كيف يتم تصنيع الشاشات الشفافة

يتطلب تصنيع شاشات العرض الشفافة ترسيب طبقة موصلة شفافة من أكسيد الإنديوم والقصدير (ITO) بسُمك 50-100 nm على ركيزة زجاجية/بلاستيكية. يضمن ذلك التوصيلية والشفافية التي تزيد عن 85%. ثم يتم ربط طبقات العرض ذات الهيكل الدقيق المُعدل (مثل شاشات LCD التي تقلل من حجب الإضاءة الخلفية أو شاشات OLED ذاتية الانبعاث) باستخدام مادة لاصقة بصرية. تتضمن بعض المنتجات أيضًا طبقة لمس شفافة بمسافة 2-5 μm. من خلال عمليات مثل الترسيب الفراغي والطباعة الحجرية الضوئية، يتم التخلص من الانعكاسات البينية، مما يؤدي في النهاية إلى تأثير عرض واضح وشفاف.

الركيزة والطبقة الموصلة

يتكون أساس شاشة العرض الشفافة من الركيزة والطبقة الموصلة.

تُستخدم عادةً ألواح زجاج مصقول بسُمك 500 μm أو بلاستيك PET (بولي إيثيلين تيريفثالات) بسُمك 125 μm للركيزة. الأول مقاوم للخدش، والآخر قابل للانحناء. الطبقة الموصلة هي فيلم رقيق من أكسيد الإنديوم والقصدير (ITO) يتم طلائه بالترسيب الفراغي أو الرش المغناطيسي، ويتم التحكم في سُمكه ليكون بين 50-100 nm (1/1000 من شعرة الإنسان). يجب تحقيق توازن بين التوصيلية ونفاذية الضوء، لتلبية شفافية 85%-90% ومقاومة صفائح تتراوح بين 10-30 ohms/square.

“هيكل” الشاشة

يمكن لشاشة العرض الشفافة أن تنقل الضوء وتعرض الصور، ولكن الخطوة الأولى تعتمد على قدرة الركيزة على دعم الطبقات الموصلة وطبقات العرض اللاحقة، كما تحدد ما إذا كانت الشاشة صلبة أم مرنة. اختيار الركيزة الخاطئة يفسد كل شيء. إما أن تكون الشفافية منخفضة جدًا بحيث تبدو الشاشة رمادية، أو هشة جدًا بحيث تتشقق عند لمسها، أو تتجعد بعد بضع مرات من الانحناء. تنقسم الركائز الشائعة في السوق إلى فئتين: الزجاج والبلاستيك، وتتراوح سماكتها من بضع مئات من الميكرومترات إلى أجزاء من المليمتر. يجب صقل السطح ليكون أكثر نعومة من المرآة، ويجب أن تتبع جميع خطوات العملية بيانات دقيقة للغاية.

كيفية اختيار المواد

هناك مادتان رئيسيتان للركيزة، ويعتمد الاختيار بالكامل على ما ستستخدم فيه الشاشة.

الزجاج المصقول هو الأكثر شيوعًا، وعادةً ما يكون بسُمك 500 μm (0.5 mm)، وهو أكثر اتساقًا من زجاج النوافذ القياسي. تبلغ شفافيته المتأصلة 91% (بدون طلاء)، وتبلغ صلابة سطحه من 6-7 على مقياس موس، ولن تترك خدشًا أبيض باهتًا إلا عند خدشه بمفتاح. إنه الخيار الأفضل لشاشات العرض الشفافة التجارية.

على سبيل المثال، تستخدم شاشات الإعلانات الشفافة في مراكز التسوق ركائز زجاجية مصقولة بسُمك 800 μm، والتي يمكنها تحمل آلاف المشاهدات يوميًا، وبعد 3 سنوات، تكاد تكون خدوش السطح غير محسوسة عند اللمس.

بلاستيك PET أخف وأكثر ليونة، بسُمك يتراوح بين 125-250 μm (0.125-0.25 mm)، ويزن أقل من ثلث وزن الزجاج. تبلغ شفافيته 89% (أقل قليلاً ولكنه كافٍ)، ويمكن ثنيه إلى منحنى 180 درجة، وهو مناسب لملصقات الرفوف الإلكترونية والأجهزة القابلة للطي. ومع ذلك، فهو حساس للحرارة، ويمكن أن تؤدي درجات حرارة المعالجة التي تزيد عن 100 درجة مئوية إلى تشويهه. لذلك، يتطلب ركيزة PET أولاً طبقة طلاء حاجزة من ثاني أكسيد السيليكون، ويجب ترسيب الفيلم الموصل مع التحكم في درجة الحرارة لتكون أقل من 80 درجة مئوية، وإلا سيتجعد الفيلم.

كيفية تحديد السُمك

تستخدم الشاشات الثابتة التجارية غالبًا زجاجًا بسُمك 500-700 μm. على سبيل المثال، تستخدم شاشات عرض معلومات الرحلات الجوية في المطارات ركائز بسُمك 600 μm. إذا سقطت كرة فولاذية بوزن 1kg من ارتفاع 1 متر، فلن تتشقق الشاشة. إذا تم استخدام زجاج أرق بسُمك 400 μm، فسيتشقق واحد من كل ثلاثة في نفس الاختبار، ويكون عرضة للتلف حتى من الاهتزازات أثناء النقل. تتطلب الشاشات المرنة PET بسُمك 125-175 μm. تابلت شفاف قابل للطي معين بركيزة بسُمك 150 μm أظهر انخفاضًا في الشفافية بنسبة 2% فقط بعد 100,000 عملية انحناء (نصف قطر 5 mm)، مع عدم وجود ضبابية مرئية تقريبًا. يؤدي استخدام سُمك 200 μm إلى إجهاد داخلي عالٍ أثناء الانحناء، مما يسبب تجعدًا ونمطًا متموجًا في الصورة المعروضة.

معالجة السطح

يجب أن يكون سطح الركيزة ناعمًا على مستوى النانومتر، وإلا ستبدو الشاشة ضبابية بسبب تشتت الضوء. تنقسم المعالجة إلى خطوتين:

التلميع: يستخدم الزجاج المصقول التلميع الميكانيكي الكيميائي، حيث تقوم المحاليل الكيميائية وجزيئات التلميع “بطحن” السطح. بعد المعالجة، تصبح الخشونة أقل من 0.5 nm (جزء من مليون من شعرة الإنسان)، وتزداد الشفافية من 91% إلى 92%. لا تقلل من شأن هذه الزيادة بنسبة 1%. تسمح هذه الزيادة الطفيفة لصور شاشات المتاجر بأن تكون أكثر شفافية، مما يسمح للعملاء برؤية ألوان المنتج بدقة أكبر.

تطبيق الطبقة الحاجزة: تتطلب ركائز PET طلاءًا من ثاني أكسيد السيليكون بسُمك 50 nm. لا تقلل هذه الطبقة من خشونة السطح من 2 nm إلى 0.8 nm فحسب، بل تضمن أيضًا التصاق فيلم ITO اللاحق بشكل أكثر تماسكًا.

اختبارات الموثوقية البيئية

يجب أن تجتاز الركائز النهائية الفحص البيئي. تحاكي المختبرات درجات الحرارة والرطوبة العالية، والدورات الحرارية.

• 85°C، 85% رطوبة لمدة 1000 ساعة: لا يوجد تغيير في الركيزة الزجاجية. تمتص ركيزة PET الرطوبة قليلاً، وتنخفض الشفافية بنسبة 0.5%، وهو أمر مقبول.
• التبديل من -40°C إلى 85°C كل ساعة، 500 دورة: الزجاج لا يواجه مشكلة. تنكمش PET قليلاً، لكن التغير الأبعاد أقل من 0.1%، ولا يؤثر على التصاق الطبقات الأخرى.

أجرت إحدى العلامات التجارية اختبارًا خارجيًا لشاشتها الشفافة ذات الركيزة الزجاجية معلقة على شاطئ البحر لمدة عامين. لم تتحول الركيزة إلى اللون الأصفر، وحافظت على شفافية 89%، ولم يكن هناك تآكل من الثقوب الصغيرة بسبب الضباب الملحي.

الطبقة الموصلة

يمكن لشاشات العرض الشفافة أن تضيء وتعرض الصور بفضل فيلم موصل غير مرئي ينقل التيار الكهربائي لتنشيط وحدات البكسل دون حجب الضوء. يسمى هذا الفيلم أكسيد الإنديوم والقصدير (ITO)، وسُمكه يبلغ 1/1000 فقط من شعرة الإنسان.

كيفية “الرسم” على الركيزة

هناك طريقتان رئيسيتان لترسيب الفيلم:

• الترسيب الفراغي: يتم تسخين مادة ITO إلى أكثر من 800 درجة مئوية، وتبخيرها، ثم تكثيفها على سطح الركيزة لتشكيل فيلم. الجهاز غير مكلف ومناسب للإنتاج بكميات صغيرة، ولكنه قد يؤدي إلى سُمك فيلم غير متساوٍ. على سبيل المثال، على ركيزة زجاجية بسُمك 500 μm، قد يختلف سُمك الفيلم بين الزوايا والوسط بمقدار 5 nm، مما يؤدي إلى عدم تجانس في الشفافية.
• الرش المغناطيسي: تصطدم أيونات الأرجون بهدف ITO (قطعة معدنية بحجم ظفر الإصبع)، وتطرق ذرات الهدف، التي تترسب بعد ذلك على الركيزة لتشكيل فيلم. يمكن التحكم في سُمك الفيلم في حدود ±2 nm، مما يجعله موحدًا مثل فطيرة ممدودة تمامًا. ومع ذلك، فإن الجهاز مكلف، ويجب أن تتم العملية في غرفة مفرغة، وهو مناسب للإنتاج الضخم.

أجرت إحدى الشركات المصنعة للألواح اختبارًا حيث كان فيلم ITO المصنوع بالرش المغناطيسي أعلى شفافية بنسبة 1.5% من الفيلم المصنوع بالترسيب الفراغي، لأن الفيلم كان أكثر اتساقًا وتشتتًا أقل للضوء.

سُمك فيلم ITO

يتم التحكم في سُمك فيلم ITO بدقة. إذا كان رقيقًا جدًا (على سبيل المثال: 40 nm)، فمن المحتمل أن يتشقق الفيلم. فيلم بسُمك 40 nm سيتكسر إلى أجزاء بعد انحنائه مرتين. إذا كان سميكًا جدًا (120 nm)، ستنخفض الشفافية من 88% إلى أقل من 80%، وستبدو الشاشة ضبابية. المعيار الصناعي هو 70-80 nm. تستخدم شاشة شفافة لعلامة تجارية معينة فيلم ITO بسُمك 80 nm، مع شفافية 88% ومقاومة صفائح (مقياس للتوصيلية) تبلغ 15 ohms/square. تعني المقاومة المنخفضة تدفق التيار بشكل أسرع واستجابة أسرع للشاشة، ويمكن التحكم في زمن انتقال اللمس ليكون في حدود 10 مللي ثانية، على غرار شاشات الهواتف المحمولة العادية.

مقاييس الطبقة الموصلة

تتضمن الطبقة الموصلة مقياسين حاسمين يحددان أداء الشاشة بشكل مباشر:

• الشفافية: يمتص ITO نفسه بعض الضوء. يمكن أن يحقق الفيلم عالي الجودة شفافية تتراوح بين 85%-90%. على سبيل المثال، ركيزة زجاجية بسُمك 500 μm لها شفافية 91% بدون طلاء. بعد طلائها بـ ITO بسُمك 80 nm، تبلغ الشفافية الكلية 88%. انخفاض بنسبة 3%، ولكنه كافٍ لجعل الشاشة تبدو “شفافة”.
• اتساق مقاومة الصفائح: يجب أن يكون الخطأ في مقاومة الصفائح عبر الفيلم أقل من 5%. على سبيل المثال، إذا كان الهدف هو 15 ohms/square، فلا يجب أن تتجاوز أرق المناطق 15.75، ولا يجب أن تقل أسمك المناطق عن 14.25.

عيوب ITO

على الرغم من فائدته، فإن لـ ITO عيبًا كبيرًا: الفيلم هش. يؤدي الانحناء المتكرر إلى حدوث تشققات. بعد 100,000 عملية انحناء (نصف قطر 5 mm)، يظهر فيلم ITO تشققات دقيقة، وتنخفض الشفافية بنسبة 1%، وتزداد مقاومة الصفائح بمقدار 2 ohms. قارنت إحدى الشركات المصنعة حيث أظهرت الشاشة المرنة باستخدام ITO عرضًا طبيعيًا بعد 100,000 عملية انحناء، بينما بدأت الشاشة التي تستخدم الأسلاك النانوية الفضية في إظهار بقع ساطعة (نتيجة تقصير الأسلاك الفضية المكسورة) بعد 50,000 دورة. لذلك، لا تزال معظم شاشات العرض الشفافة الحالية تعتمد على ITO “لتحمل العبء”.

التوازن بين الشفافية والتوصيلية

يمكن لشاشات العرض الشفافة تحقيق “الرؤية من خلالها” و”عرض صورة واضحة” في نفس الوقت من خلال موازنة الشفافية والتوصيلية. هذان المقياسان مثل أرجوحة التوازن: عندما يرتفع أحدهما، ينخفض الآخر. التحدي هو العثور على النقطة المثلى حيث يكون كلاهما جيدًا بما يكفي للاستخدام.

الشفافية

تبلغ شفافية الزجاج العادي 91%. لكي تكون شاشة العرض الشفافة عملية، يجب أن تحقق 85%-90%. أقل من 85%، تبدو الشاشة رمادية، ويصبح المعرض أو المشهد في الخلفية غير واضح. على سبيل المثال، تتطلب الشاشة الشفافة في المتحف التي تحتوي على قطعة عرض خلفها شفافية لا تقل عن 88% حتى يتمكن الجمهور من رؤية تفاصيل القطعة بوضوح. إذا كانت الشفافية 85%، فستبدو ألوان القطعة أغمق بنسبة 10% وتفاصيل ضبابية. عند 90%، يكون استنساخ الألوان أقرب إلى ما يراه العين المجردة.

مقاومة الصفائح

مقاومة الصفائح هي مقياس لقياس التوصيلية، ويتم قياسها بوحدة ohms/square (Ω/□). كلما انخفضت القيمة، زاد سلاسة تدفق التيار.

تتطلب الطبقة الموصلة في الشاشة الشفافة (مثل فيلم ITO) 10-30Ω/□. إذا كانت منخفضة جدًا (على سبيل المثال: 5Ω/□)، فإن تكلفة المواد تكون عالية. إذا كانت عالية جدًا (تتجاوز 40Ω/□)، فلن يتدفق التيار بفعالية، وستصبح الشاشة “بطيئة الاستجابة”، مما يسبب زمن انتقال للمس وظلال في العرض. على سبيل المثال، شاشة إعلانات شفافة تستخدم فيلم ITO بمقاومة 15Ω/□ تستغرق 0.1 مللي ثانية لينتقل التيار من طرف إلى آخر، وزمن انتقال اللمس 0.05 ثانية. يؤدي التبديل إلى فيلم 30Ω/□ إلى زمن انتقال يبلغ 0.2 مللي ثانية، وزمن انتقال للمس 0.1 ثانية، وهو أمر مقبول ولكنه يوفر تجربة أسوأ قليلاً.

السُمك والعملية

يتم تحقيق التوازن بين الشفافية والتوصيلية بشكل أساسي عن طريق تعديل سُمك فيلم ITO وعملية التصنيع.

السُمك هو المفتاح: كلما كان فيلم ITO أرق، زادت الشفافية، ولكن انخفضت التوصيلية. فيلم ITO بسُمك 50 nm له شفافية 90% ومقاومة صفائح 40Ω/□. فيلم بسُمك 100 nm له شفافية 88% ومقاومة صفائح 15Ω/□. فيلم بسُمك 150 nm له شفافية 85% ومقاومة صفائح 8Ω/□. تختار الصناعة 80-100 nm. في هذا السُمك، تزيد الشفافية عن 88%، ومقاومة الصفائح حوالي 15Ω/□، مما يلبي معظم متطلبات التطبيق.

العملية تؤثر على الاتساق: الرش المغناطيسي أكثر اتساقًا من الترسيب الفراغي. في اختبار أجرته إحدى الشركات المصنعة، كان لفيلم ITO المصنوع بالرش المغناطيسي خطأ في السُمك يبلغ ±2 nm، وتقلب في الشفافية أقل من 0.5%. الترسيب الفراغي لديه خطأ يبلغ ±5 nm وتقلب في الشفافية يتراوح بين 1%-2%.

ثلاثة اختبارات

يجب التحقق من فعالية التوازن من خلال الاختبارات.

اختبار الشفافية: يتم قياسه باستخدام مقياس طيفي ضوئي في نطاق الطول الموجي 400-700 nm (الجزء من الضوء الذي تكون العين البشرية حساسة له)، وتتطلب الشفافية ≥85%. تم اختبار شاشة شفافة لعلامة تجارية معينة عند 88%، وهي تلبي المعيار.

اختبار اتساق مقاومة الصفائح: يتم مسح الفيلم بالكامل باستخدام مسبار رباعي الأطراف، ويجب أن يكون خطأ مقاومة الصفائح أقل من 5% في 95% من المنطقة. على سبيل المثال، إذا كان الهدف هو 15Ω/□، فإن 5% كحد أقصى من المنطقة يمكن أن تتجاوز 15.75Ω/□.

اختبار التقادم: يتم وضع الشاشة في درجة حرارة ورطوبة عالية (85°C/85% رطوبة) لمدة 1000 ساعة، ويجب أن يكون انخفاض الشفافية أقل من 1% وزيادة مقاومة الصفائح أقل من 2Ω/□. انخفضت الشفافية في شاشة معينة من 88% إلى 87% وزادت مقاومة الصفائح من 15Ω/□ إلى 17Ω/□، وهو أمر مقبول.

الأسلاك النانوية الفضية والجرافين

يوفر ITO توازنًا جيدًا ولكنه هش، والإنديوم باهظ الثمن. تتمتع الأسلاك النانوية الفضية (AgNWs) بشفافية 89% (أفضل من ITO) ولكن مقاومة صفائح 20Ω/□ (مشابهة لـ ITO). المشكلة هي أن الأسلاك الفضية عرضة للأكسدة، وبعد 6 أشهر تنخفض الشفافية إلى 85% وتبدو الشاشة صفراء. الجرافين أكثر مثالية: شفافية 90%، مقاومة صفائح 10Ω/□ (توصيلية أفضل)، ولكن من الصعب إنتاجه بكميات كبيرة. يكون تكوين الفيلم على مساحة كبيرة غير متساوٍ، وتكلفته تبلغ 5 أضعاف تكلفة ITO.

استبدال الأقطاب الكهربائية بمواد شفافة

تستخدم الشاشات التقليدية أقطابًا معدنية (مثل الألومنيوم، بسُمك حوالي 100 nm) تحجب الضوء بالكامل. في الشاشات الشفافة، يجب استبدالها بطبقات موصلة شفافة. الخيار السائد هو أكسيد الإنديوم والقصدير (ITO)، والذي تبلغ شفافية الضوء المرئي لديه 90%-95%، وسُمكه 50-150 nm، ومقاومة صفائحه 10-30 ohms/square (توصيلية كافية لتشغيل وحدات البكسل). وهذا يسمح لحوالي 40%-70% من الضوء المحيط بالمرور عبر الشاشة مع الحفاظ على القدرة على نقل التيار الكهربائي، مما يحقق تأثير “رؤية الصورة والخلفية”.

لماذا نختار ITO

الخطوة الأولى لجعل الشاشة التقليدية شفافة هي استبدال الأقطاب المعدنية بطبقة موصلة شفافة. تم البحث عن العديد من المواد، بما في ذلك أكسيد القصدير المشوب بالفلور (FTO)، والجرافين، والأسلاك النانوية الفضية، لكن الصناعة استقرت في الغالب على أكسيد الإنديوم والقصدير (ITO).

شفافية كافية

يمكن أن يصل متوسط شفافية ITO في طيف الضوء المرئي (طول موجي 400-700 nm، الضوء الأكثر حساسية للعين البشرية) إلى 90%-95%، وهو قريب من شفافية زجاج النوافذ العادي (حوالي 92%). هذا يعني أن 5%-10% فقط من الضوء يتم امتصاصه أو انعكاسه عند مروره عبر طبقة ITO. يمر معظمه بسلاسة.

بالمقارنة، يتمتع FTO بشفافية مماثلة تبلغ حوالي 90%، ولكن شفافيته العالية للأشعة تحت الحمراء (مما قد يؤدي إلى مزيد من الحرارة إذا كانت الأشعة تحت الحمراء سائدة)، ويمكن أن تصل الشفافية النظرية للجرافين إلى 97%، ولكن في الإنتاج الضخم الفعلي، تبلغ الشفافية 92%-94% فقط بسبب عدم اتساق سُمك الفيلم، ويسهل حدوث تشتت للضوء بسبب عيوب السطح. الأسلاك النانوية الفضية مبالغ فيها، ويمكن أن تصل شفافية المختبر إلى 98%، ولكن نقاط الاتصال بين الأسلاك عرضة للأكسدة، وتنخفض الشفافية إلى ما دون 90% بمرور الوقت، مما يؤدي إلى ضعف الاستقرار.

توصيلية مستقرة

الشفافية وحدها لا تكفي، ويجب أن تلحق بها قدرة التوصيل. مقياس التوصيلية هو “مقاومة الصفائح” (المقاومة لكل وحدة مساحة، وكلما انخفضت القيمة، كانت التوصيلية أفضل). تتراوح مقاومة صفائح ITO عادةً بين 10-30 ohms/square، وهي مناسبة تمامًا لاحتياجات الشاشة. على سبيل المثال، في شاشة OLED شفافة مقاس 55 بوصة تستخدم أقطاب ITO، يمكن الحفاظ على سرعة استجابة البكسل عند مستوى الميكروثانية، مما يؤدي إلى صورة سلسة بدون ضبابية حركة. بالنظر إلى المواد الأخرى، فإن مقاومة صفائح FTO مماثلة لـ ITO، تتراوح بين 10-25 ohms/square، ولكنها تتطلب درجة حرارة ترسيب أعلى (350-400°C)، والتي يسهل أن تشوه الركائز المرنة (مثل البلاستيك) وبالتالي فهي غير مناسبة. مقاومة صفائح الجرافين منخفضة تصل إلى 1-5 ohms/square، وتوصيليتها أفضل من ITO، ولكن من الصعب تحقيق اتساق المساحة الكبيرة في الإنتاج الضخم. يمكن أن تقفز مقاومة صفائح فيلم الجرافين الذي تبلغ مساحته 1 متر مربع من 1 ohm/square إلى 10 ohms/square، مما يتسبب في تعتيم موضعي أو عدم إضاءة على الشاشة. تبلغ مقاومة صفائح الأسلاك النانوية الفضية حوالي 5-15 ohms/square، وتبدو جيدة على ما يبدو، ولكن المقاومة تميل إلى الزيادة بشكل كبير عند نقاط الاتصال بين الأسلاك، وتكون استقرارية التوصيل الإجمالية ضعيفة.

الإنتاج الضخم والتكلفة

لقد نضجت عملية تصنيع ITO على مدى عقود، و”الرش المغناطيسي” هو الطريقة السائدة. في غرفة مفرغة، تصطدم أيونات الأرجون بهدف سبيكة الإنديوم والقصدير (90% إنديوم، 10% قصدير)، وتترسب ذرات الهدف على الركيزة لتشكيل فيلم رقيق. هناك العديد من الموردين العالميين لهذا الجهاز (Applied Materials، Tokyo Electron، إلخ)، والآلة المستعملة ليست باهظة الثمن. يبلغ الاستثمار في خط الإنتاج حوالي 50 مليون دولار أمريكي ويمكنه إنتاج 3 ملايين شاشة شفافة مقاس 55 بوصة سنويًا. تواجه المواد الأخرى المزيد من المشاكل. يتطلب FTO الترسيب الكيميائي للبخار (CVD)، واستثمار المعدات أعلى بنسبة 30%، ويحتوي الهدف على الفلور، مما يزيد من تكلفة معالجة غاز العادم. يتطلب الجرافين CVD أو التقشير الميكانيكي. الأول لديه معدل إنتاج منخفض يصل إلى 60%-70% فقط (ITO يزيد عن 90%)، والثاني يمكنه إنتاج عينات صغيرة المساحة فقط. تتطلب الأسلاك النانوية الفضية طلاء المحلول، ويسهل تكتلها أثناء التجفيف، ومعدل إنتاجها أقل من 50%. علاوة على ذلك، تتقلب أسعار المواد الخام الفضية بشكل كبير (إذا ارتفع سعر الفضة من 15 دولارًا أمريكيًا إلى 30 دولارًا أمريكيًا للأوقية، تتضاعف التكلفة مباشرة). بشكل عام، تبلغ تكلفة التصنيع الشاملة لـ ITO أقل بنسبة 15%-20% من FTO وأقل بأكثر من 30% من الجرافين.

الأداء العملي

بالإضافة إلى الأداء والتكلفة، فإن تأثير الاستخدام الفعلي هو الأكثر بلاغة. يستخدم تلفزيون OLED الشفاف لعلامة تجارية معينة أقطاب ITO، وبيانات القياس هي:

• الشفافية الكلية 58% (في الضوء المحيط، يمكن رؤية العمود الفقري للكتب على الرف خلفه بوضوح).
• اتساق سطوع البكسل 95% (الفرق في السطوع بين الزاوية العلوية اليسرى والزاوية السفلية اليمنى لنفس الصورة أقل من 5%).
• بعد 1000 ساعة من التشغيل المستمر، تغير مقاومة الصفائح أقل من 2% (استقرار جيد للتوصيل، لن تصبح الصورة داكنة بمرور الوقت).

عند استخدام أقطاب الجرافين، أظهر نفس الاختبار ما يلي:

• الشفافية الأولية 92% تنخفض إلى 88% بعد 100 ساعة (بسبب الأكسدة).
• اتساق سطوع البكسل 85% (تقلب عالي في مقاومة الصفائح الموضعية).
• تظهر بقع داكنة بارزة بعد 500 ساعة من التشغيل المستمر (زيادة المقاومة عند نقطة الاتصال).

“تركيب” ITO

بعد استبدال أقطاب الشاشة بـ ITO الشفاف، تتمثل الخطوة التالية في “تركيب” هذا الفيلم الموصل الشفاف على مستوى النانومتر على الركيزة. هذا ليس “لصقًا” عاديًا، ولكنه يتضمن استخدام جزيئات عالية الطاقة “لضرب” ذرات الإنديوم والقصدير على الزجاج أو الفيلم المرن في بيئة مفرغة، مما يشكل فيلمًا رقيقًا موحدًا ومثاليًا. الطريقة الأكثر شيوعًا في المصانع هي الرش المغناطيسي. العملية برمتها تشبه “طلاء طبقة ضباب موصلة غير مرئية” على الشاشة، وكل التفاصيل مخبأة داخل المعلمات.

هدف سبيكة الإنديوم والقصدير

المادة الخام لفيلم ITO هي هدف سبيكة الإنديوم والقصدير، ونسبة التركيب الحرجة هي 90% إنديوم، 10% قصدير. يجب أن يكون الهدف عالي النقاء (نقاء يزيد عن 99.99%)، وإلا ستختلط الشوائب في الفيلم الرقيق، مما يؤدي إلى انخفاض الشفافية أو عدم التوصيل الموضعي. يزن الهدف الواحد حوالي 5-20 kg، ويمكن أن يرش ويطلي 50-100 متر مربع من الركائز. يجب استبداله بعد الاستخدام، وتكلفته تمثل حوالي 30% من العملية بأكملها.

الدخول إلى الغرفة المفرغة

قبل الرش، يتم وضع الركيزة في الغرفة المفرغة لآلة الرش المغناطيسي. يجب تفريغ الغرفة إلى مستوى تفريغ أقل من 10⁻³ Pa (ما يعادل 1/10 مليار من الضغط الجوي للأرض)، وهي أنظف 100 مرة من غرفة العمليات في المستشفى. تهدف هذه الخطوة إلى طرد الأكسجين وبخار الماء والغبار من الهواء. حتى جسيم غبار واحد بقطر 0.1 μm يمكن أن يخلق “ثقبًا” في الفيلم الرقيق، مما يتسبب في قصر دائرة موضعي أو عدم اتساق في الشفافية. بعد تحقيق التفريغ، يتم إدخال كمية صغيرة من غاز الأرجون (نقاء 99.999%) إلى الغرفة، ويتم التحكم في الضغط ليكون 0.1-1 Pa.

عملية الرش

عندما تصطدم أيونات الأرجون بالهدف، فإنها “تطرق” ذرات الإنديوم والقصدير من سطح الهدف. تطير هذه الذرات النشطة نحو الركيزة وتترسب لتشكيل فيلم ITO الرقيق. تؤثر معلمات العملية بأكملها بشكل مباشر على جودة الفيلم.

• قوة الرش: إذا كانت القوة منخفضة جدًا، ستكون سرعة طيران الذرات بطيئة، وسيكون نمو الفيلم بطيئًا وكثافته منخفضة. إذا كانت القوة عالية جدًا، فقد “يحترق” الهدف (يُعرف باسم “تسمم الهدف”). تضبط المصانع عادةً القوة على 1-3 kW (للآلات ذات الهدف الواحد) لضمان معدل ترسيب (50-100 nm في الساعة) دون إتلاف الهدف.
• درجة حرارة الركيزة: يجب تسخين الركيزة إلى 200-300°C. في درجات الحرارة المنخفضة، لا “تستقر” ذرات الإنديوم والقصدير جيدًا على الركيزة، ويسهل أن تشكل هياكل غير منظمة، مما يقلل من شفافية الفيلم إلى أقل من 85%. في درجات الحرارة المرتفعة، تترتب الذرات بشكل أكثر كثافة، ويمكن أن تستقر الشفافية عند أكثر من 90%، ولكن إذا كانت درجة الحرارة مرتفعة جدًا (أكثر من 350°C)، فسوف تتشوه الركائز المرنة (مثل بلاستيك PET).
• المسافة بين الهدف والركيزة: يجب الحفاظ على هذه المسافة عند 5-10 cm.

يجب ألا يحتوي الفيلم الرقيق على ثقوب دقيقة

بعد اكتمال الرش، يجب فحص جودة فيلم ITO الرقيق. العامل الأكثر أهمية هو عدم وجود ثقوب دقيقة. حتى ثقب دقيق بقطر 1 μm (1/50 من شعرة الإنسان) يمكن أن يتسبب في “تسرب” التيار الكهربائي، مما يؤدي إلى بقع داكنة موضعية على الشاشة. تستخدم المصانع المجهر البصري (1000x) أو مقياس الاستقطاب الإهليلجي لمسح الفيلم بالكامل. مطلوب معدل اجتياز يزيد عن 95% للشحن.

طرق أخرى

بالإضافة إلى الرش المغناطيسي، تحاول بعض المصانع أيضًا الطلاء بالمحلول. يتم تحويل جسيمات ITO النانوية إلى حبر، وطلاءها على الركيزة، وخبزها لتشكيل فيلم. هذه الطريقة منخفضة التكلفة (استثمار أقل في المعدات بنسبة 30%) ولكن لديها عيوب كبيرة:

• ضعف اتساق الفيلم، حيث يتقلب السُمك بما يصل إلى 10 nm في أماكن مختلفة من نفس الدفعة، مما يسبب تقلبات في مقاومة الصفائح.
• يسهل ترك الفراغات بسبب تبخر المذيب أثناء التجفيف، ويمكن أن تصل الشفافية إلى 88%-90% فقط (أقل بنسبة 2%-4% من الرش المغناطيسي).

هناك أيضًا الترسيب بشعاع الإلكترون. يصطدم شعاع الإلكترون بالهدف، مما يؤدي إلى تبخير ذرات الإنديوم والقصدير ثم ترسيبها. ومع ذلك، فإن جهاز شعاع الإلكترون مكلف (20 مليون دولار أمريكي للوحدة الواحدة)، ومعدل التبخير بطيء (20 nm فقط في الساعة)، وهو غير مناسب للإنتاج على نطاق واسع.

أمثلة الإنتاج الفعلية

يستخدم خط إنتاج OLED الشفاف لشركة تصنيع ألواح يابانية الرش المغناطيسي لأقطاب ITO:

• حجم الركيزة الواحدة: خط الجيل G10.5 (2940×3370 mm).
• وقت الرش: حوالي 45 دقيقة للجانب الواحد (لترسيب فيلم بسُمك 100 nm).
• معدل الإنتاج: 92% (العيوب الرئيسية هي الثقوب الدقيقة وعدم اتساق السُمك).
• أداء فيلم ITO النهائي: سُمك 95±5 nm، مقاومة صفائح 18±2 ohms/square، شفافية الضوء المرئي 92%.

عملية الطلاء الدقيقة

بعد استبدال أقطاب الشاشة الشفافة بـ ITO، يكمن التحدي الحقيقي في “طباعة” هذا الفيلم الموصل الشفاف على مستوى النانومتر على الركيزة. هذا يختلف عن الطباعة بنفث الحبر، ويتضمن هبوط ذرات الإنديوم والقصدير بدقة على الزجاج أو الفيلم المرن لتشكيل فيلم موصل شفاف وموحد. الطريقة الأكثر شيوعًا في المصانع هي الرش المغناطيسي، ويتم التحكم في كل خطوة من إعداد المواد الخام إلى تكوين الفيلم النهائي بدقة بمعلمات على مستوى المليمتر أو النانومتر.

نسبة الإنديوم والقصدير

“المادة الخام” لفيلم ITO هي هدف سبيكة الإنديوم والقصدير. هذا العنصر يشبه عملة معدنية كبيرة بقطر 20-30 cm وسُمك 5-8 cm، ويزن 5-20 kg. تحدد نسبة تركيبه أداء الفيلم بشكل مباشر: 90% إنديوم، 10% قصدير. إذا كان القصدير أقل قليلاً، ستزداد مقاومة الفيلم بشكل كبير. إذا كان القصدير أكثر قليلاً، ستنخفض الشفافية بنسبة 3%-5%.

نقاء الهدف أكثر أهمية. يجب أن يكون أكثر من 99.99% (درجة 4N). حتى 0.01% من الشوائب (مثل الحديد أو النحاس) يمكن أن تخترق الفيلم الرقيق، مما يشكل “بقعًا داكنة” ويسبب انخفاض الشفافية الموضعية بأكثر من 10%. كم عدد الركائز التي يمكن رشها وطلاؤها بهدف واحد؟ بأخذ خط الجيل G8.5 (2200×2500 mm) كمثال، يمكن لهدف واحد طلاء حوالي 300-400 ركيزة، وبعد ذلك يجب استبداله. تمثل تكلفة الهدف 30%-40% من عملية الطلاء بأكملها، وهي إحدى التكاليف الرئيسية لعملية ITO.

مستوى التفريغ

قبل الرش، يتم إرسال الركيزة إلى الغرفة المفرغة لآلة الرش المغناطيسي. يجب تفريغ الغرفة إلى مستوى تفريغ أقل من 10⁻³ Pa (ما يعادل 1/10 مليار من الضغط الجوي للأرض)، وهي أنظف مليون مرة من غرفة العمليات من الفئة 100 في المستشفى (10⁰ Pa). تستغرق هذه الخطوة 15-30 دقيقة، وتستخدم مضخات جزيئية ومضخات ميكانيكية لإزالة الأكسجين وبخار الماء والغبار من الهواء. لماذا هذا القدر من “النظافة”؟ لأن الأكسجين الموجود في الهواء سيتفاعل مع ذرات الإنديوم والقصدير لتشكيل أكسيد الإنديوم أو أكسيد القصدير، مما يجعل الفيلم هشًا ويقلل من الشفافية. الغبار أكثر إزعاجًا. يمكن لجسيم غبار بقطر 0.1 μm (1/500 من شعرة الإنسان) أن يخلق ثقبًا في الفيلم الرقيق، مما يتسبب في “تسرب” التيار الكهربائي، مما يؤدي إلى بقع سوداء موضعية على الشاشة. بعد تحقيق التفريغ، يتم إدخال غاز الأرجون عالي النقاء (99.999%) إلى الغرفة، ويتم التحكم في معدل التدفق ليكون 50-100 سنتيمتر مكعب قياسي في الدقيقة (sccm)، مما يحافظ على ضغط منخفض يبلغ 0.1-1 Pa في الغرفة.

فحص الفيلم الرقيق

بعد الرش، يتم فحص جودة فيلم ITO الرقيق. الفحوصات الأكثر أهمية هي عدم وجود ثقوب دقيقة واتساق السُمك.

• يستخدم مقياس الاستقطاب الإهليلجي للكشف عن الثقوب الدقيقة، حيث يمسح الفيلم بالكامل بدقة 0.1 μm. معيار القبول هو أقل من 10 ثقوب دقيقة لكل متر مربع. حتى ثقب دقيق بقطر 1 μm يزيد كثافة التيار الموضعية بنسبة 10%، مما يتسبب في تعتيم البكسل.
• يجب أن يكون اتساق السُمك في حدود ±5%. على سبيل المثال، إذا كان السُمك المستهدف 100 nm، فيجب أن يتراوح سُمك الفيلم بالكامل بين 95-105 nm. تستخدم المصانع جهاز قياس المظهر الجانبي لقياس 5 نقاط: الزوايا الأربع ووسط الركيزة. يتطلب الانحراف الذي يزيد عن 5% إعادة عمل.

عمليات أخرى

تحاول بعض المصانع أيضًا الطلاء بالمحلول. يتم طحن جسيمات ITO النانوية إلى مسحوق، وخلطها بالماء/الكحول لتشكيل حبر، وطلاءها على الركيزة باستخدام آلة طلاء من لفة إلى لفة، ثم خبزها في فرن (150°C، 30 دقيقة). هذه الطريقة أرخص في المعدات (استثمار أقل بنسبة 30%) ولكن لديها العديد من المشاكل:

• ضعف اتساق الفيلم، حيث يتقلب السُمك بما يصل إلى 20 nm في أماكن مختلفة من نفس الدفعة، مما يسبب تقلبات في مقاومة الصفائح بنسبة 15%.
• يترك الفراغات بسبب تبخر المذيب أثناء التجفيف، ويمكن أن تصل الشفافية إلى 88%-90% فقط (أقل بنسبة 2%-4% من الرش المغناطيسي).
• معدل الإنتاج منخفض، حيث يبلغ 70%-80% فقط (معدل إنتاج الرش المغناطيسي يزيد عن 90%).

طريقة الترسيب بشعاع الإلكترون أكثر تكلفة. يصطدم شعاع الإلكترون بالهدف، مما يؤدي إلى تبخير ذرات الإنديوم والقصدير ثم ترسيبها. ومع ذلك، تبلغ التكلفة 20 مليون دولار أمريكي للوحدة الواحدة، ومعدل التبخير بطيء (20 nm فقط في الساعة)، وطاقة الذرات المتبخرة منخفضة، مما يؤدي إلى ضعف التصاق الفيلم وسهولة تقشره.

بيانات الإنتاج الفعلية المرجعية

يستخدم خط إنتاج OLED الشفاف لشركة تصنيع ألواح كورية الرش المغناطيسي لأقطاب ITO:

• حجم الركيزة: خط الجيل G10.5 (2940×3370 mm).
• وقت الرش: 45 دقيقة للجانب الواحد (لترسيب فيلم بسُمك 100 nm).
• معدل الإنتاج: 92% (العيوب الرئيسية هي الثقوب الدقيقة وعدم اتساق السُمك).
• أداء الفيلم: سُمك 98±4 nm، مقاومة صفائح 17±1 ohms/square، شفافية الضوء المرئي 92%.

تجميع الشاشة وتعديل العرض

تتطلب هذه العملية أولاً تنظيف الركيزة (على سبيل المثال: لوحة PET بسُمك 50 μm)، ثم تكديس الطبقة القطبية الشفافة (ITO، سُمك 150 nm)، والطبقة الباعثة للضوء العضوي (2-3 μm)، وطبقة التغليف (5 μm) بالتسلسل. يتم لصقها باستخدام مادة لاصقة بصرية (سُمك 25 μm) بدقة محاذاة تبلغ ±5 μm. بعد الانتهاء، يتم قياس الشفافية (الهدف ≥80%)، وتعديل وحدات البكسل باستخدام معاير ليزر لضمان السطوع الموحد لمنطقة الانبعاث (خطأ <10%) وعدم وجود صور شبحية في المنطقة الشفافة.

المواد المصفحة

أولاً، يتم وضع ركيزة بلاستيكية PET بسُمك 50-100 μm (كيس التسوق في السوبر ماركت يبلغ سُمكه حوالي 12 μm. هذه الركيزة أرق بـ 4-8 مرات). بعد ذلك، يتم ترسيب قطب شفاف من أكسيد الإنديوم والقصدير (ITO) بسُمك 100-200 nm باستخدام جهاز ترسيب فراغي. بعد ذلك، يتم نشر طبقة باعثة للضوء عضوية بسُمك 2-3 μm (يتم تكديس المواد مثل الرمل الناعم)، تليها طبقة تغليف بسُمك 3-5 μm (لمقاومة الرطوبة) ومادة لاصقة بصرية OCA بسُمك 20-30 μm. تبلغ دقة محاذاة كل طبقة ±5 μm (حوالي 1/20 من شعرة الإنسان). يمكن أن يؤدي سوء المحاذاة إلى انبعاث ضوء غير موحد أو ضبابية في المناطق الشفافة.

اختيار الركيزة

هناك مادتان شائعتان الاستخدام: إحداهما بلاستيك PET بسُمك 50-100 μm (هذه الركيزة أرق بـ 4-8 مرات من كيس التسوق (بسُمك حوالي 12 μm))، والأخرى هي زجاج صودا الجير (يبلغ سُمك زجاج النوافذ العادي حوالي 3 mm، ولكن هنا يتم استخدام 1/30 فقط من هذا السُمك).

تطبيق القطب الكهربائي

الطبقة التالية هي قطب أكسيد الإنديوم والقصدير (ITO) الشفاف، الذي يعمل كـ “طريق سريع” للتيار الكهربائي. يجب التحكم في سُمكه ليكون 100-200 nm (1 nm هو 1/50,000 من شعرة الإنسان).

إذا كان رقيقًا جدًا (على سبيل المثال: 90 nm)، تزداد المقاومة، ولا يتدفق التيار، وتبدو منطقة الانبعاث داكنة. إذا كان سميكًا جدًا (210 nm)، تصبح المادة نفسها معتمة وتحجب الضوء من الخلف. يتم طلاء ITO باستخدام “آلة الرش المغناطيسي”. المبدأ هو مثل استخدام جزيئات معدنية عالية السرعة “لضرب” الهدف (كتلة من أكسيد الإنديوم والقصدير)، وتترسب الجزيئات على الركيزة لتشكيل فيلم رقيق. يجب التحكم في سرعة الجسيمات عن طريق ضبط ضغط الغاز (0.5 Pa) وقوة الماكينة (3 kW) لمنع الفيلم من أن يكون غير موحد ومليء بالثقوب. وإلا، سيكون الفيلم غير موحد ومليء بالثقوب.

بعد الطلاء، يقيس مقياس الاستقطاب الإهليلجي السُمك. يتطلب الخطأ الذي يزيد عن 5 nm إعادة الطلاء. هذا يعادل العثور على حبة دخن على مضمار الجري.

نشر الطبقة الباعثة للضوء

الطبقة الباعثة للضوء هي “المصباح الكهربائي” للشاشة، وتستخدم جزيئات عضوية صغيرة (مثل Alq3) أو نقاط كمومية (جسيمات شبه موصلة بحجم النانومتر). يبلغ سُمك هذه الطبقة 2-3 μm، ويجب نشرها بالتساوي مثل فطيرة رقيقة. إذا كانت سميكة جدًا (4 μm)، ستتولد حرارة أكبر عندما يمر التيار، مما يقصر عمرها. إذا كانت رقيقة جدًا (1.5 μm)، فلن يكون ناتج الضوء كافيًا، وستبدو الشاشة رمادية. يتم طلاء الطبقة الباعثة للضوء باستخدام “طريقة الطلاء بالغزل بالمحلول”. تذوب المادة في مذيب كلوروبنزين، ويتم تقطيرها على قطب ITO، ثم يتم تدويرها بالتساوي بواسطة قرص دوار يدور بسرعة 2000 دورة في الدقيقة. إذا كانت سرعة الدوران بطيئة جدًا (1500 دورة في الدقيقة)، تتراكم المادة في أكوام صغيرة. إذا كانت سريعة جدًا (2500 دورة في الدقيقة)، تصبح الحواف رقيقة جدًا والوسط سميكًا. بعد الدوران، يتم خبزها في فرن مفرغ لمدة 10 دقائق لتبخير المذيب، تاركًا فيلمًا رقيقًا موحدًا.

طلاء مقاوم للماء فائق الرقة

نظرًا لأن الطبقة الباعثة للضوء حساسة للرطوبة، يجب تغطيتها على الفور بطبقة تغليف. يتم استخدام تقنية الترسيب بالطبقات الذرية (ALD) لطلاء السطح بفيلم مركب من أكسيد الألومنيوم (Al₂O₃) + راتنج الإيبوكسي بسُمك 3-5 μm. تعمل هذه الطبقة كغلاف بلاستيكي، حيث تغلف الطبقة الباعثة للضوء بالكامل. إذا تُركت فجوة تبلغ 0.1 μm، ستتسلل الرطوبة، وستصبح المادة العضوية سوداء وتفشل في غضون 3 أشهر. يمكن لآلة ALD ترسيب 0.1 nm فقط في المرة الواحدة، وتتطلب 30-50 تكرارًا لتحقيق سُمك 3 μm. خلال هذه العملية، يجب استخدام “ميزان ميكرو بلوري” لمراقبة السُمك، وقياس الوزن الذي تضيفه كل طبقة وتحويله إلى سُمك. هذا يشبه وزن 100 ورقة A4 على ميزان إلكتروني، ويجب ألا يتجاوز فرق الوزن لكل ورقة 0.01 جرام.

الالتصاق النهائي للطبقة الواقية

يتم تغطية الطبقة العلوية بمادة لاصقة بصرية OCA، بسُمك 20-30 μm، والتي تعمل على لصق الطبقات بإحكام وتقليل انكسار الضوء. بعد اللصق، يتم فحصها تحت المجهر. إذا تجاوز عدد الفقاعات 3 لكل سنتيمتر مربع، فيجب إعادة العمل. تتم عملية التصفيح بأكملها في غرفة نظيفة من الفئة 10,000 (عدد جسيمات الغبار التي يبلغ قطرها >0.5 μm في الهواء ≤10,000 لكل متر مكعب). يرتدي العمال ملابس واقية كاملة من الغبار ويتحركون ببطء مثل تفكيك القنابل. بعد تصفيح كل قطعة، يتحقق “جهاز المحاذاة البصرية” من موضع كل طبقة. إذا تجاوز خطأ المحاذاة بين قطب ITO والطبقة الباعثة للضوء ±5 μm (1/20 من شعرة الإنسان)، ستظهر الشاشة “وجه يين ويانغ” (سطوع غير موحد).

مثال: كان معدل الاجتياز الأول للتصفيح لشاشة شفافة مقاس 55 بوصة لعلامة تجارية معينة 70% فقط. كانت المشاكل الرئيسية هي سُمك الطبقة الباعثة للضوء غير المتساوي (30%) وتسرب طبقة التغليف (25%). قبل مغادرة المصنع، يجب إجراء اختبار الشفافية. يجب أن يكون ≥80% في الحالة العادية. وإلا، سيرى المستخدم الخلفية كما لو كانت مغطاة بزجاج بلوري.

قياس الشفافية والبكسل

بعد التصفيح، تتطلب الشاشة الشفافة تعديل معلمات رئيسية: أولاً، يتم قياس الشفافية باستخدام مقياس طيفي ضوئي لإصدار ضوء أبيض وحساب نفاذية الضوء الإجمالية للشاشة. الهدف هو ≥80%، وإلا يلزم إعادة العمل أو التلميع أو إعادة اللصق. ثانيًا، يتم معايرة وحدات البكسل باستخدام معاير، ومسح الشاشة لضبط التيار لكل بكسل لضمان أن انحراف السطوع في منطقة الانبعاث <10% وعدم وجود صور شبحية في المنطقة الشفافة.

قياس الشفافية

يتم قياس الشفافية باستخدام مقياس طيفي ضوئي، وهي آلة تصدر ضوءًا أبيض وتستقبل الضوء الذي يمر عبر الشاشة لحساب النسبة. يتم وضع عدسة الجهاز على بُعد 20 cm من الشاشة، ويتم إضاءة الضوء بزاوية 45 درجة (لمحاكاة زاوية الرؤية العادية). معيار القبول هو شفافية ≥80% في الحالة العادية (شاشة سوداء، لا تعرض أي شيء).

إذا كانت القراءة 75% فقط، فأين تكمن المشكلة؟ قد تكون طبقة التغليف سميكة جدًا. تم رش فيلم أكسيد الألومنيوم المصمم بسُمك 3 μm بسُمك 0.5 μm إضافي، مما يحجب بعض الضوء. أو قد لا تكون مادة لاصقة OCA مضغوطة بالتساوي، وتحتوي على فقاعات صغيرة بحجم 1 μm تشتت الضوء وتمنع النفاذية عند الاصطدام. في هذه الحالة، يجب تفكيك الشاشة، وتلميع طبقة التغليف بالليزر لتصبح أرق بمقدار 0.5 μm (يتم التحكم في الدقة لتكون ±0.1 μm)، أو إعادة طلاء المادة اللاصقة وضغطها بأسطوانة مرتين أخريين لإخراج الفقاعات. أثناء تصحيح شاشة شفافة مقاس 43 بوصة، ظلت الشفافية عند 78% لثلاث دفعات متتالية. تم اكتشاف لاحقًا أن ركيزة PET لم يتم تنظيفها جيدًا قبل دخولها إلى ورشة العمل، وتراكمت طبقة غير مرئية من الشحوم على السطح، مما منع التصاق مادة لاصقة OCA بالركيزة، تاركًا فجوات بحجم الميكرون بينهما. تم حل المشكلة باستخدام منظف البلازما لنفخ غاز الأرجون لمدة 5 دقائق إضافية لتحطيم الشحوم، وارتفعت الشفافية على الفور إلى 82%.

معايرة البكسل

الخطوة الأولى هي تعديل اتساق السطوع، باستخدام مقياس الطيف الإشعاعي Konica Minolta CS-2000 للمسح بالقرب من الشاشة وقياس سطوع كل بكسل. الهدف هو أن يكون انحراف السطوع في منطقة الانبعاث <10%. على سبيل المثال، إذا كان البكسل المركزي 300 nits، فلا يجب أن تقل الحافة الأكثر قتامة عن 270 nits. إذا كان البكسل مظلمًا، يتم زيادة التيار من 15 ميكروأمبير إلى 16 ميكروأمبير حتى يلبي السطوع المعيار. يتطلب هذا صبرًا. تحتوي شاشة مقاس 55 بوصة على 1920×1080 بكسل. يجب على المهندسين فحص الشاشة بصريًا أو استخدام برنامج لإنشاء صورة تدرج رمادي (شريط تدرج من الأسود إلى الأبيض) للتحقق من عدم وجود نطاقات ساطعة أو داكنة مفاجئة. الخطوة الثانية هي إزالة الصور الشبحية، باستخدام “نمط رقعة الشطرنج”. يتم عرض مربعات سوداء وبيضاء بالتناوب لمدة ساعة. بعد ذلك، يتم فحص الشاشة بحثًا عن صور شبحية رمادية فاتحة بجوار المربعات البيضاء. يتطلب المعيار الصناعي أن تكون منطقة الصورة الشبحية <0.1 ملليمتر مربع (حجم رأس الدبوس).

التعديل التكراري

قياس الشفافية ومعايرة البكسل مترابطان. إذا تم ترقيق طبقة التغليف لزيادة الشفافية، فقد تصبح الطبقة الباعثة للضوء أكثر حساسية للرطوبة، مما يؤدي إلى اضمحلال أسرع للسطوع. قد يؤدي إضافة تيار عكسي لمعايرة البكسل إلى انخفاض الشفافية بنسبة 0.5%.

لذلك، عادة ما يكون التصحيح عبارة عن دورة من “قياس – تعديل – إعادة قياس”. في سجل تصحيح شاشة شفافة مقاس 55 بوصة لعلامة تجارية معينة، تم إجراء 12 تعديلًا في الأيام الثلاثة الأولى، وارتفعت الشفافية من 79% إلى 81%، ولكن تعديلًا طفيفًا لطبقة التغليف أدى إلى انخفاضها إلى 80.5%. انخفض انحراف سطوع البكسل من 15% إلى 8%، لكن منطقة الصورة الشبحية زادت من 0.08 ملليمتر مربع إلى 0.12 ملليمتر مربع.

قبل الشحن، يجب إجراء “اختبار محاكاة المشهد”. يتم وضع الشاشة في صندوق مظلم، ويتم إضاءة ضوء أبيض بقوة 1000 lux (ما يعادل منظرًا مشمسًا خارج النافذة)، ويتم قياس ما إذا كانت الشفافية لا تزال ≥70% (الحد الأدنى لمتطلبات رؤية الخلفية بوضوح للمستخدم). بعد ذلك، يتم وضعها في غرفة مظلمة بقوة 50 lux، ويتم ضبط سطوع الشاشة على 300 nits، ويتم فحص وضوح النص.

محاكاة سيناريوهات العالم الحقيقي

بعد تصحيح المعلمات، يتم اختبار الشاشة الشفافة في صندوق محاكاة في ثلاثة ظروف. في الضوء القوي (1000 lux، مثل منظر مشمس خارج النافذة)، يجب أن تكون الشفافية ≥70% للتحقق من وضوح مشهد الشارع في الخلفية. في الضوء الخافت (50 lux، مثل في الداخل في المساء)، يجب أن يتجاوز سطوع منطقة الانبعاث 300 nits، ويجب ألا يبدو النص رماديًا. بعد ذلك، يتم وضعها في صندوق 85°C + 85% رطوبة لمدة 72 ساعة، والمطلوب عدم وجود ضباب مائي أو صور شبحية. أخيرًا، يجب ألا يتجاوز اضمحلال السطوع 5% في 1000 ساعة من تشغيل الفيديو المستمر.

الوضوح في الضوء القوي

الخطوة الأولى للاختبار هي “التعرض للضوء القوي”. يتم وضع الشاشة في صندوق مظلم، ويتم إضاءة محاكي ضوء أبيض بقوة 1000 lux (ما يعادل سطوع الخارج في منتصف النهار). عتبة القبول هي ≥70%. إذا كانت القراءة 65% فقط، فهذا يعني أن طبقة التغليف أو مادة لاصقة OCA تحجب الكثير من الضوء. قد تكون المشكلة أن رش فيلم أكسيد الألومنيوم أثناء التغليف كان غير متساوٍ، حيث تجاوز السُمك الموضعي 5 μm، أو أن فقاعات الهواء لم يتم عصرها بالكامل من مادة لاصقة OCA. في إحدى العلامات التجارية، توقفت الشفافية في الضوء القوي لمجموعة من الشاشات الخارجية عند 68%. تم اكتشاف لاحقًا أن ركيزة PET المختارة كانت رقيقة جدًا (50 μm)، وتشويهت قليلاً تحت درجة الحرارة العالية، وتحول موضع قطب ITO والطبقة الباعثة للضوء بمقدار 0.1 mm، مما حجب بعض الضوء. تم حل المشكلة عن طريق التبديل إلى ركيزة 100 μm، وارتفعت الشفافية إلى 73% واجتازت الاختبار.

إجهاد درجة الحرارة العالية والمنخفضة

قد يتم نقل الشاشة من غرفة مكيفة إلى ضوء الشمس المباشر، أو وضعها في الهواء الطلق في الشتاء. يتضمن الاختبار “النار والجليد”. يتم وضعها في غرفة درجة الحرارة والرطوبة، ويتم رفع درجة الحرارة أولاً إلى 60°C والاحتفاظ بها لمدة 24 ساعة للتحقق من عدم وجود تشوه أو تقشير. بعد ذلك، يتم خفض درجة الحرارة إلى -20°C وتجميدها لمدة 24 ساعة، ثم يتم تشغيلها وقياس أداء العرض. ينصب التركيز على خطر الرطوبة تحت درجة الحرارة العالية. الطبقة الباعثة للضوء حساسة للرطوبة. إذا كانت هناك تشققات دقيقة في طبقة التغليف، ستتسلل الرطوبة في 60°C و 90% رطوبة في الغرفة. بعد الاختبار، يتم تفكيك الشاشة وفحصها. يتم فحص طبقة التغليف باستخدام مجهر الأشعة تحت الحمراء. يعتبر التصدع الذي يزيد عرضه عن 0.1 μm فشلًا.

أثناء أحد الاختبارات، أظهرت شاشة شفافة معينة “بلورات ثلجية” في الشاشة عند تشغيلها عند -20°C.

إحكام الإغلاق في البيئات الرطبة

يستخدم الاختبار غرفة رطوبة 30°C و 90% رطوبة نسبية لمدة 72 ساعة. بعد الانتهاء، يتم تفكيك الشاشة، واستخدام مجهر إلكتروني للتحقق من عدم وجود آثار قطرات ماء أكبر من 0.5 μm على سطح الطبقة الباعثة للضوء. تعتمد مقاومة الرطوبة على التآزر بين طبقة التغليف والمادة اللاصقة. يجب أن يكون فيلم أكسيد الألومنيوم كثيفًا بدرجة كافية (مسامية <1%)، ويجب أن تكون مادة لاصقة OCA مصنوعة من مادة كارهة للماء (زاوية اتصال >90 درجة). في إحدى دفعات الشاشات، لوحظت حواف رمادية في منطقة الانبعاث بعد اختبار الرطوبة. أظهر المجهر خطوطًا متصلة لآثار قطرات الماء، مما يشير إلى طلاء غير متساوٍ على حافة طبقة التغليف، تاركًا فجوة 0.2 μm. تم حل المشكلة عن طريق تعديل زاوية فوهة آلة الرش وزيادة سُمك الفيلم عند الحافة من 2 μm إلى 3 μm.

التشغيل المستمر

تعرض الشاشة مقاطع فيديو باستمرار لمدة 1000 ساعة (حلقات صور ملونة نقية وصور عالية التباين) لقياس ثلاثة مقاييس:

• يجب ألا يكون اضمحلال سطوع منطقة الانبعاث >5% (على سبيل المثال: 300 nits مبدئيًا، ≥285 nits بعد 1000 ساعة).
• يجب ألا يكون انخفاض الشفافية في المنطقة الشفافة <3% (من 80% إلى ≥77.6%).
• يجب ألا تكون هناك صور شبحية دائمة (بعد عرض نمط رقعة الشطرنج لمدة 1000 ساعة، يجب أن تكون منطقة الصورة الشبحية <0.05 ملليمتر مربع).

تتحلل مادة Alq3 المستخدمة في الطبقة الباعثة للضوء بعد التحفيز الكهربائي لفترة طويلة. لزيادة عمر المادة، تم تقليل التيار الأقصى من 20 ميكروأمبير إلى 18 ميكروأمبير، على سبيل المثال. أثناء اختبار إحدى الشاشات، اضمحل السطوع بنسبة 6% بعد 1000 ساعة. قام المهندس بضبط شكل موجة قيادة البكسل لتقليل تأثير التيار اللحظي، وخفض الاضمحلال إلى 4%، مما يلبي المعيار.

الشحن فقط بعد اجتياز جميع الاختبارات

في سجل التحقق النهائي لشاشة شفافة مقاس 55 بوصة لعلامة تجارية معينة، من أول 100 وحدة، فشلت 15 وحدة في اختبار الشفافية في الضوء القوي (تم استبدال الركيزة)، وأظهرت 8 وحدات آثار قطرات ماء في درجة حرارة عالية (تم استبدال مادة لاصقة التغليف)، وتجاوزت 5 وحدات اضمحلال السطوع 5% (تم تعديل تيار القيادة).