Пока кевлар, алюминий и другие защитные материалы еще не получили широкого распространения в телефонах, за их сохранность отвечают специальные кейсы и защитное покрытие экрана, известное как Gorilla Glass. О том, как получают этот материал и насколько он эффективен, и поговорим сегодня.
История Gorilla Glass
Современная история Gorilla Glass насчитывает всего 5 лет, однако у этой технологии есть менее именитый предшественник, разработанный еще в 1960-х годах. По словам компании Corning, около 50 лет назад они уже экспериментировали над улучшением некоторых качеств стекла, результатом чего стал материал, известный как Chemcor.
На тот момент он так и не нашел широкого практического применения, и все исследования были заморожены. Есть лишь данные о том, что Chemcor был установлен на нескольких десятках гоночных автомобилей 968 Dodge Dart и Plymouth Barracuda для экономии веса, а также в ограниченном количестве использовался в некоторых других отраслях (конкретных примеров применения нет).
Corning подчеркивает, что Chemcor и Gorilla Glass, несмотря на некоторую связь, все же являются разными материалами, и утверждение о том, что современное покрытие для мобильных экранов было придумано еще полвека назад, неверно.
Chemcor мог бы использоваться для этих целей, но сам материал получается другими методами и обладает другими характеристиками по сравнению с Gorilla Glass.
Только в 2006 году, во время работы над тогда еще не анонсированным iPhone первого поколения, в Apple столкнулись с проблемой быстрого износа экранов и начали искать ее решение.
Связавшись с Corning и узнав о том, что в 1960-х компания уже занималась разработкой подходящего покрытия, Стив Джобс договорился о создании модифицированной версии Chemcor. Несмотря на то что до анонса и релиза первого iPhone оставалось совсем мало времени (он был впервые продемонстрирован в самом начале 2007 года), Corning успела выпустить необходимое число защитных пленок для смартфона Apple.
По легенде, в Apple впервые узнали о проблеме после того как прототип смартфона поместили в один карман с ключом. Железный предмет быстро царапал пластиковое покрытие экрана и оставлял на нем следы. С помощью Gorilla Glass от этого неприятного эффекта удалось избавиться, хоть и не полностью.
Металлические предметы практически не царапают экраны современных смартфонов, но Gorilla Glass по-прежнему бессилен перед другим противником, обычным песком, который в небольших количествах попадает в карманы и является основной причиной появления отметин на современных мобильных устройствах.
В течение следующих пяти лет после появления Gorilla Glass эта технология, по-видимому, не менялась, и лишь в начале 2012 года была представлена обновленная версия Gorilla Glass 2.0.
По характеристикам она несильно отличалась от оригинала, и некоторые второстепенные улучшения напрямую вытекали из одной-единственной модификации.
Сохраняя прежнюю прочность, экран Gorilla Glass 2 стал на 20% тоньше, предоставляя таким образом определенный выбор разработчикам телефонов. Они могли либо усиливать защиту экрана, оставляя вес и толщину защитной пленки на прежнем уровне, либо уменьшать немного вес и толщину, сохранив при этом те же защитные характеристики, что и раньше.
С уменьшением толщины защитного покрытия также улучшались оптические свойства дисплея: немного повышалась яркость экрана, а сенсорная матрица становилась более чувствительной к касаниям.
В том же 2012 году Corning и Samsung сообщили о совместной разработке Lotus Glass. Это новое поколение материалов, которое может как заменять, так и дополнять Gorilla Glass.
Lotus Glass улучшает сопротивляемость тепловым нагрузкам, повышает отклик экрана (видимо, речь идет о сенсорной части) и снижает деформацию устройств при нагрузках.
Важное отличие между материалами заключается в том, что Gorilla Glass — это покрытие, а Lotus Glass — подложка для LCD дисплеев. Таким образом, вряд ли стоит ожидать большое число экранов с поддержкой лишь Lotus Glass, но без Gorilla, поскольку в этом случае поверхность дисплея будет абсолютно не защищена от механических воздействий. В то же время оба материала могут использоваться одновременно в смартфонах и таким образом взаимно улучшать защитные характеристики дисплея.
Несмотря на то что Gorilla Glass 2 был анонсирован еще в начале года, первые устройства на его основе, по заявлениям самой Corning, стоило ждать не раньше апреля-мая. На текущий момент все еще известно лишь несколько моделей мобильных устройств, в которых использование новой технологии подтверждено. Это, например, Samsung Galaxy S3 и ASUS Transformer Pad Infinity TF700T. Уменьшенная толщина iPhone 5, а также длительная история сотрудничества Corning и Apple также косвенно указывают на использование Gorilla Glass 2 в iPhone 5, но эта информация пока не подтверждена.
По последним данным, Gorilla Glass использует более 30 крупных производителей электроники (Acer, Asus, Dell, HTC, Motorola, Nokia, Samsung, Sony), а само защитное покрытие уже установлено на 750 млн. устройств.
Такова вкратце история технологии, а теперь перейдем к некоторым особенностям Gorilla Glass.
Назначение Gorilla Glass
Основная задача Gorilla Glass — защищать экран от царапин и трещин при сильных динамических и статических нагрузках. При этом от покрытия требуется минимальное влияние на вес и толщину телефона, качество картинки, а также чувствительность сенсорной матрицы.
Изготовление
Высокой твердости Gorilla Glass добиваются путем химической обработки стекла, так называемого процесса обмена ионов. Для этого стекло помещают в раствор расплавленных солей калия с температурой приблизительно 400°C. После этого относительно небольшие ионы натрия в стекле замещаются ионами калия большего размера.
После охлаждения стекла ионы калия давят друг на друга сильнее по сравнению с натрием, и таким образом создают слой повышенной прочности на поверхности материала. Процесс изготовления Gorilla Glass специально модифицирован таким образом, чтобы как можно больше ионов калия оставалось не только на поверхности стекла, но и проникало внутрь и улучшало прочность материала по всей толщине.
Территориально заводы по изготовлению Gorilla Glass находятся всего в трех странах: США, Японии и Тайване.
Толщина
Толщина Gorilla Glass может колебаться в пределах от 0.5 до 2 мм (в 12 — 50 раз толще человеческого волоса). Использовать максимально защищенную конфигурацию в мобильных экранах нет особого смысла, поскольку 2 — мм это уже четверть толщины современных смартфонов, и идти на такие ухудшения ТТХ производители не могут. Как следствие, чаще всего толщина Gorilla Glass составляет приблизительно 1 мм, а с выходом Gorilla Glass 2 ее удалось уменьшить до 0.8 мм без потери защитных характеристик.
Поскольку Gorilla Glass используется не только в экранах смартфонов, но также в планшетах, медиаплеерах, ноутбуках и телевизорах, то именно в этих устройствах и востребованы защитные покрытия с большей толщиной.
Прочность
Прочность Gorilla Glass измеряется по методу Виккерса, который сводится к вдавливанию в испытуемый материал четырехгранной алмазной пирамиды с углом 136° между противоположными гранями.
Твердость по Виккерсу измеряется в привычных единицах давления (Паскалях), путем деления нагрузки на площадь отпечатка пирамиды. Единицы измерения после значения никогда не указываются, и вместо них добавляются буквы HV. Например 100HV30 обозначает, что твердость материала по шкале Виккерса составляет 100 единиц под нагрузкой в 30 кг.
После этого может быть добавлена еще одна цифра, например 100HV30/20, которая означает, что материал находился под давлением в течение 20 секунд. По умолчанию нагрузка длится 10 — 15 секунд и в таких случаях ее не указывают.
Твердость Gorilla Glass по методу Виккерса составляет приблизительно 700 единиц под нагрузкой 0.2 кг. Для сравнения железо имеет твердость 30 — 80HV5.
По заявлению Corning, Gorilla Glass приблизительно в 3 раза прочнее химически обработанного натриево-известкового стекла, также известного как натриево-кальцевое или содовое стекло. По сути, это обычное стекло, используемое в окнах и бутылках.
Демонстрация, которую Corning проводила в начале 2012 года во время презентации Gorilla Glass 2, практически подтверждает эту цифру. Тогда с помощью специального устройства, измеряющего нагрузку на материал, добровольцы пробивали обычное стекло толщиной 1 мм при нагрузке эквивалентной 23 кг, а Gorilla Glass той же толщины — уже при нагрузке в 55 кг. Получается коэффициент 2.4, а не 3, но с учетом того, что вторая версия Gorilla Glass на 20-25% прочнее, получаем как раз фактор, равный трем.
Материал Gorilla Glass 2 также принял участие в демонстрации, но Corning предоставил лишь образец толщиной 0.8 мм, который выдержал точно ту же нагрузку, что и первая версия Gorilla Glass толщиной 1.0 мм (55 кг).
При более динамических нагрузках, например, в тесте с падающим шариком, Gorilla Glass 2 стал в несколько раз прочнее первого поколения. Если раньше максимальный вес шарика, падающий на Gorilla Glass без последствий, составлял 125 г, то теперь Gorilla Glass 2 выдерживает целых 0.5 кг при прочих равных условиях.