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Glasarten in TFT-LCD-Bildschirmen

Willkommen an der Riverdi University. In diesem Vortrag werden wir über verschiedene Arten von Glas in TFT-LCD-Displays und Oberflächen, die wir verwenden, um Displays zu schützen, oder wir können verwenden, um mit dem Glas die gesamte Geräte zu schützen sprechen

Wir werden über die verschiedenen Glastypen in TFT-LCD-Displays sprechen, dann über die Oberflächenbehandlungen, was wir tun, um verschiedene Parameter von Glasoberflächen zu erreichen, über die Härte – wichtig, wenn wir etwas schützen wollen, dann über das Lackieren des Glases, wie wir es tun und was wir erreichen können, die IK-Rate, wie stark wir das Glas mechanisch belasten können und ob es das noch aushält, und zum Schluss über laminiertes Glas, warum wir Glas laminieren und was wir damit erreichen können.

Warum sprechen wir bei TFT-LCD-Displays überhaupt von Glas?

Das Wichtigste beim Glas von TFT-LCD-Displays ist der Schutz des Displays, aber nicht nur. Wie Sie auf den Bildern oben sehen können, ist Glas ein Element des Designs der Geräte. Es lässt Geräte besser aussehen und kann so gestaltet werden, dass nicht nur das Display, sondern die gesamte Oberfläche eines Geräts geschützt wird, wie zum Beispiel bei der Kaffeemaschine auf dem Bild oben, wo wir ein Display mit einer zusätzlichen Grafik haben, die die gesamte Vorderseite des Geräts bedeckt. Glas ist eines der besten Materialien, die wir in der Elektronik zum Schutz von Bildschirmen verwenden, da es sehr hart und schwer zu zerkratzen ist. Es ist mechanisch stabil, preiswert und optisch außergewöhnlich gut. Bei Glas liegt die Transparenzrate in der Regel bei über 90 % oder sogar 95 %. Es ist weithin verfügbar, wir kennen viele Techniken, wie man es herstellt und wie man es für einige spezielle, fortschrittliche Designs vorbereitet, da wir die Form von Glas heutzutage ziemlich leicht verändern können.

Jetzt werden wir über die Arten von Glas sprechen, die wir zum Schutz von Bildschirmen und Geräten verwenden. Für TFT-LCD-Displays werden hauptsächlich zwei Arten von Glas verwendet: zum einen chemisch gehärtetes Glas, das wir als CS-Glas bezeichnen, und zum anderen thermisch gehärtetes Glas, bei dem wir heiße Temperaturen verwenden, um es stärker zu machen. Für unsere Standardprodukte verwenden wir in der Regel chemisch gehärtetes Glas für die Touchscreens. Unsere Standardstärke beträgt 1,1 Millimeter. Diese Art von Glas ist im Vergleich zu normalem Glas ziemlich stark. Chemische Verfestigung bedeutet, dass wir die Oberfläche mit Ionen, in der Regel Silberionen, behandeln. Wir erhöhen die Festigkeit der Glasoberfläche, da Glas normalerweise bricht, wenn die Oberfläche bricht. Wir verändern nicht das Innere des Glases durch chemische Verstärkung, wir verändern nur die Oberflächenhärte, und das reicht aus, um das Glas viel stärker zu machen.

Wie Sie in der obigen Tabelle sehen können, können wir mit chemischer Verstärkung Glas sogar 6- oder 8-mal mechanisch stärker machen als das normale Glas. Das ist ein sehr langwieriger Prozess, der mehrere Stunden dauern kann, und wir brauchen heiße Temperaturen, 400 oder mehr Grad. Thermisch vorgespanntes Glas ist eine andere Art der Verstärkung von Glas. Wir verwenden hohe Temperaturen und eine sehr schnelle Abkühlung, um das Glas zu verstärken. Bei diesem Verfahren benötigen wir eine höhere Temperatur, nämlich 700 Grad, aber es geht viel schneller, es dauert nur einige Minuten, und wir erhalten starkes Glas, das 4 bis 5 Mal stärker ist als normales Floatglas. Thermisch gehärtetes Glas ist nicht so stabil wie chemisch gehärtetes Glas. Es ist billiger, aber wir können es nicht für dünnes Glas verwenden. Das dünnste Glas, das wir thermisch vorspannen können, ist 3-4 Millimeter. Wenn das Glas dünner ist, fängt es bei hohen Temperaturen an zu schwimmen, und die Oberfläche wird nicht mehr eben sein. Wenn wir also ein dickes Glas haben, wäre es billiger, die thermisch vorgespannte Lösung zu verwenden. Deshalb ist sie auch so beliebt. Bei dünnerem Glas verwenden wir die chemische Härtung, da wir die thermisch gehärtete Lösung nicht verwenden können.

Jetzt werden wir über den anderen Unterschied zwischen diesen beiden Methoden der Glasverstärkung sprechen. Auf der linken Seite des obigen Bildes ist chemisch gehärtetes Glas gebrochen, auf der rechten Seite ist thermisch gehärtetes Glas gebrochen. Chemisch gehärtetes Glas bricht wie normales Glas, da wir den inneren Teil des Glases nicht verändern. Wir machen nur die Oberfläche stärker, aber im Inneren ist das Glas dasselbe wie normales Floatglas, und es bricht genauso wie dieses. Thermisch vorgespanntes Glas verändert die innere Struktur des Glases und bricht in sehr kleine Stücke. In vielen Fällen ist es besser, weil es für den Menschen sicherer ist. Deshalb verwenden wir normalerweise thermisch gehärtetes Glas in Autos oder an Orten, an denen Menschen durch Glasbruch verletzt werden könnten.

Eine weitere Eigenschaft oder Art von Glas, über die wir sprechen werden, sind Optiwhite und Float. Floatglas ist das am häufigsten verwendete Glas in der Architektur, aber auch bei vielen Touchscreens. Floatglas ist das gebräuchlichste, beliebteste und billigste Glas, aber manchmal haben wir besondere Anforderungen. Manchmal brauchen wir eine sehr gute Farbwiedergabe, vor allem bei hellen Farben und Weiß. Dann verwenden wir ein Glas namens Optiwhite. Zu diesem Zweck müssen wir das Eisen vom Glas entfernen. Floatglas enthält ein wenig Eisen, das es grün oder grünlich macht. Wenn wir direkt durch das Glas schauen, sehen wir das vielleicht nicht, aber wenn wir es aus einem Winkel betrachten, können wir die grüne Farbe sehen. Wenn wir einen weißen Hintergrund verwenden, werden wir auch diese grünliche Farbe ein wenig sehen. Wenn es also besondere Anforderungen gibt, verwenden wir Optiwhite, das vor allem dann eine Überlegung wert ist, wenn Sie einen weißen Hintergrund haben. Normalerweise ist das Optiwhite etwas teurer, daher lohnt es sich, beim Hersteller des Displays nachzufragen, was wir in unserem Fall verwenden können.

Jetzt wissen wir, wie Glas hergestellt wird, wie es verstärkt wird, wie es bricht und welche Arten von Glas, Float und Optiwhite, wir haben. Im Folgenden werden wir über andere Oberflächenbehandlungen als die Verstärkung sprechen. Andere Behandlungen, die wir verwenden, sind Blendschutz, Anti-Fingerprint, Anti-Reflexion und Anti-Bakterien. Über die Anti-Reflex-Behandlung haben wir in einem anderen Video gesprochen
den Kontrast und die Helligkeit von LCD-Displays für den Außenbereich
. In diesem Clip habe ich gezeigt, wie deutlich die entspiegelte Oberfläche den Kontrast erhöhen kann. Blendschutz bedeutet, wie der Name schon sagt, dass das Bild ein wenig unscharf wird, aber das reflektierte Licht ist nicht wie beim Spiegel, es ist nicht mehr blendend.

Auf dem Bild oben sind Beispiele von Glas zu sehen. Eine davon ist etwas unscharf, sie ist entspiegelt und die andere ist klar – sie ist entspiegelt. In der Vergangenheit war blendfreies Glas beliebter und wurde in einigen kommerziellen Geräten verwendet, aber später haben die Hersteller festgestellt, dass Geräte mit blendfreiem Glas weniger häufig verkauft werden als solche mit blendfreiem Glas. Das liegt daran, dass wir als Menschen denken, dass etwas mit einem etwas unscharfen Bild nicht stimmt, auch wenn die Reflexionen geringer sind. Wenn wir in einem Geschäft sind und uns Telefone ansehen, sehen wir das Bild nicht klar und denken, dass etwas nicht stimmt und wir dieses Gerät nicht haben wollen. Aus diesem Grund gibt es kein entspiegeltes Glas mehr in Konsumgütern. Bei Konsumgütern ist alles geblendet, es kann entspiegelt sein oder nur normal ohne Oberflächenbehandlung. Aber auf dem professionellen Markt, an dem wir arbeiten, wie z. B. bei medizinischen und militärischen Geräten, haben wir viele Projekte, bei denen wir Blendschutz- und Antireflex-Behandlungen einsetzen, beides Lösungen zur Reduzierung von Reflexionen und zur Erhöhung des Kontrasts.

Als nächstes haben wir eine Anti-Fingerprint-Behandlung. Ihr alle habt das auf euren Handys und wisst, wie es funktioniert. Es funktioniert besser oder schlechter, in der Regel schlechter, so dass wir viele Finger sehen können, vor allem, wenn Anti-Fingerprint mit Anti-Reflex-Behandlung verbunden ist. Auf der entspiegelten Seite sieht man die Fingerabdrücke nicht, weil sie unscharf ist. Beide Lösungen haben also unterschiedliche Vor- und Nachteile. Als letzte Behandlung haben wir antibakterielle Oberflächen. Es gibt sogar Oberflächen, die gegen Covid getestet sind. Wir können sie in einigen besonderen Fällen, für medizinische Geräte oder Geräte für öffentliche Zwecke verwenden. Dies ist ein wichtiger und wachsender Markt, denn wir haben immer mehr Bildschirme an öffentlichen Orten, zum Beispiel bei McDonald’s oder an anderen Orten mit Kassenautomaten, wo wir die Bildschirme berühren und Bakterien mit anderen Menschen austauschen. In solchen Fällen ist eine antibakterielle Oberflächenbehandlung sehr wichtig, deshalb bieten wir sie an, in der Regel für größere Bildschirme für öffentliche Lösungen.

Lassen Sie uns nun über die Härte von Glas in TFT-LCD-Bildschirmen sprechen. Um über Härte zu sprechen, müssen wir sie natürlich messen. Hierfür gibt es die Mohs-Skala mit 11 verschiedenen Härtegraden. Wie Sie auf dem Bild oben sehen, ist die10 die Raute und die1 die Rede. Wir verwenden normalerweise Glas mit einer Härte zwischen 5 und 7. In einigen Fällen verwenden wir auch Gorilla-Glas mit Härtegrad 9. Es wird auf unseren Handys oder Tablets verwendet. Wie Sie sehen, können wir mit chemisch gehärtetem Glas die Härte 7 und mit thermisch gehärtetem Glas normalerweise die Härte 6 erreichen. Gorilla-Glas ist ebenfalls chemisch gehärtetes Glas, das von der Firma Corning patentiert wurde und das stärkste Glas ist, das wir zum Schutz des Bildschirms einsetzen können.

Bei dieser Skala geht es um die Oberflächenhärte – wie schwer ist es, die Oberfläche zu zerkratzen. Wie Sie wissen, kann selbst Glas der Härte 9 zerkratzt werden. Jeder hat Kratzer auf seinem Handy, weil diese harte Schicht nur 10 Mikrometer dünn ist. Wenn wir genug Kraft aufwenden und diese Barriere durchbrechen, haben wir weiches Glas mit einer Härte von 6 oder noch weniger, weshalb wir die Kratzer haben.

Was ist die TFT-LCD-Graustufenumkehrung?

Noch ein paar Worte zu Gorilla-Glas. Jetzt ist die sechste Generation von Gorilla Glass auf dem Markt. Das Ziel von Corning und Gorilla Glass ist es, das Glas so stark und so leicht wie möglich zu machen, denn die meisten Gehäuse sind Handheld-Geräte, bei denen das Glas leicht sein soll, weshalb wir es sehr dünn machen wollen. Es gibt auch andere Unternehmen, die Äquivalente zu Gorilla Glass herstellen, wie Dragontrail von AGC oder Xensation von Shott. Sie sind nicht so beliebt, aber in vielen Mobiltelefonen oder Tablets auf dem Markt findet man diese Art von Glas.

Lassen Sie uns nun über das Gemälde sprechen. Wir kennen die Glastypen, die wir in TFT-LCD-Displays verwenden, wir wissen, wie wir das Glas stärker machen können, wir kennen die Oberflächenbehandlungen, wie wir das Glas weniger reflektierend, fingerabdrucksicher oder antibakteriell machen können, aber das reicht nicht aus, denn das Glas wird nur transparent sein. Wenn wir sie abdecken wollen, müssen wir sie streichen. Normalerweise bemalen wir Glas mit der Technik des Siebdrucks. Es ist die beliebteste, billigste und schnellste Technik.

Beim Siebdruck benötigen wir für jede Farbe ein Sieb. Um die Kosten zu minimieren, versuchen wir, die Anzahl der Farben auf 2-4 zu reduzieren, z. B. für den Hintergrund und das farbige Logo. Jede Farbe ist ein anderer Prozess, wir müssen warten, bis das vorherige Bild getrocknet ist, und dann müssen wir ein anderes Sieb auflegen und eine andere Farbe drucken. Mehr Farben bedeuten einen längeren Prozess und natürlich auch höhere Kosten. Natürlich können wir die Form des Glases ändern, wir können abgerundete Ecken oder ein individuelles Design des Glases anfertigen, aber das ist teuer, weil es sich zunächst nur um ein rechteckiges Stück handelt und man dann eine CNC-Maschine benötigt, um die richtige Form des Glases herzustellen.

Die andere Drucktechnik, die wir heute verwenden, ist der Jetdruck. Er ist wie ein normaler Drucker, den Sie in Ihrem Büro verwenden. Sie können jede Farbe drucken, sogar Gemälde. Dieses Verfahren ist langwierig und kostspielig, daher ist es speziellen Anwendungen vorbehalten, aber wir können es durchführen, wenn es notwendig ist.

https://youtu.be/2aph02TMeyk

Jetzt werden wir über den mechanischen Aufprallschutz sprechen. Das ist etwas anderes als die Oberflächenhärte, über die wir zuvor gesprochen haben. Auf dem Bild oben haben wir den Test und die Skala zur Messung der mechanischen Festigkeit von Glas, d. h. wie viel Energie wir auf das Glas aufbringen können, bevor es bricht. Sie wird in IK-Rate gemessen. Die IK-Rate ist eine Skala, auf der wir verschiedene Niveaus und verschiedene Energien haben, die sich verstärken werden. Wenn wir zum Beispiel IK 9 testen wollen, müssen wir eine 5-Kilogramm-Masse aus einer Höhe von 200 Millimetern nehmen. Die Masse wird mit einem Elektromagneten über dem zu prüfenden Glas gehalten, dann lassen wir es einfach fallen und sehen, ob es zerbricht oder nicht. Wenn nicht, ist der Test natürlich bestanden.

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Wenn das Glas den Test nicht bestanden hat, können wir versuchen, den Glastyp von thermisch vorgespannt zu chemisch gehärtet zu ändern oder ein dickeres Glas zu verwenden.

Der letzte Punkt in diesem Artikel ist das Verbundglas. Wir laminieren Glas aus mehreren Gründen. Zunächst einmal: Was ist Verbundglas? Bei Verbundglas wird die Folie in zwei Glasscheiben eingelegt. Dieser Prozess ist teuer, wir brauchen Druck, wir brauchen Temperatur, wir brauchen Zeit, und wir brauchen eine besonders saubere Umgebung, denn wenn wir zwei Glasscheiben zusammenlaminieren, müssen wir sicher sein, dass keine Partikel ins Innere gelangen. Diese Art von Verfahren muss in einem Reinraum durchgeführt werden und ist daher teuer, aber wie Sie auf dem Bild oben sehen, hält das Glas aufgrund der laminierten Folie im Inneren auch dann noch, wenn es zerbrochen ist.

Wir laminieren Glas hauptsächlich aus zwei Gründen. Die eine ist die mechanische Festigkeit und die Schlagfestigkeit. Wir verwenden sie sogar in unseren Häusern. Viele der heute verwendeten Fenster sind vandalismusgeschützt, das heißt, sie bestehen aus Verbundglas und sind außerordentlich stabil. Ein weiterer Grund für die Laminierung von Glas ist die Anbringung einer Folie mit bestimmten Eigenschaften, die in der Regel das UV- oder IR-Licht blockiert. IR bedeutet Infrarot, also Wärme, und UV bedeutet Ultraviolett, kurze Wellenlänge, extrem gefährlich für Elektronik. Wenn wir eine Außenanwendung haben, möchten einige Kunden die Displays, Touchscreens oder E-Paper-Displays auch gegen UV schützen. Dann verwenden wir Verbundglas, und wie Sie auf dem Diagramm oben sehen können, sind sowohl die IR-geschnittene Folie als auch die UV-geschnittene Folie transparent für sichtbares Licht. Wir können alles durch sie hindurch sehen, aber was höher und was niedriger ist, wird durch UV- und IR-Filme abgeschnitten. Meistens verwenden wir nur UV-geschnittenen Film, weil UV gefährlicher ist, z. B. lässt es die Filmsensoren für kapazitive Touchscreens vergilben oder es kann den Kontrast des TFT-Displays (Thin Film Transistor) verringern, indem es den Polarisator oder die Farbfilter beschädigt. Die IR-Folie wird in einigen Anwendungen verwendet, um das Display vor Hitze zu schützen. Wenn wir es hinzufügen, können wir die Temperatur der Bildschirmoberfläche verringern. In einem anderen Video sprachen wir über High-TN, also Flüssigkristalle, die bei sehr hohen Temperaturen arbeiten können. Bei dieser Art von Flüssigkristallen brauchen wir in der Regel die Oberflächentemperatur nicht zu senken, da sie bis zu 100 oder 110 Grad heiß werden können, während normale Displays bis zu einer Höchsttemperatur von 50 oder 70 Grad arbeiten können. Die Verwendung der IR-Cut-Folie kann das Problem der Schwärzung und der zu starken Erhöhung der Displaytemperatur lösen.

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