圖一、新一代iPhone 螢幕是否採用藍寶石玻璃，成為市場關注焦點。

圖片來源：http://www.cultofmac.com/

藍寶石玻璃（SAPPHIRE CRYSTAL）最主要的運用都在LED領域，是在蘋果公司大量投入藍寶石玻璃領域後，才讓藍寶石玻璃在非LED應用的占比成長到21％。
LEDinside預估，藍寶石材料在非LED市場應用比重，將於今年將達到36%，其中手持應用裝置相關需求則占31%。

根據《互動百科》定義，藍寶石玻璃一般是指人工合成的藍寶石，也就是鋼玉製成的玻璃，與人們平常理解的天然藍寶石珠寶有著很大的區別，藍寶石玻璃一般用於腕表鏡面的製造，它與鎢鈦合金和高科技陶瓷都是抗磨損的材料，可以通過添加各種化學元素，生成各種顏色，不過現在常用的還是無色的藍寶石玻璃。

相對於普通玻璃，藍寶石玻璃最大的特性是「硬」。莫氏硬度（Mohs Hardness）將礦物按硬度分為十個等級，藍寶石玻璃類似剛玉（Corundum）成分，硬度為9，僅次於金剛石（Diamond），也就是俗稱的鑽石。由於藍寶石玻璃硬度達到9，除了人造的硬質材料，自然界只有鑽石硬度高於它，耐劃傷的優點很適合用來應用在手機螢幕。不過，雖然藍寶石玻璃硬度高，但也有缺點，就是脆性較高，雖能抗磨損，但卻不能承受強力撞擊，也就是抗衝擊性比較差。

圖二、藍寶石玻璃在莫氏硬度（Mohs Hardness）中達到第九級，硬度僅次於鑽石。

圖片來源：igs.indiana.edu

合成藍寶石的技術是在19世紀發明的，1960年代就已經開始在手錶上使用，而現在頂級手錶品牌一般都是用藍寶石表鏡。現在手錶上面所安裝的藍寶石鏡面，其實都是去除了氧化鐵和氧化鈦等雜質的三氧化二鋁，因為沒有添加其他元素，所以是無色透明的。三氧化二鋁由純氧化鋁在高溫下製成原始的合成藍寶石，然後被鑽石工具切成圓片，然後再打磨成表鏡。加工工具的成本消耗很高，這也是藍寶石表鏡成本較高的原因之一。（註1）

藍寶石玻璃的價格比一般化學鋼化玻璃來得高，在成本較高的狀況下，通常用於高檔手錶或是高價位手機。藍寶石玻璃常用在厚度較厚、面積較小的手錶表鏡中；蘋果也在iPhone5手機攝影鏡頭的保護玻璃中使用了藍寶石玻璃。

除了本報已經介紹過的液態金屬外，藍寶石玻璃是蘋果另一個最感興趣的材質，從近期的專利申請來看，也證實了蘋果對於藍寶石玻璃技術的投入程度。以下將介紹四個蘋果已經公開的藍寶石玻璃相關專利。

蘋果藍寶石專利1：藍寶石薄板（Sapphire Laminates）

蘋果與太陽能設備與藍寶石水晶玻璃製造商極特先進科技公司（GT Advanced Technologies）合作，在美國亞利桑那州建造的藍寶石製造廠已接近完工，近期內將從初期製造階段邁向量產階段。從蘋果投入的產能規模來看，藍寶石玻璃未來在產品應用的範圍應會逐步擴大，現在藍寶石玻璃僅應用在iPhone後方相機鏡頭和直徑小於10公釐的指紋晶片上，要目的是為了保護、防止位於藍寶石玻璃下方的元件刮傷；未來可能進一步使用在iWatch螢幕，甚至iPhone及iPad 整個面板上。

蘋果在2013年9月公開一項將藍寶石玻璃製成薄板的專利，專利中描述蘋果已找到藍寶石與玻璃的貼合技術，可採用一片藍寶石或是上下覆蓋的方式進行加工，讓組合好的藍寶石玻璃螢幕厚度少於1公釐。透過此項專利，能避免藍寶石玻璃因過薄而容易斷裂的問題，也可減少藍寶石玻璃的使用量，降低製造成本。

圖三、蘋果藍寶石薄板（Sapphire Laminates）專利示意圖

圖片來源：USPTO，公開號：US 2013/0236699 A1

蘋果藍寶石專利2：藍寶石按鍵

藍寶石玻璃材質的特性能有效保護手機內部高敏感度的零件，減少損壞發生的機率，可將藍寶石玻璃安裝在零件的周邊提供保護。蘋果在今年7月剛公開的這項專利中描述了發光藍寶石玻璃按鍵的內部設計和原理，可用藍寶石玻璃來製作手機的Home鍵與音量鍵，同時使用LED 燈為藍寶石玻璃提供亮光效果，增強視覺享受。

圖四、蘋果藍寶石按鍵專利示意圖

圖片來源：USPTO，公開號：US 2014/0192459 A1

蘋果藍寶石專利3：玻璃螢幕或顯示螢幕組件的離子注入標記技術

第三項專利中是一種可以在藍寶石玻璃螢幕的底部，以離子注入的技術，通過改變藍寶石材料的光或色特性，留下一個從組件外表面可見的標記，例如商標或序號，也可以製作出不同顏色的標記。

圖五、蘋果離子注入標記技術示意圖

圖片來源：USPTO，公開號：US 2014/0192467 A1

蘋果藍寶石專利4：有殘餘擠壓力的藍寶石玻璃組件

蘋果計畫使用藍寶石玻璃來製造螢幕的邊緣和中心部分，使螢幕能夠承受跌落和外在壓力，達到保護手機的目的。蘋果將利用不同程度產生擠壓力的技術，讓藍寶石玻璃比較脆弱的位置也可變得更堅固。此外，這項技術也可因應藍寶石玻璃安裝裝置的不同，將壓力控制集中於邊緣或中心。

圖六、蘋果「有殘餘擠壓力的藍寶石玻璃組件」專利示意圖

圖片來源：USPTO，公開號：US 2014/0193606 A1

藍寶石玻璃技術的難題：加工良率與穿透率

iPhone 6未能如外界預期使用藍寶石玻璃作為面板材料，生產良率和穿透率是很大原因。NPD DisplaySearch指出，藍寶石保護玻璃的供應鏈主要是材料（藍寶石晶棒和基板）和加工（成形和塗層）。雖然藍寶石常見於許多精品手錶中，但LED應用才真正是藍寶石材料廠商的主要客戶。主要的藍寶石材料廠商來自全球各地，如Monocrystal、Rubicon、STC、OCI、Kyocera和USIO。這些廠商擁有數量龐大的藍寶石長晶爐，長成晶棒後，利用金剛石線鋸切割，經由研磨、拋光等程式，以基板的形式銷售給下游客戶，包含2吋、4吋和8吋等形式。

藍寶石在製造過程（長晶）中需要耗費大量的電能與時間，是價格昂貴的主因。過去手機採用藍寶石玻璃，都是運用在小尺寸的相機鏡頭、指紋辨識的保護蓋，即使用在智慧型手錶，面積也才1.5或1.7吋，對藍寶石的消耗並不大，然而當作保護玻璃使用時，手機螢幕至少4.7吋，基板的尺寸、價格、如何克服外型加工良率的損失，都成為要能夠進入量產的重頭戲。

另一方面，選擇保護玻璃材料不會只是考慮防止刮傷而已，因為保護玻璃下方就是手機螢幕，光學的穿透性也是相當重要的因素，因為穿透性會直接影響到液晶螢幕所需的背光強度，以及智慧手機的功耗。但穿透性卻是藍寶石的缺點，藍寶石在可見光波段（390～700nm）的光學穿透率約80％，比不上玻璃的穿透率可超過90％。

為什麼還要堅持使用藍寶石？蘋果著眼的正是專利及技術的取得。

2012年11月，極特先進從Twin Creeks收購了Hyperion公司的薄層切片技術，可用來切割約20微米厚度的薄層。2014年4月30日，極特先進還宣佈將與EV Group共同開發相關的專業貼合制程與設備，讓由Hyperion技術所切出的薄層（藍寶石、碳化矽），得以和特殊處理過的基板（玻璃、矽、塑膠）兩相貼合。

NPD DisplaySearch分析，蘋果希望能採用Hyperion技術切割的20微米藍寶石薄層，覆蓋在iPhone的保護玻璃上，作為一種「表面硬度加強處理」，而不是使用整片藍寶石材料。如此一來，既能充分發揮藍寶石的耐磨性優勢，也不需要過度遷就藍寶石材料的成本和劣勢。

根據極特先進和蘋果在2013年11月簽訂的藍寶石材料供貨協定，由極特先進採購並安裝藍寶石材料生產設備在蘋果亞利桑美州的新工廠中，而極特先進預計從2015年開始，至少花5年的時間向蘋果報銷相關費用。由此推測，以蘋果專利與供應鏈為基礎的藍寶石保護玻璃工法，可能要到2015年才看的到。至於今年，比較可能整片應用藍寶石材料的產品，仍以iWatch的可能性為高。

藍寶石玻璃技術 打造品牌競爭門檻

若欲導入藍寶石玻璃作為手機保護面板，除了現有製造技術的突破外，LEDinside認為，蘋果還有三大挑戰需要克服，包括：（1）現有產能是否能供應；（2）成本是否能下降，與強化玻璃相比，溢價幅度能讓消費者較為接受；（3）為了掌握料源，對於供應鏈進行優化與管理。即使蘋果手上已握有多項藍寶石玻璃專利，還要能夠建立自有的供應鏈，才能完整打造對手無法趕上的品牌競爭的門檻。

備註

1. 參考自：腕表之家「藍寶石水晶玻璃表鏡」：http://baike.xbiao.com/69.html。

Facebook 按讚馬上加入北美智權報粉絲團