Антибликовое и антиотражающее покрытие для промышленных дисплеев

Как выбрать подходящую обработку поверхности для конкретного промышленного применения

Разработано технической командой Kadi Display |  www.kadidisplay.com

Проблема, о которой никто не говорит на этапе проектирования.

Вот ситуация, которая встречается чаще, чем следовало бы. Инженер тратит недели на выбор правильного размера панели, разрешения и интерфейса для нового уличного билетного терминала. Он запускает устройство в полевые испытания, и в первый же солнечный день дисплей оказывается совершенно нечитаемым. Не потому, что яркость была слишком низкой — хотя это тоже имеет значение — а потому, что стеклянная поверхность отражала небо обратно на оператора, как зеркало. Технические характеристики панели выглядели хорошо на бумаге. Обработка поверхности даже не обсуждалась.

Это практическая проблема, которая антибликовое и антиотражающее покрытие Поверхностная обработка существует для заполнения пустот. Это не одно и то же, они выполняют разные функции, и выбор неправильного метода — или полное игнорирование этого вопроса — может привести к тому, что даже хорошо спроектированный дисплейный продукт выйдет из строя в условиях эксплуатации. В этой статье рассматриваются физические принципы обеих обработок, промышленные сценарии, в которых каждая из них проявляет себя наилучшим образом, количественные параметры, которые следует запросить у поставщика панелей, и ловушки, которые могут застать опытных инженеров врасплох.

Физика — почему стекло отражает свет и что с этим можно сделать.

Проблема отражения Френеля

Каждый контакт воздух-стекло отражает свет. Это не производственный дефект — это закон физики. Уравнения Френеля точно это описывают: при нормальном падении коэффициент отражения R на границе воздух-стекло определяется формулой R = ((nстекло − nвоздух) / (nстекло + нвоздух))², где n — показатель преломления. Для стандартного натриево-кальциевого стекла с n ≈ 1,52 это дает R ≈ 4,3% на поверхность. Необработанная стеклянная защитная линза имеет две поверхности (переднюю и заднюю), поэтому примерно 8–9% падающего света отражается еще до того, как достигнет расположенной под ней ЖК-панели.

В офисном помещении с контролируемым освещением 300–500 люкс допустимым считается отражение в 4%. Однако на открытом воздухе под прямыми солнечными лучами при освещенности 50 000–100 000 люкс те же 4% отражения создают яркость поверхности в 2000–4000 кд/м², что легко перегружает дисплей с яркостью 500 нит. Расчеты ясно показывают проблему: читаемость на открытом воздухе нельзя обеспечить одной лишь яркостью.

Как работает антибликовое покрытие (AG)

Антибликовое покрытие Создает микротекстурированную поверхность на стекле, как правило, путем химического травления (в производстве распространены процессы на основе плавиковой кислоты, хотя некоторые производители используют в качестве альтернативы покрытие частицами диоксида кремния). Шкала шероховатости обычно находится в диапазоне 0,1–0,5 мкм Ra. Эта текстура рассеивает входящий свет в нескольких направлениях, а не возвращает его в виде сфокусированного отражения.

Ключевой параметр — туман — процент пропускаемого света, отклоняющегося более чем на 2,5° от прямой оси пропускания. Легкие AG-покрытия имеют показатель мутности 5–15%; интенсивные AG-покрытия достигают 20–30%. Более высокая мутность означает более сильное снижение бликов, но также означает большее рассеивание собственного света дисплея, что снижает резкость изображения и уменьшает эффективную контрастность. Это основной компромисс AG-покрытия: вы уменьшаете блики за счет контролируемого размытия.

Как работает антибликовое покрытие (AR)

Антибликовое покрытие Используется принципиально иной подход: оптическая интерференция тонких пленок. Один слой MgF₂ толщиной в четверть длины волны (λ/4, примерно 100–140 нм для видимого света) создает отражение от поверхности покрытия, которое находится в противофазе на 180° с отражением от поверхности стекла под ним. Эти два отражения взаимно компенсируются — происходит деструктивная интерференция — что снижает коэффициент отражения с ~4% до примерно 1–2% для однослойного антиотражающего покрытия.

Многослойные антиотражающие покрытия (обычно 4–7 слоев чередующихся материалов с высоким и низким показателем преломления, нанесенных методом физического осаждения из паровой фазы или магнетронного распыления) позволяют снизить коэффициент отражения ниже 0,5% и поддерживать этот показатель в широком диапазоне длин волн, охватывающем весь видимый спектр. В результате получается поверхность, которая выглядит почти идеально прозрачной — цвета дисплея кажутся яркими и неискаженными, и практически отсутствует видимое отражение при обычном освещении. Улучшение пропускания реально и измеримо: многослойное антиотражающее покрытие стекла позволяет достичь пропускания > 99% по сравнению с ~92% для необработанного стекла.

Недостатком является механическая уязвимость. Антиотражающие покрытия тонкие и относительно мягкие по сравнению со стеклянной подложкой. Они подвержены истиранию, воздействию чистящих растворителей и солевого тумана. В большинстве промышленных применений антиотражающие покрытия используются в сочетании с... шерстная шерсть (устойчивое к царапинам покрытие на основе диоксида кремния, обычно твердость по карандашу 3–7H), а иногда и AF (защита от отпечатков пальцев) Фторполимерный верхний слой для предотвращения образования отпечатков пальцев на сенсорных экранах.

Варианты обработки поверхности — параметры и их значение

Прежде чем спрашивать поставщика панелей о предлагаемых им вариантах обработки поверхности, полезно знать, какие параметры следует запросить. В технической спецификации часто указывается только одно число («антибликовое покрытие» или «AR-покрытие») без подтверждающих данных, которые бы показали, подходит ли оно для вашего применения.

Параметры, которые следует указывать явно, следующие: Туман (%) — интенсивность диффузии для поверхностей AG; Блеск (ГУ, единицы блеска) — Измерено при угле падения 60°, обратно пропорционально дымке; Коэффициент отражения (%) — полная отражательная способность, включающая как зеркальную, так и диффузную составляющие; Коэффициент пропускания (%) — Какая часть собственного света дисплея проходит через защитное стекло к наблюдателю; и

Твердость поверхности — Показатель твердости карандаша, критически важный для долговечности в промышленных условиях.

В таблице следует особо подчеркнуть несколько моментов. Обратите внимание, что толстый слой травления AG и многослойное антибликовое покрытие представляют собой противоположные полюса спектра: толстый слой AG максимизирует рассеивание бликов, но снижает светопропускание и резкость изображения; многослойное антибликовое покрытие максимизирует светопропускание и четкость, но не обеспечивает защиты от рассеяния ярких точечных источников света (пустая люминесцентная лампа под углом 45° все равно будет давать слабое, но видимое отражение на поверхности только с антибликовым покрытием). AG + AR в сочетании Этот вариант пытается объединить преимущества обоих методов, но значительно усложняет производство и увеличивает затраты — как правило, в 2–3 раза дороже, чем любой из методов по отдельности.

Антибликовое и антиотражающее покрытие — когда что использовать?

Освещение является первостепенным фактором при принятии решения.

Самым важным фактором при выборе между AG и AR является природа основного источника света в условиях развертывания. Обработка AG наиболее эффективна против распределенный рассеянный свет — пасмурное небо, люминесцентные лампы на заводском этаже, светодиодные панели над головой. Эти источники света освещают пространство под широким углом, создавая рассеянный свет на глянцевой поверхности. Рассеяние AG устраняет именно такой тип бликов.

Антиотражающее покрытие, напротив, наиболее эффективно против отражения от точечных источников В контролируемых условиях — например, когда свет от операционного стола отражается от медицинского дисплея, или когда одиночная лампа без покрытия создает горячую точку на промышленном терминале в темной комнате. В этих сценариях узкая геометрия отражения означает, что деструктивная интерференция (АР) устраняет его более полно, чем рассеяние (АГ). Но АР никак не влияет на блики от неба на открытом воздухе — многослойный дисплей с АР-покрытием, помещенный под прямые солнечные лучи, все равно будет показывать отражения от неба, поскольку интенсивность света подавляет механизм интерференции и исходит одновременно со всех сторон.

Сенсорный интерфейс меняет уравнение.

Если дисплей оснащен проекционно-емкостным (PCAP) или резистивным сенсорным экраном перед защитным стеклом, варианты обработки поверхности несколько меняются. Интенсивное травление AG на сенсорной поверхности создает шероховатую текстуру, которая может повлиять на чувствительность сенсора и износ сенсорного покрытия. Что еще более важно, покрытие AF (анти-отпечатки пальцев) становится практически обязательным: сенсорный экран без покрытия AF в общественных местах или на предприятиях пищевой промышленности будет накапливать отпечатки пальцев и жир, которые могут фактически увеличить блики, создавая неровную отражающую пленку на поверхности.

Типичная последовательность проектирования сенсорного интерфейса человек-машина с высокими требованиями к читаемости выглядит следующим образом: травление AG на внешней поверхности покровного стекла (от легкой до умеренной мутности, 10–20%), затем шерстная шерсть для защиты протравленной поверхности, затем Фторполимер AF В качестве самого внешнего слоя для защиты от отпечатков пальцев. Антибликовое покрытие обычно не используется в сенсорных экранах в условиях загрязненной промышленной среды, поскольку для поддержания его эффективности требуется слишком тщательный уход.

Фактор оптической связи

Оптическая связь Этот аспект заслуживает отдельного упоминания, поскольку он существенно влияет как на решения в области адаптивной графики (AG), так и в области дополненной реальности (AR). В стандартном дисплейном модуле между защитным стеклом и сенсорным датчиком или панелью дисплея имеется воздушный зазор. Этот воздушный зазор создает дополнительные отражения Френеля (еще 4% на каждый интерфейс) и эффект световода, который рассеивает окружающий свет через зазор, снижая контрастность. Оптическое склеивание заполняет этот зазор прозрачным OCA (оптически прозрачным клеем) или OCR (оптически прозрачной смолой), полностью устраняя воздушные зазоры.

Улучшение читаемости благодаря оптическому склеиванию может быть существенным — часто сообщается об увеличении контрастности в 2–3 раза в условиях яркого окружающего освещения, поскольку внутренние отражения устраняются на источнике света. Для применения на открытом воздухе и при высоком уровне окружающего освещения оптическое склеивание часто оказывается более эффективным, чем просто обработка поверхности. Практическое значение: прежде чем выбирать интенсивную обработку AG для борьбы с бликами на открытом воздухе, следует рассмотреть вопрос о том, может ли оптическое склеивание в сочетании с умеренной обработкой AG обеспечить лучшее качество изображения при сопоставимой или меньшей стоимости.

Сопутствующие товары: kadidisplay.com/product_category/displays-tft-lcd/”>Высокояркие промышленные TFT ЖК-модули — Kadi Display — TFT LCD модули с диагональю экрана от 4,3 до 10,1 дюймов, обеспечивающие хорошую видимость при солнечном свете, с опциональной поверхностью AG, оптическим склеиванием и сенсорным экраном PCAP. Широкий диапазон рабочих температур и настраиваемые уровни яркости до 1500 нит.

Руководство по выбору сценариев

Большинство решений по обработке поверхностей в дизайне промышленных дисплеев сводятся к одному из нескольких повторяющихся сценариев использования. В таблице ниже приведены наиболее распространенные сценарии и рекомендуемые стратегии обработки, с обоснованием и конкретными рекомендациями.

Долговечность, техническое обслуживание и длительная эксплуатация

Травление AG — Долгосрочное поведение

Химическое травление AG создает стойкую текстуру поверхности — это стекло, а не покрытие, поэтому оно не отслаивается и не разрушается со временем, как это может происходить с нанесенными покрытиями. Основная проблема долговечности стекла, обработанного травлением AG, — это истирание: микрорельефы текстуры поверхности механически уязвимы к многократному протиранию, особенно абразивными чистящими салфетками или в средах с абразивной пылью (металлическая шлифовальная стружка, кремнезем в горнодобывающей промышленности, цемент на строительных площадках). Протирание поверхности с толстым слоем AG сухой промышленной тряпкой постепенно сглаживает эти выступы и уменьшает мутность в течение нескольких месяцев использования — антибликовый эффект постепенно уменьшается.

Практическое решение заключается в использовании в качестве подложки химически закаленного стекла (обычно Corning Gorilla Glass или аналогичного) с минимальной твердостью поверхности 7H по шкале твердости карандаша после травления. В средах с воздействием абразивных частиц нанесение твердого покрытия после травления восстанавливает часть твердости поверхности, сохраняя при этом большую часть показателя мутности.

Антибликовое покрытие — критически важные требования к техническому обслуживанию

Антибликовые покрытия Антиотражающие покрытия являются наиболее чувствительными к техническому обслуживанию в арсенале инструментов для промышленных дисплеев. Правильно нанесенный многослойный антиотражающий слой не является хрупким — антиотражающие покрытия, нанесенные методом PVD на правильно подобранные стеклянные подложки, могут выдерживать 1000-часовые испытания в солевом тумане и испытания на абразивный износ по методу Табера при твердости 4H, — но они не прощают неправильной очистки. Чистящие жидкости с высокой концентрацией спирта (>70% изопропилового спирта) или растворители на основе кетонов могут постепенно ухудшать химический состав некоторых антиотражающих покрытий. Абразивная протирка пыльных антиотражающих поверхностей создает микроскопические царапины, которые проявляются в виде мутной дымки, которую невозможно восстановить. Покрытие не самовосстанавливается.

Рекомендации по применению антибликового покрытия на дисплеях: всегда очищайте мягкой микрофибровой тканью, смоченной водой или слабым раствором изопропилового спирта с концентрацией ниже 50%. Никогда не протирайте сухой тканью. В условиях частого прикосновения или использования дисплея антибликовое покрытие без защитного слоя не рекомендуется, независимо от указанной в спецификации твердости по карандашу твердости.

Экологические сертификаты, на которые следует обратить внимание

При оценке долговечности обработки поверхностей для промышленного применения особенно важны четыре экологических сертификата. IP65/IP67 Герметизация означает, что панель защищена от попадания пыли и водяных струй — это важно, поскольку очистка дисплея с помощью шланга с водой является распространенной практикой в ​​пищевой промышленности и в уличных киосках. Рейтинг ИК (Защита от ударов) указывает на механическую ударопрочность защитного стекла: IK08 (5 Дж) типично для большинства промышленных HMI; IK10 (20 Дж) требуется для открытых антивандальных установок. МИЛ-СТД-810 Рассматриваются термостойкость, вибрация и циклы влажности для применения в военной технике и транспортных средствах. REACH/RoHS Соответствие требованиям имеет значение, если продукция продается на европейских рынках — некоторые старые составы антиотражающих покрытий содержали запрещенные вещества.

Исследовать: kadidisplay.com/product_category/displays-monitor/”>Промышленные мониторы — Kadi Display — Панельные мониторы с диагональю от 8 до 21 дюйма, имеющие сертификацию для широкого температурного диапазона, опциональную поверхность AG, оптическую сварку и переднюю панель с классом защиты IP65. Подходят для использования на производственных площадках, в уличных киосках и для установки в транспортных средствах.

Выбор способа обработки поверхности — вопросы, которые следует задать поставщику.

Нечеткие спецификации обработки поверхности создают проблемы на поздних этапах цикла разработки продукта — обычно на стадии квалификации или первого пилотного внедрения. Следующий список вопросов поможет вам составить точные спецификации до утверждения образца.

Каково значение степени помутнения (%) и по какому стандарту испытаний? Стандарт ASTM D1003 является наиболее распространенным; запрашивайте фактическое измеренное значение, а не просто «AG».

Каков общий коэффициент отражения (%) при нормальном падении? При наличии запрашивайте как зеркальные, так и диффузные компоненты.

Каков коэффициент пропускания (%) на длинах волн, актуальных для вашего применения? Широкополосный видимый диапазон (400–700 нм) является стандартным; для некоторых сенсорных применений может иметь значение прозрачность в УФ или ИК диапазоне.

Что такое поверхностная твердость (твердость по карандашу или по Виккерсу)? Для промышленного применения необходимо указать минимальную температуру 4H после нанесения любого покрытия.

Какие чистящие средства совместимы с данной обработкой поверхности? Попросите предоставить документ с протоколом уборки, а не устные заверения.

Доступна ли услуга оптической склейки, и какой материал OCA/OCR используется? Акриловый OCA является стандартным; силиконовый OCR предпочтителен для применения в широком диапазоне температур (−40 °C).

Какие испытания на долговечность прошла данная обработка поверхности? Запрашивайте фактические протоколы испытаний, а не просто заявления.

Индивидуальные требования к отображению? kadidisplay.com/product_category/customized-display/”&g;Kadi Display — Индивидуальные решения для отображения информации — Разработка и реализация индивидуальных проектов по производству и производству дисплеев для OEM/ODM-производителей, включая спецификацию обработки поверхности, интеграцию оптического склеивания и настройку уровней яркости. Инженерная поддержка в выборе степени мутности AG, защитного стекла класса IK и герметизации от воздействия окружающей среды.

Краткое содержание — Структура принятия решений

Выбор способа обработки поверхности — это не просто косметическое решение. Он напрямую влияет на то, сможет ли оператор прочитать важную информацию в условиях окружающего освещения, с которыми устройство столкнется в полевых условиях, — а эти условия почти всегда хуже, чем освещение в лаборатории, где проводился тест прототипа.

Кратчайший путь к правильному ответу: характеризовать Сначала определите основной источник света. Это рассеянный окружающий свет (небо на улице, люминесцентное освещение на заводе)? По умолчанию используется травление AG, калибровка степени затуманивания производится в зависимости от интенсивности. Это точечный источник света в контролируемой среде (хирургический светильник, студия, прецизионный контроль)? Тогда антибликовое покрытие — ваш ответ. Будет ли дисплей постоянно касаться в общественном месте или в грязной обстановке? Антибликовое покрытие обязательно. Отделена ли панель от защитного стекла воздушным зазором в условиях высокой освещенности? Оцените качество оптического соединения, прежде чем настаивать на более интенсивном травлении AG.

Одно решение, которое почти всегда оправдывает себя: попросите поставщика дисплеев прислать вам образцы как минимум двух уровней мутности, прежде чем принимать окончательное решение. Мутность — это параметр, который необходимо увидеть и оценить при реальном освещении, а не читать по техническим характеристикам. 10-минутная оценка под настоящим люминесцентным светильником или на открытом воздухе при солнечном свете даст вам больше информации, чем любая таблица данных.

Отказ от ответственности: Приведенные в данной статье оптические характеристики (коэффициент отражения Френеля, коэффициент пропускания, значения мутности) получены из общедоступных справочников по физике и общих отраслевых технических паспортов и носят иллюстративный характер. Фактические характеристики продукции могут различаться в зависимости от производителя и партии. Все торговые марки принадлежат их соответствующим владельцам. Указанные цены являются лишь ориентировочными рыночными диапазонами и не отражают цены какого-либо конкретного поставщика. Перед принятием решения о проектировании обязательно уточните все характеристики у выбранного вами поставщика панелей.

Отказ от ответственности: Приведенные в данной статье оптические характеристики (коэффициент отражения Френеля, коэффициент пропускания, значения мутности) получены из общедоступных справочников по физике и общих отраслевых технических паспортов и носят иллюстративный характер. Фактические характеристики продукции могут различаться в зависимости от производителя и партии. Все торговые марки принадлежат их соответствующим владельцам. Указанные цены являются лишь ориентировочными рыночными диапазонами и не отражают цены какого-либо конкретного поставщика. Перед принятием решения о проектировании обязательно уточните все характеристики у выбранного вами поставщика панелей.