Witaj na Riverdi University. Podczas tego wykładu porozmawiamy o różnych rodzajach szkła stosowanych w wyświetlaczach LCD oraz o powłokach, których używamy do ochrony wyświetlaczy, a także o tym, jak za pomocą szkła zabezpieczyć całe urządzenia
Porozmawiamy o różnych rodzajach szkła stosowanych w wyświetlaczach TFT LCD, potem o wykończeniu powierzchni – o tym, czym się zajmujemy, żeby uzyskać różne parametry powierzchni szkła, o twardości – co jest ważne, gdy chcemy coś chronić, a potem o malowaniu szkła – jak to robimy i co dzięki temu możemy osiągnąć, o IK Ratingu, jak duże obciążenia mechaniczne możemy wywierać na szkło i czy wytrzyma je, a na koniec o szkle laminowanym – dlaczego je laminujemy i co dzięki temu zyskujemy.
Po co w ogóle mówimy o szkle w wyświetlaczach TFT LCD?
Najważniejszą rolą szkła w wyświetlaczach TFT LCD jest ochrona ekranu, ale to nie wszystko. Jak widać na zdjęciach powyżej, szkło stanowi element wyglądu tych urządzeń. Sprawia, że urządzenia wyglądają lepiej i można je zaprojektować tak, by chroniły nie tylko wyświetlacz, ale całą powierzchnię urządzenia – jak na przykład w przypadku ekspresu do kawy na zdjęciu powyżej, gdzie mamy wyświetlacz z dodatkową grafiką pokrywającą cały przód urządzenia. Szkło to jeden z najlepszych materiałów, jakich używamy w elektronice do ochrony ekranów, bo jest bardzo twarde i trudno je zarysować. Jest wytrzymałe mechanicznie, tanie i ma wyjątkowo dobre właściwości optyczne. W przypadku szkła stopień przezroczystości wynosi zazwyczaj ponad 90%, a nawet 95%. Jest szeroko dostępne, znamy wiele technik jego produkcji oraz przygotowywania do specjalnych, zaawansowanych projektów, bo obecnie dość łatwo możemy zmieniać kształt szkła.
Teraz porozmawiamy o rodzajach szkła, których używamy do ochrony ekranów i urządzeń. W wyświetlaczach TFT LCD stosujemy głównie dwa rodzaje szkła: jedno to szkło hartowane chemicznie, które nazywamy szkłem typu CS, a drugie to szkło hartowane termicznie – czyli szkło utwardzane, w którym wykorzystujemy wysoką temperaturę, żeby je wzmocnić. W naszych produktach standardowych zazwyczaj stosujemy na ekranach dotykowych szkło hartowane chemicznie. Nasza standardowa grubość to 1,1 milimetra. Ten rodzaj szkła jest całkiem wytrzymały w porównaniu ze zwykłym szkłem. Hartowanie chemiczne polega na obróbce powierzchni jonami, zazwyczaj jonami srebra. Zwiększamy wytrzymałość powierzchni szkła, bo szkło zwykle pęka właśnie wtedy, gdy pęka jego powierzchnia. Wzmacnianie chemiczne nie zmienia wewnętrznej struktury szkła – zmieniamy tylko twardość powierzchni, a to wystarcza, by szkło stało się znacznie mocniejsze.
Jak widać w tabeli powyżej, dzięki wzmocnieniu chemicznemu możemy sprawić, że szkło będzie nawet 6- lub 8-krotnie wytrzymalsze mechanicznie niż zwykłe. To bardzo długi proces; może trwać kilka godzin, a potrzebujemy wysokiej temperatury – 400 stopni lub więcej. Szkło hartowane termicznie to inna metoda wzmacniania szkła. Aby wzmocnić szkło, wykorzystujemy wysoką temperaturę i bardzo szybkie schładzanie. W tym procesie potrzebujemy wyższej temperatury – 700 stopni – ale przebiega on znacznie szybciej, zajmuje zaledwie kilka minut, a w rezultacie otrzymujemy szkło 4–5 razy mocniejsze od zwykłego szkła float. Szkło hartowane termicznie nie jest tak wytrzymałe jak szkło hartowane chemicznie. Jest tańsze, ale nie da się go stosować do cienkich tafli. Najcieńsza tafla, którą można poddać hartowaniu termicznemu, ma grubość 3–4 milimetrów. Jeśli szkło jest cieńsze, pod wpływem wysokiej temperatury zaczyna się unosić i powierzchnia nie będzie już płaska. Więc jeśli masz grube szkło, tańsze będzie zastosowanie hartowania termicznego. Dlatego jest ono bardziej popularne. W przypadku cieńszych szkieł stosujemy wzmacnianie chemiczne, bo nie da się tu użyć hartowania termicznego.
Teraz porozmawiamy o kolejnej różnicy między tymi dwiema metodami wzmacniania szkła. Po lewej stronie powyższego zdjęcia widać pęknięte szkło hartowane chemicznie, a po prawej – pęknięte szkło hartowane termicznie. Szkło hartowane chemicznie pęka tak samo jak zwykłe szkło, bo nie zmieniamy jego wewnętrznej struktury. Wzmacniamy tylko powierzchnię, ale wnętrze szkła pozostaje takie samo jak w zwykłym szkle float i pęka dokładnie tak samo. Szkło hartowane termicznie zmienia swoją wewnętrzną strukturę i pęka na bardzo małe kawałki. W wielu przypadkach jest to lepsze rozwiązanie, bo jest bezpieczniejsze dla ludzi – dlatego zazwyczaj używamy szkła hartowanego termicznie w samochodach lub w miejscach, gdzie rozbite szkło może kogoś zranić.
Kolejnym rodzajem szkła, o którym będziemy mówić, jest Optiwhite i szkło float. Szkło float to najczęściej spotykany rodzaj szkła, którego używamy w projektach architektonicznych, ale też w wielu ekranach dotykowych. Szkło float jest najpowszechniejsze, najpopularniejsze i najtańsze, ale czasami mamy konkretne wymagania. Czasami potrzebujemy bardzo dobrego odwzorowania kolorów, zwłaszcza jasnych barw, na przykład bieli. Wtedy sięgamy po szkło o nazwie Optiwhite. Żeby to osiągnąć, trzeba usunąć z niego żelazo. Szkło float zawiera niewielką ilość żelaza, przez co ma zielony lub zielonkawy odcień. Jeśli patrzysz prosto przez szkło, możesz tego nie zauważyć, ale patrząc pod kątem, widać ten zielony odcień. Jeśli umieścisz białe tło, ten zielonkawy odcień też będzie nieco widoczny. Jeśli więc masz konkretne wymagania, warto rozważyć Optiwhite – szczególnie jeśli masz białe tło. Zazwyczaj Optiwhite jest nieco droższe, więc warto skonsultować się z producentem wyświetlacza, co najlepiej sprawdzi się w twoim przypadku.
Teraz już wiemy, jak powstaje szkło, jak się je wzmacnia, jak pęka i jakie rodzaje szkła mamy w ofercie – szkło float i Optiwhite. Dalej porozmawiamy o innych rodzajach wykończeń powierzchniowych poza wzmacnianiem. Inne rodzaje obróbki, z których korzystamy, to powłoki antyodblaskowe (AG), chroniące przed odciskami palców, antyrefleksyjne i antybakteryjne. O powłokach antyrefleksyjnych mówiliśmy już w innym filmiku, w którym kontrast i jasność zewnętrznych wyświetlaczy LCD. W tym filmiku pokazywałem, jak bardzo powierzchnia antyrefleksyjna (AR) może zwiększyć kontrast. Powłoka antyodblaskowa (AG) trochę rozmywa obraz, ale odbite światło nie jest takie jak w lustrze – to już nie są reflekty świetlne.
Na zdjęciu powyżej widać przykłady szkła. Jedno z nich jest trochę rozmyte – to szkło z powłoką antyodblaskową (AG), a drugie jest przezroczyste – to szkło z powłoką antyrefleksyjną (AR). Kiedyś szkło z powłoką antyodblaskową (AG) było bardziej popularne i stosowano je w niektórych urządzeniach komercyjnych, ale później producenci zauważyli, że urządzenia z tym rodzajem szkła sprzedają się gorzej niż te z refleksami świetlnymi. Dzieje się tak, bo jako ludzie wydaje nam się, że z lekko zamazanym obrazem coś jest nie tak, nawet jeśli odbicia światła są mniejsze. Kiedy jesteśmy w sklepie i oglądamy telefony, nie widzimy obrazu wyraźnie, więc wydaje nam się, że coś jest nie tak i nie chcemy tego urządzenia. Dlatego w produktach konsumenckich nie spotykamy już powłoki antyodblaskowej (AG). W produktach konsumenckich wszystko jest pełne refleksów świetlnych – może to być szkło antyrefleksyjne albo zwykłe, bez żadnego wykończenia powierzchniowego. Ale na rynku profesjonalnym, na którym działamy – np. w przypadku urządzeń medycznych czy wojskowych – mamy wiele projektów, w których stosujemy powłoki antyodblaskowe (AG) i antyrefleksyjne. Oba te rozwiązania służą do zmniejszenia odblasków światłowych i zwiększenia kontrastu.
Następnie mamy powłokę przeciw odciskom palców. Wszyscy macie ją na swoich telefonach i wiecie, jak działa. Działa to lepiej lub gorzej – zazwyczaj gorzej – więc widać sporo odcisków palców, zwłaszcza gdy powłoka przeciw odciskom jest połączona z powłoką antyrefleksyjną (AR). W przypadku powłoki antyodblaskowej nie widać odcisków palców, bo obraz jest rozmyty. Tak więc oba rozwiązania mają różne zalety i wady. Ostatnią powłoką są powierzchnie antybakteryjne. Są nawet takie, które przeszły testy na odporność na COVID-19. Można ich używać w niektórych specjalnych przypadkach, na przykład w urządzeniach medycznych lub urządzeniach przeznaczonych do użytku publicznego. To ważny i rozwijający się rynek, bo w miejscach publicznych pojawia się coraz więcej ekranów, na przykład w McDonald’s czy innych lokalach z automatycznymi kasami, gdzie dotykamy ekrany i wymieniamy się bakteriami z innymi ludźmi. W takich sytuacjach naprawdę ważne jest stosowanie wykończeń powierzchni antybakteryjnych, dlatego je oferujemy – zazwyczaj na większych ekranach przeznaczonych do zastosowań publicznych.
Porozmawiajmy teraz o twardości szkła w wyświetlaczach TFT LCD. Oczywiście, żeby mówić o twardości, trzeba ją zmierzyć. W tym celu mamy skalę Mohsa, która obejmuje 11 różnych poziomów twardości. Jak widać na zdjęciu powyżej, na10. miejscu jest diament, a na1. – kreda. Zazwyczaj używamy szkła o twardości od 5 do 7. Czasami stosujemy też szkło Gorilla Glass o twardości 9. Wykorzystuje się je w naszych telefonach i tabletach. Jak widać, twardość 7 można osiągnąć w przypadku szkła hartowanego chemicznie, a w przypadku szkła hartowanego termicznie – zazwyczaj 6. Szkło Gorilla Glass to również szkło hartowane chemicznie, opatentowane przez firmę Corning, i jest to najtwardsze szkło, jakie można zastosować jako szkło ochronne dla ekranu.
Ta skala dotyczy twardości powierzchni – tego, jak trudno jest zarysować powierzchnię. Jak wiesz, nawet szkło o twardości 9 można zarysować, każdy ma jakieś rysy na telefonie, bo ta twarda warstwa jest bardzo cienka – ma zaledwie 10 mikrometrów. Jeśli przyłożymy wystarczającą siłę i przełamiemy tę barierę, mamy do czynienia z miękkim szkłem o twardości 6 lub nawet niższej – właśnie dlatego pojawiają się rysy.
Czym jest odwrócenie skali szarości w wyświetlaczach TFT LCD
Jeszcze kilka słów o szkle Gorilla Glass. Obecnie na rynku dostępna jest już szósta generacja tego szkła. Celem firmy Corning i projektu Gorilla Glass jest stworzenie szkła tak wytrzymałego i tak lekkiego, jak to tylko możliwe, bo w większości przypadków chodzi o urządzenia przenośne, w których zależy nam na lekkości szkła – dlatego właśnie chcemy, żeby było bardzo cienkie. Są też inne firmy, które produkują odpowiedniki szkła Gorilla Glass, jak na przykład Dragontrail od AGC czy Xensation od Shott. Nie są one aż tak popularne, ale w wielu telefonach komórkowych i tabletach dostępnych na rynku można znaleźć właśnie tego typu szkło.
Porozmawiajmy teraz o malowaniu. Wiemy, jakich rodzajów szkła używamy w wyświetlaczach TFT LCD, wiemy, jak wzmocnić szkło, znamy metody wykończenia powierzchni, wiemy, jak sprawić, by szkło mniej odbijało światło, było odporne na odciski palców czy miało właściwości antybakteryjne, ale to nie wystarczy, bo szkło i tak pozostanie po prostu przezroczyste. Jeśli chcemy je pokryć, musimy je pomalować. Zazwyczaj malujemy szkło techniką zwaną sitodrukiem. To najpopularniejsza, najtańsza i najszybsza metoda.
Kiedy robimy sitodruk, potrzebujemy ekranu dla każdego koloru, więc żeby zminimalizować koszty, staramy się ograniczyć liczbę kolorów do 2–4, na przykład tło i kolorowe logo. Każdy kolor to osobny etap – musimy poczekać, aż poprzednia warstwa wyschnie, a potem założyć kolejny ekran i nadrukować kolejny kolor. Więcej kolorów oznacza dłuższy proces i oczywiście wyższy koszt. Oczywiście możemy zmienić kształt szkła, możemy zaokrąglić rogi lub wykonać projekt na zamówienie, ale jest to kosztowne, bo najpierw mamy po prostu prostokątny kawałek, a potem trzeba go przetwarzać na maszynie CNC, żeby nadać mu odpowiedni kształt.
Inną techniką drukowania, z której obecnie korzystamy, jest druk cyfrowy. Działa to podobnie jak zwykła drukarka, której używasz w biurze. Można drukować w dowolnych kolorach, a nawet reprodukcje obrazów. Proces ten jest czasochłonny i kosztowny, więc stosujemy go tylko w szczególnych przypadkach, ale jeśli zajdzie taka potrzeba, możemy to zrobić.
Teraz porozmawiamy o mechanicznej ochronie przed uderzeniami. To coś innego niż twardość powierzchni, o której mówiliśmy wcześniej. Na zdjęciu powyżej widać test i skalę do pomiaru wytrzymałości mechanicznej szkła, czyli tego, ile energii można na nie wywrzeć, zanim się stłucze. Mierzy się to w skali IK. Skala IK to system, w którym mamy różne poziomy odpowiadające różnym poziomom energii uderzenia. Na przykład, jeśli chcemy przetestować IK 9, musimy zrzucić ciężarek o masie 5 kilogramów z wysokości 200 milimetrów. Ciężarek jest utrzymywany nad testowaną szybą za pomocą elektromagnesu, a potem po prostu go zrzucamy i sprawdzamy, czy szyba pęknie, czy nie. Jeśli nie, to oczywiście test jest zaliczony.
Jeśli szkło nie przeszło testu, możemy spróbować zmienić rodzaj szkła z szkła hartowanego termicznie na szkło hartowane chemicznie albo wybrać grubsze szkło.
Ostatnim tematem w tym artykule jest szkło laminowane. Szkło laminujemy z kilku powodów. Po pierwsze, czym w ogóle jest szkło laminowane? Szkło laminowane to po prostu umieszczenie folii między dwiema taflami szkła. Ten proces jest kosztowny – potrzebujemy nacisku, temperatury, czasu i wyjątkowo czystego środowiska, bo kiedy łączymy ze sobą dwie tafle szkła, musimy mieć pewność, że żadne cząsteczki nie dostaną się do środka. Taki proces trzeba przeprowadzać w pomieszczeniu czystym, więc jest to kosztowne, ale jak widać na zdjęciu powyżej, nawet jeśli szkło się stłucze, to i tak się trzyma dzięki procesowi laminowania w środku.
Szkło laminujemy głównie z dwóch powodów. Pierwszym z nich jest wytrzymałość mechaniczna i odporność na uderzenia. Używamy go nawet w naszych domach. Wiele okien stosowanych obecnie jest antywandalowych, co oznacza, że są to szyby laminowane, a dzięki temu niezwykle wytrzymałe. Innym powodem laminowania szkła jest umieszczenie w środku folii o określonych właściwościach, zazwyczaj blokującej promieniowanie UV lub IR. IR to promieniowanie podczerwone, czyli ciepło, a UV to promieniowanie ultrafioletowe o krótkiej długości fali, niezwykle niebezpieczne dla elektroniki. W zastosowaniach zewnętrznych niektórzy klienci chcą chronić wyświetlacze, ekrany dotykowe czy wyświetlacze e-papierowe również przed promieniowaniem UV. Wtedy stosujemy szkło laminowane i, jak widać na powyższym wykresie, zarówno folia IR-cut, jak i folia UV-cut są przezroczyste dla światła widzialnego. Widzimy przez nie wszystko, ale to, co ma wyższą lub niższą częstotliwość, jest blokowane przez folie UV i IR. Najczęściej używamy tylko folii UV-cut, bo promieniowanie UV jest bardziej niebezpieczne – na przykład powoduje żółknięcie czujników foliowych w pojemnościowych ekranach dotykowych lub może zmniejszyć kontrast wyświetlacza TFT (Thin Film Transistor), uszkadzając polaryzator lub filtry koloru. Folia IR jest stosowana w niektórych zastosowaniach do ochrony wyświetlacza przed ciepłem. Jeśli ją dodamy, możemy obniżyć temperaturę powierzchni wyświetlacza. W innym filmiku rozmawialiśmy o technologii High-TN, czyli ciekłych kryształach, które mogą działać w bardzo wysokich temperaturach. W przypadku tego rodzaju ciekłych kryształów zazwyczaj nie musimy obniżać temperatury powierzchni, bo mogą one wytrzymać nawet 100 lub 110 stopni, ale zwykłe wyświetlacze działają maksymalnie w temperaturze 50–70 stopni. Zastosowanie folii IR-cut może rozwiązać problem blackening obrazu i zbytniego wzrostu temperatury wyświetlacza.
ODKRYJ NASZĄ
Whitepaper
Osiągnij idealną interakcję użytkownika z wyświetlaczem dzięki odpowiedniemu czujnikowi Touch Sensor IC. Czy kiedykolwiek zmagałeś się z problemami związanymi z fantomowymi dotknięciami lub certyfikacją? Rozwiń swoje prace B+R jak profesjonalista dzięki naszemu Whitepaperowi!
Przejdź do naszego katalogu produktów i zobacz, jak możesz oszczędzać dzięki jakości, nie na jakości.
