Naarmate opvouwbare beeldschermen dunner worden, kan glas niet alleen op dunheid worden geoptimaliseerd
Ultra-dun glas, of UTG, is een belangrijk substraat geworden voor opvouwbare beeldschermen. Nadat het tot een extreem kleine dikte is verkleind, kan glas buigen terwijl het een goede transparantie, vlakheid van het oppervlak en tactiele kwaliteit behoudt.
Hoe dunner het glas echter wordt, hoe gevoeliger het is voor krassen, plaatselijke druk- en stootschade. Vallen, herhaaldelijk vouwen en druk van vreemde deeltjes kunnen ervoor zorgen dat microscopische defecten geleidelijk uitzetten en zich uiteindelijk tot scheuren ontwikkelen.
Ultra-dun glas vereist daarom normaal gesproken een extra beschermlaag. Conventionele polyethyleentereftalaat- of PET-films zijn volwassen en relatief eenvoudig te verwerken, maar bij frequent vouwen kunnen ze problemen tegenkomen zoals kreuken, delaminatie en afnemende optische stabiliteit op lange termijn. De volgende-generatie beschermende materialen moeten meer doen dan alleen het glasoppervlak bedekken. Ze moeten ook zorgen voor versterking, demping en schadebeheersing.
Dit is waar polyurethaancoatings nieuwe mogelijkheden kunnen bieden.
Een recente studie gepubliceerd inVooruitgang in organische coatingsintroduceerde een trifunctionele polyetheramine-gebaseerd polyurethaanacrylaat, of PEUA, UV-uithardbare coating, ontworpen voor directe toepassing op ultra-dun glas.
Tijdens tests voltooide PEUA-gecoat ultra-dun glas 200.000 naar binnen-vouwcycli bij een buigradius van 3 mm zonder zichtbare plooien of delaminatie van de coating. Onder de zwaardere buigradius van 1,5 mm ontwikkelde de coating spanningsverbleking, maar de transparantie kon worden hersteld door een korte thermische behandeling.
Hoe kunnen hoge modulus en hoge taaiheid tegelijkertijd worden bereikt?
Beschermende materialen voor opvouwbare displays worden geconfronteerd met een fundamentele tegenstrijdigheid. Als een materiaal te stijf is, kan het tijdens het vouwen barsten. Als het te zacht is, ondersteunt het het glas mogelijk niet voldoende en kan het kwetsbaar worden voor inkepingen en permanente kreukels.
De in het onderzoek ontwikkelde PEUA-hars werd voornamelijk gesynthetiseerd uit hydroxyethylacrylaat, isoforondiisocyanaat en polyetheramine, gevolgd door UV-uitharding om een verknoopt netwerk te vormen.
De stijve segmenten gevormd uit IPDI bieden structurele ondersteuning, waardoor de modulus en de weerstand tegen vervorming worden verbeterd. De flexibele polyetheramineketens absorberen en dissiperen de energie die wordt gegenereerd tijdens het buigen en stoten, waardoor de plaatselijke spanningsconcentratie wordt verminderd. Samen creëren deze componenten een balans tussen stijfheid en taaiheid.
De coating behield een optische transmissie van meer dan 92% bij een golflengte van 550 nm, bereikte een opslagmodulus van ongeveer 2,18 GPa en registreerde een glas-overgangstemperatuur van ongeveer 140 graden. Een coatinglaag van ongeveer 40 μm dik verhoogde de valhoogte van het ultradunne glas met 16 cm.
Vooral de verandering in de faalmodus is opmerkelijk. Wanneer onbeschermd ultra{1}}dun glas wordt blootgesteld aan schokken, kunnen er radiale scheuren ontstaan die zich snel over het oppervlak verspreiden. Nadat de PEUA-coating was aangebracht, was de kans groter dat de schade bleef bestaan in de vorm van een plaatselijke inkeping zonder verdere scheurgroei.
De coating doet dus meer dan alleen maar een laagje extra dikte toevoegen. Het verandert de manier waarop impactenergie wordt overgebracht naar het onderliggende glas.
Figuur 2. Schematische voorstelling van hoe een polyurethaanacrylaatcoating de buigspanning over een ultra-dunne glasstructuur kan verdelen. AI-gegenereerde afbeelding; laagdiktes zijn niet op schaal.