Verre antireflet

Le défi

Le client lançait deux nouveaux modèles de véhicules électriques équipés d’un combiné d’instrumentation numérique de 12.3 pouces et d’un écran de console centrale de 15.4 pouces. Il lui fallait un verre de protection qui élimine les réflexions dues à la lumière entrant par le pare-brise tout en préservant la clarté optique lors de la conduite de jour comme de nuit.

Les applications automobiles imposent des exigences qui dépassent largement celles du verre industriel standard : le verre de protection doit résister à des températures extrêmes allant de - 40 degrés à + 105 degrés sans délaminage du revêtement, supporter 1 000 heures de vieillissement à l’arc au xénon (simulant 5 ans d’exposition aux UV) et résister à un environnement chimique précisément défini comprenant de la crème solaire, de la lotion pour les mains et du café. La bordure noire sérigraphiée entourant l’ouverture de l’écran ajoutait une difficulté supplémentaire. Le client demandait que le revêtement antireflet soit appliqué sur la bordure imprimée afin d’assurer une transition visuelle continue entre le bord du verre et la zone d’affichage. Les tentatives d’autres fournisseurs avaient abouti à des différences de couleur visibles du revêtement entre la zone imprimée et la zone transparente.

Enfin, la procédure automobile PPAP (processus d’approbation des pièces de production) du client exigeait une documentation importante comprenant une DFMEA, une PFMEA, des plans de contrôle, ainsi qu’une analyse complète de la capabilité (Cpk > 1.67) et des systèmes de mesure.

Notre solution

Saiwei Glass a constitué une équipe de projet spécialisée dans l’automobile, composée de 6 ingénieurs, pour résoudre chaque difficulté.

Revêtement antireflet sur les deux faces : Un revêtement à 4 couches a été appliqué sur les deux faces du verre Corning Gorilla Glass de 0,7 mm afin d’obtenir une transmittance globale de 97,8 % (contre 92 % pour le verre sans revêtement). Le revêtement sur les deux faces était essentiel, car les écrans automobiles reçoivent de la lumière par l’avant (lumière ambiante) et par l’arrière (rétroéclairage de l’écran).

Intégration de la sérigraphie et du revêtement antireflet : L’équipe d’ingénierie a conçu un procédé en deux étapes : une bordure noire en émail vitrifiable céramique a d’abord été sérigraphiée, puis cuite à 680 °C. Un revêtement antireflet a ensuite été appliqué sur toute la surface, y compris la zone imprimée. Nous avons modifié la conception de l’empilement des couches antireflet au niveau de la bordure pour compenser les différences d’indice de réfraction dues à la surface imprimée et supprimer l’écart de couleur visible.

Essais environnementaux automobiles : Nous avons soumis tous les matériaux à une validation croisée dans le cadre de nos programmes d’essais internes et externes (SGS Suzhou). Ceux-ci comprenaient 1000 heures de vieillissement à l’arc au xénon selon ISO 4892-2, 1000 heures de chaleur humide (85 °C/85% d’humidité relative), 10 cycles de choc thermique (de -40 °C à +105 °C avec des transitions de 30 s) et des essais de résistance chimique selon SAE J2412.

Renforcement chimique : Après l’application du revêtement, chaque panneau a subi un renforcement chimique pour obtenir une contrainte de compression en surface de 500 MPa, suffisante pour satisfaire à la norme automobile relative à la chute d’une bille d’acier de 100 g depuis 500 mm.

Documentation PPAP : Un dossier PPAP complet de niveau 3 a été soumis, comprenant la DFMEA, la PFMEA, le diagramme de flux du processus, le plan de contrôle, l’analyse des systèmes de mesure MSA (GR&R < 10%), l’étude de capabilité du processus (Cpk = 1.89 pour la transmittance et Cpk = 2.12 pour l’épaisseur), ainsi qu’un rapport de contrôle des échantillons initiaux avec les résultats dimensionnels de 30 panneaux consécutifs issus de la production.

La difficulté

Le client fabrique et distribue des écrans tactiles IHM (interface homme-machine) destinés aux usines du monde entier pour commander des machines CNC, des lignes de conditionnement et même des équipements de production pharmaceutique. Sa plateforme IHM de dernière génération nécessitait un verre de protection capable de résoudre trois problèmes récurrents signalés sur le terrain par les utilisateurs finaux.

Tout d’abord, l’éclairage des ateliers (panneaux LED de plafond à forte intensité et tubes fluorescents) provoquait d’importantes réflexions sur le verre de protection existant sans revêtement, entraînant une fatigue visuelle chez les opérateurs pendant des postes de 8 à 12 heures. Ensuite, dans les environnements de travail des métaux et de transformation alimentaire, le verre se couvrait d’huile, de liquide de refroidissement et de graisse difficiles à éliminer, ce qui réduisait la sensibilité tactile au fil du temps. Enfin, les opérateurs d’usines chimiques signalaient que les solvants de nettoyage (acétone, MEK, toluène) dégradaient les protections d’écran existantes.

Le client avait besoin d’une solution unique de verre adaptée aux quatre formats de panneaux IHM (7 pouces, 10.1 pouces, 12.1 pouces, 15.6 pouces), résistante au contact direct avec des produits chimiques industriels, préservant la sensibilité tactile en présence d’huile de coupe et dotée de propriétés antireflet pour réduire la fatigue visuelle, tout en respectant les exigences de certification de sécurité IEC 62368-1.

Notre solution

Saiwei Glass a créé une solution multifonctionnelle intégrée.

Empilement de revêtements antireflet + anti-traces de doigts : Nous avons conçu un empilement de cinq couches : quatre couches antireflet (alternance SiO2/Nb2O5) et une couche de finition en fluorocarbone anti-traces de doigts (AF). Les quatre couches antireflet réduisent la réflexion à une valeur inférieure à 1 % et la couche de finition anti-traces de doigts rend la surface hydrophobe et oléophobe, avec un angle de contact avec l’eau supérieur à 115°.

Résistance aux produits chimiques industriels : Le revêtement anti-traces de doigts a été développé pour les milieux industriels, qui impliquent une exposition à l’huile de coupe (Castrol Alusol SL 61), au fluide hydraulique (Shell Tellus S2 M 46), à l’acétone, au MEK, à l’alcool isopropylique et à une solution de NaOH à 10 %. La conformité à ISO 2812-1 est attestée pour des cycles d’immersion de 24 heures.

Plateforme de production pour quatre formats : Nous avons conçu une plateforme de programmation CNC unifiée pour les quatre formats de panneaux, permettant de passer facilement d’un format à l’autre sur une même ligne de production. Les paramètres de revêtement et de trempe thermique restent identiques pour chaque format, ce qui simplifie le processus de qualification en permettant une qualification unique du matériau pour les quatre formats.

Renforcement chimique : Conformément à la norme IEC 62368-1 relative aux équipements informatiques, le verre Corning Gorilla Glass de 0,7 mm a été renforcé chimiquement pour satisfaire aux exigences de résistance aux chocs, avec une contrainte de compression en surface supérieure à 600 MPa.

Essais tactiles en présence d’huile : Nous avons travaillé avec l’équipe chargée du micrologiciel du client pour évaluer les performances tactiles en présence d’un mince film d’huile de coupe sur la surface du verre. Notre texture de surface anti-éblouissement (faible voile de 3 %) offrait une microrugosité suffisante pour assurer un suivi fiable du doigt, même en présence d’huile — une situation courante dans de nombreuses usines de travail des métaux.