的排行大概也只是7左右，同樣處于7級硬度，并且也是二氧化硅為主要組成物質(zhì)的沙石，對于手機屏幕來說無疑就是宿敵，兩種都含有二氧化硅的物質(zhì)相刮蹭，最終屏幕被刮花的概率有多大，結(jié)果可想而知。

　　沙石在日常生活中并不罕見，先不說去沙灘漫步的時候不小心把屏幕摔在沙灘上，僅僅是籃球場水泥地、辦公室地板、圖書館樓梯，沙石幾乎都無處不在。手機屏幕縱然用上了大猩猩玻璃，并且面對鑰匙、剪刀等尖銳物體摩擦的時候淡定從容，但是卻依然難逃沙石的魔爪。這也是伙伴們買了具有第四代康寧大猩猩保護(hù)玻璃的手機，卻依然為其貼上一張藍(lán)寶石貼膜或者鋼化玻璃膜的原因。

　　我們再看看上面的表格，藍(lán)寶石莫氏硬度達(dá)到了9級，換句話說僅次于鉆石，如果用鉆石做手機屏幕，這無疑是不現(xiàn)實的，成本這筆帳最終也會落在消費者頭上，但是藍(lán)寶石玻璃相比鉆石來說成本相對便宜不少，而且防刮蹭的能力相比大猩猩屏幕也有一定的提升。

　　縱然iPhone并沒有用上藍(lán)寶石屏幕，但是卻在攝像頭保護(hù)玻璃，以及指紋識別模塊中用上了更加耐刮的藍(lán)寶石玻璃，對于經(jīng)常和桌面接觸的攝像頭位置，消費者總擔(dān)心凸起的攝像頭會被刮花，藍(lán)寶石保護(hù)玻璃很好地解決了這個問題。

　　iPhone6s攝像頭區(qū)域采用了藍(lán)寶石保護(hù)玻璃

　　說了那么久，藍(lán)寶石玻璃好像很完美，大猩猩玻璃也感覺不賴，但是這兩種保護(hù)玻璃都不能從根本上降低碎屏風(fēng)險，因為真正決定屏幕是否耐摔的指標(biāo)并不是莫氏硬度，而是柔韌性，換句話說，硬度和柔韌性是兩種不同的概念，防刮蹭和防碎屏也是兩種不同的能力。

　　防爆膜

　　上文提到，為什么索尼要在自家旗艦機上使用防爆膜，主要原因還是屏幕不耐摔，擔(dān)心摔碎了之后玻璃飛濺，誤傷人體。即使是藍(lán)寶石玻璃，縱然將莫氏硬度提高到9級，但是屏幕的耐摔性上，相比大猩猩玻璃依然沒有得到改善。我們先舉個簡單例子，總所周知，玻璃、金屬、塑料三種材質(zhì)之中，塑料是最耐摔的，諾基亞那些耐摔神器基本上都是采用了塑料機身（聚碳酸酯），金屬和玻璃不經(jīng)摔，前者容易在摔下之后留下凹凸不平的洞，而后者則是碎片飛濺。

　　這里面牽扯到另一個概念——柔韌性，眾所周知，彈簧在發(fā)生適度彈性形變之后很快就能夠恢復(fù)原來的狀態(tài)，但是一般來說，金屬一旦發(fā)生形變之后，很難恢復(fù)到原來的樣子，這也是為什么iPhone頻頻出現(xiàn)“掰彎門”和“坐彎門”的原因，導(dǎo)致后來的iPhone6s把金屬材料從6000系列鋁合金更換成7000系列鋁合金。

　　iPhone6s將6000系列更換成7000系列鋁合金

　　相比金屬和玻璃，塑料的柔韌性比較好，看看三星早年那些“大塑料”旗艦機，有多少臺是被坐彎或者徒手掰彎的？我們不妨把那些可拆卸的塑料后蓋適度地上下左右彎曲，你會發(fā)現(xiàn)只要我們把力度控制在正常幅度下，塑料后蓋在形變之后很快就能夠恢復(fù)原本的樣子，塑料手機跌落在地上的時候，如果是后蓋落地，塑料憑借自身的柔韌性，能夠很好地分散沖擊力，從而保護(hù)機身其它部分元件。

　　相比玻璃和金屬機身手機來說，塑料的柔韌性更強，但是手機屏幕畢竟不是后蓋，鑒于目前技術(shù)所限，手機屏幕是無法完全采用塑料來打造，從而提高其柔韌性，降低碎屏的幾率。

　　退一萬步來說，即使能夠?qū)崿F(xiàn)塑料屏幕，廠商也是不會采用塑料打造手機屏幕的，因為其硬度低，根據(jù)上文提及的莫氏硬度可得，即使是工程塑料的硬度也不過在2-3級之間，相比7級的玻璃來說可謂微不足道，同樣，對于同為7級的沙石來說也是不堪一擊。使用過三星“大塑料”旗艦機的用戶應(yīng)該和小編有類似的感受，使用一段時間之后，縱然你十分愛惜手機，基本上不會隨意磕碰和摔在地上，但是機身后蓋上面依然出現(xiàn)了很多細(xì)小的劃痕，這就是塑料不耐刮，硬度低的特性。

　　綜上所述，塑料柔韌性高，但是硬度低，玻璃和藍(lán)寶石硬度相對較高，但是卻不耐摔，柔韌性低。硬度和柔韌性仿佛就是魚與熊掌不可兼得。

　　緩沖帶

　　上文提及到，塑料的柔韌性很高，對于防止碎屏具有一定的幫助，iPhone設(shè)計師也深深明白這個道理，所以很早就在雙面玻璃打造的iPhone4中加入緩沖帶的設(shè)計，這也是充分平衡硬度和柔韌性的做法。

　　清晰看到iPhone4機身邊緣具有緩沖帶設(shè)計

　　大伙不妨仔細(xì)觀察手上的iPhone4和iPhone4s，你會發(fā)現(xiàn)在金屬邊框和屏幕之間增加了一圈塑料打造的緩沖帶，主要功能就是在iPhone跌落之際，即使是屏幕那一面率先落地，但是加入的緩沖帶能夠很好地分散了這部分的沖擊力，減少碎屏風(fēng)險。

　　懸浮工藝

　　除了上面討論的這些方式，保護(hù)屏幕的手段還有很多，例如較早的智能機設(shè)計，鑒于當(dāng)時大猩猩玻璃并不是那么流行，手機廠商普遍都刻意地將機身邊框設(shè)計得略高于手機屏幕，用塑料或者金屬邊框分散和降低地面對屏幕的沖擊力，從而減少碎屏的風(fēng)險。典型的代表為中興GrandSII。