近幾年來,蘋果產品在手機和平板上一直占領極高的市場份額,居于市場的領頭羊。其出色的顯示技術和觸控效果受到消費者及競爭廠商的不斷追捧。分析蘋果iPAD/iPAD mini產品結構,發現這種既有輕薄機身又有出色顯示效果的產品,采用的竟然不是目前最流行的全貼合技術,但卻達到了媲美全貼合的視覺效果。且成本更為低廉,良率也高。這樣出色的技術,不禁讓人好奇,蘋果是如何辦到的?經過不斷的分析發現,蘋果神奇的地方,就是觸控屏的內側貼附了一層超低反射率的薄膜。 SLR納米薄膜,就是具有這樣特色的薄膜,下面詳細的介紹下此種超低反射率的SLR納米薄膜技術。
-------什么是SLR納米薄膜 SLR(Surface Low Reflection)納米薄膜技術,從字面意思上來看,是表面低反射處理的意思。通過在產品表面貼附一種經特殊光學處理后的納米膜材實現,以達到降低反射率,增強對比度,從而達到更好的顯示效果。
------為什么會選擇SLR方案 全貼合產品在生產及銷售過程中會出現如下問題: 1.全貼合產品在銷售終端容易產生反彈氣泡,造成產品被退回; 2.全貼合產品窗口區邊緣容易產生黃色或棕色色斑,影響視覺效果; 3.全貼合產品一旦發生破損,顯示屏和觸摸屏需一起更換,售后成本高; 4.在貼合過程中,會造成良率的損失,提高生產成本。 而SLR納米薄膜方案則能有效解決全貼合產品的問題:
1.SLR方案是在顯示屏和觸摸屏表面進行光學處理,不存在反彈氣泡問 題,產品售后的風險低; 2.SLR方案不存在黃色或棕色的色斑問題,并可抑制牛頓環發生,量產的視覺效果一致性高; 3.一旦發生破損,SLR方案顯示屏和觸摸屏無需一起更換,售后成本低; 4.SLR產品在處理過程中,不會造成良率的損失,生產成本降低。
---------改善顯示效果的三種光學處理 實際上,光學效果的改善,在研究領域上有三種處理方法:第一種是采用表面濺鍍的方式進行,目前主要應用在相機鏡頭上;第二種采用光學膠(OCA)的方式進行,將電容屏和顯示屏完全的貼附在一起;第三種則采用貼膜的方式,利用特殊的納米鍍膜技術,將抗反射光的納米微粒子,濺鍍到薄膜上,貼附后的薄膜可以有效的消減不同材質間的光反射。 在平板和手機市場上,第二種和第三種處理方法,正在被大量的采用中。其中SLR納米薄膜技術已在蘋果和三星的部分平板和手機產品上得到應用,且有不少機種正在市場銷售中,如iPAD,iPAD mini等系列機種。 通過以上三種光學處理方法,能有效改善顯示效果。針對這三種光學處理方式,下面做了簡單的比較。 以反射率的角度看,這三種技術都可以大幅的降低反射率,達到令人滿意的效果(0.1%);因此穿透率也能提升接近4個百分點,亮屏后屏幕會顯得更亮。利用這個特性,可以透過背光的控制將背光調暗,進一步的達到省電的效果;對比度的部分可提升三到四倍,在太陽光底下的可視性(Readability)能達到一定程度的改善。特別是在顯示屏不點燈的狀態下,黑色的面板和窗口區的黑趨向一致,形成一個整體,讓產品整體更顯得大氣而上檔次;對白色面板而言,與窗口區的黑形成強烈的對比,黑白分明,更顯產品的高貴大方。 以加工的難易度看,表面濺鍍相對是較困難的,需有效的保證其潔凈度,若成品濺鍍失敗,產品就報廢了;全貼合的方式,工序也很繁復,材料的選擇、設備的穩定性及作業手法,都會影響到產品的信賴性。受種種因素影響,量產的一致性,邊緣或區域的黃斑、售后的反彈氣泡等問題,始終不斷的困擾著消費者。而加工廠商為了應對競爭激烈的市場削價,采用次級的材料炒短線,更讓近期消費市場上的投訴爭議不斷。 相比之下,納米薄膜的SLR技術加工非常容易。采用的是取代原有電容屏和顯示屏上的保護膜方式,無需增加新的工序,加工的難易度最簡單;同時電容屏和顯示屏是處于分離狀態,不存在應力殘留或光學膠老化收縮不均等問題,因此邊緣或區域的黃斑絕不會發生;也不似全貼合需克服油墨斷差的問題,不會有氣泡或延遲氣泡的現象,對于需要在炎熱的工作環境下使用的消費者而言,更是多了一層保障。 下圖中,我們可以看到各種全貼合后,產品銷售到消費者手上,一段時間后產生的邊緣區域黃斑現象。 一般而言,會有小于10%的機會發生黃斑問題,從分析表中可以看出全貼合OCA方式售后成本最高,且在生產過程中,還會有3~5%的材料損失,也使得全貼合OCA的生產成本為三種方法中最高的! SLR納米薄膜技術生產成本僅為全貼合的1/2,但卻能提供更高的信賴性。能免去反彈氣泡和高售后成本的風險,且能有效提高生產效率,降低良率損失。以五吋的手機產品為例,每十萬部手機訂單,采用SLR納米薄膜技術,除能提供快速交貨和高信賴性外,還可為客戶省下近六十萬元人民幣的費用。尺吋越大,貼合的風險也會越大。難怪像蘋果或三星等國際大品牌會在平板的產品上大量采用。
下面詳細介紹下SLR納米薄膜的一些原理及特性:
--------光學原理及特性: 我們知道光線在抵達不同材質時,會發生穿透、反射、吸收及散射四個主要現象。吸收和散射在玻璃材質中發生的機會很低,我們可忽略不計;穿透和反射是成對比,反射率越高,顯示的效果就越差;反射率越低,穿透率便會大幅提升,就可達到絕佳的顯示效果。 在此重點討論反射現象: 1.不同相鄰材質,光線折射系數會發生變化。就好像光線從空氣穿透到玻璃的過程中,空氣跟玻璃是不同的材質,折射系數相應也會發生變化。 2.光線行進間遇到不同的材質一定會發生反射。就好像光線從空氣穿透到玻璃過程中,一定會發生反射。 3.光線經過幾個不同相鄰材質,會導致累計的穿透率損失。 4.穿透率的不斷損失,導致在自然光環境下對比度降低。
--------常見的反射系數及計算反射率的公式:
為更直觀的理解反射率,下面是一些常見的反射系數及計算反射率的公式 真空跟空氣的反射系數是比較低的,都接近于1;空氣跟真空以外的材料反射系數都較大。我們最常用的玻璃反射系數在1.43~1.74左右,OCA反射系數在1.47。 從右邊圖中可以看到,nA、nB、nC 指的是三種不同材料。這三種不同材料里面,光線在行進過程中,從nA傳到nB會發生反射,從nB到nC也會發生反射。 假設nA是OCA,nB是玻璃,nC是空氣。將相對應反射系數代入,可以算出; 反射率(玻璃/OCA) = (1.47-1.43)2/(1.47+1.43)2 = 0.1% 反射率(空氣/玻璃) = (1-1.43)2/(1+1.43)2 = 3.8% 可以看到 : 空氣跟玻璃之間的反射率是遠大于玻璃跟OCA之間的反射率。所以空氣跟其它材質的接觸面會產生較大的反射率。 下圖是一般手機或平板上常見的結構,不管是外面的光線還是背光源,透過反射的積累,將各有12%的光線損失,導致對比度的降低。 如同我們在消費市場上購買投影儀或電視機等顯示器時,我們參考的一個重要指標就是對比度。不同顯示器對比度可能會有1:100、1:1000、1:10000....等不同。而對比度對人眼去看顯示效果是非常重要的。對比度好則代表我們能看到更多的細節,對比度差很多細節的地方就看不到了。
--------SLR處理: SLR(Surface Low Reflection)納米薄膜,其實是一種經過特殊濺鍍處理的膜材,反射光在穿越納米微粒子后,使得反射光的光波表面產生90度相位差,波峰跟波谷的位置正好重迭。當光波迭合在一起,會產生干涉減反的作用。通過干涉減反,反射光基本上就消失了。根據能量守恒,此部分能量轉化為穿透率。反射率減少了,穿透率增加了,對比度也相對提升了。所以對整個亮度來說,通過SLR納米薄膜處理,整個亮度就增加了。 理論上,反射光通過干涉減反作用能被有效的減小,但在400nm~800nm的可見光范圍內,紅橙黃綠藍靛紫等七彩光波,如何能設計達到相同的減反效果則是一個難題。 縱觀市面上一般AR膜與SLR納米薄膜的差異,主要表現在兩方面:第一、AR膜的抗反射率無法達到SLR納米薄膜的0.1%等級,對比度的提升大打折扣,黑色面板和窗口區的黑色無法一致;第二、針對不同顏色的光波,AR膜的抗反射率無法達到穩定,隨著波長的變長或變短,在紅光和藍光區間,反射率逐步遞增,將來在使用過程中可能會出現某些特殊光暈(泛紅光或泛藍光),在整個顯示效果上無法達到很好的表現。 下面我們試著將SLR納米薄膜與A,B,C三種AR膜,在所有可見光光譜下,針對反射率做比較。如下圖: 在550nm左右光波的黃綠光時,所有膜材反射率都是最低的,但隨著光波的遞增遞減,反射率也隨著上升。這突顯出了其它膜材的很大缺點:針對黃綠光,它的反射率很小,但在紅光藍光部分,它的反射率又變得很大。當可見光在反射過程中,里面會組成各式各樣的不同光波,但其反射率是不一致的,將來在使用過程中,表面會看到色暈,偏藍色或偏紅色。 而經過處理后的SLR樣品,在400nm~800nm 可見光全光譜波長范圍內,反射率都非常低,始終保持在小于0.1%的范圍內,達到很好的一致性效果。這是一個很重要的光學特性,所以它非常適合用在光學處理上。 上圖中我們可以觀察到,針對不同方向的光線,在第一個接觸面進入玻璃會產生4%的反射損失,離開玻璃出到空氣也會產生4%的反射損失,而經過SLR納米薄膜處理后,發現4%的反射光能通過干涉減反消除掉,從而增加4%的穿透率。 從實際的觸摸屏產品看,OGS產品的穿透率一般在90%左右,通過SLR納米技術處理后,測量值增加到94%;GFF產品一般穿透率在84%左右,通過SLR納米技術處理后,測量值增加到88%;GG產品一般穿透率在86%左右,通過SLR納米技術處理后,測量值增加到90%。
觀察上圖中,我們建議SLR納米薄膜分別在觸摸屏和顯示屏上做表面處理,整個反射改善部分將可達到8%,經測量,白色部分更白,黑色部分更黑,對比度提升了四倍,在太陽光底下的可視性(Readability)還是能達到一定程度的改善。特別是在顯示屏不點燈的狀態下,黑色的面板和窗口區的黑趨向一致,形成一個整體,讓產品整體更顯得大氣而上檔次。
--------實現: 在電容屏中實現,TP在生產過程中,原本就需貼保護膜,現將貼保護膜改成貼SLR納米薄膜,貼合成本不增加,工序簡單,貼合面為功能片區,完全平整,不存在印刷斷差,無反彈氣泡風險。
LCD在生產過程中,原本就貼保護膜,現將貼保護膜改成貼SLR納米薄膜,工序簡單,貼合面為LCD表面,完全平整,不存在印刷斷差,無反彈氣泡風險。
綜上不難看出,相較全貼合,SLR納米薄膜技術以更簡單的方式及更低廉的成本來追求更極致的光學效果。工序不增加,且能大大降低生產過程中良率的損失。相信在隨后的發展中,SLR將會被越來越多的產品采用,成為新的趨勢
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