Матрица экрана — сама хрупкая и уязвимая часть смартфона. Чтобы повредить его, достаточно даже лёгкого воздействия. Поэтому поверх уязвимой матрицы устанавливают защитный слой — во времена кнопочных телефонов и первых смартфонов его изготавливали из пластика. Однако пластик, хоть и защищает нежный дисплей, сам легко покрывается царапинами. Решением стал переход на защиту из стекла — производители используют закалённые стёкла, устойчивые к царапинам и падениям, и с каждым новым поколением обещают всё более продвинутую защиту. Разбираемся, какие стёкла используют для защиты экранов смартфонов и чем они отличаются от обычного стекла.

Как устроено обычное стекло

Какой-либо устоявшейся химической формулы у стекла нет, так как для его производства используют различное сырьё. Однако чаще всего основной ингредиент стекла — кварцевый песок. Его соединяют с другими ингредиентами при температуре от +300 до +2500°C и охлаждают. В зависимости от используемых добавок свойства стекла будут отличаться. Например, добавление известняка делает его более прочным, а натриевая соль отвечает за стабилизацию структуры стекла.

Почему стекло царапается и бьётся

Стекло имеет такие характеристики, как твёрдость и прочность.

Твёрдость — это способность сопротивляться внедрению более твёрдого тела. От этого зависит, смогут ли поцарапать поверхность посторонние предметы.
Прочностью называется устойчивость к разрушению под напряжением от воздействия внешних сил. От неё зависит, насколько предмет устойчив к ударам, изгибам и сжатиям.

Для измерения этого параметра используют десятибалльную шкалу Мооса. Чем выше балл, тем выше твёрдость. Более твёрдые материалы царапают менее твёрдые, но не наоборот. Обычное стекло обладает твёрдостью 5–7 баллов по шкале Мооса. Для сравнения: твёрдость медной монеты — всего три балла. А вот кварцевая песчинка имеет твёрдость семь баллов и вполне способна поцарапать стекло. За максимальное значение шкалы принята твёрдость алмаза, которая соответствует десяти баллам.

YouTube/JerryRigEverything

Для измерения твёрдости существует набор специальных инструментов с наконечниками, которые соответствуют разным рейтингам шкалы Мооса. Однако есть нюанс: прочность обратно пропорциональна твёрдости. Чем материал твёрже, тем он более хрупкий и его легче разбить или сломать при изгибе, сжатии или растяжении. Если же повышать прочность, то материал становится мягче и более уязвим к появлению царапин. Поэтому производителям приходится искать баланс между твёрдостью и прочностью. Какой должна быть яркость экрана в сматфоне

Как закаляют стекло

Закаливание стекла — технология обработки, призванная повысить его твёрдость и устойчивость к внешнему воздействию. Существуют разные способы закалить стекло, которые можно разделить на два вида: температурное (термическое) и химическое закаливание. В первом случае стекло разогревают до температуры, превышающей температуру плавления (650–800°C), после чего быстро и равномерно охлаждают. В ходе такой обработки в поверхностных слоях стекла образуются силы сжатия, которые повышают его механическую прочность, термостойкость и безопасность при разрушении.

Swift Glass

Процесс термического закаливания стекла При химическом закаливании стекло опускают в солевую ванну, разогретую до +400°C. Ионы калия проникают в структуру стекла, заменяя ионы натрия. Поскольку ионы калия крупнее ионов натрия, то при замене в кристаллической решётке они вызывают её деформацию. В результате появляются силы сжатия в поверхностных слоях.

Рамблер

Благодаря напряжениям сжатия на поверхности стекло становится более устойчивым к внешним воздействиям. Чем глубже ионы калия проникают в структуру стекла, тем оно крепче по всей площади.

Рамблер

После закаливания поверхность оказывается под компрессионным сжатием, что повышает прочность материала. Именно химическую закалку чаще всего используют для стёкол смартфонов. В сравнении с температурной у неё есть ряд преимуществ. Так, в ходе неё не происходит экстремальных перепадов температуры, которые могут вызывать оптические дефекты. Также она позволяет обрабатывать более тонкие детали. Наконец, химически закалённые стёкла можно резать и обрабатывать без появления трещин.

Виды закалённых стёкол

Производством закалённых стёкол для смартфонов занимаются несколько компаний. Самая известная из них — американская Corning. Именно она производит стёкла Gorilla Glass, которые чаще всего встречаются в Android-смартфонах, а также Ceramic Shield для последних iPhone и Kunlun Glass для смартфонов Huawei.

Стекло Gorilla Glass использовалось ещё в самом первом iPhone в 2007 году. С тех пор оно сменило 11 поколений, последним стало Gorilla Glass Armor 2 — по заявлениям производителя, оно выдерживают падение на бетон с высоты более двух метров.
С выходом iPhone 12 в Apple перешли на стёкла Ceramic Shield. Для них используются иной состав и способ закаливания. Так, основным является кварцевый песок с примесью титана и серебра, а в ходе закаливания стекло обрастает кристаллами нанокерамики. Получается оптимальное сочетание твёрдости и прочности.
Kunlun Glass — фирменное стекло для продуктов Huawei. В него добавляют композитные частицы, формирующие нанокристаллы. За счёт этого стекло устойчиво к возникновению трещин.

Помимо Corning, созданием закалённых стёкол занимается японская Asahi Glass. Её стёкла Dragontrail появились в 2011 году и даже превосходили первое поколение Gorilla Glass по прочности. Сейчас решения Asahi встречаются в смартфонах OnePlus, Sony и ZTE. Ещё один производитель — китайская Panda King Glass. В её стеклах также применяется химическое закаливание с замещением ионов. Встречается Panda King Glass в бюджетных моделях OPPO, Vivo и realme.

Все перечисленные стёкла значительно прочнее обычного и лучше выдерживают удары и падения, однако их твёрдость всё еще составляет 5–7 баллов по шкале Мооса.

Более устойчивым к царапинам является сапфировое стекло. Оно представляет собой синтетический сапфир, который по твёрдости уступает только алмазу. Однако его применение в смартфонах ограничено ввиду высокой стоимости и хрупкости — разбить его проще, чем закалённое стекло.

Выводы

За 15 лет стёкла смартфонов стали прочнее: изменялся состав, внедрялись новые способы закалки. Последние флагманы защищены по лучшим стандартам и способны выдержать падения с двухметровой высоты. Однако не стоит относиться к гаджетам небрежно, ведь даже лучшие закалённые стёкла царапаются и бьются. В будущем производители доработают формулу и представят ещё более надёжные решения, а пока от греха подальше советуем пользоваться смартфоном в чехле и не гнушаться защитными плёнками и стёклами.