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工業技術研究院

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工業技術與資訊月刊

300期2016年10月號

出版日期:2016/10/15

正方形 Icon 創新之鑰 Innovation

創新玻璃陶瓷特性 驅動無限應用可能

整理/陳玉鳳 圖片來源/路透社、法新社

新材料的發現或發明,能為產品的創新提供源源不絕的驅動力,康寧公司(Corning)在玻璃陶瓷材料上永不止息的探索及投資,是人類科技不斷往前邁進的例子之一;為讓大家進一步了解玻璃陶瓷材料的最新進展,工研院特別邀請康寧公司資深副總裁 Dr. Gary S. Calabrese 親臨分享康寧的投資動向。



康寧為世界500大企業之一,1851年於美國紐約州的康寧市成立。從19世紀成立至今,屹立產業已達160年,是全球材料科學的領導供應商,擁有悠久的科學進展歷史;在特殊玻璃、陶瓷及光學物理方面所累積的專業知識極為深厚,總是能開發出新材料,協助業者設計生產足以改變人類生活面貌的產品,甚至是推動某一新產業的誕生。
在許多場合中,康寧經常被問到為何能締造這麼悠久的歷史,且至今仍持續成長?其實答案是:努力嘗試解決人們最在乎的棘手問題。因為總是選擇做困難的事,也就創造及突顯了無可取代的價值。


 


燈泡起家  跨足多元產業領域


從小小的燈泡起家,時至今日,康寧的產品已跨足消費性電子、電信、運輸及生命科學等產業,包括用於智慧型手機和平板電腦的抗磨損保護玻璃;用於先進顯示器的精準玻璃;用於高速通訊網路的光纖、無線通訊技術及連線解決方案;受信賴的產品也被用於開發新藥和製藥;以及用於汽車、卡車和越野車輛的排放控制產品等。


 


為了實現目標,康寧藉由持續投資於研發活動、以獨特方式結合材料和製程創新,並且密切與客戶合作,解決科技方面的難題。為支援全球各地的創新,康寧在全球包括法國、俄羅斯、日本、中國大陸、韓國都設有實驗室,值得一提的是,康寧在臺灣的工研院設有研發中心,此外,尚在內湖有應用中心,並且在臺中和臺南亦有兩座工廠,顯見康寧對臺灣的重視,而在臺灣的產品重心,主要是放在顯示玻璃、保護玻璃,以及陶瓷、光纖、半導體玻璃等。


 


致力環保  善盡企業社會責任


材料創新引領著人類生活的改變,尤其是隨著地球環境的日益脆弱,康寧對於環境保護可以說是責無旁貸,畢竟全球五成以上的車輛,都有其產品的存在,也就是說,無論您選擇以何種交通方式往返兩地,都有可能運用到康寧的創新產品。


 


40多年來研發的陶瓷基板和濾心,已過濾了數10億噸由車輛排放的有害污染物質,讓世界各地的人們可以擁有更加長壽健康的生活。目前仍在持續開發多孔陶瓷技術,至今已擁有600多個廢氣排放控制產品和製程的專利,為了協助客戶達到日趨嚴格的環保法規標準,經常推出各種新產品,例如能夠減少引擎發動後30秒內排放廢氣量的FLORA基板。


 


此外,在玻璃製程上的勇於創新,也讓顯示器能朝輕薄、大尺寸發展。從筆記型電腦取代了笨重的桌上型電腦後,康寧便以輕巧的液晶顯示器玻璃,引領產業展開行動革命,催生了搭載觸控螢幕的智慧型手機和平板電腦,目前全世界有超過30億台裝置搭載該公司所創造出的Gorilla Glass。


 


實現車體輕量化  善盡環保責任


更進一步,康寧也開始在車輛設計上採用相同的創新產品,例如為車窗和天窗提供強韌且輕量的玻璃產品選擇,有助於大幅減輕車體重量,進而提升燃油效能,努力發展有益環保的車用材料和產品,利用康寧在玻璃熔融製造方面的專業知識和汽車產業的經驗,發展出車用Gorilla Glass,應用範圍延伸至車用玻璃市場。


 


Gorilla Glass是美國康寧公司生產的環保型鋁矽強化玻璃,Gorilla Glass的前身是康寧公司在1960年代所生產具防彈功能的特種玻璃,常被用於直升機。在正常情況下,非故意損壞不會造成刮痕。


 


基本上,比起一般的鈉鈣玻璃,採用康寧的車用Gorilla Glass貼合能讓汽車玻璃減輕30%的重量。車用Gorilla玻璃可用於前擋風玻璃、車窗玻璃、天窗、後擋風玻璃,及車內觸控面板等,如此一來能實現車體輕量化的目標,進而降低油耗,以符合嚴格的汽車排氣量法規,除了重量減輕外,玻璃的厚度也較一般玻璃要減少,僅有三到四公分左右,但玻璃強度較傳統的夾板玻璃毫不遜色。基於這些優點,全新的福特GT超跑就採用了Gorilla Glass擋風玻璃。


 


Gorilla Glass是一種特殊的強化玻璃,混合了多層不同種類的強化玻璃,最內層是增強版的汽車等級混合玻璃,中間層是一種先進的抗噪熱塑增韌夾層,最外層則是經過煅燒處理的玻璃,這樣的玻璃具有抗碎裂的特性,一旦事故發生後,玻璃碎片不會到處亂飛,可有效保障駕駛員及乘客的安全。


 


最先進的科技往往都是先用在頂級跑車上,隨後再逐漸推廣至乘用車,因此,可以預見在福特採用康寧的車用Gorilla Glass後,憑藉科技的不斷進步及成本的下降,車用Gorilla Glass也將可能使用於一般汽車上。


 


掌握熔融製程技術  平板玻璃領先全球


顯示器需要採用多層玻璃,業界使用的主流技術有兩種,分別是浮法(Floating),以及康寧的熔融(Fusion)技術,而後者更有利於生產更薄及表面品質更好的大尺寸玻璃基板。換句話說,之所以能夠成為平板玻璃的領導製造商,關鍵就在於專利的熔融製程,大片玻璃板是在空中成型,因此玻璃表面品質絕佳、厚薄控制得宜,並可大量製造。康寧是唯一一家可以向消費性電子產品客戶提供如此特殊優勢的公司。


 


康寧也持續開發更薄的玻璃與領先業界的創新產品,舉例來說,Iris Glass創造出革命性導光板,可以讓鮮明、大螢幕的電視如同智慧型手機一樣纖薄。Iris Glass為側入式LCD電視機的玻璃導光板;而玻璃導光板將LED光線分散和引導至電視機螢幕上,藉此產生畫面。


 


Iris Glass的硬度比塑膠高出36倍,面板商得以省下結構元件和空間,而能設計出厚度不到10公釐的電視機,Iris Glass的熱膨脹率也較塑膠小了90%,能夠設計出更時尚的外型。此外,康寧的玻璃組成具有極佳的穿透度和低色偏表現,能夠呈現明亮、豐富又精確的顏色。


 


可撓特性  催生顯示器新應用


另一創新產品Willow Glass,則可支援可攜式裝置中更薄的OLED和LCD顯示器。值得一提的是,超薄型Willow可撓式玻璃的產出,讓顯示器產業能進行高溫連續式「捲式製程(R2R)」,就如同報紙印刷作業一般,這是過去無法進行的製程。Willow玻璃具有超薄、高強度與可撓性等特質,能讓顯示器「捲繞」於裝置或結構體上。同時,Willow玻璃也能耐受高達500度製程高溫,這是很重要的特性,因為現今的高階顯示器,必須擁有耐受高溫製程的能力,然而聚合物薄膜卻無法耐受此製程條件。


 


有了Willow玻璃,智慧型手機、平板電腦及筆記型電腦等裝置所採用的OLED及LCD,將能使用更薄的背板和濾光片,這能協助業者開發出貼合性高、具弧度的顯示器,或是安裝在非平面的表面上,更多的創新概念得以落實。可撓式Willow結合康寧的有機半導體元件(OSC),則能開發出包括電子紙在內的更多應用,這是康寧技術引領人類生活面貌改變的又一例子。


 


創新光纖技術  推動網路時代


現今網路資訊量暴增的情況;網路使用量每隔幾年就會呈倍數成長,全球對頻寬的需求也隨之激增,現今的網路流量已逼近當初設計的極限值,這使得各區域間的網路負荷幾近臨界點,而且要在複雜的環境之間,例如醫院、資料中心或體育館建立順暢的頻寬容量,並不是一件容易的事。針對這些難題,康寧整合了一系列強大的光學解決方案,以因應廣大網路需求。


 


事實上,我們的科學家在70年代就開發出世界最早的低損耗光纖,由於光纖的頻寬容量遠超過銅纜,且具備輕巧、強韌且可彎曲的特性,因此光纖產品的導入大力推動了網際網路的發展。康寧因此也持續創造出光纖到府、無線技術,以及各種資料中心解決方案和消費性產品。這一系列的革命性產品,像是可以順著角落彎曲的ClearCurve optical fiber,或是可以讓工地技師快速作業的UniCam連接器,以往需要花上六到八分鐘的作業,現在一分鐘內即可完成。


 


另外,也開發出卓越的全光化網路,將德州農工大學凱利球場的多個通訊平台整合成單一平台,讓超過10萬名球迷可以輕鬆使用網際網路,且建置成本只占學校原始升級計劃成本的一小部分。


 


最低衰減光纖  實現資料中心新設計


同時,該公司也注意到了隨著物聯網的來到,即將有500億個裝置彼此互連,而光纖光纜同樣也是實現此願景的技術要角之一。因應此趨勢,寬頻網路在全球日益普及,人們對高效資料中心的需求不斷提高,新的光纖通信技術也對光纖光纜的性能提出更高的要求;有基於此,康寧開發出當前最低衰減的G.652光纖,也就是SMF-28 Ultra Fiber,與傳統的單模光纖相比,於100 Gb/s系統可延長30-35%的傳輸距離。


 


SMF-28結合抗衰減性能和更進階的彎曲性能,它的彎曲性能可提高線管利用率,實現最小的占用面積,同時為新型網路的部署,以及現有網路升級奠定堅實的基礎。基於SMF-28的先進特性,接下來,我們將與英特爾(Intel)針對全新資料中心的設計進行密切合作。


 


藉著在玻璃、光學物理及融熔製程方面的能力,康寧的觸角早已深入各個領域,未來仍將秉持迎向高難度挑戰的精神,將先進玻璃技術擴展至重要的嶄新市場商機上,致力於推動各個產業的持續創新,為人類生活帶來更美好的未來。

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