Заметки о защитном стекле
Здравствуй, Хабр. Мы часто пишем о вторых дисплеях в наших смартфонах, о привносимых ими преимуществах и уникальном опыте. Но любой современный высококачественный смартфон, особенно имеющий два дисплея, сегодня немыслим без надёжного защитного стекла. В этом смысле своеобразным стандартом стало применение продукции компании Corning, производящей защитные стёкла под маркой Gorilla Glass. И если его наличием в хорошем смартфоне, планшете или ноутбуке сегодня никого не удивишь, то и в первом YotaPhone, и в готовящемся к скорому запуску в продажу YotaPhone 2 применены уникальные изогнутые стёкла Gorilla Glass, изготовляемые по спецзаказу.Популярность и широчайшая распространённость Gorilla Glass почти сделали название этой торговой марки именем нарицательным. Как «фломастер», «термос», «джип» и многие другие. Но если этой чести обычно удостаивались те компании, которые первыми выводили на рынок товар под своей маркой, то популярность Gorilla Glass связана с превосходными защитными свойствами этого стекла.
Многолетние изыскания компании Corning позволили отработать технологию изготовления стекла, высокоустойчивого к царапинам и ударам и обладающего большой гибкостью.
ТехпроцессПроцесс изготовления протекает следующим образом. Расплавленная стеклянная масса наливается в жёлоб, называемый «изотруба» (isopipe). Жёлоб наполняется до тех пор, пока расплавленная масса не начинает равномерно переливаться с обеих сторон. Обтекая жёлоб, оба потока сходятся в его нижней точки, откуда сливаются вниз, остывая и образуя тонкий лист стекла, с измеряемо в микронах толщиной. На этом этапе не допускается никакого физического контакта с инструментами и оснасткой, чтобы на поверхности не образовались дефекты.
После остывания, из стеклянных листов вырезаются заготовки и подвергаются химической обработке. Для этого они помещаются в ванны, заполненные расплавом соли при температуре 400 градусов Цельсия. Начинает протекать ионно-обменный процесс, в ходе которого ионы натрия в поверхностном слое стекла замещаются ионами калия. Поскольку они крупнее, чем ионы натрия, то при охлаждении поверхностный слой уплотняется, в нём возникает сдавливающее напряжение. Благодаря этом стекло обретает высокотвёрдую поверхность, устойчивую к механическим воздействиям.
Кривизна поверхности YotaPhone стал первым устройством, в котором применили изогнутое стекло Gorilla Glass. В первом поколении смартфона применяется стекло Gorilla Glass 2 толщиной 0,7 мм, а во втором поколении — Gorilla Glass 3. При этом для защиты второго дисплея применено специально изготавливаемые для нас искривлённые стёкла. Выше мы рассказали о том, что «стандартный» техпроцесс Corning подразумевает выплавку исключительно плоских листов стекла.Изгиб стеклянным заготовкам придаётся на производстве компании-партнёра Biel Crystal. От Corning они получают большие листы, после чего проводят химическое травление, чтобы придать антибликовые свойства, вырезают заготовки, нагревают и придают им нужную форму. В конце наносится олеофобное покрытие.
В свою очередь на нашем производстве наносится сенсорная плёнка. Это довольно нетривиальная задача, учитывая кривизну поверхности, но нам удалось справиться с возникшими сложностями.
Мысли о будущем При всех своих преимуществах Gorilla Glass, как и любое другое защитное стекло, в той или иной мере отражает окружающее пространства, особенно источники света, что может создавать неудобства при работе с гаджетами. Этим летом были опубликованы результаты экспериментов по созданию стекла, обладающего антиотражающей и супергидрофобной поверхностью. Причём частично эти исследования были профинансированы всё той же компанией Corning.Идея заключается в следующем: на поверхность стекла сначала наносят маску из полимерных микрочастиц. После этого обрабатывают смесью фтористоводородной и серной кислот, которая вытравливает поверхность сквозь отверстия, образовавшиеся после нанесения полимерной маски. В результате на формируются микронеровности от 1 до 100 микрон в длину и от десятков до сотен нанометров в высоту.
Далее на поверхность стекла напыляется ультратонкий (4–8 нм) слой меди, который повторяет микрорельеф, образовавшийся в результате травления. Далее стекло в течение 95 секунд подвергается нагреву при температуре 750 градусов Цельсия, в результате чего медь собирается в нанокапли, хаотично разбросанные по поверхности микронеровностей стекла. Чем толще был нанесён слой меди, тем крупнее образуются капли и тем ниже их количество на единицу площади.
Затем стекло подвергается реактивному ионному травлению, благодаря которому на поверхности формируются наностолбики в среднем высотой 50–200 нм и 100 нм в поперечнике. После этого слой металла удаляется со стекла.
В результате всех этих шагов на поверхности стекла создаётся антиотражающий микро- и нанорельеф.
Получившееся стекло обладает гораздо более высокими оптическими свойствами за счёт низкой отражательной способности. Также ему можно придать супергидрофобное свойство с помощью нанесения слоя фтористого гидрида кремния.
В сочетании с механическими свойствами Gorilla Glass получилось бы идеальное стекло для применения в гаджетах. Но пока рано говорить о коммерческом применении вышеописанного процесса, поскольку требуется провести немало исследований. Например, пока не совсем ясно, насколько такая текстура будет устойчива к механическому воздействию, насколько она будет долговечна. Сможет ли она пережить такое?
Насколько совместимо такое стекло с сенсорным слоем touch screen? Не ухудшит ли такое текстурирование теплообменные свойства стекла? Остаётся немало вопросов, для получения ответов на которые требуется провести большой объём исследований и испытаний. В любом случае, поиски эффективной и надёжной антиотражающей технологии для защитных стёкол идут по разным направлениям.
