פיתוח קידודים עמידים למצלמות סמארטפונים

פיתוח גרדיטה-Resistant Betaings for סמארטפונים

מצלמות סמארטפונים התפתחו מתכונת נוחות ככלי עיקרי ללכידת רגעי החיים, המאפשר צילום ברמה מקצועית, שיחות וידאו, ויישומים מציאות מוגברת. העדשה, כמו האלמנט האופטי הראשון, משפיע ישירות על איכות התמונה. עם זאת, שימוש יומיומי חושף עדשות אלה כדי קבועות על ידי כיסים, מפתחות, וניקוי של חומרים מכניים.

טלפונים חכמים מודרניים משתמשים זכוכית או ספירה מכסה על מודול המצלמה, אבל אפילו את המשקפיים הקשים ביותר ניתן לשרוט על ידי חומרים עם קשיחות גבוהה יותר Mohs, כגון חול או חלקיקים אבק המכילים quartz (Hardness 7) שריטות כמו כמה מיקרומטר יכול להשפיע באופן משמעותי על תפקוד העברת מודולציה (MTF) כך, ציפוי חזק לא רק מגן מפני שריטות, אלא גם שומר על התכונות האנטי-פרטיביות ותכונות היום הן סטנדרטיות, כי הם חומרים מתקדמים, כגון יישומים.

החשיבות של גרדיטה-Resistant Betaings

שריטות על עדשות מצלמה סמארטפונים הן יותר מאשר blemishes קוסמטיים.הם מציגים נביחות אופטיות: אור מכה קצה שריטות בולט הוא refracted ומפוזר, צמצום חדות התמונה וההתלקחות מוגברת. בתנאים קלים, אור מפוזר יכול ליצור ערפל לא רצוי.יתר, שריטות עמוקות יכולות מלכודות עפר ולחות, המוביל להידרדרות נוספת.

מעבר לביצועים אופטיים, התנגדות לגרד משפיעה על תוחלת החיים של המכשיר וסיפוק המשתמשים.עדה שלעתים קרובות מכריחה את המשתמשים להחליף את המכשיר כולו או לשלם עבור תיקונים יקרים של מודול מצלמה. יצרנים הגיבו על ידי השקעה בציפויים אשר מרחיבים את החיים השימושיים של אופטיקה.לדוגמה, טלפונים רבים של דגל עכשיו מפרסם כיסויי "חולי גבישי" או "Diamond Shield" ציפויים.

דרישות אופטיות ומכניות

ציפוי אידיאלי של שריטות חייב לאזן את הקשידות עם שקיפות.חומרים קשים כמו פחמן דמוי יהלום (DLC) מציעים עמידות שריטות מעולה אבל יכול להציג צבע tints או ספיגה אם לא בדיוק מהונדס.הציפו חייב גם לדבוק חזק substrate לעמוד על אופניים תרמיים, לחות, וחשיפה כימית משמן עור או סוכני ניקוי.

חומרים המשמשים לפיתוח קידוד

חוקרים ויצרנים חקרו מגוון רחב של חומרים כדי ליצור ציפויים עמידים לגרד.כל חומר מציע איזון ייחודי של קשיחות, שקיפות, גמישות ועלויות. להלן הן הקטגוריות המבטיחות ביותר, עם התקדמות ודוגמאות האחרונות.

חיפוי מבוסס פולימר

אלה הם שכבות דקות של פלסטיק עמיד, כגון פוליאורטן, אקרילי, או סיליקון מצופה קשיחים המבוססים על סיליקון. ציפוי פולימר הם זולים יחסית ויכולים להיות מיושם באמצעות שיטות שריטות או ריסוס דיפרציה.הם מספקים התנגדות טובה וגמישות, מה שהופך אותם מתאימים עבור משטחים מעוקלים.עם זאת, השקיפות שלהם מוגבלת בהשוואה חלופות אורגניות לשיפור ביצועים, הם לעתים קרובות ציפויים עם חלקיקים.

יהלומים כמו פחמן (DLC) מתקפלים

DLC הוא צורה metastable של פחמן עם שבריר גבוהה של אג"ח sp3, נותן את זה קשה מתקרב זה של יהלום טבעי (Hv 70-100 GPa) ציפוי DLC מציע גם מחסנים נמוך ו אינרציה כימית. הם מופקדים באמצעות דחיסה פיזית (PVD) או ציפוי כימי (CVD) וניתן להתאים על ידי התאמת תוכן מימן או ציפוי אופטי דומה חנקן HD) עם כיסוי עדין (pense) או ציפוי הגנה חנקן) עם חנקן מינימלית) עם חנקן (CVD) או ציפוי הגנה מינימלית) עם ציפוי הגנה חנקן מינימלית (CVD) או ציפוי הגנה חנקן מינימלית) או ציפוי הגנה חנקן (CVD) או ציפוי הגנה חנקן) או ציפוי הגנה חנקן (CVD) עם חנקן) עם ציפוי הגנה חנקן (CVD) עם חנקן (CVD) או ציפוי הגנה חנקן (CVD) עם ציפוי הגנה חנקן מינימלית) או ציפוי הגנה חנקן) או ציפוי הגנה חנקן) או ציפוי הגנה חנקן) עם ציפוי הגנה חנקן) עם ציפוי הגנה חנקן

Silicon Dioxide (SiO2) ו- Alumina (אל2O3)

סיליקון דו חמצני הוא חומר הציפוי הנפוץ ביותר עבור הקשיחות שלו, שקיפות מ-UV ל- IR, ועלות נמוכה. SiO2 שכבות משמשים לעתים קרובות כמעיל העליון של ציפויי AR רב-שכבות. על ידי אופטימיזציה של פרמטרים (למשל, ion-sted-sted deposition), הקשיחות של סרטים SiO2 יכול לגשת כי רובה של אחליקה (Al23) מציעה אפילו חומרים עמידים יותר, אך עשוי להיות בעל השפעה גבוהה יותר, אך עשוי להיות בעל משקל גבוה יותר, אך עשוי להיות בעל משקל גבוה יותר, אך עשוי להיות בעל משקל גבוה יותר, אך עשוי להיות בעל משקל, אך עשוי להיות בעל משקל גבוה יותר, אך עשוי להיות בעל משקל גבוה יותר, אך עשוי להיות בעל משקל רב יותר, אך עשוי להיות בעל משקל גבוה יותר, אך עשוי להיות בעל משקל גבוה יותר, אך הוא מציע, אך הוא מציע, אך עשוי להיות בעל משקל, אך עשוי להיות בעל משקל גבוה יותר, אך עשוי להיות בעל משקל גבוה יותר, אך עשוי להיות בעל משקל רב יותר, אך הוא מציע, 000, 000, אך עשוי להיות בעל משקל גבוה יותר, אך הוא מציע, אך הוא מציע, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000

מבנה ננוקום ורב-שכבות

שילוב חלקיקים קשים אורגניים עם ממטריקס פולימר גמיש מניב ציפויים מורכבים עם התנגדות שריטות מוגברת ללא הקרבה גמישות.לדוגמה, הוספת zirconia (ZrO2) או titania (TiO2) חלקיקים משפרים תכונות מכניות תוך שמירה על בהירות אופטית. גישה נוספת משתמשת שכבות של חומרים קשים ורכות כדי לעצור את ה-Aדוגמא הבולטת היא "ציפוי" של זכוכית ו-DLCX מכילת של תאים מרובים.

טכנולוגיות להפעלה של קידוד

הביצועים של ציפוי שריטות-resistant תלוי לא רק על ברירה חומרית, אלא גם על תהליך המחיקה. עובי, דבקות חזקה, ואת הפיכות המינימליות הם קריטיים לביצועים אופטיים ומכניים.הטכניקות הבאות משמשות בדרך כלל בתעשייה.

המונחים:PVD

PVD כרוך evaporating או sputtering חומר מוצק בחדר ואקום ו condening אותו על פני השטח העדשה. Sputtering, במיוחד sputtering מגנטירון, משמש נרחב עבור הפקדה DLC, SiO2, ואת תחמוצת מתכת. זה מציע שליטה מדויקת על עובי וקומפוזיציה, המאפשר ערימה רב-ידי Ion-sassied deposition (IAD) שיפור ציוד חזק יותר, אבל יותר, אבל חזק יותר, אבל מצופה יותר, אבל קשקשים.

המונחים: CVD

CVD מסתמכ על תגובות כימיות של גזים מבשר על תת-קרקעי מחומם כדי ליצור סרט מוצק. Plasma-enhanced CVD (PECVD) פועל בטמפרטורות נמוכות יותר ומשמש לעתים קרובות להפקיד DLC ו- Si ציפויים על תת-קרקעית פולימרנים. CVD יכול להיות מאוד תואם, מכסה משטחים מעוקלים אחידים.

תהליכי Sol-Gel

ציפוי Sol-gel כרוך יישום פתרון מבשר נוזלי (בדרך כלל alkoxide מתכת) העובר הידרוליזה ו condensation כדי ליצור ג'ל, אשר לאחר מכן לרפא לתוך סרט תחמוצת מוצק. שיטה זו היא זולה עלות נמוכה, תואם עם dip-coating, ספינ-coating, או ריסוס-קוטינג, ומאפשר שילוב של קבוצות אורגניות עבור גמישות.

שכבת אטומית (ALD)

ALD היא טכניקה די-סרטונית שמפיקה שכבות תואמים עם דיוק אטומי על ידי שינוי החשיפה של גזים מבשרים.זה אידיאלי ליישום אולטרה-אין (5-20 nm) ציפויים של אל2O3 או HfO2 אשר משפרים באופן משמעותי את ההתנגדות של שריט ללא השפעה על ביצועי אופטית. ALD סרטים הם פייתולים ללא-חור ויכולים למעיל צורות 3D מורכבות.

בדיקה ואופי של גרד התנגדות

(ה) כדי להבטיח כי הציפוי לעמוד בסטנדרטים תעשייתיים, משתמשים במספר בדיקות סטנדרטיות.הנפוצות ביותר הוא ה-FLT:0 (Taber AbraserphFLT:1 test (ASTM D4060), שבו גלגל חודר מסתובב על פני השטח המצופה תחת עומס קבוע, וירידה במשקל או עלייה נמדדת.

בתעשיית הסמארטפונים, יצרנים מפתחים לעתים קרובות פרוטוקולים קנייניים.לדוגמה, דרישה נפוצה היא כי לאחר 1000 מחזורים של מבחן abrasive ספציפי, האז צריך להגדיל בפחות מ-1%.

אתגרים וכיוונים עתידיים

למרות התקדמות משמעותית, פיתוח הציפוי המושלם לגרד נשאר חמקמק.כמה אתגרים מרכזיים נמשכים:

• (FLT:0) קושי בשקיפות: שקיפות: קיד 1 (למשל, DLC, Al2O3) יש אינדיקציות יותר חמורות מאשר זכוכית, אשר יכול להגדיל את ההשתקפות אלא אם כן ערימה AR נכללת. ערימה DLC שכבות יכול גם לספוג אור, במיוחד באזור הכחול, גורם tint צהובה קלה.
• (FLT:0) אחריות על תת-שכבות מעוגלות וגמישות:FLT:1 כמו מצלמות סמארטפונים לאמץ תנוחות גדולות וצורות עדשות מורכבות, שמירה על חדות ציפוי אחיד הופכת קשה.
• (FLT:0) של פעילות בתנאים אמיתיים: ⁇ 1 (ביום אחד) חשיפה לזיעה, sunscreen וניקוי כימיקלים יכול להפיג ציפויים. שכבות אוטופוביות oleophobic כי דוחים מים ושמן משמשים לעתים קרובות על גבי ציפויים עמידים שריטות, אבל אלה מעילים העליון ללבוש במהירות, חשיפת הציפוי הקשה.
• ייצור יעיל:0 (FLT:1Build deposition) מתקדם כמו ALD או IAD להגדיל את עלויות הייצור. יצרנים מחפשים תהליכים שניתן לשלבם בקווים גבוהים ללא להתפשר באמצעות חישוב.

פתרונות מתפתחים

כדי להתמודד עם האתגרים האלה, החוקרים בוחנים כמה גישות חדשניות.כיוון מבטיח אחד הוא ציפויים עצמיים-healing ציפויים FLT:1, אשר משלב מיקרו-capsules של סוכנים תגובתיים אשר מתקן שריטות על חשיפה לחום או אור UV.אלה עדיין בשלב מוקדם, אבל יכול להגדיל באופן דרמטי את החיים של ספקטרום נוסף הוא F:2bio-inspired פני השטח של 3: 3.

כלי סימולציה מתקדמים, כגון ניתוח אלמנט סופי, משמשים כעת לחיזוי ביצועי ציפוי תחת לחץ, המאפשרים הסתברות מהירה.בנוסף, השימוש של למידת מכונה כדי לייעל את הפרמטרים של מחיקה הוא צובר מתח, צמצום מחזורי הניסוי והטרור.

דוגמאות לתעשיות ומקריות

יצרנים חכמים מובילים כבר אימצו טכנולוגיות ציפוי מתוחכמות.לדוגמה, עדשות המצלמה של אפל משתמשות ב-FLT:0sapphire CrystalFLT:1 כיסוי, אשר הוא בעל עוצמה רבת-עצמית (Mohs 9) אבל יקר.כדי להפחית את העלות, הרבה דגלי אנדרואיד עכשיו מעסיקים מסך זכוכית-DLC היברידי: זכוכית דקת מכוסה עם DLC2GDRic, לעומת תהליך של DLCD2GDLC, 000-FR.

תעשיות הרכב והאלקטרוניקה הצרכניות גם מניעות חדשנות.לדוגמה, ⁇ :0 [T] T* של ZEISS Anti-reflectiveציפוFLT:1 עכשיו כולל שכבה עליונה של שריטה המיועדת לסמארטפונים, הרחבה של איכות אופטית מעבר עדשות מצלמה מסורתיות.

תחזית עתיד

כמו מצלמות סמארטפונים ממשיכות לשפר, הביקוש לציפוי שריטות יצמחו רק.המכשירים העתידיים עשויים לכלול: 0tunableציפוייםFLT:1 שיכול לשנות קשיחות או כאבי עצמי.שילוב של 3D sensing ו- LiDAR מודולים גם דורש ציפויים חזקים נגד ללבוש סביבתי.

בטווח הקרוב, אנו מצפים לראות אימוץ רחב יותר של מערכות ALD ו- PVD היברידית שיכולים להפקיד מחסניות מרובות שכבות עם דיוק.ערמת הציפוי עשויה לכלול שכבה תחתית קשה (למשל, אל2O3), שכבת ביניים מתחננת מתח, ושכבה הידרופובית העליונה - כל מיוייב יחיד פועל באבק.

המטרה הסופית היא ליצור ציפוי שהופך את העדשה כמעט בלתי ניתנת להפרדה מזכוכית חשופה בביצועים אופטיים תוך כדי להיות קשה יותר מכל היבט משותף.עם המשך השקעה בחומרים מדע והנדסה פילים דקים, המטרה היא בהישג יד.עבור משתמשים, זה אומר ברור יותר, ארוך-טווח תמונות ועוד פחות סיבות לשדרג את הטלפונים שלהם עקב עדשות מצלמה מגרדות.

"התנגדותScratch היא לעתים קרובות להתעלם לטובת שאר specs, אבל זה משפיע ישירות על איכות התמונה כי משתמשים חווים מדי יום. הדור הבא של ציפויים יתייחסו למניעת שריטות כאתגר עיצוב ברמה מערכתית, לא רק לאחר מחשבה." ~ ד"ר אלנה מארסטי, מדען חומרים בכירים, ⁇ Film Optics Lab

בעוד המסע לעבר ציפויים מושלמים ממשיך, ההתקדמות שנעשתה בעשור האחרון כבר שינתה עמידות למצלמת הטלפונים החכמים.כפי שטכנולוגיה מתבגרת, ציפויים עמידים בגרד יהפכו לתכונה סטנדרטית בכל מגזרי המחירים, כך שכל משתמש יכול ללכוד תמונות חדות, ללא עיוות לאורך כל חייהם של המכשיר שלו.