光學(xué)透明膠及其在消費(fèi)電子設(shè)備中的應(yīng)用

楊 青

（3M中國(guó)有限公司北京技術(shù)分公司，北京 100176）

光學(xué)透明膠及其在消費(fèi)電子設(shè)備中的應(yīng)用

楊 青

（3M中國(guó)有限公司北京技術(shù)分公司，北京 100176）

介紹了一種光學(xué)透明級(jí)壓敏膠（optically clear adhesive—OCA）的光學(xué)性能、材料兼容性、耐老化性能，以及光學(xué)透明膠在消費(fèi)電子設(shè)備中的應(yīng)用，主要用于觸摸屏模組粘接以及觸摸屏和顯示屏粘接，起到固定和提高對(duì)比度的作用。

光學(xué)透明膠；觸摸屏；對(duì)比度增強(qiáng)

光學(xué)透明膠具有優(yōu)異的光學(xué)性能，良好的粘接性能，以及持久的耐老化性能，被廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、平板電腦、觸控顯示器和電子閱讀器等消費(fèi)電子設(shè)備，以增強(qiáng)用戶的視覺、設(shè)備的美感和外觀，同時(shí)粘合觸控傳感器。

1 光學(xué)透明膠的特性

1.1 優(yōu)異的光學(xué)性能

光學(xué)透明膠在可見光波長(zhǎng)范圍內(nèi)透光率超過99%，霧度低于0.5%，保證了其在應(yīng)用中的高透光性和清晰度。

除透光率高以外，3M光學(xué)透明膠的折射系數(shù)約為1.48，非常接近玻璃（nA≈1.50）、PMMA（nA≈1.49）等被粘接材料的折射率[1]。減少了由于空氣折射率（nA≈1.0）和被粘接材料差異較大而產(chǎn)生的反射損失，提高了圖像對(duì)比度。

1.2 良好的ITO兼容性

光學(xué)透明膠用于觸摸屏傳感器粘接，常直接接觸ITO涂層，若光學(xué)膠的酸性高，二者之間會(huì)發(fā)生反應(yīng)，傳感器的電阻變大，導(dǎo)致觸摸屏靈敏度降低，甚至無法工作。3M開發(fā)了無酸配方的光學(xué)透明膠，提供了良好的ITO兼容性，可以用于直接和裸露的ITO層粘接并保證良好的穩(wěn)定性。

不同類型的光學(xué)透明膠對(duì)觸摸屏ITO電阻值的影響差異很大。經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間老化測(cè)試后，當(dāng)電阻值變化大于裸露ITO自身電阻值變化時(shí)，則表明光學(xué)透明膠和ITO涂層的兼容性差，不適合用于直接粘接ITO涂層的材料。

1.3 極佳的抗氣泡性能

實(shí)際應(yīng)用中，光學(xué)透明膠粘接的透明材料主要是玻璃、PMMA、PC和PET等。其中PMMA，PC材料在使用過程中易釋放出小分子，會(huì)引起粘接面出現(xiàn)大量的氣泡，影響外觀和粘接效果。對(duì)于這種釋氣性材料的粘接，需要使用抗氣泡性能的光學(xué)透明膠。表1是2種3M光學(xué)透明膠的抗氣泡性能測(cè)試結(jié)果，經(jīng)過3 d高溫高濕或高溫老化測(cè)試后，粘接結(jié)構(gòu)中沒有發(fā)現(xiàn)氣泡缺陷，證明這2種光學(xué)透明膠具有良好的抗氣泡性。

表1 光學(xué)透明膠抗氣泡性測(cè)試Tab.1 Out-gassing test results of different OCAs

1.4 優(yōu)異的抗老化性能

3M光學(xué)透明膠具有優(yōu)異的抗老化性能，在應(yīng)用環(huán)境的極限條件下，如高低溫、高濕度、高低溫循環(huán)、強(qiáng)紫外光照射等，光學(xué)透明膠可以保持長(zhǎng)期穩(wěn)定的性能。由表2可見，不同條件的老化測(cè)試后，光學(xué)透明膠的透光率未發(fā)生任何變化，且光學(xué)透明膠的b*值變化微小，說明其保持了很好的透明性，未發(fā)生黃變。老化測(cè)試后未出現(xiàn)氣泡和分層現(xiàn)象，也說明，光學(xué)透明膠保持了良好的粘接性能。

表2 光學(xué)透明膠老化性測(cè)試結(jié)果Tab.2 Environmental reliability test results of OCA

2 光學(xué)透明膠的應(yīng)用

光學(xué)透明膠目前主要應(yīng)用于消費(fèi)電子設(shè)備顯示模組，分為觸摸屏結(jié)構(gòu)粘接和觸摸屏與顯示屏模組的粘接2大類，以起到固定和提高對(duì)比度的作用。

2.1 觸摸屏結(jié)構(gòu)粘接

電容式觸摸屏是目前消費(fèi)電子設(shè)備中最常用的觸摸屏，根據(jù)傳感器的材質(zhì)不同，分為玻璃基材和薄膜基材2種類型。

2.1.1 薄膜基材電容觸摸屏結(jié)構(gòu)粘接

圖1是薄膜基材電容觸摸屏的結(jié)構(gòu)及光學(xué)透明膠的應(yīng)用。用于粘接蓋板的光學(xué)透明膠，通常選用較軟的光學(xué)透明膠，其對(duì)油墨斷差的填充性較好。2層觸控薄膜之間的粘接則可以選用硬度適中且較薄的光學(xué)膠，通常需要ITO兼容性光學(xué)膠，有的也需要低介電常數(shù)光學(xué)膠。

2.1.2 玻璃基材電容觸摸屏結(jié)構(gòu)粘接

圖2是G/G和OGS兩種玻璃基材電容觸摸屏的結(jié)構(gòu)以及光學(xué)膠的應(yīng)用。相對(duì)于薄膜基材，玻璃基材的電容觸摸屏透光性更好。但是剛度大，不能彎曲，所以蓋板和玻璃基材傳感器之間的光學(xué)透明膠貼合難度較大。通常選用較厚的光學(xué)透明膠（厚度0.1 mm以上），和真空貼合工藝，還要進(jìn)行除泡處理。

2.2 觸摸屏和顯示屏的粘接

光學(xué)透明膠的另一個(gè)主要應(yīng)用是觸摸屏模組和顯示屏模組之間的粘接，也稱全貼合。全貼合取代傳統(tǒng)的邊框粘接的方式，消除了觸摸屏模組和顯示屏模組之間的空氣層，大大降低了由于折射率差異而產(chǎn)生眩光的缺陷。在圖3的手機(jī)中，觸摸屏和液晶屏的粘接，左半側(cè)使用了傳統(tǒng)的邊框粘接，中間有空氣層存在，右半側(cè)選用了全貼合方式，其剖面結(jié)構(gòu)如圖4所示?？梢钥闯?，全貼合區(qū)域的圖像更清晰，色彩更鮮艷。

圖1 光學(xué)透明膠應(yīng)用在不同類型薄膜基材電容觸摸屏Fig.1 Application of OCA in different film sensor CTPs

圖2 光學(xué)透明膠應(yīng)用在不同類型玻璃基材電容觸摸屏Fig.2 Applications of OCA in different glass sensor CTPs

圖3 光學(xué)透明膠粘接和邊框粘接的對(duì)比Fig.3 OCA gap filling structure vs frame bonding structure

圖4 光學(xué)透明膠粘接和邊框粘接的剖面結(jié)構(gòu)Fig.4 Cross-section of OCA gag filling structure and frame bonding structure

對(duì)2種粘接方式的對(duì)比度進(jìn)行了測(cè)試，在3種不同背景光亮度的環(huán)境中，測(cè)試結(jié)果見表3?？梢姳尘肮鈴?qiáng)越高，則光學(xué)透明膠對(duì)對(duì)比度的增強(qiáng)效果越明顯，在強(qiáng)的背景光環(huán)境中，全貼合相對(duì)于邊框粘接，其對(duì)比度提高了6倍左右，大大減少了眩光的產(chǎn)生，提高了顯示清晰度，節(jié)省了電池?fù)p耗，解決了用戶在戶外強(qiáng)光下看不清屏幕的問題。

對(duì)于觸摸屏模組結(jié)構(gòu)粘接，全貼合應(yīng)用對(duì)光學(xué)透明膠的性能要求有所不同。目前主要采用UV固化型光學(xué)透明膠, 其特點(diǎn)主要為：1）固化前，模量低膠體軟，具有很好的填充性；2）固化后，膠體強(qiáng)度增加，可靠性增強(qiáng)；3）良好的顯示模組兼容性，防水紋現(xiàn)象。

UV固化光學(xué)透明膠的施工工藝流程一般分4步：1）UV固化光學(xué)膠和觸摸屏貼合（滾輪式軟對(duì)硬貼合設(shè)備）；2）觸摸屏和顯示屏貼合（建議采用真空貼合設(shè)備,盡可能減少氣泡夾雜）；3）除泡處理（高壓除泡設(shè)備）；4）UV固化（除泡后，如檢查合格，進(jìn)行UV固化）。

表3 不同光照條件下空氣間隙層區(qū)域與光學(xué)透明膠區(qū)域?qū)Ρ榷葦?shù)據(jù)Tab.3 Contrast results of areas of air-gap layer and OCA layer under different illumination conditions

全貼合的加工難度高，生產(chǎn)良率相對(duì)低，并且被粘接材料（觸摸屏和顯示屏）的成本高，所以全貼合的不良返工相當(dāng)重要。目前全貼合的不良返工方式主要有2種：1）線切割，加熱不良品（通常是加熱平臺(tái)加熱,溫度在80 ℃左右），光學(xué)膠在高溫下會(huì)變軟，內(nèi)聚力降低，使用超細(xì)的金屬線切割膠層，將觸摸屏和顯示屏分離。留在觸摸屏或者顯示屏表面的殘膠可以用光學(xué)膠團(tuán)粘接去除，最后用溶劑清潔表面。2）冷凍，通常是在零下70 ℃冷凍全貼合部件,膠在低溫下會(huì)變脆從而失去粘性，再施加外力分離。殘膠也是通過膠團(tuán)和溶劑去除。這種方法通常適用于不帶背光模組的顯示屏全貼合返工。

UV固化光學(xué)膠在使用之前要避免長(zhǎng)時(shí)間在日光下暴露，一般是貯存在遮光的鋁箔袋子里。提前固化會(huì)改變光學(xué)膠的模量，從而使其填充性能降低，導(dǎo)致顯示模組水紋現(xiàn)象。

隨著消費(fèi)電子設(shè)備的不斷更新和觸控顯示技術(shù)的不斷發(fā)展，光學(xué)透明膠產(chǎn)品的性能也將會(huì)進(jìn)一步提高，更高折射率、更低模量、更好的加工性能等具有更高性能的光學(xué)透明膠會(huì)被開發(fā)并得到廣泛的應(yīng)用。

[1]羅暉,等.紫外光固化光學(xué)透明膠粘劑及其光學(xué)性能的研究[J].化學(xué)與粘合,2009, 31(6):14-16.

Optically clear adhesive and its application in consumer electronic products

YANG Qing
(3M North China Technical Center,Beijing 100176,China)

The optically clear pressure-sensitive-adhesives(OCA), especially its optical property, material compatibility and environmental reliability were introduced. The main application of OCAs in consumer electronic products was also introduced, including the touch screen panel (TSP) bonding and the bonding of TSP and LCD module for the functions of fixing and contrast enhancing.

optically clear adhesive (OCA), touch screen panel, contrast enhancement film (CEF)

TQ437+.6

A

1001-5922（2015）06-0087-03

2014-04-25

楊青（1979-），女，碩士，資深技術(shù)服務(wù)工程師，從事高分子粘接材料的應(yīng)用和研究。E-mail：tyang3@mmm.com。