กว่าจะเป็น GORILLA GLASS กระจกหน้าปัดไฮเทค

องค์ประกอบหลักที่ทำให้ห้องโดยสารรถยนต์ดูล้ำยุค คือ “จอแสดงผล” หรือ “หน้าปัด” ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดเจน คือ หน้าปัดไฮเพอร์สกรีนของ MERCEDES-EQ EQS (เมร์เซเดส-อีคิว อีคิวเอส) เป็นกระจกยาวซ้ายจรดขวา สร้างความรู้สึกสุดล้ำอย่างแท้จริง อุตสาหกรรมยานยนต์ เริ่มนำจอภาพแบบสัมผัสเข้ามาติดตั้งในห้องโดยสารตั้งแต่เมื่อ 2 ทศวรรษ ตามหลังอุตสาหกรรมสมาร์ทโฟน ซึ่งเป็นตัวแทนของความทันสมัยที่ยากจะปฏิเสธ แต่กว่าจะมาเป็นจอไฮเทคแบบปัจจุบัน มันต้องผ่านอะไรมาบ้าง ? อุปสรรคแรกเลย คือ “ความปลอดภัย” ผู้อ่านคงเคยมีประสบการณ์ทำสมาร์ทโฟนหล่นลงพื้นจนหน้าจอแตก ลองคิดดูว่า ถ้ารถเกิดอุบัติเหตุ เศษแก้วบางๆ ของหน้าจอ จะทำร้ายคนในรถได้มากเพียงใด แน่นอนละ ต้องมีคนตั้งคำถามว่า ทำไมถึงไม่ใช้พลาสติคทำจอ จะได้ปลอดภัย ที่จริงแล้ว พลาสติคเป็นวัสดุดั้งเดิมที่ใช้ทำจอแบบสัมผัส ด้วยเทคโนโลยี RESISTIVE โดยเป็นโพลีเมอร์ 2 ชั้น เคลือบผิวนำไฟฟ้าด้านในหันหน้าเข้าหากัน มีช่องว่างตรงกลาง เมื่อกดที่หน้าจอ แผ่นโพลีเมอร์ด้านนอกจะเข้าไปแตะกับด้านใน เกิดกระแสไฟฟ้าไหลขึ้น เทคโนโลยีนี้มีราคาย่อมเยา และทนทานต่อความชื้น แต่มันต้องการแรงกด และถ้าโดนวัตถุแข็งคมกด จะเสียหายได้ นอกจากนั้น ยังมีความคมชัดต่ำ การให้ค่าเปรียบต่างของสีสันทำได้ไม่ดี (POOR CONTRAST) จากการที่มีการสะท้อนแสงกลับ (GLARE) ระหว่างชั้นวัสดุ จอสัมผัสในรถรุ่นก่อนหน้ายุคปัจจุบัน รวมไปถึงอุปกรณ์ไอที รุ่นก่อนส่วนใหญ่ใช้จอภาพประเภทนี้ ซึ่งการใช้งานที่ไม่ลื่นไหลต่างจากเทคโนโลยีปัจจุบัน ที่เรียกกันว่า CAPACITIVE แบบที่ใช้กับหน้าจอสมาร์ทโฟนรุ่นใหม่นั่นเอง เทคโนโลยีนี้จะใช้กระจกซึ่งมีคุณสมบัติเป็นฉนวน เคลือบผิวด้วยตัวนำที่มีอนุภาคของโลหะ เมื่อร่างกายของเราที่เป็นตัวนำไฟฟ้าแตะไปที่ผิวจอ จะก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของประจุสนามไฟฟ้าสถิต (CAPACITANCE OF ELECTROSTATIC FIELD) เทคโนโลยีนี้ใช้กระจกเพียงชั้นเดียว จึงลดการสะท้อนกลับภายในที่เกิดกับเทคโนโลยี RESISTIVE ภาพที่ได้จากเทคโนโลยี CAPACITIVE จึงสดใสคมชัด และตอบสนองต่อการสัมผัสที่ดี สมกับที่เรียกว่า “สัมผัส” ต่างจากของเดิมที่ต้อง “กด” ดังนั้น มันจึงกลายเป็นมาตรฐานการออกแบบหน้าจอสัมผัสในยุคปัจจุบัน อย่างไรก็ตาม ปัญหาที่ตามมา คือ เมื่อเป็นกระจก ตกหล่นก็ต้องแตก จึงเกิดนวัตกรรม “กระจกกอริลลา” (GORILLA GLASS) ซึ่งเป็นชื่อทางการค้าของกระจกที่มีความทนทานสูง พัฒนาโดย CORNING บริษัทผู้ผลิตกระจกชั้นนำของสหรัฐอเมริกา (หลายท่านคงเคยนำสมาร์ทโฟนไปแปะหน้าจอด้วยกระจกกอริลลาที่บางเฉียบแถมงอได้มาแล้ว แต่ตอนนี้สมาร์ทโฟนรุ่นใหม่ๆ ติดตั้งหน้าจอกระจกกอริลลามาจากโรงงานเกือบทุกรุ่น แถมไอโฟนก็ยังใช้ผลิตภัณฑ์ของ CORNING รุ่น VICTUS ที่มีคุณภาพสูงกว่ากระจกกอริลลาขึ้นไปอีก ดังนั้นอย่าไปโดนแผงขายอุปกรณ์มือถือหลอกขายของง่ายๆ) จากการทดสอบแรงกระแทกพบว่า กระจกกอริลลา เกรดสำหรับใช้งานในอุตสาหกรรมยานยนต์สามารถ “งอ” เพื่อซึมซับแรงกระแทกได้โดยไม่แตกกระจาย อะไร คือ สาเหตุที่ทำให้มันมีคุณสมบัติเช่นนี้ ? อันดับแรกเลย ธรรมชาติของกระจก ไม่ใช่วัสดุที่เหมาะกับการ “งอ” เพราะมันเป็นวัสดุที่รับ “แรงกด” (COMPRESSION) ได้ดี แต่ไม่เก่งในการรับ “แรงดึง” (TENSION) ซึ่งการงอ คือ การสร้างแรงกดด้านหนึ่ง และสร้างแรงดึงอีกด้านหนึ่ง ดังนั้นเราจึงจะต้องเพิ่มแรงกดให้ฝังตัวลงไปในเนื้อกระจกมากขึ้น ซึ่งเป็นที่มาของเทคโนโลยีกระจกกอริลลา การปรับปรุงเกิดขึ้นใน 3 มิติ ได้แก่ มิติที่ 1 องค์ประกอบของตัวกระจก มิติที่ 2 การใช้สารเคมีในการปรับปรุงคุณสมบัติ และมิติที่ 3 การลดความผิดพลาดเสียหายของเนื้องานในกระบวนการผลิต มิติที่ 1 กระจกกอริลลา ได้รับการปรับปรุงคุณสมบัติเพิ่มขึ้นมาจาก กระจกสามัญ หรือกระจกโซดาไลม์ (SODA-LIME GLASS) สำหรับคำว่า โซดา-ไลม์ ไม่ได้แปลว่า “มะนาวโซดา” นะครับ แต่มาจากองค์ประกอบ 2 ใน 4 องค์ประกอบสำคัญของกระจก ตัวแรก คือ “ซิลิคา" (SILICA หรือ SiO2) ตัวที่ 2 คือ “โซเดียมคาร์บอเนท” (Na2CO3) หรืออีกชื่อหนึ่ง คือ โซดาแอช (SODA ASH) ส่วนองค์ประกอบที่ 3 คือ “แคลเซียมออกไซด์” ที่มีสูตรเคมีว่า CaO และมีชื่อสามัญว่า “ไลม์” (LIME) หรือปูน ส่วนองค์ประกอบที่ 4 คือ “อลูมินา” (ALUMINA หรือ Al2O3) ดังนั้น การที่มันใช้ โซดาแอช และปูนสุก (QUICKLIME) ฝรั่งเลยเรียกว่า กระจกโซดาไลม์ (ส่วนเครื่องดื่มมะนาวโซดาเรียกว่า “LIME SODA”) กระบวนการผลิตกระจกกอริลลา เพิ่มสัดส่วนขององค์ประกอบที่ 4 คือ ประจุ “อลูมินา” โดยเพิ่มให้ทัดเทียมกับโซเดียม และแคลเซียม และปรับการยึดเหนี่ยวของโมเลกุล ที่เกิดจากอะตอม จากเดิมที่เป็น ไอออนิค บอนด์ส์ (IONIC BONDS) ที่เป็นแรงยึดเหนี่ยวระหว่างอะตอมของธาตุต่างกัน และมีประจุต่างกัน ให้มีจำนวนสัดส่วนของโมเลกุลที่เป็น โควาเลนท์ บอนด์ (COVALENT BONDS) ที่โมเลกุลเกิดจากอะตอมใช้อีเลคทรอนร่วมกันมากขึ้น (ความรู้เคมีระดับมัธยมปลายต้องมาแล้ว) สรุปง่ายๆ คือ กระจกที่เราเห็นเป็นแผ่นแข็ง ความจริงทางวิทยาศาสตร์มันอยู่ในสถานะ “ของเหลวเย็นยิ่งยวด” (SUPER COOLED LIQUID) นั่นคือ มันค่อยๆ ไหลตามแรงดึงดูดโลก แต่ช้ามาก เพราะโมเลกุลของมันไม่เสถียร การทำให้เป็น โควาเลนท์ บอนด์ จะช่วยเพิ่มความเสถียร มีจุดหลอมเหลวสูงขึ้น และมีความแกร่งเพิ่มขึ้น มิติการปรับปรุงลำดับที่ 2 คือ การใช้สารเคมี (CHEMICAL STRENGTHENING) ทางผู้ผลิตได้คิดด้านเทคนิค การแลกเปลี่ยนประจุ (ION EXCHANGE) ในบ่อน้ำร้อน วิธีการ คือ การแช่แผ่นกระจกลงในบ่อน้ำเกลือโพแทสเซียมเข้มข้นที่มีความร้อนสูง กระบวนการนี้ประจุขนาดใหญ่ที่ละลายอยู่ในน้ำเกลือ อาทิ ประจุของโพแทสเซียมจะเข้าไปแทนที่ประจุของโซเดียมในผิวเนื้อกระจก การที่ประจุซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าเข้าไปแทนที่ประจุเดิมที่มีขนาดเล็ก เป็นการสร้างความหนาแน่นให้ผิวของเนื้อกระจก และดังที่กล่าวไปแล้วว่า กระจกนั้นรับแรงอัดได้ดีกว่าแรงดึง ดังนั้นการที่เราเพิ่มแรงอัดด้วยการยกระดับความหนาแน่นในเนื้อกระจกให้มากขึ้น จะช่วยให้ผิวกระจกด้านที่ต้องรับแรงดึงมีคุณสมบัดิสูงขึ้นด้วยเช่นกัน มิติสุดท้าย คือ ออกแบบรูปแบบการผลิตใหม่ เน้นการลดความเสียหายจากกระบวนการผลิต ซึ่งในกระจกทั่วไป ผิวกระจกอาจโดนขูดขีดด้วยอนุภาคของเล็กๆ ของเศษกระจก ซึ่งแม้จะเป็นรอยที่มองไม่เห็นหากไม่สังเกต แต่มันจะทำลายความแข็งแกร่งของชิ้นงานลงได้ ทั้ง 3 มิติที่กล่าวมานี้ คือ เคล็ดลับของความแข็งแกร่งของกระจกกอริลลา ที่เรารู้จักกันนั่นเอง แต่วิวัฒนาการของมันไม่ได้มีเพียงแค่ด้านความแข็งแรง เพราะยังมีอีกหลายด้านที่กว่าจะมาถึงทุกวันนี้ได้ ต้องโดนเคี่ยวกรำอย่างถึงที่สุด อันดับแรก คือ การสะท้อนแสง โดยแสงแดด คือ ศัตรูที่ร้ายกาจของการนำวัสดุเรียบเงาอย่างกระจกมาใช้ในห้องโดยสาร ทำให้รถยนต์ในยุคก่อน จำเป็นต้องออกแบบให้มีที่บังแดดสำหรับหน้าจอแสดงผล แบบ RESISTIVE ที่เป็นโพลีเมอร์ แม้ว่าจะสะท้อนแสงเข้าตาน้อย แต่ในขณะเดียวกัน มันก็ดูธรรมดาสุดๆ ดังนั้นในรถยุคปัจจุบันที่ต้องการแสดงออกถึงความล้ำสมัย จึงเลี่ยงไม่ได้ที่จะต้องนำเอาจอกระจกกอริลลามาใช้ร่วมกับจอ CAPACITIVE เพื่อเลี่ยงการใช้แผงบังแดดที่หน้าตาเหมือนชะง่อนผา และต้องการทำให้มีหน้าจอที่เพรียวบางเหมือนกับสมาร์ทโฟน จึงต้องมีการคิดค้นเทคนิคมาเพื่อแก้ปัญหาเหล่านั้น นั่นคือ เทคโนโลยี AG และ AR AG คือ ANTI-GLARE หรือการลดแสงจ้า ส่วน AR คือ ANTI-REFLECTION หรือการลดแสงสะท้อน หน้าที่หลักของ AG คือ การสร้างผิวกระจกให้มีความขรุขระระดับนาโน เพื่อให้มันเกิดการ “กระเจิง” แสงแบบไม่เป็นระเบียบ ทำให้แสงฟุ้ง และลดพลังงานการสะท้อนลง เพื่อไม่ให้แยงตาผู้ขับขี่ สามารถมอง และอ่านข้อมูลผ่านหน้าจอได้คมชัด แม้มีแหล่งกำเนิดแสงอยู่ในรถ แถมยังช่วยลดรอยนิ้วมือลงได้อีกด้วย แต่บุคลิกของมัน คือ จอมันจะดูฝ้าๆ ใครที่เคยติดฟีล์มกันรอยมือถือแบบลดแสงสะท้อน น่าจะนึกภาพออก ผู้อ่านอาจสงสัยว่า แล้วมันจะไม่ทำให้ผิวกระจกเสียหายหรือ ขอบอกว่าไม่ เพราะการกัดผิวลงไปนั้นลึกเพียง 100 นาโนเมตร เมื่อเทียบกับความเสียหายจากการขูดขีดในกระบวนการผลิตที่ยอมรับกันได้ ซึ่งอยู่ที่ความลึกระดับ 5,000 นาโนเมตร ส่วนเทคโนโลยี AR หรือ ANTI-REFLECTION มาจากเหตุผลที่ว่า กระจกทั่วไปจะมีการสะท้อนแสงกลับราว 8 % และแสงอาทิตย์ที่สะท้อนกลับมาเข้าหน้าเราอาจก่อให้เกิดอันตรายขณะขับขี่ได้ พวกเขาจึงคิดค้นเทคนิคการเคลือบผิวกระจกเป็นหลายชั้นที่มีความหนาแตกต่างกัน เพราะต้องการให้เกิดการสะท้อนกลับ ที่จะหักล้างพลังงานกันเอง ซึ่งเทคนิคนี้แสงอาทิตย์จะถูกลดทอนพลังงานลงไปเหลือเพียง 0.4 % เท่านั้น แต่เมื่อใช้ AR จะเกิดรอยนิ้วมือง่าย และชัดเจนมาก โดยเฉพาะเมื่อเทียบกับแบบ AG เพราะความมันจากนิ้วของเราไปเพิ่มชั้นฟีล์มบางๆ อีกชั้นบนผิวนั่นเอง ดังนั้น เทคโนโลยี AG ที่มีข้อดี คือ ไม่ค่อยทิ้งรอยนิ้วมือ จึงมักนำมาใช้ในส่วนของจอสัมผัส ส่วน AR จะใช้กับหน้าปัด และจอแสดงผลที่ไม่เน้นการสัมผัส ซึ่งผลลัพธ์ที่ได้ คือ หน้าจอคมชัด สวยงาม แต่ก็สามารถนำเทคโนโลยี AG และ AR มาทำงานร่วมกันได้เช่นกัน ทั้งหมดนี้ คือ ที่มาของหน้าจอขนาดใหญ่ “ของมันต้องมี” สำหรับห้องโดยสารสุดเฟี้ยวของรถยุคปัจจุบัน