Apple 和 GT Advanced 的 Twin Creeks 『Hyperion』 雙層藍寶石技術有何精妙之處？

據 TechCrunch 和 WSJ 多家媒體報道，Apple 和 GT Advanced 之所以能夠大幅降低藍寶石玻璃屏幕的成本是因為他們可以將藍寶 wafer 切割得足夠薄，然後再跟普通玻璃粘合。疑問是，這樣的雙層結構不會增加折射和反射，最終降低體驗嗎？而且雙層結構如何體現藍寶石通透的優勢呢？相信僅僅是表層的防刮傷不值得做顯示效果的妥協。所以，是否 Apple 的解決方案有其特殊之處？

&> Last year, it partnered with sapphire manufacturer GT Advanced to begin ramping up production of the material. GT Advanced also acquired a company called Twin Creeks Technologies, which created a wafering process called 『Hyperion』 which can help significantly reduce the cost of making sapphire screens, in combination with Apple』s own patent on sapphire laminates.

&> By using a cheaper glass as the 『base』 of the laminate, with sapphire on top, Apple may actually be able to keep the costs down. Low enough to come far closer — or even below — the costs of Gorilla Glass (which, according to sources, Apple hasn』t actually used for iPhone for a while now).

Source: Apple』s Sapphire iPhone Costs Could Be Lower Than Expected Apple, The Hyperion Ion Cannon And Why Future iPhones Could Have A Sapphire Screen 對比康寧的 Gorilla 玻璃，藍寶石是手機屏幕保護的更好選擇嗎？18 個回答

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首先解釋一下第二個問題，藍寶石晶片的透光性能不一定比玻璃好，你可以看一下這個問題「對比康寧的 Gorilla 玻璃，藍寶石是手機屏幕保護的更好選擇嗎？"裡面排名第一的答案@Alchem有提到，這裡就不再解釋了。其實不要小看透光率的影響，透光率越低，屏幕的背光亮度就要更高，這對智能手機本來就慘不忍睹的續航性能來說就更加雪上加霜了。

其次對於第一個和第三個問題，我個人認為主要是出於成本考慮。傳統的藍寶石屏的生產成本和大猩猩玻璃的成本比在$16 vs. $3 (Apple』s Sapphire iPhone Costs Could Be Lower Than Expected)。為了解決這樣成本高居不下的情況，Apple發展了兩個關鍵技術：

1. 和藍寶石晶片的生產廠商GT Advanced開展合作，訂購其生產的藍寶石晶片。而GT Advance這家公司在2012年收購了一家製造硅晶片的高科技公司Twin Creeks Technologies，同時獲得了其製作超薄硅晶片的」Hyperion"技術、專利和相關的設備。而這個Hyperion技術呢最早是用來生產用於太陽能電池板裡面的超薄硅晶片的，利用氫離子注入的技術，它能夠將硅晶片的厚度從200μm下降到20μm。同時這個技術也可以應用於剛玉，用來生產超薄的藍寶石晶片。
據稱，這種技術能夠極大的降低藍寶石晶片的生產成本，一是因為晶片越薄，同一塊晶體能切的晶片數量就越多，每一片的原材料成本就越低。其次這種技術能夠極大地降低甚至去除對昂貴的晶片切割機的需求，從而降低加工的成本（Apple, The Hyperion Ion Cannon And Why Future iPhones Could Have A Sapphire Screen）。

2.有了超薄的藍寶石晶片還不夠，因為單獨這麼薄的一片藍寶石晶片沒法做成屏幕，這裡Apple早就布好了局。第二個關鍵技術就是Apple自己的一個叫做「Sapphire Laminates」的藍寶石層疊技術的專利（United States Patent Application: 0130236699）。簡單的說就是怎麼把兩片藍寶石晶片，或者藍寶石晶片和玻璃，熔合/黏合在一起，最後形成一個具有多種特性的、厚度在100~200μm以下的複合晶片。引用一下專利中對於藍寶石與玻璃黏合部分的表述：

The polished side of the sapphire is then adhered to the glass sheet with adhesive. An adhesive having an index of refraction that is in between the index of refraction of sapphire and the index of refraction of glass may be used to help reduce any optical effects that may occur at or along the interface between the sapphire and the glass. Generally, a thin and hard bond is desired to be achieved by the optically clear adhesive. Some epoxies and liquid optically clear adhesives ("LOCAs") may be used as adhesives.

在這個技術中，藍寶石與玻璃的黏合是要用到膠粘劑的，這種膠粘劑多選用一些環氧樹脂或者叫做LOCAs（液體光學透明膠粘劑）的產品。它的要求是折射率介於玻璃與藍寶石之間，作用就是減少了光在通過玻璃-藍寶石界面的時候產生的光學性能的損失。
為什麼一層折射率介於玻璃與藍寶石之間的膠粘劑就能夠減少光學性能的損失呢？這要從一些基礎的光學原理說起了：

我們模擬一下屏幕背光穿過雙層的藍寶石-玻璃屏的情況：

一束光線從屏幕下方穿過玻璃，經過玻璃-藍寶石的界面，再穿過藍寶石最後到達我們的眼睛（忽略了空氣介質）。在不考慮材料對光的吸收的情況下，這束光在經過玻璃-藍寶石界面的時候一部分穿過了這個界面，進入了藍寶石介質，成為了透射光（實線光路），它的比例叫做透射率；另一部分被反射回了玻璃介質，成為了反射光（虛線光路），它的比例叫做反射率。
自然而然，反射率和透射率是成競爭關係的，反射率越大，則透射率越小，透射光的強度就越弱，對光學器件的影響也就越大。尤其在一些多界面的光學器件中，如相機、望遠鏡、光學顯微鏡等，這種反射光對光強的損失是一定要避免的，經過多次透射後，它會無謂而又顯著地降低透過的光強。
而這個反射率是和界面兩側的兩種介質的折射率有關係的，如果我們取一般的高硼玻璃的折射率為1.5，藍寶石也就是剛玉的折射率為1.76，那麼垂直入射光的反射率R則可以表達為：

其中

將數值代進去可以算出，反射光損失為0.64%左右。而且從這個表達式可以看出，兩種介質的折射率相差越大，那麼反射率也會越大，損失的光強就會越多。為了避免這種反射損失，光學器件一般採用兩種解決辦法：

1. 鍍膜，多用在空氣和某種介質的表面。很多高端的光學器材上鍍的高透膜就是這這個原理。使用一種折射率介於空氣和介質的材料鍍膜，當膜的厚度和光線的波長成一定關係的時候，能夠使兩個界面的反射光發生干涉相消，增強透射率。這裡就不展開了，可以參考半波損失、高透膜等關鍵詞。
2. 將多次透過的介質用光學膠粘劑粘結起來，這種膠粘劑的折射率介於兩種介質之間，這樣每一個界面的折射率相差較小，反射光損失也比較小，最後能夠增大透光率。也就是蘋果的這個專利中使用的方法。如果在玻璃和藍寶石之間加入膠黏劑層，那麼光路就變成了這個樣子：

同樣的，實線代表了透射光路，虛線代表了反射光路。這裡的光學膠黏劑我們假設使用的是比較常用的雙酚A型環氧樹脂，它的折射率在1.62左右，介於玻璃和藍寶石之間。這裡就有兩個界面，一個是玻璃-膠黏劑界面，一個是膠黏劑-藍寶石界面。把折射率帶入上面的公式分別計算一下每個界面的反射率，可以得到：R1=0.15%，R2=0.17%，光線連續經過兩個界面後，總的反射光損失為0.32%，比未使用光學膠黏劑之前，降低了50%的光強損失。

這樣就一部分地解釋了題主的疑問：
這種雙層結構會影響屏幕的光學性能嗎？答案是肯定會的，但是Apple也採用了一些辦法來應對這樣的損失，比如說使用光學膠粘劑；比如說如專利中所說的通過拋光、打磨來減小界面缺陷對光學性能的影響。不過話說回來，這種兩種介質界面之間的光強損失真的是非常非常小，比起材料與空氣表面發生的反射損失要低一個數量級，我個人認為99.36%的透光率和99.68%的透光率和使用一整塊玻璃或者藍寶石的100%的透光率之間的差別*，我們是壓根兒體驗不出來的。

*註：以上數值計算僅供參考，並未將實際中的諸多參數（溫度、吸光係數、入射角等）考慮進去。

那這麼做的好處又在哪裡呢，專利裡面同樣提到了：

Lapping the glass and the sapphire sheets together may minimize the yield challenges associated with lapping and polishing a thin sapphire sheet alone. That is, sapphire sheets may be less susceptible to damage when lapped together with the glass.

將玻璃和藍寶石複合在一起，能夠減少單層藍寶石晶片在打磨、拋光工序中的損壞率，從而提高晶片的成品率，進而降低了成本。也就是我們一直所說的，藍寶石雖然硬度很高但是韌性差，很脆，在生產和使用過程中容易碎裂。將其和相對較為柔軟、韌性好的玻璃複合，能夠改善這一部分的性能。

所以歸結到最後，這樣的設計在手機屏幕的應用中，還是主要出於一個成本的考慮：首先，我能將藍寶石晶片切得非常薄，每一塊屏幕的材料成本降低了；其次，我省下來了一批昂貴的設備，加工成本降低了；最後，加工過程中的次品率降低，成品率提高，進一步降低了成本。最後，消費者以微乎其微的光學性能上的損失為代價，以介於藍寶石和玻璃之間的價格（可能還更靠近玻璃一些），購買到了同時具有藍寶石硬度、又具有良好韌性不易碎裂的屏幕，最後再加上差異化競爭、營銷宣傳等因素，蘋果選擇這種設計和材料作為屏幕也就不奇怪了。

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首先謝邀@David Chang ，

對於雙層貼合不是很懂，也不好做什麼解釋。
但是可以從晶體質量分析一下，晶體質量排序 泡生》熱交換法》倒模法，未來倒模的質量會超過熱交換。
目前成熟的就是泡生法與熱交換法，泡生法出來的藍寶石質量是非常高的，不論是通透性，光學性，物理特性，，都是非常好的。剩下的殘次品和掏棒剩下的晶錠怎麼實現最大的價值？
熱交換法現在質量也相對好多了，也可以用在襯底等高附加值的產品上，只是價格沒泡生的高，也會有殘次品，怎麼順利消化又能提高附加值，這個時候 窗口片就是一種很好的解決的方案，手機屏對藍寶石要求的質量沒有那麼高。
在這裡就不討論的導模法了，國內也就幾家在做，還沒有很大的突破，，倒模的優勢就是可以定製模具，生長周期快。
GT做的藍寶石是熱交換法，藍寶石用在手機屏上還是有很大的優勢，耐刮是前提了，這個直接導致手機膜廠商和從業者倒閉失業。薄的程度，光學性，那是加工廠商的實力問題，這個康寧的大玻璃怎麼做都沒法比的，還是那句話 用在手機屏，就是抬高逼格，提高質量不高的藍寶石賣價。

倉促寫的答案有時間再修改，謝謝

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而且碎的時候，粘合劑還可以起到防止碎片剝離的作用吧？比如類似於防爆膜。

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